土木工程中構(gòu)件連接節(jié)點(diǎn)分析論文
1構(gòu)件節(jié)點(diǎn)的發(fā)展歷程
在土木工程領(lǐng)域，古代人類最早用木頭建造房屋，而榫卯和木釘就是最早出現(xiàn)的節(jié)點(diǎn)連接方式，發(fā)展到了現(xiàn)代，木結(jié)構(gòu)建筑主要采用鐵釘、螺栓、連接件等方式，隨著建筑材料的革新和建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，進(jìn)而有了磚混結(jié)構(gòu)，混凝土結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)，鋼—混凝土結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)體系，傳統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)形式已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代建筑行業(yè)的需求，故而出現(xiàn)了螺栓連接、焊接等一系列新型節(jié)點(diǎn)連接形式。但每種節(jié)點(diǎn)連接方式都有其自己的適用范圍，木結(jié)構(gòu)的常用的連接方法有榫卯、釘連接、螺栓連接和連接件連接等;混凝土梁柱連接一般為現(xiàn)澆和預(yù)制兩種;鋼結(jié)構(gòu)有焊接、鉚釘連接和螺栓連接。除上述連接外，在輕鋼結(jié)構(gòu)中還經(jīng)常采用抽芯鉚釘、自攻螺釘和焊釘?shù)冗B接方式。
2節(jié)點(diǎn)連接的類型和特點(diǎn)
2．1榫卯連接
榫卯連接是中國獨(dú)創(chuàng)的一種連接方式，“榫”就是凸出來的部分，“卯”就是凹進(jìn)去的部分，榫卯結(jié)構(gòu)的連接不需要借助其他輔助件，僅僅依靠建筑本身各構(gòu)件來完成組合，既美觀，又經(jīng)久耐用，而且其組合和拆卸都非常方便。卯榫結(jié)構(gòu)在傳承與發(fā)展的過程中不斷創(chuàng)新，至今已有上百種榫卯，最常用的有龍鳳榫、抱肩榫、夾頭榫等幾十種類型，代表建筑有紫禁城，大觀園，山西懸空寺等。這種結(jié)構(gòu)不僅能夠承受較大的荷載，還能允許一定的變形，在地震荷載作用下通過變形來吸收一定的地震能量，減小結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)，具有較好的抗震性能。
2．2鉚釘連接
鉚釘連接是將預(yù)制釘頭插人被連接構(gòu)件的釘孔中，然后在外力的作用下，將另一端壓成封閉狀，使連接件被鉚釘卡緊而形成的一種牢固連接。鉚釘?shù)?分類不拘形式，種類繁多，常用的有半圓頭鉚釘、實(shí)心鉚釘、抽芯鉚釘和空心鉚釘?shù)�。鉚釘連接具有力的傳遞路徑可靠，鉚接強(qiáng)度高，密封性能好，塑性和韌性較好，質(zhì)量易于控制等優(yōu)點(diǎn)，可用于承受動(dòng)載的重型結(jié)構(gòu)，但其構(gòu)造復(fù)雜，加工精度要求高，費(fèi)工費(fèi)時(shí)。目前，鉚釘連接很少被采用，已基本被焊接和高強(qiáng)螺栓連接所取代［2］。
2．3螺栓連接
螺栓連接是用于緊固連接兩個(gè)帶有通孔零件的一種連接形式，應(yīng)用比較廣泛。目前鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域比較常用的節(jié)點(diǎn)連接形式有普通螺栓連接和高強(qiáng)度螺栓連接，螺栓連接具有施工方便，結(jié)構(gòu)簡單，形式多樣，裝拆方便，成本低等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于工地安裝。但螺栓連接必須對(duì)構(gòu)件進(jìn)行開孔處理，構(gòu)件截面受到一定的削弱，而且被連接的構(gòu)件需要互相搭接或另設(shè)拼接件等連接件，用材量較大。而且在交變荷載作用下，易松動(dòng)。
2．4焊接
焊接是通過熱量使焊條和焊件熔化經(jīng)冷卻凝結(jié)連接成一體的連接形式。焊接被廣泛應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)建筑領(lǐng)域中，其優(yōu)點(diǎn)是:任何形式的構(gòu)件一般都可直接相連，不用削弱構(gòu)件的截面。構(gòu)造簡單，用料經(jīng)濟(jì)，制造加工方便，連接剛度大，自動(dòng)化程度高。其缺點(diǎn)是:焊縫附近的鋼材會(huì)因焊接高溫作用而形成熱影響區(qū)，導(dǎo)致局部材質(zhì)變脆。焊接過程中鋼材受到不均勻的加熱和冷卻，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力和殘余變形，對(duì)結(jié)構(gòu)的承載力、剛度和使用性能有一定的影響。此外，焊接連接剛度大，局部裂縫一旦發(fā)生很容易擴(kuò)展到整體，且焊接的塑性和韌性較差，低溫下容易發(fā)生脆性破壞。
2．5鑄鋼節(jié)點(diǎn)
鑄鋼節(jié)點(diǎn)是整體澆筑連接的一種形式，形狀千差萬別。根據(jù)鑄鋼節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部構(gòu)造可分為實(shí)心鑄鋼節(jié)點(diǎn)、空心鑄鋼節(jié)點(diǎn)和半空心半實(shí)心鑄鋼節(jié)點(diǎn);根據(jù)節(jié)點(diǎn)形式主要分為鑄鋼空心球管節(jié)點(diǎn)、鑄鋼支座節(jié)點(diǎn)和鑄鋼相貫節(jié)點(diǎn)等。鑄鋼節(jié)點(diǎn)相比以上的節(jié)點(diǎn)連接形式，主要特點(diǎn)［3］為:(1)整體性好。鑄鋼節(jié)點(diǎn)在廠內(nèi)整體澆鑄，可避免相貫線切割及重疊焊縫焊接引起的應(yīng)力集中;(2)適應(yīng)性。鑄鋼節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)自由度大，根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的不同需要可生產(chǎn)出具有復(fù)雜外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)，同時(shí)也可按受力狀況采取最合理的截面形式，改善節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力分布;(3)應(yīng)用廣。鑄鋼節(jié)點(diǎn)不受節(jié)點(diǎn)的形狀、位置和尺寸的限制，不但能用于結(jié)構(gòu)的中部節(jié)點(diǎn)，也能用于支座節(jié)點(diǎn)。鑄鋼節(jié)點(diǎn)主要應(yīng)用在支座節(jié)點(diǎn)、桿件節(jié)點(diǎn)、錨具夾具等建筑構(gòu)件中，具有廣闊的應(yīng)用前景。
3歸納對(duì)比
針對(duì)土木工程中常用構(gòu)件連接節(jié)點(diǎn)的類型，對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)做出了簡單的對(duì)比，結(jié)果如下。(1)榫卯連接:常用結(jié)構(gòu)為木結(jié)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn):中國獨(dú)創(chuàng)，自身組合，具有視覺美感，易于拆卸，抗震性較好;缺點(diǎn):機(jī)械化難度大，要求精度高，縱向上具備強(qiáng)度和韌性，橫向容易折斷。(2)鉚釘連接:常用結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn):種類多，強(qiáng)度高，塑性和韌性好，易于檢查;缺點(diǎn):精度高，費(fèi)鋼費(fèi)工，勞動(dòng)條件差，成本高。(3)螺栓連接:常用結(jié)構(gòu)為木結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡單，形式多樣，裝拆方便，成本低，適用于工地安裝;缺點(diǎn):開孔對(duì)構(gòu)件截面有一定削弱，增加用鋼量，精度要求高。(4)焊接連接:常用結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn):構(gòu)造簡單，加工方便，剛度大，自動(dòng)化程度高;缺點(diǎn):焊接容易產(chǎn)生缺陷，進(jìn)而發(fā)生脆性破壞。(5)鑄鋼連接:常用結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn):整體澆筑，適應(yīng)性強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣;缺點(diǎn):工藝高，自重較大，成本較高，受力復(fù)雜。由土木工程中常用類型節(jié)點(diǎn)連接的對(duì)比結(jié)果可知，每種節(jié)點(diǎn)都有自己獨(dú)特的優(yōu)越性和適用性，我們很難去一概而論哪類節(jié)點(diǎn)好，哪類節(jié)點(diǎn)不好，只有視具體情況而定。
4結(jié)語
隨著土木工程的不斷發(fā)展，節(jié)點(diǎn)連接的形式和種類越來越多，不同的連接方式具有不同的適用范圍。大多數(shù)節(jié)點(diǎn)的連接形式都在相同性質(zhì)材料之間適用，今后節(jié)點(diǎn)應(yīng)該向不同材料構(gòu)件之間的方向發(fā)展，爭取取得突破性的進(jìn)展。
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