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网架结构梁柱节点处的施工技术与加固技术的研究
摘要:随着我国大型钢结构在建筑工程领域的运用,暴露了节点定位困难,节点施工效果差等等问题。基于此,本文对钢网架结构的节点施工技术进行了综述,同时对节点施工和设计的一些要求和控制进行了说明。同时还列举了听过加腋、粘贴钢板、粘贴纤维板等三种形式对网架结构的加固运用措施。
关键词:钢结构;网架施工技术;质量控制;加固技术
1 钢结构网架特点
钢结构的网架结构从整体而言是利用了钢结构的自重轻,加强高,抗震性能好,抗冲击性能优的特点。将钢结构构件通过节点连接拼装成空间网状结构。网架主要有各杆件按照节点连接拼装而成,在受力上能够兼具跨度大,覆盖面广的特点。由于其受力结构好,而且采用的是工程加工,现场拼装的施工工艺,因此在目前厂房等大跨度结构中运用较为广泛。
从结构特性上而言,网架还具有造型优美,利于空间造型的特点。这种结构让建筑设计师有了很大的发挥空间,可以让结构在满足受力的前提下,充分发挥建筑美学,让网架形成多种曲面。
网架结构从受力角度而言,一般都是受弯结构,在跨度小的时候,构件的截面可以采取实腹式截面,如型钢截面、焊接组合截面等;当跨度比较大时,一般采用格构式截面,即桁架。桁架包括平面桁架和空间桁架两种,前者弦杆和腹杆均在同一平面内,后者弦杆和腹杆之间为空间组合。钢结构网架还能和其他材料的构件进行配合使用,比如柱体可以采用混凝土结构,梁体采用网架结构等等。从而发挥各种材料的最大性能的特点。
2 钢结构网架施工技术
2.1钢结构网架节点施工技术
网架结构的节点主要分为螺栓球节点和焊接球节点两种。两种球节点的使用方式和使用场地也各不相同。其中螺栓球节点由于其加工紧密,安装方便。对于高空网架的安装上运用有优势,而焊接球节点由于在安装的时候需要焊接,因此定位为了难题,而且每个节点的焊接方向和角度并没有螺栓球节点好控制,因此在低空作业时可以使用。
对于焊接球节点施工,由于其定位困难,可以采用空间球节点定位装置.通过辅助装置完成空中球节点的定位,从而提高了焊接球节点安装过程中的精度,同时也保证了结构的安全。
2.2常见的钢结构网架安装技术
1 高空散装法
高空散装法的运作机理是通过借助网架结构中的杆件和节点之间的位置进行连接,这种连接方式能够将网架形成一个有机的整体。高空散装法常用的施工方法有两种,一种为全支架法,另外一种为悬挑法。
2 高空滑移法
高空滑移法的运作机理是通过将钢网架进行条状分割,然后通过吊装将条状网架从进行整体吊装或者借助轨道进行滑移。这种方法是通过单元将网架拼装成整体,在施工的时候要注意条状网架的转动,并且要保持网架的稳定性。
3 分条或分块安装法
这种安装法就是将网架结构划分为不同的单元,在对每个条块单元实现地面有效拼装后,再借助起重机吊装到设计部位进行总体的拼接。这种方法的作业思路是通过在地面上将网架拼装完成,然后吊装到安装部位,因此,在是公共的时候能够将危险性大大降低,并且也保证了经济性。
3钢结构梁柱连接节点研究
3.1 钢结构梁柱节点一般连接形式
1、内隔板式节点
所谓内隔板式的连接节点,就是通过将柱壁分开,然后通过内隔板分别与隔板进行焊接,从而重新拼装完成。这种方法有其优点就是连接效果较好,连接工能够让柱壁受力及变形较为平均,缺点就是连接过程中繁杂,节点处隔板与柱壁之间的连接需采用全熔透焊缝,故对于焊接成型钢管柱可采用内隔板式节点,对于成品钢管柱不可采用此类节点。
2、隔板贯通式节点
这种节点连接方式和内隔板式类似,不同的是钢梁翼缘直接焊接在隔板上,通过隔板将力传递到柱壁。因此这种连接方式对于隔板的尺寸要求比较精密,要有足够的厚度从而才能保证隔板有足够的强度。
3、外环板式节点
这种连接新式在实际施工中运用较多,因为外环板式节点加工是在工程加工制作,对于质量和精度要求有保证。而且外环板伸出柱壁的长度和厚度对节点受力有重要作用。这是这种节点在美观上不如其他连接形式。在后续的结构装修中有一定的影响。
3.2钢结构梁柱节点的基本特征
钢结构梁柱节点连接形式按照受力特征的不同,可以分为以下三种:
1、铰接连接节点
这种连接方式具有很大的柔性。钢梁仅在腹板处采用高强螺栓连接,上、下翼缘无需进行现场焊接。这种连接方式的缺点就是刚度底,不利于抗风和抗震。
2、刚性连接节点
这种连接就让整体结构具有了较好的强度和刚度,受力性能更好。缺点就是是施工过程复杂,难度大。
3、半刚性连接节点
这种连接方式让结构的刚度和强度介于铰接和刚接之间。但是这种节点连接制作复杂,而且不容易对其进行力学分析,故而目前运用较少。
4 梁柱连接加固改造技术节点处理
4.1网架结构梁柱节点域加腋加固研究
网架结构梁柱节点域加腋加固主要是通过梁腋来实现对结构受力的加固。其中,梁腋包括相互焊接的腋翼缘与腋腹板;通过梁腋来增加梁柱结构受力面积,从而增加结构受力效果。
4.2网架结构粘贴钢板加固研究
网架结构大部分都是受弯结构,在负弯矩较大处容易出现破坏,通过在钢构件上粘贴钢板意在通过加大截面尺寸,提高构件的抗弯性能,从而达到加固目的。
这种办法是充分了利用了钢材具有优良的延展性,通过构件在受力的时候,粘贴的钢板一起受力,加大了受力面积。有效的抵消了结构单方面的应力过大的效果。在粘贴钢板的时候,通常情况下使用比原材料相同或者稍高于原材料的标高的钢材。粘贴可采用焊接也可采用环氧树脂粘贴。
4.3网架结构受弯段粘贴纤维板加固研究
复合材料其自身具有很强的优势,其中自重比钢材轻,承载能力是钢材的5倍。以碳纤维板为例,抗拉强度2800MPa,而其弯曲强度和抗压强度在配合树脂基体的情况下能够达到1100MPa左右。由此可知,在受弯构件的运用中,要是作为抗拉材料,无疑是碳纤维复合材料材料更加优秀。
通过在钢材下挠度过大一侧粘贴复合材料,其主要的优势在于利用碳纤维的低延展性限制钢结构的延性破坏,同时碳纤维还可以有效限制钢结构的受弯破坏。
已知钢材在作为结构梁时,主要表现特性为当钢材达到了屈服极限时会产生屈服位移,出现较大的变形,结构安全性上和使用功能上均已失去了效益,通过在节点部位敷设有较强抗拉性碳纤维材料形成复合材料截面可有效限制位移,显著提高结构梁的屈服荷载和极限荷载,提高了梁体构件的受弯性能,从而加强承载能力,其中次梁梁体构件截面尺寸可从60X80X4(mm)优化至40X60X4(mm),一定程度上减少了钢材用量。
6总结
从以上分析可以看出,网架工程在目前的钢结构项目中运用广泛,同时也暴露了其自身结构存在的一些的问题。而网架结构对于对钢材这种容易失稳的结构是一种另外一种利用形式,网架自身具有一定的稳定效果。而且网架的施工速度快,效率高。只要控制好节点施工的质量,那么整体网架的质量是能够得到有效控制的。
参考文献
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