1. Pijpvakwerkconstructies (ook wel stalen pijpvakwerkconstructies, pijpspanten of pijpstructuren genoemd) worden onderverdeeld in planaire of ruimtelijke vakwerksystemen.
Het verschil met algemene spanten ligt in de manier waarop ze knooppunten verbinden. De rasterstructuur gebruikt geboute bol- of holle bolknooppunten, terwijl de pijpspantstructuur kruisende knooppunten gebruikt die direct met stalen buizen (ronde stalen buizen of vierkante stalen buizen) aan de knooppunten zijn gelast.
De pijpspantstructuur heeft de voordelen van een eenvoudige knoopvorm, een eenvoudig en elegant uiterlijk. Ondertussen is het, door het gebruik van kruisend lassen, ook gunstig voor roestpreventie en schoonmaakonderhoud. Kruisend lassen heeft echter bepaalde vereisten voor proces- en verwerkingsapparatuur, dus er zijn ook enkele beperkingen aan de pijpspantstructuur:
1) De koorderichting van kruisende knooppunten moet zo veel mogelijk consistent zijn met de buitendiameter van de stalen pijp. Voor elementen met verschillende interne krachten worden vaak dezelfde buitendiameter van de stalen pijp en verschillende wanddiktes gebruikt. De wanddikte mag niet te veel veranderen, anders is de hoeveelheid splitsing tussen stalen pijpen te groot. Daarom kan de materiaalsterkte niet volledig worden benut, wat de hoeveelheid gebruikt staal vergroot. Dit is een van de redenen waarom pijpvakwerkstructuren vaak meer staal gebruiken dan roosterstructuren.
2) De verwerking en lay-out van kruisende knooppunten zijn complex en de groeven op de kruisende lijnen zijn variabel, waardoor handmatig snijden moeilijk is en er dus hoge mechanische eisen worden gesteld.
3) De pijpspantconstructies zijn allemaal gelaste knooppunten, die controle van laskrimp en hoge laskwaliteitseisen vereisen. Bovendien worden ze allemaal op locatie gelast, wat resulteert in een grote laswerklast.
Met de ontwikkeling van multidimensionale CNC-snijtechnologie zijn enkele moeilijkheden bij het verwerken van pijpspantstructuren overwonnen. Momenteel hebben sommige binnenlandse ondernemingen deze technologie geïnstalleerd, waardoor het mogelijk is om kruisende puntpijpspantstructuren te gebruiken in praktische engineering.
De pijpspantstructuur moet een driehoekige dwarsdoorsnede ruimtelijke spantvorm aannemen, die is samengesteld uit een bovenste koorde, een onderste koorde en een webelement (Figuur 2). Het koordeelement wordt ook wel de hoofdpijp genoemd, en het webelement wordt de vertakkingspijp genoemd. De hoofdpijp heeft een dikke en verbonden diameter, wat handig is voor de kruising en het lassen van de vertakkingspijpen. De spantlay-out, breedte en hoogte-afmetingen moeten redelijkerwijs worden gekozen om te voorkomen dat laslijnen botsen tussen aangrenzende vertakkingspijpen, zoveel mogelijk. De kolenopslagstructuur kan worden uitgerust met verschillende driedimensionale pijpspanten zoals weergegeven in Figuur 2 (a), en verbindingsstangen en schuine ondersteuning moeten tussen elk spant worden geplaatst
Het model dat wordt gebruikt bij de berekening en analyse van pijpvakwerkconstructies is voornamelijk gerelateerd aan de stijfheid van knooppunten. Er zijn drie analysemodellen gebaseerd op het buigmoment aan het uiteinde van de staaf en de grootte van de stijfheid van het knooppunt:
① Ervan uitgaande dat alle leden scharnierend zijn;
② Ervan uitgaande dat alle leden stijf zijn en beschouwd worden als balkelementen;
③ Ervan uitgaande dat de hoofdbuis een star verbonden balkelement is, is de aftakbuis scharnierend verbonden met de hoofdbuis en ondervindt de aftakbuis alleen axiale kracht.
2. Knooppunten van stalen buisvakwerkconstructies
Voor stalen pijpspantconstructies moeten speciale pijpspantknooppunten worden gebruikt. Het hier genoemde pijpspantknooppunt vereist geen knooppuntplaten, holle ballen of boutverbindingen. In plaats daarvan verwijst het naar stalen buizen (ronde stalen buizen of vierkante stalen buizen) die elkaar direct kruisen en aan het kruisende knooppunt worden gelast. Alleen twee hoofdbuizen op dezelfde as worden verbonden en de resterende leden (d.w.z. aftakbuizen) worden verwerkt door de kruisende eindlijn en direct aan het buitenoppervlak van het doorgaande lid (d.w.z. hoofdbuis) gelast; niet-penetrerende leden kunnen bepaalde openingen hebben (openingstype knooppunten) of gedeeltelijke overlapping (overlaptype knooppunten) op de locatie van het knooppunt.
De vorm van kruisende knooppunten is gerelateerd aan het aantal verbonden leden. Wanneer het weblid en het koordelid zich in hetzelfde vlak bevinden, is het een enkelvoudig vlak knooppunt. Wanneer het weblid en het koordelid zich niet in hetzelfde vlak bevinden, is het een multivlak knooppunt.
Als we de vakwerkconstructie nemen waarbij de hoofd- en aftakkingsleidingen beide cirkelvormige leidingen zijn die elkaar kruisen,
Het snijden van kruispunten werd ooit beschouwd als een moeilijk productieproces, omdat het aantal, de hoek en de grootte van kruisende stalen buizen varieerden, wat resulteerde in verschillende vormen van kruispunten en moeilijkheden bij de groefbehandeling, wat het nog uitdagender maakte in ruimtelijke vakwerkstructuren. Maar met de ontwikkeling van multidimensionale CNC-snijtechnologie zijn deze moeilijkheden overwonnen. Momenteel zijn sommige binnenlandse ondernemingen uitgerust met deze technologie, dus de pijpvakwerkstructuur heeft goede toepassingsvooruitzichten in structuren met grote overspanningen.