桁架是一種常見的結(jié)構(gòu)形式，其節(jié)點連接方式對整個結(jié)構(gòu)的性能有重要影響。本研究比較了幾種常見的桁架節(jié)點連接方式，包括焊接、螺栓連接和銷接等。通過分析不同連接方式的力學(xué)性能和成本效益，發(fā)現(xiàn)螺栓連接在承載能力、抗震性能和經(jīng)濟性方面具有優(yōu)勢。焊接連接在施工速度和后期維護方面更具優(yōu)勢。在選擇桁架節(jié)點連接方式時，需要根據(jù)具體工程需求進行綜合考慮。
一、常見桁架節(jié)點連接方式
- 節(jié)點式連接
- 分類及適用情況：可分為單節(jié)點式連接和雙節(jié)點式連接。單節(jié)點式連接適用于水平或者小角度斜截面的構(gòu)件連接；雙節(jié)點式連接適用于大角度斜截面的構(gòu)件連接。
- 連接方式及優(yōu)缺點：通常使用螺栓連接構(gòu)件。優(yōu)點是拆裝方便，維修更換也比較方便。在整個桁架結(jié)構(gòu)中，它采用多個節(jié)點把支撐構(gòu)件和張力構(gòu)件連接起來，使桁架結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定。
- 板式連接
- 分類及適用情況：分為剪力板式連接和對接板式連接。剪力板式連接常用于連接小角度斜截面的構(gòu)件；對接板式連接用于連接大角度斜截面的構(gòu)件。
- 連接方式及優(yōu)缺點：將桁架構(gòu)件通過鋼板連接在一起。連接處設(shè)置不同的板件來保證桁架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，如剪力板式連接設(shè)置一個或多個鋼板，對接板式連接設(shè)置多個板件形成對接面。優(yōu)點是連接牢固、穩(wěn)定性強，適用于大跨度桁架的搭建。
- 焊接連接
- 連接方式及優(yōu)缺點：將桁架構(gòu)件通過電焊的方式連接。與其它連接方式相比，這種連接方式可以使桁架結(jié)構(gòu)更加堅固穩(wěn)定，抗倒塌性能更強，并且可以省去螺栓和鋼板的連接過程，節(jié)省建造時間和材料成本。
- 螺栓連接（鋼桁架體系）
- 節(jié)點形式及設(shè)計要點：節(jié)點形式主要有端板連接、法蘭連接、節(jié)點板連接等，其中端板連接是最常見的形式。螺栓連接的設(shè)計主要包括螺栓的選用、螺栓孔的布置、螺栓的安裝等。螺栓的選用應(yīng)根據(jù)節(jié)點的受力情況確定，螺栓孔的布置要保證螺栓受力均勻，螺栓的安裝需嚴格按照規(guī)范要求進行。
- 優(yōu)點：是鋼桁架體系節(jié)點連接中最常用的一種連接方式，具有施工簡單、連接可靠、受力均勻等優(yōu)點。
- 銷軸連接（鋼桁架體系）
- 連接工藝及步驟：銷軸連接工藝包括銷軸孔的鉆孔、銷軸的安裝、銷軸的固定等步驟。通過銷軸將節(jié)點各構(gòu)件連接在一起，但關(guān)于其在桁架連接中的具體優(yōu)勢和劣勢缺乏更多詳細闡述，僅作為鋼桁架體系節(jié)點連接方式的一種被提及。
- 鉚釘連接（鋼桁架體系）
- 節(jié)點形式及設(shè)計要點：節(jié)點形式主要有對接鉚接連接、角鉚接連接、T型鉚接連接等，其中對接鉚接連接是最常見的形式。設(shè)計主要包括鉚釘?shù)倪x用、鉚釘孔的布置、鉚釘?shù)你T接等。鉚釘?shù)倪x用根據(jù)節(jié)點受力情況確定，鉚釘孔布置保證鉚釘受力均勻，鉚釘鉚接嚴格按規(guī)范進行。
- 優(yōu)點：具有連接強度高、剛度大、整體性好等優(yōu)點，但這種連接方式是鋼桁架體系節(jié)點連接的傳統(tǒng)連接方式，目前應(yīng)用可能相對不如其他連接方式廣泛。
- 剛接（邁達斯桁架）
- 特點及適用場景：在邁達斯桁架的設(shè)計與應(yīng)用中默認采用。剛接的連接節(jié)點具有足夠的剛度，能夠傳遞彎矩和剪力，使得相連構(gòu)件在受力時能夠協(xié)同工作，共同承擔(dān)荷載。適用于對承載能力和變形控制要求較高的場合。這種連接方式能提高結(jié)構(gòu)剛度、增強穩(wěn)定性、優(yōu)化受力性能，例如使得桁架各桿件受力時形成整體受力體系共同抵抗外荷載，防止桁架在受力過程中發(fā)生整體失穩(wěn)或局部屈曲，還能讓桁架受力更均勻合理，充分發(fā)揮材料力學(xué)性能，降低結(jié)構(gòu)自重和造價。
- 鉸接（概念提及）
- 特點及適用場景：是一種理想的簡化連接方式，假設(shè)連接節(jié)點只能傳遞剪力而不能傳遞彎矩，相連構(gòu)件在受力時只能發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，不能協(xié)同抵抗彎矩。在邁達斯桁架中，雖然默認采用剛接，但在某些特定場景下，如需要實現(xiàn)特定變形要求或降低施工難度時，也可考慮采用鉸接連接，但需對結(jié)構(gòu)進行專門的設(shè)計和計算分析以確保安全性和穩(wěn)定性。
二、連接方式比較
- 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面
- 焊接連接、剛接（邁達斯桁架）、鉚釘連接（鋼桁架體系）：這幾種連接方式在結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性上表現(xiàn)較好。焊接連接使桁架結(jié)構(gòu)更堅固穩(wěn)定，抗倒塌性能強；剛接能防止桁架整體失穩(wěn)或局部屈曲；鉚釘連接剛度大、整體性好。
- 節(jié)點式連接：通過節(jié)點和螺栓將構(gòu)件連接，在合理設(shè)計和正常使用條件下能保證桁架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，但穩(wěn)定性相較于上述幾種可能稍弱，不過其拆裝方便的特性在某些對穩(wěn)定性要求不是極高且需要靈活調(diào)整的場景下有優(yōu)勢。
- 板式連接：連接牢固、穩(wěn)定性強，尤其適用于大跨度桁架搭建，在大跨度結(jié)構(gòu)中能提供較好的穩(wěn)定性保障。
- 受力性能方面
- 剛接（邁達斯桁架）：能夠傳遞彎矩和剪力，相連構(gòu)件協(xié)同工作共同承擔(dān)荷載，通過合理設(shè)計可以使桁架受力更加均勻合理，充分發(fā)揮材料的力學(xué)性能。
- 焊接連接：將構(gòu)件牢固連接為一個整體，整體受力性能較好。
- 螺栓連接（鋼桁架體系）：受力均勻，是比較可靠的受力連接方式。
- 鉸接（概念提及）：只能傳遞剪力，構(gòu)件只能發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，在受力協(xié)同性上不如剛接等方式，不過在特定需要構(gòu)件相對轉(zhuǎn)動的場景下有其合理性。
- 施工便捷性方面
- 節(jié)點式連接：使用螺栓連接構(gòu)件，拆裝方便，維修更換容易，施工過程相對簡單便捷，不需要復(fù)雜的工藝設(shè)備。
- 螺栓連接（鋼桁架體系）：施工簡單，只要按照規(guī)范進行螺栓的選用、孔的布置和安裝即可。
- 銷軸連接（鋼桁架體系）：從連接工藝步驟來看，包括銷軸孔鉆孔、銷軸安裝和固定等，相對比較常規(guī)，施工難度不大。
- 焊接連接：雖然能節(jié)省材料和時間，但對焊接工藝要求較高，需要專業(yè)的焊接設(shè)備和技術(shù)人員，并且焊接后的檢測等流程也較為復(fù)雜。
- 板式連接：需要設(shè)置鋼板進行連接，鋼板的加工、安裝等工序相對復(fù)雜一些。
- 鉚釘連接（鋼桁架體系）：在現(xiàn)代建筑中，由于施工工藝相對復(fù)雜，如鉚釘?shù)你T接等操作，在施工便捷性方面可能不如螺栓連接等方式。
- 剛接（邁達斯桁架）：在保證剛接效果上可能需要更嚴格的施工工藝要求，對施工精度等方面的要求可能較高，相比一些簡單連接方式施工便捷性略差。
- 經(jīng)濟性方面
- 焊接連接：可以省去螺栓和鋼板的連接過程，節(jié)省了建造時間和材料成本，在經(jīng)濟性方面有一定優(yōu)勢。
- 節(jié)點式連接：使用螺栓連接，如果需要大量螺栓或者特殊規(guī)格螺栓時，成本可能會增加，并且螺栓連接的耐久性等方面可能需要額外考慮維護成本。
- 板式連接：需要鋼板等連接件，材料成本和加工成本可能較高，不過對于大跨度等特殊要求的桁架，其帶來的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等收益可能會平衡成本。
- 螺栓連接（鋼桁架體系）：整體成本取決于螺栓的規(guī)格、質(zhì)量和數(shù)量等因素，不過其施工簡單在一定程度上可控制成本。
- 銷軸連接（鋼桁架體系）：銷軸及相關(guān)配件的成本需要考慮，不過由于缺乏更多資料難以確切對比其經(jīng)濟性。
- 鉚釘連接（鋼桁架體系）：在現(xiàn)代建筑中，考慮到施工效率等因素，其經(jīng)濟性可能相對較差，并且鉚釘?shù)炔牧铣杀疽残杓{入考慮。
- 剛接（邁達斯桁架）：從長遠來看，如果能充分發(fā)揮其結(jié)構(gòu)性能優(yōu)勢，如降低結(jié)構(gòu)自重等，可能會在一定程度上節(jié)省成本，但剛接的施工成本（如高精度施工要求帶來的額外費用）可能在前期較高。
桁架節(jié)點連接方式的創(chuàng)新技術(shù)
不同連接方式對桁架壽命影響
桁架節(jié)點連接的國際標(biāo)準對比
桁架節(jié)點連接方式的成本效益分析
