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土木工程中構件連接節點(diǎn)分析論文
1構件節點(diǎn)的發(fā)展歷程
在土木工程領(lǐng)域，古代人類(lèi)最早用木頭建造房屋，而榫卯和木釘就是最早出現的節點(diǎn)連接方式，發(fā)展到了現代，木結構建筑主要采用鐵釘、螺栓、連接件等方式，隨著(zhù)建筑材料的革新和建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，進(jìn)而有了磚混結構，混凝土結構，鋼結構，鋼—混凝土結構等結構體系，傳統的節點(diǎn)形式已經(jīng)遠遠不能滿(mǎn)足現代建筑行業(yè)的需求，故而出現了螺栓連接、焊接等一系列新型節點(diǎn)連接形式。但每種節點(diǎn)連接方式都有其自己的適用范圍，木結構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澆和預制兩種;鋼結構有焊接、鉚釘連接和螺栓連接。除上述連接外，在輕鋼結構中還經(jīng)常采用抽芯鉚釘、自攻螺釘和焊釘等連接方式。
2節點(diǎn)連接的類(lèi)型和特點(diǎn)
2．1榫卯連接
榫卯連接是中國獨創(chuàng )的一種連接方式，“榫”就是凸出來(lái)的部分，“卯”就是凹進(jìn)去的部分，榫卯結構的連接不需要借助其他輔助件，僅僅依靠建筑本身各構件來(lái)完成組合，既美觀(guān)，又經(jīng)久耐用，而且其組合和拆卸都非常方便。卯榫結構在傳承與發(fā)展的過(guò)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(lèi)型，代表建筑有紫禁城，大觀(guān)園，山西懸空寺等。這種結構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(guò)變形來(lái)吸收一定的地震能量，減小結構的地震響應，具有較好的抗震性能。
2．2鉚釘連接
鉚釘連接是將預制釘頭插人被連接構件的釘孔中，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。鉚釘的分類(lèi)不拘形式，種類(lèi)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等。鉚釘連接具有力的傳遞路徑可靠，鉚接強度高，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)載的重型結構，但其構造復雜，加工精度要求高，費工費時(shí)。目前，鉚釘連接很少被采用，已基本被焊接和高強螺栓連接所取代［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，應用比較廣泛。目前鋼結構領(lǐng)域比較常用的節點(diǎn)連接形式有普通螺栓連接和高強度螺栓連接，螺栓連接具有施工方便，結構簡(jiǎn)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。但螺栓連接必須對構件進(jìn)行開(kāi)孔處理，構件截面受到一定的削弱，而且被連接的構件需要互相搭接或另設拼接件等連接件，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(guò)熱量使焊條和焊件熔化經(jīng)冷卻凝結連接成一體的連接形式。焊接被廣泛應用于鋼結構建筑領(lǐng)域中，其優(yōu)點(diǎn)是:任何形式的構件一般都可直接相連，不用削弱構件的截面。構造簡(jiǎn)單，用料經(jīng)濟，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，導致局部材質(zhì)變脆。焊接過(guò)程中鋼材受到不均勻的加熱和冷卻，使結構產(chǎn)生焊接殘余應力和殘余變形，對結構的承載力、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鑄鋼節點(diǎn)
鑄鋼節點(diǎn)是整體澆筑連接的一種形式，形狀千差萬(wàn)別。根據鑄鋼節點(diǎn)的內部構造可分為實(shí)心鑄鋼節點(diǎn)、空心鑄鋼節點(diǎn)和半空心半實(shí)心鑄鋼節點(diǎn);根據節點(diǎn)形式主要分為鑄鋼空心球管節點(diǎn)、鑄鋼支座節點(diǎn)和鑄鋼相貫節點(diǎn)等。鑄鋼節點(diǎn)相比以上的節點(diǎn)連接形式，主要特點(diǎn)［3］為:(1)整體性好。鑄鋼節點(diǎn)在廠(chǎng)內整體澆鑄，可避免相貫線(xiàn)切割及重疊焊縫焊接引起的應力集中;(2)適應性。鑄鋼節點(diǎn)設計自由度大，根據建筑結構的不同需要可生產(chǎn)出具有復雜外形和內部結構的節點(diǎn)，同時(shí)也可按受力狀況采取最合理的截面形式，改善節點(diǎn)的應力分布;(3)應用廣。鑄鋼節點(diǎn)不受節點(diǎn)的形狀、位置和尺寸的限制，不但能用于結構的中部節點(diǎn)，也能用于支座節點(diǎn)。鑄鋼節點(diǎn)主要應用在支座節點(diǎn)、桿件節點(diǎn)、錨具夾具等建筑構件中，具有廣闊的應用前景。
3歸納對比
針對土木工程中常用構件連接節點(diǎn)的類(lèi)型，對其優(yōu)缺點(diǎn)做出了簡(jiǎn)單的對比，結果如下。(1)榫卯連接:常用結構為木結構。優(yōu)點(diǎn):中國獨創(chuàng )，自身組合，具有視覺(jué)美感，易于拆卸，抗震性較好;缺點(diǎn):機械化難度大，要求精度高，縱向上具備強度和韌性，橫向容易折斷。(2)鉚釘連接:常用結構為鋼結構。優(yōu)點(diǎn):種類(lèi)多，強度高，塑性和韌性好，易于檢查;缺點(diǎn):精度高，費鋼費工，勞動(dòng)條件差，成本高。(3)螺栓連接:常用結構為木結構和鋼結構。優(yōu)點(diǎn):結構簡(jiǎn)單，形式多樣，裝拆方便，成本低，適用于工地安裝;缺點(diǎn):開(kāi)孔對構件截面有一定削弱，增加用鋼量，精度要求高。(4)焊接連接:常用結構為鋼結構。優(yōu)點(diǎn):構造簡(jiǎn)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:常用結構為鋼結構。優(yōu)點(diǎn):整體澆筑，適應性強，應用范圍廣;缺點(diǎn):工藝高，自重較大，成本較高，受力復雜。由土木工程中常用類(lèi)型節點(diǎn)連接的對比結果可知，每種節點(diǎn)都有自己獨特的優(yōu)越性和適用性，我們很難去一概而論哪類(lèi)節點(diǎn)好，哪類(lèi)節點(diǎn)不好，只有視具體情況而定。
4結語(yǔ)
隨著(zhù)土木工程的不斷發(fā)展，節點(diǎn)連接的形式和種類(lèi)越來(lái)越多，不同的連接方式具有不同的適用范圍。大多數節點(diǎn)的連接形式都在相同性質(zhì)材料之間適用，今后節點(diǎn)應該向不同材料構件之間的方向發(fā)展，爭取取得突破性的進(jìn)展。
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