CN106351236B - 一种双向钢支撑结构的柔性节点及双向钢支撑结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双向钢支撑结构的柔性节点，应用于双向钢支撑结构中，双向钢支撑结构包括互相垂直的水平支撑和垂直支撑，柔性节点设置于水平支撑和垂直支撑的交接处，柔性节点包括外箱体、内箱体、第一连接组件和第二连接组件，外箱体为中空结构，其表面开设有共轴的第一孔洞和第二孔洞，内箱体设置于外箱体内部；第一连接组件和第二连接组件分别穿过第一孔洞和第二孔洞与内箱体连接；内箱体的外壁与外箱体内壁之间设置有弹性元件。本发明提供的一种双向钢支撑结构的柔性节点，可以有效的减小水平支撑轴力加载时对垂直支撑产生的附加弯矩，改善了整个双向钢支撑结构的受力状况。

Description

一种双向钢支撑结构的柔性节点及双向钢支撑结构

技术领域

本发明属于建筑施工领域，涉及一种双向钢支撑结构的柔性节点及双向钢支撑结构。

背景技术

目前在建筑施工中，基坑开挖一般采用钢筋混凝土作为坑中的水平支撑，但这种做法施工成本高，不能重复利用，特别是在施工完成后拆除工作量大，噪声大、污染严重，不利于环保。而目前另一种方法就是用钢支撑作为地下开挖后的水平支撑，它克服了混凝土水平支撑的缺点，具有可重复使用，利于环保等优点。

大型基坑采用双向钢支撑时，是通过对逐根钢支撑在端部施加预应力的方法形成支撑体系的，其纵横向支撑交界处一般采用法兰节点或抱箍节点，这种支撑节点为刚性节点。

本领域技术人员往往忽视而申请人注意到的是：双向钢支撑结构在施加预应力时，存在施加预应力的先后顺序以及支撑的轴向变形，施加预应力的支撑产生轴向压缩变形。由于刚性节点的存在，这种轴向压缩变形会通过刚性节点直接传递给垂直向的支撑，垂直向的支撑就会发生弯曲，弯曲的垂直向的支撑必然会对与施加预应力的支撑邻近的同向钢支撑产生节点附加弯矩，这样会逐步增加钢支撑的应力。因此，当施工至若干根支撑后，先前施工受力的钢支撑应力逐步增加，会导致支撑体系的应力超限而失效。

如图1所示，在下图1所示的数字部位安装千斤顶，并按数字顺序逐个施加预应力(例如756吨)，即先施加1号支撑预应力，再施加2号支撑预应力，然后逐渐施加至12号支撑预应力，根据序号施加应力的过程中，施加应力值是逐渐增大的，计算结果表明，第1次加载时的最大应力值为-160.5MPa，而在最后施加12号支撑预应力时，应力值达到最大值-391.8Mpa。

上述的计算结果表明，由于采用刚性节点的双向钢支撑结构在逐根施加预应力时，将导致后期施工的钢支撑对已施加预应力的钢支撑产生附加弯矩的作用，相应支撑的应力最大值由160.5MPa增加到391.8MPa，当超过钢支撑结构的承受范围时，就可能导致支撑体系的应力超限而失效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双向钢支撑结构的柔性节点及双向钢支撑结构，旨在解决现有技术中采用刚性节点的双向钢支撑结构存在的附加弯矩(附加应力)过大导致的支撑体系应力超限的难题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种双向钢支撑结构的柔性节点，应用于双向钢支撑结构中，所述双向钢支撑结构包括互相垂直的水平支撑和垂直支撑，所述柔性节点设置于所述水平支撑和所述垂直支撑的交接处，所述柔性节点包括外箱体、内箱体、第一连接组件和第二连接组件，

所述外箱体为中空结构，其表面开设有共轴的第一孔洞和第二孔洞，所述内箱体设置于所述外箱体内部；

所述第一连接组件和所述第二连接组件分别穿过所述第一孔洞和所述第二孔洞与所述内箱体连接；

所述内箱体的外壁与所述外箱体内壁之间设置有弹性元件。

作为优选的，所述外箱体和内箱体均为立方体；

所述外箱体与水平面垂直的四个面分别为相互平行的第一面和第二面、相互平行的第三面和第四面，所述第一面和第二面上分别开设有共轴的第一孔洞和第二孔洞。

进一步的，所述内箱体与水平面平行的两个面均与滑动件固定，所述滑动件与所述外箱体的内壁接触。

优选的，所述滑动件为不锈钢板，所述内箱体与水平面平行的两个面均与一不锈钢板焊接，所述不锈钢板与所述外箱体的接触面涂布涂润滑油。

进一步的，所述柔性节点还包括第三连接组件和第四连接组件，

所述第一连接组件贯穿所述第一孔洞，其一端与所述内箱体连接，另一端用于与所述垂直支撑连接；

所述第二连接组件贯穿所述第二孔洞，其一端与所述内箱体连接，另一端用于与所述垂直支撑连接；

所述第三连接组件一端与所述外箱体的第三面连接，另一端与所述水平支撑连接；

所述第四连接组件一端与所述外箱体的第四面连接，另一端与所述水平支撑连接。

优选的，所述第一连接组件和所述第二连接组件与所述内箱体焊接或一体成型；

所述第三连接组件和所述第四连接组件与所述外箱体焊接或一体成型。

进一步的，所述第一连接组件包括第一连接杆和第一法兰，第二连接组件包括第二连接杆和第二法兰，第三连接组件包括第三连接杆和第三法兰，第四连接组件包括第四连接杆和第四法兰，

所述第一连接杆贯穿所述第一孔洞，其一端与所述内箱体连接，另一端与所述第一法兰连接，所述第一法兰用于与所述垂直支撑连接；

所述第二连接杆贯穿所述第二孔洞，其一端与所述内箱体连接，另一端与所述第二法兰连接，所述第二法兰用于与所述垂直支撑连接；

所述第三连接杆一端与所述外箱体的第三面连接，另一端与所述第三法兰连接，所述第三法兰与所述水平支撑连接；

所述第四连接杆一端与所述外箱体的第四面连接，另一端与所述第四法兰连接，所述第四法兰与所述水平支撑连接。

优选的，所述弹性元件为碟形弹簧。

本发明还提供了一种双向钢支撑结构，包括互相垂直的水平支撑和垂直支撑、以及上述的柔性节点，

所述柔性节点设置于所述水平支撑和所述垂直支撑的交接处；

所述水平支撑与所述外箱体连接；

所述垂直支撑与所述第一连接组件或所述第二连接组件连接。

与现有技术相比，本发明提供的一种双向钢支撑结构的柔性节点，使水平支撑与垂直支撑不直接接触，当对水平支撑加载轴力时，水平支撑产生的压缩变形不会直接作用于与内箱体连接的垂直支撑，使得垂直支撑的侧向位移大大减小，这样就有效的减小水平支撑轴力加载时对垂直支撑产生的附加弯矩，改善了整个双向钢支撑结构的受力状况。

附图说明

图1是现有技术中双向钢支撑结构轴力加载的示意图；

图2-4是本发明实施例提供的一种双向钢支撑结构的柔性节点的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种双向钢支撑结构的柔性节点及双向钢支撑结构作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

如图2-4所示，本发明提供了一种双向钢支撑结构的柔性节点，应用于双向钢支撑结构中，所述双向钢支撑结构包括互相垂直的水平支撑和垂直支撑，所述柔性节点设置于所述水平支撑和所述垂直支撑的交接处，所述柔性节点包括外箱体1、内箱体2、第一连接组件5和第二连接组件6；

所述外箱体1为中空结构，其表面开设有共轴的第一孔洞11和第二孔洞12，所述内箱体2设置于所述外箱体1内部；

所述第一连接组件5和所述第二连接组件6分别穿过所述第一孔洞11和所述第二孔洞12与所述内箱体2连接；

所述内箱体2的外壁与所述外箱体1内壁之间设置有弹性元件3。在本实施例的方案中，柔性节点包括内、外箱体，两者之间设有弹性元件3，在实际应用中，水平支撑与外箱体1连接，垂直支撑与内箱体2连接，此时，水平支撑与垂直支撑不直接接触，当对水平支撑加载轴力时，水平支撑会产生压缩变形，此时，水平支撑的轴力会传递给外箱体1，使外箱体1产生轴向的位移，由于外箱体1是通过弹性元件3与内箱体2连接的，此时，外箱体1的位移不会直接作用于内箱体2，而是会先将水平支撑的轴力传递给弹性元件3，弹性元件3受力压缩变形，这样，弹性元件3传递给内箱体2的位移会大大减小，即此时内箱体2的位移将小于外箱体1的位移，而与内箱体2连接的垂直支撑的侧向位移也将大大减小。通过上述技术方案，可以有效的减小水平支撑轴力加载时对垂直支撑产生的附加弯矩。同理，当对垂直支撑进行轴力加载时，也将显著的减小对水平支撑产生的附加弯矩。

优选的，所述外箱体1和内箱体2均为立方体(也可以为其他形状，例如球形等)，所述外箱体1与水平面垂直的四个面分别为相互平行的第一面和第二面、相互平行的第三面和第四面，所述第一面和第二面上分别开设有共轴的第一孔洞11和第二孔洞12。

进一步的，所述内箱体2与水平面平行的两个面均与滑动件4固定，所述滑动件4与所述外箱体1的内壁接触。

优选的，所述滑动件4为不锈钢板，所述内箱体2与水平面平行的两个面均与一不锈钢板焊接，所述不锈钢板与所述外箱体1的接触面涂布涂润滑油。上述方案可以有效的减小内箱体2与外箱体1之间相对运动产生的摩擦力，减小两者之间的位移影响。

进一步的，所述柔性节点还包括第三连接组件7和第四连接组件8，

所述第一连接组件5贯穿所述第一孔洞11，其一端与所述内箱体2连接，另一端用于与所述垂直支撑连接；

所述第二连接组件6贯穿所述第二孔洞12，其一端与所述内箱体2连接，另一端用于与所述垂直支撑连接；

所述第三连接组件7一端与所述外箱体1的第三面连接，另一端用于与所述水平支撑连接；

所述第四连接组件8一端与所述外箱体1的第四面连接，另一端用于与所述水平支撑连接。

优选的，在上述技术方案中，所述第一连接组件5和所述第二连接组件6与所述内箱体2焊接或一体成型；所述第三连接组件7和所述第四连接组件8与所述外箱体1焊接或一体成型。

进一步的，所述第一连接组件5包括第一连接杆51和第一法兰52，第二连接组件6包括第二连接杆61和第二法兰62，第三连接组件7包括第三连接杆71和第三法兰72，第四连接组件8包括第四连接杆81和第四法兰82，

所述第一连接杆51贯穿所述第一孔洞11，其一端与所述内箱体2连接，另一端与所述第一法兰52连接，所述第一法兰52用于与所述垂直支撑连接；

所述第二连接杆61贯穿所述第二孔洞12，其一端与所述内箱体2连接，另一端与所述第二法兰62连接，所述第二法兰62用于与所述垂直支撑连接；

所述第三连接杆71一端与所述外箱体1的第三面连接，另一端与所述第三法兰72连接，所述第三法兰72用于与所述水平支撑连接；

所述第四连接杆81一端与所述外箱体1的第四面连接，另一端与所述第四法兰82连接，所述第四法兰82用于与所述水平支撑连接。

进一步的，所述外箱体1包括对称的左箱体13和右箱体14，所述左箱体13和所述右箱体14通过螺栓连接组成所述外箱体1。

优选的，所述弹性元件3为碟形弹簧。选择的碟形弹簧因当注意其压缩变形75％所需的力即为钢支撑失稳的支撑力，防止钢支撑失稳。

本发明还提供了一种双向钢支撑结构，包括互相垂直的水平支撑和垂直支撑、以及上述的柔性节点，

所述柔性节点设置于所述水平支撑和所述垂直支撑的交接处；

所述水平支撑与所述外箱体1连接；

所述垂直支撑与所述第一连接组件5或所述第二连接组件6连接。

在实际应用中，在双向钢支撑结构的水平与垂直支撑的端部各安装大吨位的液压千斤顶，首先对水平支撑单边加载轴力200吨，然后对垂直支撑单边加载200吨，此时，垂直支撑会压缩使墙体变形，垂直支撑会在轴向移动大约30mm左右。当采用现有技术的刚性节点时，由于没有缓冲作用，刚性节点也将整体移动30mm，使得水平支撑发生侧向位移30mm，这样，水平支撑产生的附加弯矩会对已加载完成的垂直支撑产生附加应力，降低了钢支撑结构的承载能力。而采用本发明的柔性节点时，由于柔性节点内部的缓冲作用，使得垂直支撑产生位移传递至水平支撑时会大大减小，此时，水平支撑发生的侧向位移减小到22mm，使得附件弯矩与附加应力大大减少，改善了钢支撑结构的受力情况。

同时，由于钢管较长一般为25m至50m，如果中间水平向没有支撑会失稳，本发明的柔性节点还使得两个垂直方向的钢支撑有互相约束作用(采用弹性元件)，使钢支撑水平不失稳，通过计算，失稳支撑力约7.5吨，所以只需选择合适的弹性元件即可防止钢支撑失稳。

本发明提供的一种双向钢支撑结构的柔性节点，使水平支撑与垂直支撑不直接接触，当对水平支撑加载轴力时，水平支撑产生的压缩变形不会直接作用于与内箱体连接的垂直支撑，使得垂直支撑的侧向位移大大减小，这样就有效的减小水平支撑轴力加载时对垂直支撑产生的附加弯矩，改善了整个双向钢支撑结构的受力状况。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (9)

1.一种双向钢支撑结构的柔性节点，应用于双向钢支撑结构中，所述双向钢支撑结构包括互相垂直的水平支撑和垂直支撑，所述柔性节点设置于所述水平支撑和所述垂直支撑的交接处，其特征在于，所述柔性节点包括外箱体、内箱体、第一连接组件和第二连接组件，

所述外箱体为中空结构，其表面开设有共轴的第一孔洞和第二孔洞，所述内箱体设置于所述外箱体内部；

所述第一连接组件和所述第二连接组件分别穿过所述第一孔洞和所述第二孔洞与所述内箱体连接；

所述内箱体的外壁与所述外箱体内壁之间设置有弹性元件。

2.根据权利要求1所述的一种双向钢支撑结构的柔性节点，其特征在于，所述外箱体和内箱体均为立方体；

所述外箱体与水平面垂直的四个面分别为相互平行的第一面和第二面、相互平行的第三面和第四面，所述第一面和第二面上分别开设有共轴的第一孔洞和第二孔洞。

3.根据权利要求2所述的一种双向钢支撑结构的柔性节点，其特征在于，所述内箱体与水平面平行的两个面均与滑动件固定，所述滑动件与所述外箱体的内壁接触。

4.根据权利要求3所述的一种双向钢支撑结构的柔性节点，其特征在于，所述滑动件为不锈钢板，所述内箱体与水平面平行的两个面均与一不锈钢板焊接，所述不锈钢板与所述外箱体的接触面涂布涂润滑油。

5.根据权利要求2所述的一种双向钢支撑结构的柔性节点，其特征在于，所述柔性节点还包括第三连接组件和第四连接组件，

所述第一连接组件贯穿所述第一孔洞，其一端与所述内箱体连接，另一端用于与所述垂直支撑连接；

所述第二连接组件贯穿所述第二孔洞，其一端与所述内箱体连接，另一端用于与所述垂直支撑连接；

所述第三连接组件一端与所述外箱体的第三面连接，另一端用于与所述水平支撑连接；

所述第四连接组件一端与所述外箱体的第四面连接，另一端用于与所述水平支撑连接。

6.根据权利要求5所述的一种双向钢支撑结构的柔性节点，其特征在于，所述第一连接组件和所述第二连接组件与所述内箱体焊接或一体成型；

所述第三连接组件和所述第四连接组件与所述外箱体焊接或一体成型。

7.根据权利要求5所述的一种双向钢支撑结构的柔性节点，其特征在于，所述第一连接组件包括第一连接杆和第一法兰，第二连接组件包括第二连接杆和第二法兰，第三连接组件包括第三连接杆和第三法兰，第四连接组件包括第四连接杆和第四法兰，

所述第一连接杆贯穿所述第一孔洞，其一端与所述内箱体连接，另一端与所述第一法兰连接，所述第一法兰用于与所述垂直支撑连接；

所述第二连接杆贯穿所述第二孔洞，其一端与所述内箱体连接，另一端与所述第二法兰连接，所述第二法兰用于与所述垂直支撑连接；

所述第三连接杆一端与所述外箱体的第三面连接，另一端与所述第三法兰连接，所述第三法兰用于与所述水平支撑连接；

所述第四连接杆一端与所述外箱体的第四面连接，另一端与所述第四法兰连接，所述第四法兰用于与所述水平支撑连接。

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种双向钢支撑结构的柔性节点，其特征在于，所述弹性元件为碟形弹簧。

9.一种双向钢支撑结构，其特征在于，包括互相垂直的水平支撑和垂直支撑、如权利要求1-7任一项所述的柔性节点，

所述柔性节点设置于所述水平支撑和所述垂直支撑的交接处；

所述水平支撑与所述外箱体连接；

所述垂直支撑与所述第一连接组件或所述第二连接组件连接。