專利名稱：一種有利于消減鋼構件節(jié)點應力的型鋼構件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種建材構件，具體是指一種有利于消減鋼構件節(jié)點應力的型鋼構件。
背景技術：
常規(guī)建材中的鋼構件多采用沿長度方向截面尺寸不變的做法，在軸向受力時變形量小，剛度大。鋼構件處于彈性工作狀態(tài)并在軸向力作用下時其軸向變形量與力成正比，因其變形量較小，當個別鋼構件節(jié)點兩側的結構膨脹或收縮變形較大時，將使鋼結構產(chǎn)生較大的內應力和應力集中區(qū)。一定長度的鋼構件處于彈性工作狀態(tài)并在軸向力作用下時其軸向變形量與力成正比，直桿型的鋼構件在彈性范圍內兩端軸向加載而產(chǎn)生的軸向變形量可由下式計算Al = FnV(EA) (I)其中Fn為軸向力，I為鋼構件長度，E為彈性模量，A為鋼構件的截面積，EA為鋼構件的抗拉(壓)剛度；
Fn Al鋼構件所受到的應力可由下式計算=C = 一廠=-rE
A 1 , (2)上述公式⑵中，所采用的鋼強度等級確定時，鋼構件的彈性模量E也為定值，構件的長度I也確定，因為彈性模量E數(shù)值大，較小的變形量△ I將產(chǎn)生較大的應力O ;在實際工程中，當此類鋼構件兩端由于溫度等作用或者地震作用膨脹或收縮變形而產(chǎn)生較大位移差時，將使結構產(chǎn)生較大的內應力和應力集中區(qū)，從而使鋼構件出現(xiàn)安全儲備降低或出現(xiàn)鋼構件破壞的隱患，因此該類鋼構件在軸向變形時存在缺陷。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術的缺陷，提供一種有利于消減鋼構件節(jié)點應力的型鋼構件，該型鋼構件在軸向外力的作用下能夠產(chǎn)生較大的變形量，有利于在鋼構件節(jié)點處形成消能節(jié)點區(qū)，有效地吸收節(jié)點兩側結構膨脹或收縮變形所產(chǎn)生的能量，從而減小型鋼構件的內應力和應力集中區(qū)。本發(fā)明的上述目的可以通過如下的技術方案來實現(xiàn)一種有利于消減鋼構件節(jié)點應力的型鋼構件，它包括型鋼體，其特征在于所述型鋼體在沿長度方向上設有至少一個消能節(jié)點區(qū)，所述消能節(jié)點區(qū)位于型鋼體的兩端之間的任何一個區(qū)段，所述消能節(jié)點區(qū)外輪廓的截面尺寸從該區(qū)段兩端的型鋼體本體截面尺寸起對稱地逐漸增大并在中間接合形成一個擴張段，所述消能節(jié)點區(qū)的壁厚與型鋼本體的壁厚一致，該擴張段有利于增大型鋼的軸向彈性，以便型鋼能有效吸收節(jié)點兩側結構膨脹或收縮變形所產(chǎn)生的能量，從而減小型鋼構件的內應力和應力集中區(qū)。本發(fā)明所述型鋼本體是指型鋼構件中沒有擴張的那部分型鋼。本發(fā)明型鋼構件設有消能節(jié)點區(qū)，充分利用鋼結構可變形的特性，通過結構的簡
3單變化，使型鋼構件能正常地承受使用荷載的情況下，還能在受到軸向外力作用下產(chǎn)生比原型鋼構件大的變形量，以便能有效地吸收型鋼構件由于膨脹或收縮變形所產(chǎn)生的能量， 從而大大減小型鋼構件的內應力和應力集中區(qū)。本發(fā)明的型鋼體和消能節(jié)點區(qū)可以采用多種結構實施方式一所述型鋼本體為圓鋼管，其所具有的消能節(jié)點區(qū)為兩個呈圓臺狀的管體對接構成，其中兩圓臺管的最大直徑端對接為一體，兩圓臺管的最小直徑端與型鋼本體的直徑一致，分別與兩個型鋼本體的一端相連，從而構成一條本發(fā)明所述的有利于消減鋼構件節(jié)點應力的型鋼構件。本發(fā)明所述兩個圓臺管所具有相同的傾斜角Ci1，該傾斜角\在15° 75°范圍之間；所述圓臺管的最大直徑可以是型鋼本體直徑的I. 5 3倍。實施方式二本方式與實施方式一相近似，所述型鋼本體也為圓鋼管，其所具有的消能節(jié)點區(qū)也有兩個呈圓臺狀的管體，兩圓臺管的最小直徑端也分別與兩個型鋼本體的一端相連，所不同的是所述的兩個圓臺狀管體最大直徑端之間加設了一段與其直徑相同的圓柱形的中間柱管，通過該中間柱管將所述兩個圓臺狀的管體最大直徑端連接為一體構成擴張段，所述的兩圓臺狀的管體也具有相等的傾斜角a2。本發(fā)明所述的傾斜角a 2在15° 75°范圍之間；所述中間柱管的直徑為型鋼體本直徑的I. 5 3倍。本發(fā)明的上述目的還可以通過以下的技術方案來實現(xiàn)一種有利于消減鋼構件節(jié)點應力的型鋼構件，它包括型鋼體，所述型鋼體為方鋼管，其特征在于所述型鋼體在沿長度方向上設有至少一個消能節(jié)點區(qū)，所述消能節(jié)點區(qū)位于型鋼體的兩端之間的任何一個區(qū)段，所述消能節(jié)點區(qū)為從該區(qū)段兩端的型鋼體本體起相向斜向彎折并對接為一體形成一個彎折段，所述消能節(jié)點區(qū)的壁厚與型鋼本體的壁厚一致，該彎折段有利于增大型鋼的軸向彈性，以便型鋼能有效地吸收節(jié)點兩側結構膨脹或收縮變形所產(chǎn)生的能量，從而減小型鋼構件的內應力和應力集中區(qū)。本發(fā)明上述消能節(jié)點區(qū)的兩個斜向彎折具有相等的與型鋼縱軸線的傾斜夾角 a3，所述傾斜夾角^3在15° 75°范圍之間；所述方形對接面的尺寸和型鋼本體的橫截面尺寸相等。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明在型鋼構件上增設了消能節(jié)點區(qū)，利用該消能節(jié)點區(qū)能產(chǎn)生比原型鋼構件大的變形量，來有效吸收地型鋼節(jié)點兩側的結構因溫度等作用或者地震作用引起的型鋼構件膨脹或收縮變形所產(chǎn)生的能量，從而大大減小型鋼構件的內應力和應力集中區(qū)，提高了型鋼構件的抗拉、抗壓強度以及使用安全系數(shù)。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步詳細說明。圖I是本發(fā)明型鋼構件實施例一的俯視圖；圖2是本發(fā)明型鋼構件實施例一的局部截面示意圖，顯示單個消能節(jié)點區(qū)的結構；圖3是本發(fā)明型鋼構件實施例一的局部截面示意圖，顯示多個并聯(lián)的消能節(jié)點區(qū)的結構；4是本發(fā)明型鋼構件實施例二的俯視5是本發(fā)明型鋼構件實施例二的局部截面示意圖，顯示單個消能節(jié)點區(qū)的結 6是本發(fā)明型鋼構件實施例二的局部截面示意圖，顯示多個并聯(lián)的消能節(jié)點區(qū) 7是本發(fā)明型鋼構件實施例三的俯視8是本發(fā)明型鋼構件實施例三的局部截面示意圖，顯示單個消能節(jié)點區(qū)的結 9是本發(fā)明型鋼構件實施例三的局部截面示意圖，顯示多個并聯(lián)的消能節(jié)點區(qū)圖
圖構；
圖的結構；
圖
圖構；
圖的結構。
具體實施例方式實施例一本發(fā)明一種有利于消減鋼構件節(jié)點應力的型鋼構件實施例一如圖I至圖3所示， 它包括型鋼體，型鋼體具有型鋼本體11，型鋼體在沿長度方向上設有至少一個消能節(jié)點區(qū)， 消能節(jié)點區(qū)位于型鋼體的兩端之間的任何一個區(qū)段，消能節(jié)點區(qū)外輪廓的截面尺寸從該區(qū)段兩端的型鋼體本體截面尺寸起對稱地逐漸增大并在中間接合形成一個擴張段，消能節(jié)點區(qū)的壁厚與型鋼本體的壁厚一致，該擴張段有利于增大型鋼的軸向彈性，以便型鋼能有效吸收節(jié)點兩側結構膨脹或收縮變形所產(chǎn)生的能量，從而減小型鋼構件的內應力和應力集中區(qū)。型鋼本體11為圓鋼管，型鋼本體11是指型鋼構件中沒有擴張的那部分型鋼，型鋼本體直徑為351mm，壁厚為12mm，其所具有的消能節(jié)點區(qū)為兩個呈圓臺狀的管體對接構成， 其中兩圓臺管的最大直徑端對接為一體，兩圓臺管的最小直徑端與型鋼本體的直徑一致， 分別與兩個型鋼本體的一端相連，從而構成一條本發(fā)明所述的有利于消減鋼構件節(jié)點應力的型鋼構件。兩圓臺管中位于上方的為上圓臺管12，位于下方的為下圓臺管13，上圓臺管 12上小下大，上圓臺管12的上端與上部的型鋼本體11相連，下圓臺管13上大下小，下圓臺管13的下端與下部的型鋼本體11相連，上圓臺管12和下圓臺管13對接處為圓形對接面， 圓形對接面也是圓臺管的最大直徑處，上圓臺管12和下圓臺管13結構相同，以圓形對接面為對稱面上下對稱，兩個圓臺管具有相同的的傾斜角al，傾斜角a I為60°角，圓形對接面的直徑為型鋼本體直徑的I. 7倍。本實施例中通過設置消能節(jié)點區(qū)以產(chǎn)生較大變形，從而減少型鋼構件的內應力和應力集中區(qū)，在500kN的荷載作用下，采用上述參數(shù)的消能節(jié)點區(qū)與截面沒有變化的型鋼體的變形量相比，在截面沒有變化的型鋼體的變形量為0. 13mm，采用上述參數(shù)的消能節(jié)點區(qū)的變形量3. 4_，變形量增大了 26倍。同時采用上述參數(shù)的消能節(jié)點區(qū)可以減少型鋼構件的內力，采用上述參數(shù)的消能節(jié)點區(qū)與截面沒有變化的型鋼體相比，能夠減少溫度和地震產(chǎn)生的內力25%。本實施例中，型鋼本體、上圓臺管、下圓臺管之間均采用一級熔透焊的焊接方式， 傾斜角a I在15 75度范圍之間取值均可，圓形對接面的直徑為型鋼體直徑的I. 5 3 倍，由此帶來消能節(jié)點區(qū)與截面沒有變化的型鋼體性能比較，能夠產(chǎn)生的變形量增大10 30倍，能夠減少溫度和地震產(chǎn)生的內應力在20% 50%以上，變形量增大控制范圍與型鋼構件內應力的減少控制范圍是相互影響和控制的。實施例二本發(fā)明一種有利于消減鋼構件節(jié)點應力的型鋼構件實施例二如圖4至圖6所示， 它包括型鋼體，型鋼體具有型鋼本體21，型鋼體在沿長度方向上設有至少一個消能節(jié)點區(qū)， 本實施例與實施一相近似，型鋼本體21為圓鋼管，直徑為351mm，壁厚為12mm，其所具有的消能節(jié)點區(qū)也有兩個呈圓臺狀的管體，消能節(jié)點區(qū)包括位于上方的上小下大的呈圓臺狀的上圓臺管22、位于下方的上大下小的呈圓臺狀的下圓臺管24、以及位于上圓臺管22和下圓臺管24之間并且分別與上圓臺管22和下圓臺管24對接的圓柱狀的中間柱管23，兩圓臺管的最小直徑端也分別與兩個型鋼本體21的一端相連，和實施例一不同的是兩個圓臺狀管體最大直徑端之間加設了一段與其直徑相同的圓柱形的中間柱管23，通過該中間柱管 23將兩個圓臺狀的管體最大直徑端連接為一體構成擴張段，兩圓臺狀的管體也具有相等的傾斜角a 2，傾斜角a 2為20°角，中間柱管23的直徑為型鋼本體直徑的I. 6倍。本實施例中通過設置消能節(jié)點區(qū)以產(chǎn)生較大變形，從而減少型鋼構件的內應力和應力集中區(qū)，在500kN的荷載作用下，采用上述參數(shù)的消能節(jié)點區(qū)與截面沒有變化的型鋼體的變形量相比，截面沒有變化的型鋼體的變形量為0. 13mm，采用上述參數(shù)的消能節(jié)點區(qū)的變形量4. 2mm，變形量增大了 33倍。同時采用上述參數(shù)的消能節(jié)點區(qū)可以減少型鋼構件的內應力，采用上述參數(shù)的消能節(jié)點區(qū)與截面沒有變化的型鋼體相比，能夠減少溫度和地震產(chǎn)生的內應力35%。本實施例中，型鋼本體、中間柱管、上圓臺管和下圓臺管之間均采用一級熔透焊的焊接方式，傾斜角a 2在15 75度范圍之間取值均可，中間柱管的直徑為型鋼體直徑的
I.5 3倍，由此帶來消能節(jié)點區(qū)與截面沒有變化的型鋼體性能比較，能夠產(chǎn)生的變形量增大20 40倍，能夠減少溫度和地震產(chǎn)生的內力在20% 50%以上，變形量增大控制范圍與型鋼構件內應力的減少控制范圍是相互影響和控制的。實施例三本發(fā)明一種有利于消減鋼構件節(jié)點應力的型鋼構件實施例三如圖7至圖9所示， 它包括型鋼體，型鋼體具有型鋼本體31，型鋼體在沿長度方向上設有至少一個消能節(jié)點區(qū)， 消能節(jié)點區(qū)位于型鋼體的兩端之間的任何一個區(qū)段均可，消能節(jié)點區(qū)為從該區(qū)段兩端的型鋼體本體起相向斜向彎折并對接為一體形成一個彎折段，消能節(jié)點區(qū)的壁厚與型鋼本體的壁厚一致，該彎折段有利于增大型鋼的軸向彈性，以便型鋼能有效地吸收節(jié)點兩側結構膨脹或收縮變形所產(chǎn)生的能量，從而減小型鋼構件的內應力和應力集中區(qū)。本實施例中，型鋼本體31為方鋼管，方鋼管尺寸為351mm，壁厚為12mm，消能節(jié)點區(qū)為斜向彎折的鋼管結構，該鋼管結構包括位于上方的上斜管32和位于下方的下斜管33, 上斜管32和下斜管33的傾斜方向相反，上斜管32的上端與上部的型鋼本體31相連，下斜管33的下端與下部的型鋼本體31相連，上斜管32和下斜管33對接處為方形對接面，上斜管32和下斜管33以方形對接面為對稱面上下對稱，上斜管32和下斜管33即為消能節(jié)點區(qū)的兩個斜向彎折并對接為一體形成一個彎折段，上斜管32和下斜管33與型鋼縱軸線之間具有相等的傾斜夾角a 3，傾斜角a3為45°角，方形對接面的尺寸和型鋼本體31的尺寸相等。
本實施例中通過設置消能節(jié)點區(qū)以產(chǎn)生較大變形，從而減少型鋼構件的內應力和應力集中區(qū)，采用上述參數(shù)的消能節(jié)點區(qū)與截面沒有變化的型鋼體的變形量相比，截面沒有變化的型鋼體的變形量為0. 12mm，采用上述參數(shù)的消能節(jié)點區(qū)的變形量4. 8mm，變形量增大了 40倍。同時采用上述參數(shù)的消能節(jié)點區(qū)可以減少型鋼構件的內力，采用上述參數(shù)的消能節(jié)點區(qū)與截面沒有變化的型鋼體相比，能夠減少溫度和地震產(chǎn)生的內力45%。本實施例中，型鋼本體、上斜管和下斜管之間均采用一級熔透焊的焊接方式，傾斜夾角a 3在15 75度范圍之間取值均可，方形對接面的尺寸和型鋼體的尺寸相等，由此帶來消能節(jié)點區(qū)與截面沒有變化的型鋼體性能比較，能夠產(chǎn)生的變形量增大30 50倍，能夠減少溫度和地震產(chǎn)生的內力在20% 50%以上，變形量增大控制范圍與型鋼構件內力的減少控制范圍是相互影響和控制的。
權利要求
1.一種有利于消減鋼構件節(jié)點應力的型鋼構件，它包括型鋼體，其特征在于所述型鋼體在沿長度方向上設有至少一個消能節(jié)點區(qū)，所述消能節(jié)點區(qū)位于型鋼體的兩端之間的任何一個區(qū)段，型鋼體具有型鋼本體，所述消能節(jié)點區(qū)外輪廓的截面尺寸從該區(qū)段兩端的型鋼體本體截面尺寸起對稱地逐漸增大并在中間接合形成一個擴張段，所述消能節(jié)點區(qū)的壁厚與型鋼本體的壁厚一致，該擴張段有利于增大型鋼的軸向彈性，以便型鋼能有效吸收節(jié)點兩側結構膨脹或收縮變形所產(chǎn)生的能量，從而減小型鋼構件的內應力和應力集中區(qū)。
2.根據(jù)權利要求I所述的型鋼構件，其特征在于所述型鋼本體為圓鋼管，所述的消能節(jié)點區(qū)為兩個呈圓臺狀的管體對接構成，兩圓臺管的最大直徑端對接為一體，兩圓臺管的最小直徑端與型鋼本體的直徑一致，分別與兩個型鋼本體的一端相連。
3.根據(jù)權利要求2所述的型鋼構件，其特征在于所述兩個圓臺管所具有相同的傾斜角α ，所述的傾斜角α 在15° 75°之間。
4.根據(jù)權利要求2所述的型鋼構件，其特征在于所述圓臺管的最大直徑為型鋼本體直徑的I. 5 3倍。
5.根據(jù)權利要求I所述的型鋼構件，其特征在于所述型鋼本體為圓鋼管，所述的消能節(jié)點區(qū)有兩個呈圓臺狀的管體，兩圓臺管的最小直徑端分別與兩個型鋼本體的一端相連， 所述的兩個圓臺狀管體最大直徑端之間加設了一段與其直徑相同的圓柱形的中間柱管，通過該中間柱管將所述兩個圓臺狀的管體最大直徑端連接為一體構成擴張段。
6.根據(jù)權利要求5所述的型鋼構件，其特征在于所述的兩圓臺狀的管體具有相等的傾斜角α 2，所述的傾斜角α2在15° 75°之間。
7.根據(jù)權利要求5所述的型鋼構件，其特征在于所述中間柱管的直徑為型鋼本體直徑的I. 5 3倍。
8.—種有利于消減鋼構件節(jié)點應力的型鋼構件，它包括型鋼體，其特征在于所述型鋼體在沿長度方向上設有至少一個消能節(jié)點區(qū)，所述消能節(jié)點區(qū)位于型鋼體的兩端之間的任何一個區(qū)段，型鋼體具有型鋼本體，所述消能節(jié)點區(qū)為從該區(qū)段兩端的型鋼體本體起相向斜向彎折并對接為一體形成的一個彎折段，所述消能節(jié)點區(qū)的壁厚與型鋼本體的壁厚一致，該彎折段有利于增大型鋼的軸向彈性，以便型鋼能有效地吸收節(jié)點兩側結構膨脹或收縮變形所產(chǎn)生的能量，從而減小型鋼構件的內應力和應力集中區(qū)。
9.根據(jù)權利要求8所述的型鋼構件，其特征在于所述消能節(jié)點區(qū)的兩個斜向彎折具有相等的與型鋼縱軸線的傾斜夾角α 3，所述傾斜夾角α3在15° 75°之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種有利于消減鋼構件節(jié)點應力的型鋼構件，它包括型鋼體，所述型鋼體在沿長度方向上設有至少一個消能節(jié)點區(qū)，所述消能節(jié)點區(qū)位于型鋼體的兩端之間的任何一個區(qū)段，所述消能節(jié)點區(qū)外輪廓的截面尺寸從該區(qū)段兩端的型鋼體本體截面尺寸起對稱地逐漸增大并在中間接合形成一個擴張段，所述消能節(jié)點區(qū)的壁厚與型鋼本體的壁厚一致，該擴張段有利于增大型鋼的軸向彈性，以便型鋼能有效吸收節(jié)點兩側結構膨脹或收縮變形所產(chǎn)生的能量，從而減小型鋼構件的內應力和應力集中區(qū)。該型鋼構件在軸向外力的作用下能夠產(chǎn)生較大的變形量，有效地吸收節(jié)點兩側結構膨脹或收縮變形所產(chǎn)生的能量，從而減小型鋼構件的內應力和應力集中區(qū)。
文檔編號E04C3/00GK102587571SQ201210032328
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月14日 優(yōu)先權日2012年2月14日
發(fā)明者區(qū)彤, 向先云, 孫學水, 張專濤, 譚堅, 賴鴻立, 陳星 , 陳雄 申請人:廣東杭蕭鋼構有限公司, 廣東省建筑設計研究院