钢结构入门—管桁架设计与施工(高大尚的结构形式)

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1、管桁结构(也称钢管桁架结构、管桁架、管结构)分为平面或空间桁架体系。

与一般桁架的区别在于连接节点的方式不同。网架结构采用螺栓球或空心球节点,而管桁结构在节点处采用钢管(圆钢管或方钢管)直接焊接的相贯节点(图1)。

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图1 管桁结构相贯节点示意

管桁结构具有节点形式简单,外形简洁、大方等优点。同时,由于采用相贯焊接,也有利于防锈与清洁维护。然而相贯焊接对工艺和加工设备有一定的要求,因此管桁结构也存在一些局限性:

1) 相贯节点弦杆方向尽量设计成与钢管外径一致对于不同内力的杆件往往采用相同钢管外径和不同壁厚。壁厚变化不宜太多,否则钢管间拼接量太大。因此,材料强度不能充份发挥,从而增加了用钢量,这也就是管桁结构往往比用网架结构用钢量大的原因之一。

2)相贯节点的加工与放样复杂,相贯线上的坡口又是变化的,而手工切割很难做到,因此对机械的要求很高。

3)管桁结构均为焊接节点,需要控制焊接收缩量,对焊接质量要求较高,而且均为现场施焊,焊接工作量大。

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随着多维数控切割技术的发展、管桁结构加工上的一些困难已被克服,目前国内一些企业已经装缶了这一技术,使得相贯点管桁结构在实际工程中的使用成为可能。

管桁结构宜采用三角形断面的空间立休桁架形式,即由一根上层弦杆、一根下弦及腹杆组成(图2 ),弦杆又称主管,腹杆ㄨ称支管,主管直径较粗且连通,便于支管相贯焊接、应合理选择桁架布置和寬度、高度尺寸,尽量避免相邻支管间焊接线相碰。储煤结构可以设置若干榀如图2(a)所示的立体管桁架,每榀管桁架之间应设联系杆和斜撑[图2(b)。

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图2立体桁架形式

管桁结构在计算分析时所采用的模型主要与节点的刚度有关,根据杆端弯矩情况及节刚度的大小不同有三种分析模型:①假设所有杆件均为铰接;②假设所有杆件均为刚,杆件都按梁单元考虑;③假设主管为刚接梁组元,支管与主管间为铰接,支管只承受轴力。

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2、钢管桁架结构节点

钢管桁架结构,则需采用特殊的管桁节点。这里所述的管桁节点不用节点板、空心球或螺栓连接,而是指用钢管(圆钢管或方钢管)直接相贯焊接的钢管在相贯节点处,只有在同一轴线上的两个主管贯通,其余杆件(即支管)通过端相贯线加工后,直接焊接在贯通杆件(即主管)的外表面;非贯通杆件在节点部位有一定间隙(间隙型节点),也可能部分重叠(搭接型节点)。

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相贯节点的形式与其相连杆件的数量有关。当腹杆与弦杆在同一平面内时为单平面节点,当腹杆与弦杆不在同一平面内时为多平面书点以主管和支管均为圆管相贯的桁架结为例,其中单(多)平面节点具体外类如图3、图4所示。

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图3单平面管节点形式

(a)Y形;(b)X形,(c)K形(间隙形);(d)K形(搭接形);(e)KT形

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图4多平面管节点形式

(a)DY形.(b)DX形,(c)DK形

相贯线切割曾被视为是难度较高的制造工艺,因为交汇钢管的数量、角度、尺寸的不同使得相贯线形态各异,而且坡口处理困难,在空间桁架结构中难度更大。但随着多维数控切割技术的发展,这些难点已被克服。目前国内一些企业装备了这一技术,因而相点的管桁结构在大跨度结构中具有良好的应用前景。

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