刚性和柔性索结构特点及节点类型解析

   日期:2024-08-12     来源:网络整理    作者:佚名    浏览:275    
核心提示:节点的强度(含局部承压强度)、刚度、变形和受压板件的稳定性应满足国家标准《钢结构设计标准》、《索结构技术规程》、《预应力钢结构技术规程》、《铸钢结构技术规程》的规定。*以上验算分别按照现行《混凝土结构设计规范》、《钢结构设计标准》进行

索结构表现形式

根据受力特点可分为刚性索结构柔性索结构

刚性索结构满足荷载作用下变形较小的假设,例如斜拉结构、张弦支撑结构(弦支穹顶结构)、预应力网格结构、索拱结构、索支撑结构等。

根据受力特点可分为刚性索结构和柔性索结构:

柔性索结构的计算分析必须考虑几何非线性效应,各种荷载效应不再满足线性叠加原理,例如悬挂结构(单索结构、索网结构、双层索体系、横向加劲索体系)、索穹顶结构等。

索结构节点类型:

端部连接:螺栓锚固、螺栓延长、耳板销

中间连接:夹紧、转向、滑动

按电缆节点的连接功能分类:

张拉节点、锚固节点、转弯节点、交叉节点、索杆节点

按电缆节点的连接功能分类:

缆与缆之间的连接、缆与刚性构件之间的连接、缆与支撑构件之间的连接、缆与围护结构的连接

电缆到电缆连接

同向电缆中间连接张力

双向电缆的连接

电缆与柔性侧电缆之间的连接

同向电缆中间连接张力

双向电缆的连接

电缆与柔性侧电缆之间的连接

同向电缆在中间节点改变方向

平面内不同方向电缆之间的连接

电缆与刚性构件连接

连接至横向加劲桁架下弦的拉索

支撑杆与下弦索连接

连接至横向加劲桁架下弦的拉索

支撑杆与下弦索连接

斜拉索连接至刚性节点

电线杆上的节点将电线以多个方向连接起来

连接至支撑构件的电缆

连接至钢筋混​​凝土支撑构件的电缆

电缆连接到支撑钢柱或钢梁

径向电缆连接至支撑钢环梁

电缆和外壳连接

电缆和钢檩条

电缆和玻璃

节点的含义

影响钢结构建筑节点形式的因素很多,节点的分类相对复杂预应力钢结构技术规程,根据连接件的位置关系,节点可分为:搭接节点、平接节点、角接节点、对接节点等(如图9所示);根据节点连接工艺的不同,可分为:焊接节点、铆接节点、螺栓连接节点、销接节点、胶接节点等(如图10所示)。

图9 根据连接器位置进行节点分类

图10 按照连接过程进行节点分类

钢结构建筑中的节点按照其作用的不同,大致可分为结构节点和施工节点。结构节点是连接结构构件的节点,是建筑结构中力的集中和传递点,起到完成构件间力的传递作用,体现构件间的稳定性和力的平衡性,如杆与杆的连接、缆与缆的连接、构件与支撑的连接等(如图11所示)。节点处的不同构件所受的力是不同的,拉力、压力、剪力等不同形式的力在节点处都会体现出来,节点将这些力连成一个整体,形成视觉焦点。节点处的压力往往强劲有力,增加了空间的力量感,而张力则轻盈明亮,增加了空间的活动感(如图12所示)。约翰内斯堡体育场采用悬吊结构,节点连接拉索与平衡杆(如图13所示),节点处的拉索通过平衡杆处的封板将拉力转化为压力。节点处的加劲肋增加了节点的刚度和强度,并达到了受力平衡。图中拉索明显受力很大,保持受力平衡的节点显得刚强有力,体现了节点作为结构构件的力学美[4]。以同济大学B栋中庭大厅屋面为例(如图14所示),采用四面体网格结构支撑大跨度空间屋面,采用螺栓球节点(如图15所示),具有节点处无偏心、受力状态好的优点。

图 11 结构节点

图 12 节点视觉焦点

图13 约翰内斯堡体育场采用的悬挂结构

图14 同济大学B栋中庭大厅屋顶

图 15 螺栓球接头

结构节点连接钢结构建筑的辅助功能构件与结构构件,是皮与骨的连接。节点处不同的材料有不同的纹理变化和材料质感,如钢与玻璃、钢与膜材料等,这些不同的材料在节点处形成强烈的对比,表现出各种材料的冲突。节点使这些材料在冲突中形成和谐稳定的关系,凸显不同材料的融合(如图16所示)。以玻璃幕墙与承重构件的连接为例(如图17所示),玻璃幕墙与结构构件的连接方式比较多样,如明框玻璃幕墙结构、隐框半隐框玻璃幕墙结构、全玻璃幕墙结构、点支式玻璃幕墙结构等,如上海当代艺术馆的玻璃幕墙采用的是点支式玻璃幕墙结构。 “每块玻璃的四角均采用四点不锈钢支撑爪固定,支撑爪后方安装11mm钢索系统预应力钢结构技术规程,纵横收紧固定[5]”,如图18所示。这种点支式玻璃幕墙强调了玻璃的通透性,使建筑立面更加鲜明,室内空间更加开阔。正是因为节点结构的不断进步,才使得不同材料的特性和性能得以更好的展现。

图 16 结构节点

图17 玻璃幕墙与承重构件连接处

图18上海当代艺术馆玻璃幕墙采用点支式玻璃幕墙结构

索结构设计原理

概念设计是通过综合考虑建筑外观、节点传力方式、结合节点锚固及拉索类型,确定节点连接形式,进而进行节点具体结构设计。

索结构节点材料(热轧型钢、铸钢、高强度螺栓副、销轴、球面支座、焊接材料、涂层材料等)按相关标准选用。

节点构造应符合计算假设,力的传递路线应简单、明确、安全可靠,构造形式应简单合理,且便于制造、安装、调整索力和维护,具有良好的经济性。

受压板的强度(包括局部抗压强度)、刚度、节点变形、稳定性等应满足国家标准《钢结构设计标准》、《索结构技术规范》、《预应力钢结构技术规范》、《铸造钢结构技术规范》的要求。

节点承载力设计值不宜小于拉索内力设计值的1.25~1.5倍。

主要受拉节点焊缝质量等级应为一级,其余焊缝质量等级不应低于二级。

对于采用新材料、新工艺的重要复杂节点,可根据节点实际受力状态,采用全尺寸或缩尺模型进行检查试验(1.3倍最大设计内力值)或破坏性试验(2.0倍最大设计内力值)。

节点的防火、防腐设计应根据环境条件、材料、结构形式、使用要求、施工条件和维护管理条件进行。

螺钉连接节点设计

多种形式的螺钉连接节点:

电缆延长

预应力钢结构技术规程_预应力钢结构设计_预应力钢结构视频教程

电缆端部锚固

螺丝本身就是锚

通过锚框变换进行连接

不同的压力位置

设置球窝接头等旋转装置,释放大变形引起的端部弯矩。

螺钉连接节点设计的一般要求

⊙当螺钉连接中的螺钉为电缆本体的一部分时,螺钉与电缆按等强度设计;其它情况下螺钉承载力设计值应按电缆拉力设计值的1.25~1.5倍选取。

⊙计算螺钉的承载力时,应考虑螺纹对螺钉截面弱化的影响。

⊙应采用双螺母、带弹簧垫圈的螺母、螺母下带止动垫圈、螺栓上带开口销、自锁螺母等来防止螺母松动。

⊙设计多螺钉连接时,应考虑合理的张紧顺序,保证多颗螺钉受力均匀。

⊙螺母应紧固可靠,外露螺纹不少于两处;对于电缆与电缆的螺纹连接,应保证拧入锚栓的螺钉螺纹长度不小于螺距的10倍。

⊙张紧时,张紧工装必须经过特殊设计,防止螺杆在张紧过程中受到弯矩作用。

螺钉连接节点承载力验证

螺纹验证螺纹是螺钉连接的关键部分,一般由生产单位专门设计。

内螺纹弯曲应力验证:

内螺纹剪应力验证:

外螺纹弯曲应力验证:

外螺纹剪应力验证:

接触面局部压力计算

由于锚端大于螺杆直径,在支撑部需预留大于螺杆直径的孔供缆体穿过,使得螺母与锚体的接触面积较小,造成局部压力较大。

支撑构件冲切(剪)计算

如果支撑结构部件(钢板、混凝土板)较薄,也容易发生剪切破坏。

有限元分析

螺钉连接节点往往在节点连接域内设有加劲板、隔板等,使得节点连接域结构较为复杂。对于索力较大、节点结构复杂的螺钉连接节点,应建立有限元模型进行分析。

*以上计算依据现行《混凝土结构设计规范》及《钢结构设计标准》进行

电缆夹节点定义及组成

索夹节点是连接索体与所连接部件的非滑动节点。

它一般包括主体、压板和高强度螺栓。

主体与非电缆构件直接连接,压板与主体通过高强螺栓连接,利用高强螺栓的紧固力使主体与压板将电缆本体夹紧在一起。

*形式多样,名称多样:线夹、铸钢线夹、U型线夹、螺栓线夹、钢板线夹、电缆球、电缆鞋、前压块、后压块、电缆压块等。

 
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