钢桁梁节点连接组件参数设计方法及连接组件及钢桁梁 |
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| 申请号 | CN202311081056.X | 申请日 | 2023-08-25 | 公开(公告)号 | CN117131573A | 公开(公告)日 | 2023-11-28 |
| 申请人 | 中铁大桥勘测设计院集团有限公司; | 发明人 | 彭凌风; 刘汉顺; 罗扣; 王东晖; 王忠彬; 唐贺强; 刘杰; 谢馨; 王彦康; 王昕钰; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种 钢 桁梁 节点 连接组件参数设计方法及连接组件及钢桁梁，涉及 桥梁 设计技术领域，该方法包括：根据小斜杆尺寸和大斜杆尺寸，分别确定连接小斜杆所需 螺栓 数量和连接大斜杆所需螺栓数量；根据连接小斜杆所需螺栓数量，确定节点板最小尺寸；根据连接小斜杆所需螺栓数量与连接大斜杆所需螺栓数量之差，确定填板及拼接板尺寸。在保证了节点板结构受 力 安全的前提下，通过设置填板及拼接板为大斜杆提供螺栓安装空间。大幅减小了节点板的尺寸，节省钢材用量，降低成本。解决了 现有技术 中为满足螺栓数量较多的斜杆拼接需求，节点板尺寸设计的很大，而全桥的节点板数量巨大，存在钢材用量大，成本高的问题。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种钢桁梁节点连接组件参数设计方法，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 钢桁梁节点连接组件参数设计方法及连接组件及钢桁梁技术领域背景技术[0002] 钢桁梁桥梁具有强度大、自重轻、方便运输等特点。钢桁梁是由诸多杆件连接构成的空间桁架结构，每根杆件受力都有差别，尺寸也不一致。各杆件交汇处都有相应的节点板构造来进行力的传递，因此节点板的数量又随着桥梁跨度的变大而增加。由于节点板处于杆件交汇处，受力复杂，设计时往往通过增加节点板厚度来满足受力要求。 发明内容[0004] 针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种钢桁梁节点连接组件参数设计方法及连接组件及钢桁梁，能够解决现有技术中为满足螺栓数量较多的斜杆拼接需求，节点板尺寸设计的很大，而全桥的节点板数量巨大，存在钢材用量大，成本高的问题。 [0005] 为达到以上目的，本发明采取的技术方案是： [0006] 第一方面，本方案提供一种钢桁梁节点连接组件参数设计方法，包括： [0007] 根据小斜杆尺寸和大斜杆尺寸，分别确定连接小斜杆所需螺栓数量和连接大斜杆所需螺栓数量； [0008] 根据连接小斜杆所需螺栓数量，确定节点板最小尺寸； [0009] 根据连接小斜杆所需螺栓数量与连接大斜杆所需螺栓数量之差，确定填板及拼接板尺寸。 [0010] 在一些可选的方案中，根据公式：n1＝(A1×σ)/F，n2＝(A2×σ)/F，确定连接小斜杆所需螺栓数量和连接大斜杆所需螺栓数量； [0011] 其中，n1为连接小斜杆所需螺栓数量，A1为小斜杆的受力面积，σ为钢的容许应力，F为单个螺栓的承载力，n2为连接大斜杆所需螺栓数量，A2为大斜杆的受力面积。 [0012] 在一些可选的方案中，所述的根据连接小斜杆所需螺栓数量，确定节点板最小尺寸，包括： [0013] 根据连接小斜杆所需螺栓数量、螺栓排列间距和小斜杆尺寸，确定螺栓排列行数； [0014] 根据螺栓排列行数和螺栓排列间距，确定节点板最小尺寸。 [0015] 在一些可选的方案中，拼接板长度为两倍填板的长度。 [0016] 在一些可选的方案中，在根据小斜杆尺寸和大斜杆尺寸，分别确定连接小斜杆所需螺栓数量和连接大斜杆所需螺栓数量之前，根据桥梁结构模型及受力要求，确定小斜杆尺寸和大斜杆尺寸。 [0017] 在一些可选的方案中，在根据连接小斜杆所需螺栓数量，确定节点板最小尺寸之后，还包括： [0018] 根据节点板最小尺寸，确定节点板撕裂路径； [0019] 根据节点板撕裂路径，验证节点板尺寸的撕裂强度，若节点板尺寸不满足撕裂强度要求，按照设定步长增加节点板尺寸，直至节点板尺寸满足撕裂强度要求。 [0020] 在一些可选的方案中，根据公式：(L1×t)×σ×0.75+(L3×t)×σ×0.75+(L2×t)×σ≥1.1×σ×A2，验证节点板尺寸的撕裂强度，当不等式成立时，节点板尺寸满足撕裂强度要求； [0021] 其中，t为节点板厚度，L1为撕裂路径第一段长度，L2为撕裂路径第二段长度，L3为撕裂路径第三段长度，σ为钢的容许应力，A2为大斜杆的受力面积。 [0022] 第二方面，本方案还提供一种钢桁梁节点连接组件，其参数通过上述的钢桁梁节点连接组件参数设计方法设计，包括： [0024] 两块填板，分别用于设置在所述大斜杆横桥向的两侧，并抵接在所述节点板上； [0025] 两块拼接板，分别设置在两块所述填板外侧，并部分覆盖在同侧节点板的外侧，且通过螺栓连接所述填板、节点板和大斜杆。 [0026] 在一些可选的方案中，两块所述节点板长度方向的中部之间垂直设置有加劲板。 [0027] 第三方面，本方案还提供一种钢桁梁，包括： [0028] 上弦杆和下弦杆，所述上弦杆和下弦杆上在长度方向上均设有多组间隔设置的节点连接组件，所述上弦杆上的节点连接组件与所述下弦杆上的节点连接组件错位设置，并通过大斜杆和小斜杆连接； [0029] 所述节点连接组件包括： [0030] ‑两块用于沿横桥向间隔设置在弦杆上的节点板，两块所述节点板之间用于插入小斜杆和大斜杆； [0031] ‑两块填板，分别用于设置在所述大斜杆横桥向的两侧，并抵接在所述节点板上； [0032] ‑两块拼接板，分别设置在两块所述填板外侧，并部分覆盖在同侧节点板的外侧，且通过螺栓连接所述填板、节点板和大斜杆。 [0033] 与现有技术相比，本发明的优点在于：本方案根据小斜杆尺寸和大斜杆尺寸，分别确定连接小斜杆所需螺栓数量和连接大斜杆所需螺栓数量；根据连接小斜杆所需螺栓数量，确定节点板最小尺寸；根据连接小斜杆所需螺栓数量与连接大斜杆所需螺栓数量之差，确定填板及拼接板尺寸。在保证了节点板结构受力安全的前提下，通过设置填板及拼接板为大斜杆提供螺栓安装空间。大幅减小了节点板的尺寸，节省钢材用量，降低成本。解决了现有技术中为满足螺栓数量较多的斜杆拼接需求，节点板尺寸设计的很大，而全桥的节点板数量巨大，存在钢材用量大，成本高的问题。附图说明 [0034] 为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0035] 图1为本发明实施例中钢桁梁节点连接组件参数设计方法的流程示意图； [0036] 图2为本发明实施例中节点板的外轮廓示意图； [0037] 图3为本发明实施例中节点板的撕裂路径示意图； [0038] 图4为本发明实施例中考虑撕裂强度影响调整节点板尺寸的流程示意图； [0039] 图5为本发明实施例中节点连接组件的结构示意图； [0040] 图6为本发明实施例中图2中沿A‑A的剖面示意图； [0041] 图7为本发明实施例中钢桁梁的结构示意图； [0042] 图中：1、弦杆；2、节点板；3、小斜杆；4、大斜杆；5、填板；6、拼接板；7、加劲板。 具体实施方式[0043] 为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。 [0044] 以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。 [0045] 如图1所示，第一方面，本发明提供一种钢桁梁节点连接组件参数设计方法，包括： [0046] S0：根据桥梁结构模型及受力要求，确定小斜杆尺寸和大斜杆尺寸。 [0047] 在本实施例中，建立桥梁计算模型，并根据各斜杆的受力情况确定满足受力要求的小斜杆尺寸和大斜杆尺寸。尺寸参数包括斜杆的长度、宽度和厚度。 [0048] S1：根据小斜杆尺寸和大斜杆尺寸，分别确定连接小斜杆所需螺栓数量和连接大斜杆所需螺栓数量。 [0049] 在本实施例中，由于大斜杆尺寸与小斜杆尺寸不同，因此它们与节点板拼接时所需的螺栓数量不同。 [0050] 在一些可选的实施例中，根据公式：n1＝(A1×σ)/F，n2＝(A2×σ)/F，确定连接小斜杆所需螺栓数量和连接大斜杆所需螺栓数量； [0051] 其中，n1为连接小斜杆所需螺栓数量，A1为小斜杆的受力面积，σ为钢的容许应力，F为单个螺栓的承载力，n2为连接大斜杆所需螺栓数量，A2为大斜杆的受力面积。 [0052] S2：根据连接小斜杆所需螺栓数量，确定节点板最小尺寸。 [0053] 步骤S2具体包括： [0054] S21：根据连接小斜杆所需螺栓数量、螺栓排列间距和小斜杆尺寸，确定螺栓排列行数。 [0055] S22：根据螺栓排列行数和螺栓排列间距，确定节点板最小尺寸。 [0056] 在本实施例中，基于螺栓排列间距规范和最外排螺栓排列边距，将螺栓均匀布置，确定每排螺栓的数量以及螺栓的排数，并以此确定为满足螺栓布置，所需要的节点板最小尺寸。 [0057] S3：根据连接小斜杆所需螺栓数量与连接大斜杆所需螺栓数量之差，确定填板及拼接板尺寸。 [0058] 在本实施例中，因为小斜杆尺寸小于大斜杆尺寸，连接小斜杆所需螺栓数量小于连接大斜杆所需螺栓数量。因此按照连接小斜杆所需螺栓数量确定的节点板最小尺寸，显然不满足连接大斜杆所需螺栓数量的要求。为保持节点板尺寸不再增大，同时满足连接大斜杆所需螺栓数量的要求，连接大斜杆所需螺栓数量超出连接小斜杆所需螺栓数量的部分，通过填板与拼接板，将大斜杆与节点板连接起来。为了满足螺栓连接要求且不造成钢材浪费。填板的宽度等于大斜杆的宽度，填板的厚度等于节点板的厚度。填板的长度根据连接小斜杆所需螺栓数量与连接大斜杆所需螺栓数量之差，结合螺栓排列间距规范和最外排螺栓排列边距确定。拼接板的宽度等于大斜杆的宽度，拼接板长度为两倍填板的长度。并根据公式： 确定拼接板厚度，其中，h为拼接板厚度，n2为连接大斜杆所需螺栓数量，n1为连接小斜杆所需螺栓数量，F为单个螺栓的承载力，k为拼接板的宽度。 [0059] S4：根据节点板最小尺寸，确定节点板撕裂路径； [0060] S5：根据节点板撕裂路径，验证节点板尺寸的撕裂强度，若节点板尺寸不满足撕裂强度要求，按照设定步长增加节点板尺寸，直至节点板尺寸满足撕裂强度要求。 [0061] 在本实施例中，图2为节点板的外轮廓示意图，图3为节点板撕裂路径示意图。其中，ab段为撕裂路径第一段，bc段为撕裂路径第二段，cd段为撕裂路径第三段。bc段通过斜杆插入节点板中最深的一排螺栓形成的线段确定。ab段从b点垂直于顶侧线，cd段从c点垂直于左侧弧线。 [0062] 在一些可选的实施例中，根据公式：(l1×t)×σ×0.75+(L3×t)×σ×0.75+(L2×t)×σ≥1.1×σ×A2，验证节点板尺寸的撕裂强度，当不等式成立时，节点板尺寸满足撕裂强度要求； [0063] 其中，t为节点板厚度，L1为撕裂路径第一段长度，L2为撕裂路径第二段长度，L3为撕裂路径第三段长度，σ为钢的容许应力，A2为大斜杆的受力面积。 [0064] 如图4所示为在本实施例中考虑撕裂强度影响调整节点板尺寸的流程示意图，根据节点板初步最小尺寸得到节点板撕裂路径，并根据撕裂路径计算撕裂强度。节点板的撕裂强度需大于1.1倍的斜杆强度。如果不满足节点板的撕裂强度要求，按照螺栓每排的间距为设定步长，增加节点板外轮廓尺寸，并重新验证节点板的撕裂强度，直至节点板的撕裂强度满足要求。 [0065] 如图5和图6所示，第二方面，本发明还提供一种钢桁梁节点连接组件，其参数通过上述的钢桁梁节点连接组件参数设计方法设计，包括： [0066] 两块用于沿横桥向间隔设置在弦杆1上的节点板2，两块所述节点板2之间用于插入小斜杆3和大斜杆4； [0067] 两块填板5，分别用于设置在所述大斜杆4横桥向的两侧，并抵接在所述节点板2上； [0068] 两块拼接板6，分别设置在两块所述填板5外侧，并部分覆盖在同侧节点板2的外侧，且通过螺栓连接所述填板5、节点板2和大斜杆4。 [0069] 在本实施例中，弦杆1为箱型截面。小斜杆3和大斜杆4均为工字型截面，包括两个平行间隔设置的翼缘板和垂直设置在两个翼缘板之间的腹板。斜杆插入两个节点板2之间，两个翼缘板分别与两个节点板2通过螺栓连接固定。节点板2的板件厚度大于弦杆1板件厚度、小斜杆3板件厚度以及大斜杆4板件厚度。腹板插入两个节点板2之间的一端设有缺口，增加腹板的柔度，便于安装。填板5设置在大斜杆4两个翼缘板的外侧，并长度方向抵接在节点板2上。拼接板6覆盖在填板5外侧，并有一部分覆盖在节点板2上。大斜杆4、填板5、节点板2和拼接板6四者通过螺栓连接在一起。填板5相当于填补了拼接板6与大斜杆4之间的空隙，便于螺栓的安装连接。通过设置填板5及拼接板6，相当于在节点板2与大斜杆4连接的部分，增加了螺栓布置的空间，满足了螺栓的传力需求，而不用增加节点板2的尺寸。填板5与拼接板6的钢材用量，远小于增加节点板2尺寸所需的钢材用量。 [0070] 在一些可选的实施例中，两块所述节点板2长度方向的中部之间垂直设置有加劲板7。 [0071] 在本实施例中，为了增加节点板2出的横桥向刚度，在节点板2长度方向的中部之间垂直设置有加劲板7。加劲板7的高度与节点板2的高度相同。小斜杆3和大斜杆4分别插入加劲板7的两侧。 [0072] 如图7所示，第三方面，本发明还提供一种钢桁梁，包括： [0073] 上弦杆和下弦杆，所述上弦杆和下弦杆上在长度方向上均设有多组间隔设置的节点连接组件，所述上弦杆上的节点连接组件与所述下弦杆上的节点连接组件错位设置，并通过大斜杆4和小斜杆3连接； [0074] 所述节点连接组件包括： [0075] ‑两块用于沿横桥向间隔设置在弦杆1上的节点板2，两块所述节点板2之间用于插入小斜杆3和大斜杆4； [0076] ‑两块填板5，分别用于设置在所述大斜杆4横桥向的两侧，并抵接在所述节点板2上； [0077] ‑两块拼接板6，分别设置在两块所述填板5外侧，并部分覆盖在同侧节点板2的外侧，且通过螺栓连接所述填板5、节点板2和大斜杆4。 [0078] 在本实施例中，钢桁梁包括多组弦杆组，每组所述弦杆组包括竖直方向平行间隔设置的上弦杆和下弦杆，多个所述弦杆组沿长度方向拼接在一起；多组节点连接组件，多组所述节点连接组件沿长度方向间隔设置在所述上弦杆和下弦杆上；多组斜杆，每组所述斜杆包括大斜杆4和小斜杆3，多组所述斜杆中通过多组所述节点连接组件依次间隔连接在所述上弦杆和下弦杆之间。 [0079] 综上所述，本发明根据小斜杆尺寸和大斜杆尺寸，分别确定连接小斜杆所需螺栓数量和连接大斜杆所需螺栓数量；根据连接小斜杆所需螺栓数量，确定节点板最小尺寸；根据连接小斜杆所需螺栓数量与连接大斜杆所需螺栓数量之差，确定填板及拼接板尺寸。在保证了节点板结构受力安全的前提下，通过设置填板及拼接板为大斜杆提供螺栓安装空间。大幅减小了节点板的尺寸，节省钢材用量，降低成本。解决了现有技术中为满足螺栓数量较多的斜杆拼接需求，节点板尺寸设计的很大，而全桥的节点板数量巨大，存在钢材用量大，成本高的问题。 [0080] 在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。 [0081] 需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。 [0082] 以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。 |
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