[發明專利]一種插入式穿索脊桿連接節點及其施工、設計方法

在審

• 申請號: 202211525285.1
• 申請日: 2022-11-30
• 公開（公告）號: CN115928931A
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 張艷霞;上官廣浩;王旭東;王杰
• 申請（專利權）人: 北京建筑大學
• 主分類號: E04B7/14
• 分類號: E04B7/14;E04B1/38;E04G21/14
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司 11228
• 代理人: 亓贏

1.一種插入式穿索脊桿連接節點，其特征在于，其包括：穿索脊桿(1)、脊桿節點連接件(2)和承壓型高強螺栓(3)；

所述穿索脊桿(1)包括：無縫圓鋼管(11)、兩個穿索脊桿外套管(12)、拉索(13)和兩個拉索固定器(14)；

所述穿索脊桿外套管(12)包括：無孔圓鋼管(121)、帶孔隔板(122)和帶孔圓鋼管(123)，帶孔圓鋼管(123)焊接在帶孔隔板(122)一側，無孔圓鋼管(121)焊接在帶孔隔板(122)另一側，帶孔圓鋼管(123)、帶孔隔板(122)及無孔圓鋼管(121)軸線均處于同一直線上；

所述無縫圓鋼管(11)兩端分別插入兩個穿索脊桿外套管(12)的無孔圓鋼管(121)內部，拉索(13)兩端穿過兩個穿索脊桿外套管(12)的帶孔隔板(122)，兩個拉索固定器(14)位于兩個穿索脊桿外套管(12)的帶孔圓鋼管(123)內部并緊貼帶孔隔板(122)表面，通過拉索(13)施加預應力并用拉索固定器(14)錨固無縫圓鋼管(11)與兩個穿索脊桿外套管(12)；

所述脊桿節點連接件(2)包括：脊桿連接桿(21)和連接件隔板(22)，脊桿連接桿(21)焊接在連接件隔板(22)兩側，脊桿連接桿(21)上設置有貫通螺栓孔；

所述帶孔圓鋼管(123)套接在脊桿連接桿(21)外側，并通過承壓型高強螺栓(3)相連。

2.根據權利要求1所述的一種插入式穿索脊桿連接節點，其特征在于：所述預應力為拉索(13)破斷力的35％。

3.根據權利要求1所述的一種插入式穿索脊桿連接節點，其特征在于：所述帶孔圓鋼管(123)直徑與無孔圓鋼管(121)直徑相同，無孔圓鋼管(121)與無縫圓鋼管(11)之間間隙不大于1mm。

4.根據權利要求1所述的一種插入式穿索脊桿連接節點，其特征在于：所述帶孔隔板(122)中心圓孔直徑比拉索(13)直徑大1-3mm，帶孔隔板(122)直徑比無孔圓鋼管(121)及帶孔圓鋼管(123)直徑大10mm。

5.根據權利要求1所述的一種插入式穿索脊桿連接節點，其特征在于：所述脊桿節點連接件(2)還包括：連接件耳板(23)，連接件耳板(23)焊接在連接件隔板(22)兩側。

6.根據權利要求1所述的一種插入式穿索脊桿連接節點，其特征在于：所述脊桿連接桿(21)與帶孔圓鋼管(123)之間縫隙不小于1mm，不大于3mm。

7.一種插入式穿索脊桿連接節點的施工方法，用于實施如權利要求1至6中任意一項所述的一種插入式穿索脊桿連接節點，其特征在于，包括步驟如下：

步驟一：制作穿索脊桿外套管(12)，所述穿索脊桿外套管(12)由無孔圓鋼管(121)、帶孔隔板(122)和帶孔圓鋼管(123)焊接固定連接而成，所述帶孔隔板(122)中心圓孔直徑比拉索(13)直徑大1-3mm，帶孔隔板(122)直徑比無孔圓鋼管(121)及帶孔圓鋼管(123)直徑大10mm；

步驟二：制作脊桿節點連接件(2)，所述脊桿節點連接件(2)由脊桿連接桿(21)、連接件隔板(22)及連接件耳板(23)焊接固定連接而成，脊桿連接桿(21)焊接在連接件隔板(22)兩側，連接件耳板(23)焊接在連接件隔板(22)兩側；脊桿連接桿(21)上設置有貫通螺栓孔，用于連接穿索脊桿(1)的帶孔圓鋼管(123)，脊桿連接桿(21)直徑與帶孔圓鋼管(123)直徑之差為1-3mm；

步驟三：安裝穿索脊桿(1)，首先，將拉索(13)內置于無縫圓鋼管(11)內部；其次，將無縫圓鋼管(11)插入穿索脊桿外套管(12)的無孔圓鋼管(121)內部，將拉索(13)兩端穿過穿索脊桿外套管(12)的帶孔隔板(122)；最后，張拉拉索(13)直至拉索(13)破斷力的35％，通過拉索固定器(14)錨固拉索(13)，拉索固定器(14)位于帶孔圓鋼管(123)內部并緊貼帶孔隔板(122)表面；

步驟四：裝配插入式穿索脊桿連接節點，首先將穿索脊桿(1)套接于脊桿節點連接件(2)的脊桿連接桿(21)外側，然后安裝承壓型高強螺栓(3)并進行初擰，最后，終擰承壓型高強螺栓(3)。

8.一種插入式穿索脊桿連接節點的設計方法，用于設計如權利要求1至6任一項所述的一種插入式穿索脊桿連接節點，其特征在于：包括步驟如下：

步驟一，穿索脊桿軸向承載力設計：

穿索脊桿的無縫圓鋼管抗拉承載力不大于拉索破斷力的1/3，充分發揮無縫圓鋼管的抗壓性能和拉索的抗拉性能，同時節省用料：

3N_t≤N_s?????????????【1】

N_t＝A·f_u?????????????【3】

式【1】中N_t為無縫圓鋼管極限抗拉承載力，N_s為拉索破斷力；其中N_t和N_s按照式【3】、【5】進行計算；式【2】中為無縫圓鋼管抗壓承載力設計值；為拉索設計拉力；式【3】、【4】中A為無縫圓鋼管橫截面面積；式【3】中f_u為無縫圓鋼管極限抗拉強度；式【4】中f為無縫圓鋼管抗壓強度設計值；式【5】中K為拉索破斷力系數；D為拉索直徑；f_u^s為拉索極限抗拉強度；

步驟二，穿索脊桿外套管抗拉、抗壓承載力設計：

穿索脊桿外套管抗拉承載力不小于拉索抗拉承載力：

N_tg≥N_fs【6】

N_tg＝A_tgf_tg【7】

極限承載力驗算：

N_u,tg≥N_s【8】

N_u,tg＝A_tgf_u,tg【9】

式【6】中N_tg為穿索脊桿外套管抗拉、抗壓承載力設計值；N_fs為拉索抗拉承載力設計值；式【7】中A_tg為穿索脊桿外套管凈橫截面面積；f_tg為穿索脊桿外套管抗拉強度設計值；式【8】中N_u,tg為穿索脊桿外套管極限抗拉承載力；N_s為拉索破斷力；式【9】中A_tg為穿索脊桿外套管凈橫截面面積；f_u,tg為穿索脊桿外套管極限抗拉強度；

步驟三，脊桿節點連接件設計：

脊桿節點連接件承載力不小于穿索脊桿承載力：

N^j≥N_s【10】

脊桿節點連接件受拉、受壓通過穿索脊桿外套管及承壓型高強螺栓進行傳力，節點抗拉、抗壓承載力：

N_zg＝A_zg·f_zg【14】

N_tg＝A_tg·f_tg【15】

式【10】中N^j為脊桿節點連接件承載力設計值；N_s為拉索破斷力；N^j按照【11】、【12】、【13】、【14】、【15】進行計算；N_s按照式【5】進行計算；式【11】中為承壓型高強螺栓抗剪承載力設計值；為承壓型高強螺承壓承載力設計值；N_zg為脊桿連接桿承載力設計值；N_tg為穿索脊桿外套管承載力設計值；式【12】中n_v為受剪面數目；d為承壓型高強螺栓直徑；為承壓型高強螺栓的抗剪強度設計值；式【13】中d為承壓型高強螺栓直徑；∑t為在不同受力方向中一個受力方向承壓構件總厚度的較小值；為承壓型高強螺栓的承壓強度設計值；式【14】中f_zg為脊桿連接桿抗拉強度設計值；A_zg為脊桿連接桿的凈截面面積；式【15】中f_tg為穿索脊桿外套管抗拉強度設計值；A_tg為穿索脊桿外套管的凈截面面積。