管桁結(jié)構(gòu)(也稱鋼管桁架結(jié)構(gòu)、管桁架、管結(jié)構(gòu))分為平面或空間桁架體系。
與一般桁架的區(qū)別在于連接節(jié)點(diǎn)的方式不同。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)采用螺栓球或空心球節(jié)點(diǎn),而管桁結(jié)構(gòu)在節(jié)點(diǎn)處采用鋼管(圓鋼管或方鋼管)直接焊接的相貫節(jié)點(diǎn)(圖1)。
圖1 管桁結(jié)構(gòu)相貫節(jié)點(diǎn)示意
管桁結(jié)構(gòu)具有節(jié)點(diǎn)形式簡(jiǎn)單,外形簡(jiǎn)潔、大方等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí),由于采用相貫焊接,也有利于防銹與清潔維護(hù)。
然而相貫焊接對(duì)工藝和加工設(shè)備有一定的要求,因此管桁結(jié)構(gòu)也存在一些局限性:
1)相貫節(jié)點(diǎn)弦桿方向盡量設(shè)計(jì)成與鋼管外徑一致對(duì)于不同內(nèi)力的桿件往往采用相同鋼管外徑和不同壁厚。壁厚變化不宜太多,否則鋼管間拼接量太大。因此,材料強(qiáng)度不能充份發(fā)揮,從而增加了用鋼量,這也就是管桁結(jié)構(gòu)往往比用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)用鋼量大的原因之一。
2)相貫節(jié)點(diǎn)的加工與放樣復(fù)雜,相貫線上的坡口又是變化的,而手工切割很難做到,因此對(duì)機(jī)械的要求很高。
3)管桁結(jié)構(gòu)均為焊接節(jié)點(diǎn),需要控制焊接收縮量,對(duì)焊接質(zhì)量要求較高,而且均為現(xiàn)場(chǎng)施焊,焊接工作量大。
隨著多維數(shù)控切割技術(shù)的發(fā)展、管桁結(jié)構(gòu)加工上的一些困難已被克服,目前國(guó)內(nèi)一些企業(yè)已經(jīng)裝缶了這一技術(shù),使得相貫點(diǎn)管桁結(jié)構(gòu)在實(shí)際工程中的使用成為可能。
管桁結(jié)構(gòu)宜采用三角形斷面的空間立休桁架形式,即由一根上層弦桿、一根下弦及腹桿組成(圖2 ),弦桿又稱主管,腹桿ㄨ稱支管,主管直徑較粗且連通,便于支管相貫焊接、應(yīng)合理選擇桁架布置和寬度、高度尺寸,盡量避免相鄰支管間焊接線相碰。儲(chǔ)煤結(jié)構(gòu)可以設(shè)置若干榀如圖2(a)所示的立體管桁架,每榀管桁架之間應(yīng)設(shè)聯(lián)系桿和斜撐[圖2(b)。
圖2立體桁架形式
管桁結(jié)構(gòu)在計(jì)算分析時(shí)所采用的模型主要與節(jié)點(diǎn)的剛度有關(guān),根據(jù)桿端彎矩情況及節(jié)剛度的大小不同有三種分析模型:①假設(shè)所有桿件均為鉸接;②假設(shè)所有桿件均為剛,桿件都按梁?jiǎn)卧紤];③假設(shè)主管為剛接梁組元,支管與主管間為鉸接,支管只承受軸力。
2、鋼管桁架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)
鋼管桁架結(jié)構(gòu),則需采用特殊的管桁節(jié)點(diǎn)。這里所述的管桁節(jié)點(diǎn)不用節(jié)點(diǎn)板、空心球或螺栓連接,而是指用鋼管(圓鋼管或方鋼管)直接相貫焊接的鋼管在相貫節(jié)點(diǎn)處,只有在同一軸線上的兩個(gè)主管貫通,其余桿件(即支管)通過端相貫線加工后,直接焊接在貫通桿件(即主管)的外表面;非貫通桿件在節(jié)點(diǎn)部位有一定間隙(間隙型節(jié)點(diǎn)),也可能部分重疊(搭接型節(jié)點(diǎn))。
相貫節(jié)點(diǎn)的形式與其相連桿件的數(shù)量有關(guān)。當(dāng)腹桿與弦桿在同一平面內(nèi)時(shí)為單平面節(jié)點(diǎn),當(dāng)腹桿與弦桿不在同一平面內(nèi)時(shí)為多平面書點(diǎn)以主管和支管均為圓管相貫的桁架結(jié)為例,其中單(多)平面節(jié)點(diǎn)具體外類如圖3、圖4所示。
圖3單平面管節(jié)點(diǎn)形式
(a)Y形;(b)X形,(c)K形(間隙形);(d)K形(搭接形);(e)KT形
圖4多平面管節(jié)點(diǎn)形式
(a)DY形.(b)DX形,(c)DK形
相貫線切割曾被視為是難度較高的制造工藝,因?yàn)榻粎R鋼管的數(shù)量、角度、尺寸的不同使得相貫線形態(tài)各異,而且坡口處理困難,在空間桁架結(jié)構(gòu)中難度更大。但隨著多維數(shù)控切割技術(shù)的發(fā)展,這些難點(diǎn)已被克服。目前國(guó)內(nèi)一些企業(yè)裝備了這一技術(shù),因而相點(diǎn)的管桁結(jié)構(gòu)在大跨度結(jié)構(gòu)中具有良好的應(yīng)用前景。
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