一种锥管焊接球节点

1.本发明涉及大跨度空间网格结构领域，具体为一种锥管焊接球节点。


背景技术：

2.网架的节点是空间节点，汇集的杆件数量较多，且来自不同方向，构造比较复杂。因此，网架节点设计的合理与否直接影响整个结构的受力性能、制作安装、用钢量及工程造价等,是网架设计中的重要环节之一。
3.大跨度空间网格结构的节点主要分为螺栓球节点和焊接球节点。螺栓球为实心球，因此当球体直径较大时，螺栓球的重量很大，导致结构的总用钢量和重量过大。焊接球为空心球，适合于较大直径的球节点。在焊接球空间网格结构实际工程中，杆件均直接焊接于球体表面，通常要求每个球节点所连接的杆件不相碰，因此当杆件直径较大或杆件夹角较小时，所需要的焊接球直径很大，从而造成节点和结构的用钢量和重量过大，且不利于现场施工。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是：提供一种锥管焊接球节点，能有效降低锥管的体积和焊接球的直径，从而减少锥管焊接球节点的用钢量和重量。
5.为了解决上述技术问题，本发明锥管焊接球节点包括依次焊接连接圆管杆件、锥管和焊接球，所述的锥管包括连接成一体且外侧面平滑连接的管状的锥底与锥头，锥头的小端为锥管的小端，锥头的小端与焊接球焊接连接，锥底与圆管杆件焊接连接，锥底和锥头的外侧面锥度相同，锥底的内侧面为与锥底外侧面同轴的圆柱面,锥头的内侧面的母线为弧线，所述的锥头用于焊接球焊接的一端开设有坡口,锥头开设坡口前的基体垂直于锥管轴线的截面的面积均等于a，锥底与圆管杆件焊接的一端设置有插入在圆管杆件内孔且与圆管杆件内壁贴合的台阶。
6.优选的，所述
7.式中，n为圆管杆件承受压力和拉力的较大值，
8.f为锥管的材料抗拉强度设计值，
9.取值在1-1.2范围内。
10.优选的，所述的
11.优选的，所述的锥管外侧面母线斜率k为：
[0012][0013]
式中，r0为圆管杆件的外圆半径，
[0014]
r0为锥头的基体的小端外圆半径，
[0015]
l为锥头小端到锥底外侧面的末端的距离；
[0016]
锥底外侧面的末端的外圆半径等于圆管杆件的外圆半径；
[0017]
锥头的壁厚t为：
[0018][0019]
x为计算壁厚处距离锥头小端端面的轴向距离；
[0020]
锥底外侧面的末端距离锥头与锥底内侧交界处的轴向距离为l3,锥底总长减去l3为l2,圆管杆件壁厚为t0,锥底的台阶厚t2,所述参数满足以下等式：
[0021][0022]
优选的，所述的圆管杆件和锥管之间设置有焊接坡口。
[0023]
本发明的有益效果是：与传统的焊接球空间网格结构相比，在杆件和焊接球之间引入锥管，通过锥管的小端与焊接球连接，有效降低焊接球的直径，减少焊接球的用钢量和重量；通过对锥管尺寸的限制，在满足承载力的条件下使锥管的体积和用钢量最小化，从而减少锥管焊接球节点的整体用钢量和重量；通过将锥管的内轮廓线设置为弧线和直线组合的形式，方便了锥管和圆管杆件的焊接，同时保证了锥管传力合理，避免了应力集中。
附图说明
[0024]
图1为本发明的结构示意图；
[0025]
图2为本发明锥管的剖面结构示意图；
[0026]
图中：1、圆管杆件，2、焊接球，3、锥管，4、对接焊缝，5、对接焊缝。
具体实施方式
[0027]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，本发明中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0028]
如图1和图2所示的锥管焊接球节点，包括依次焊接连接圆管杆件1、锥管3和焊接球2，锥管3包括连接成一体且外侧面平滑连接的管状的锥底与锥头，锥头的小端为锥管的小端，锥头的小端与焊接球2焊接连接，锥底与圆管杆件1焊接连接，锥底和锥头的外侧面锥度相同，锥底的内侧面为与锥底外侧面同轴的圆柱面,锥头的内侧面的母线为弧线，所述的锥头用于焊接球2焊接的一端开设有30度坡口,锥管3与焊接球2之间焊接成对接焊缝5，锥头开设坡口前的基体垂直于锥管3轴线的截面的面积均等于a，圆管杆件1和锥底之间设置有焊接坡口，锥底与圆管杆件1焊接成对接焊缝4，锥底与圆管杆件1焊接的一端设置有插入在圆管杆件1内孔且与圆管杆件1内壁贴合的台阶。
[0029]
本例通过以下公式控制锥管的尺寸：
[0030]
[0031][0032][0033][0034]
式中，n为圆管杆件承受压力和拉力的较大值，该值是网架结构设计的给定值。
[0035]
f为锥管的材料抗拉强度设计值，该值是网架结构设计的给定值。
[0036]
取值在1-1.2范围内，
[0037]
k为锥管外侧面母线斜率，
[0038]
r0为圆管杆件的外圆半径，锥底外侧面的末端的外圆半径等于圆管杆件的外圆半径；
[0039]
r1为锥头的基体的小端外圆半径，
[0040]
l为锥头小端到锥底外侧面的末端的轴向距离，
[0041]
t为锥头的壁厚，
[0042]
x为计算壁厚处距离锥头小端端面的轴向距离，
[0043]
l3为锥底外侧面的末端距离锥头与锥底内侧交界处的轴向距离,
[0044]
l2为锥底总长减去l3,
[0045]
t0为圆管杆件壁厚,
[0046]
t2为锥底的台阶厚，
[0047]
t1为锥头的基体的小端壁厚。
[0048]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。


技术特征：
1.一种锥管焊接球节点，其特征在于：包括依次焊接连接圆管杆件、锥管和焊接球，所述的锥管包括连接成一体且外侧面平滑连接的管状的锥底与锥头，锥头的小端为锥管的小端，锥头的小端与焊接球焊接连接，锥底与圆管杆件焊接连接，锥底和锥头的外侧面锥度相同，锥底的内侧面为与锥底外侧面同轴的圆柱面,锥头的内侧面的母线为弧线，所述的锥头用于焊接球焊接的一端开设有坡口,锥头开设坡口前的基体垂直于锥管轴线的截面的面积均等于a，锥底与圆管杆件焊接的一端设置有插入在圆管杆件内孔且与圆管杆件内壁贴合的台阶。2.根据权利要求1所述的锥管焊接球节点，其特征在于：所述式中，n为圆管杆件承受压力和拉力的较大值，f为锥管的材料抗拉强度设计值，取值在1-1.2范围内。3.根据权利要求2所述的锥管焊接球节点，其特征在于：所述的4.根据权利要求2所述的锥管焊接球节点，其特征在于：所述的锥管外侧面母线斜率k为：式中，r0为圆管杆件的外圆半径，r1为锥头的基体的小端外圆半径，l为锥头小端到锥底外侧面的末端的轴向距离；锥底外侧面的末端的外圆半径等于圆管杆件的外圆半径；锥头的壁厚t为：x为计算壁厚处距离锥头小端端面的轴向距离；锥底外侧面的末端距离锥头与锥底内侧交界处的轴向距离为l3,锥底总长减去l3为l2,圆管杆件壁厚为t0,锥底的台阶厚t2,所述参数满足以下等式：5.根据权利要求1-4中任何一项所述的锥管焊接球节点，其特征在于：所述的圆管杆件和锥管之间设置有焊接坡口。

技术总结
本发明公开了一种锥管焊接球节点，本发明锥管焊接球节点包括依次焊接连接圆管杆件、锥管和焊接球，所述的锥管包括连接成一体且外侧面平滑连接的管状的锥底与锥头，锥头的小端为锥管的小端，锥头的小端与焊接球焊接连接，锥底与圆管杆件焊接连接，锥底和锥头的外侧面锥度相同，锥底的内侧面为与锥底外侧面同轴的圆柱面,锥头的内侧面的母线为弧线,锥头开设坡口前的基体垂直于锥管轴线的截面的面积均等于A。满足承载力的条件下使锥管和焊接球的体积和用钢量最小化，从而减少锥管焊接球节点的整体用钢量和重量；通过将锥管的内轮廓线设置为弧线和直线组合的形式，方便了锥管和圆管杆件的焊接，同时保证了锥管传力合理，避免了应力集中。力集中。力集中。


技术研发人员：杨大彬 孙之润 林彦
受保护的技术使用者：山东建筑大学
技术研发日：2022.04.27
技术公布日：2022/6/24