钢结构通用连接板设计技巧

周伦钢，高阳秋晔，魏 群

(1.武汉理工大学，湖北 武汉430070;2.华北水利水电学院，河南 郑州450045)

连接板作为钢节点中的主要组成部分，直接关系着连接节点的承载类型和承载大小.长期以来，国内对于钢节点的分类过于笼统，没有形成一种通用的适合于节点设计的分类方法，加上能够作为连接板的型材较多(如钢板、角钢、槽钢、圆钢、工字钢、H型钢等)，复杂的钢结构形式也越来越多，导致钢节点中连接板的可供选择样式纷繁复杂，对设计人员的要求也越来越高.

国外一些优秀的钢结构设计软件如Tekla-Structure等，通常把钢节点设计作为单独内容独立于钢结构设计的各环节之外，并且拥有规模庞大的节点库，涉及到钢结构各个部位的连接.Tekla Structure 16.0［1］就拥有约 300 种节点类型，并且给用户提供了可自定义的节点单元.

庞大的节点库是国内外优秀钢结构设计软件的独到之处，但是也给用户带来了不小的麻烦.用户在众多的连接节点中挑选出符合结构设计优选的节点，要花费大量的时间，连接板的设计更是如此，这样无疑降低了设计效率.

鉴于此，笔者提出了一种钢结构通用连接板设计方法.该方法通过多个层次确定连接板的所有细节，将连接板的材料属性、应用范围、外形轮廓、板厚、焊缝以及连接孔的纵横排列、孔径、方位均做参数化处理，可灵活组合，也可准确定位，以适应正交、斜交、坡度变化的各种连接方式.

1 连接板设置界面

钢结构通用连接板的设计方法包括7部分内容:连接板的分类、连接板的参数化图形、螺栓及螺栓孔的配置、螺栓孔的参数化分布、连接板的连接方法、焊接类型及尺寸、连接附件等［2－4］.利用 Auto-CAD软件中的ObjectARX开发包可将上述设计内容的可视化操作界面(图1)以Visual C++语言编译为动态链接库(DLL)［5］.该动态链接库共享Auto-CAD软件的地址空间，直接调用AutoCAD的内部函数，集成面向AutoCAD对象的各类函数，和Auto-CAD软件无缝连接.通过和AutoCAD软件交互，以界面方式直接进行设计，可改变AutoCAD软件利用命令行处理问题的方式，大大提高用户设计节点板的速度和效率.

图1 连接板设置界面

2 连接板设置内容

2.1 连接板分类

根据支承件和连接板的截面特性以及实际工程需要，可将连接板分为8类:剪切板、端部支撑板、角钢连接板、支托连接板、柱脚连接板、柱顶连接板、对接连接板和全支承杆件连接板.这些类型可在图1的K2位置下拉列表中选择，所选连接板会在右边视图中显示出来.图2仅列举了连接板设置界面中可显示的部分连接板样式.

图2 部分连接板样式(设置界面局部显示)

2.2 连接板参数化模型

为了使连接板能适应各种复杂的情况，需考虑连接板可能出现的样式，并提炼其参数化模型.一般情况下，连接板的参数化分为如下两个层次.

1)连接板本身的参数化.图1的K4中表述为连接板的材料属性、长度(W)、宽度(H)、厚度(t)及定位点.

2)连接板4个角的加工特征.每个角的加工特征可分为无切割、角切割、圆形切割和矩形切割4种，参数为a×b.图1的K8中表述为角的类型及数据.角的参数化模型如图3所示.

图3 连接板的参数化模型

2.3 螺栓及螺孔的参数化

螺栓及螺孔的参数化也分为如下两个层次.

1)螺栓本身的参数.在图1的K5中表述为螺栓的材料、直径、油漆防护等.

2)螺栓孔的布置参数.在图1的K5中表现为螺孔直径和长孔的圆心距;在图1的K9中表现为孔列的分布、孔列的定位尺寸、孔距以及是否为长孔等.布孔的模型如图4所示，首先要考虑螺栓孔的起始定位(h，v)，然后是螺栓孔的个数N、列数、布置方向θ、孔距d等.

图4 连接板螺栓孔的参数化模型

2.4 连接列表

图1的K3部分表示连接方式，主要考虑在杆件模型已连接的情况下如何布置连接板.表1给出了2根梁连接的信息模型.

表1 连接列表内容

用户可以根据支承件和连接板的连接位置和连接特点轻松配置连接板的各项参数.

2.5 其 他

图1中还可设置节点板中的焊接类型和焊接尺寸以及连接板上、下端的附件式加劲板.

3 结语

总结了通用连接板设计的多个层次，说明了连接板设置材料属性、应用范围、外形轮廓、板厚、焊缝以及连接孔的纵横排列、孔径、方位等的所有细节，讨论了连接板的参数化模型、螺栓的参数化模型等关键因素.按此方法设计的连接板是信息化模型，涵盖了连接板设计的所有环节.把该方法运用到软件开发中，取得了良好的效果.

［1］编者不详.Tekla Structure 16.0使用指南［M］.北京:Tekla公司北京办事处，2009.

［2］魏群.Auspic DDD研发报告［R］.郑州:华北水利水电学院，2001.

［3］魏群.CIS2CAD研发报告［R］.郑州:华北水利水电学院，2004.

［4］ 魏群.CIS/2 steel structure standards and applications in CAD system［C］//2nd China International Steel Construction Congress.Beijing，2005.

［5］ Engelson V，Bunus P，Popescu L，et al.Mechanical CAD with multibody dynamic analysis based on Modelica simulation［C］//Proceedings of the 44th Scandinavian Conference on Simulation and Modeling.V－ster.s，2003.