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装配式钢结构的黑科技—单边螺栓

2018-04-02  查hero
分体式单边螺栓
让H形梁-方管柱节点连接更容易

一、导言

装配式建筑的核心概念是“高度工厂预制,快速现场拼装”,其突出的优势是施工速度快、建设周期短、劳动力需求小、环境污染小。与其他结构形式相比,钢结构最容易实现设计的标准化、构配件生产的工厂化、施工的装配化和机械化、产品供应的社会化和市场消费的系列化。因此,预制装配式钢结构体系最能体现并发挥预制装配式建筑的核心优势,最具发展潜力和推广价值。

在装配式钢结构体系中,钢管柱截面构件具有以下独特的优势:
1、 方管和圆管的对称截面形式使得截面惯性矩对各主轴相同,有利于单一构件的稳定性设计;
2、 截面材料距离抗弯主轴较远,可以用较少的材料实现很大的抗弯刚度,经济性高。
3、 闭口截面的抗扭刚度大。
4、 可以和混凝土配合使用,显著增强承载了、刚度和耐火性能。
5、 外观简洁,建筑师喜欢。
6、 钢管外表面积相对同样承载性能的开口截面的钢构件往往要小,减少了防腐防火涂层的材料消耗和涂装工作量。

对于H型钢柱,采用高强螺栓实现梁柱连接比较简单,但是对于钢管截面就不是这么容易了。钢管构件由于存在手无法跨越的遮挡部位,要进入钢管柱内部拧紧螺栓就非常困难。

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图1:矩形管柱高强螺栓连接节点安装困难
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二、分体式单边螺栓
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为了解决这一难题,单边螺栓应用而生。单边螺栓(Blind Bolt/ One-side Bolt)泛指跨越实现单侧安装、单侧拧紧的螺栓。在创新精神的指引下,同济大学机械工程学院和土木工程学院一起合作研发了满足摩擦型高强螺栓受力要求的分体式单边螺栓。
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图2:分体式单边螺栓

该单边螺栓具有如下特性:
1、 螺杆及螺帽与常规高强度螺栓相同,仅作局部加工。(加工方便)
2、 采用分体式垫片,某些情况下增加套筒。分体式垫片在进入螺孔后打开。(安装巧妙)
3、 能达到摩擦型高强度螺栓要求(一般采用10.9级),计算方法等同于高强度螺栓。(承载力高,设计简单)

在同济大学做了一系列试验,结果发现全栓梁柱节点完全能满足节点刚接的要求!并且可以实现比较高的预紧力!

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图3:同济大学试验

该产品已获授权国家发明专利7项,另有6项申请中(涵盖螺栓、安装工具及其配套连接技术)
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图4:所获专利
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三、安装方法
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图5:部件组成
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图6:力学特性

安装视频:
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视频:封闭空间盲安装

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四、工程应用
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基于分体式单边螺栓优越的性能,目前已经有一些项目开始采用该产品(如下图所示)。

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图7:项目案例

目前,该螺栓产品已经出口海外,应用到美国关岛的住宅项目中。
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五、参考文献
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【1】徐婷, 王伟, 陈以一. 国外单边螺栓研究现状[J]. 钢结构, 2015,30(8):27-33.


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