CN105625585A - 屈曲约束钢结构梁柱连接节点和钢结构建筑 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种屈曲约束钢结构梁柱连接节点和钢结构建筑，属于建筑钢结构领域，所述屈曲约束钢结构梁柱连接节点包括钢梁和钢柱，所述钢梁和钢柱的接合处设置有翼缘连接板，所述翼缘连接板的一端连接所述钢梁的翼缘，另一端连接所述钢柱的翼缘，所述翼缘连接板的中部为削弱区。与现有技术相比，本发明在不额外增大钢柱的截面的同时，提高了节点的延性和耗能能力，抗震性能优越；地震后钢梁和钢柱不损坏，只需更换或修复翼缘连接板即可重复使用；并且安装方便。

Description

屈曲约束钢结构梁柱连接节点和钢结构建筑

技术领域

本发明涉及建筑钢结构领域，特别是指一种屈曲约束钢结构梁柱连接节点和钢结构建筑。

背景技术

在多、高层房屋钢结构体系中，框架结构是最基本的单元。在框架结构中，钢梁和钢柱的连接节点(本专利称为钢结构梁柱连接节点)往往是影响框架力学性能的关键。它同时受到轴力、弯矩和剪力的作用，如图10所示，N为轴力，M为弯矩，V为剪力，传力机制复杂，因此是结构设计的重点和难点。

目前我国常用的钢结构梁柱连接节点一般是栓焊混合连接节点。栓焊混合连接节点是最常见的连接方式，钢梁翼缘与钢柱翼缘用全熔透焊缝连接，钢梁腹板用摩擦型高强螺栓与焊于钢柱翼缘上的连接板相连。这种节点的焊接处存在严重的应力集中。在地震荷载下，塑性铰在钢梁端部(焊缝处)出现，焊缝易开裂，使节点的延性和耗能能力大幅下降，抗震能力不好。

在栓焊混合连接节点的端部加设盖板或加腋，就可以形成端部加强型节点。该节点能使塑性铰不在构造复杂、应力集中的钢梁端部位置出现，而向外移，有利于抗震性能改善。但端部加强会额外增加钢梁的抗弯能力，为满足“强柱弱梁”的抗震要求，需要额外增大钢柱的截面。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种屈曲约束钢结构梁柱连接节点和钢结构建筑，本发明在不额外增大钢柱的截面的同时，提高了节点的延性和耗能能力，抗震性能优越；地震后钢梁和钢柱不损坏，只需更换或修复翼缘连接板即可重复使用；并且安装方便。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一方面，提供一种屈曲约束钢结构梁柱连接节点，包括钢梁和钢柱，所述钢梁和钢柱的接合处设置有翼缘连接板，所述翼缘连接板的一端连接所述钢梁的翼缘，另一端连接所述钢柱的翼缘，所述翼缘连接板的中部为削弱区。

进一步的，所述翼缘连接板为T型芯板或L型芯板，包括水平设置的第一连接板，所述第一连接板的末端连接有竖向设置并与所述第一连接板垂直的第二连接板，所述第一连接板与所述钢梁的翼缘连接，所述第二连接板与所述钢柱的翼缘连接，所述削弱区位于所述第一连接板上。

进一步的，所述第一连接板中部两侧有切槽/切口，形成削弱区；或者，所述第一连接板中部开有长孔，形成削弱区。

进一步的，所述第一连接板和第二连接板的连接处设置有竖向加劲肋，所述第一连接板通过第一组螺栓与所述钢梁的翼缘连接，所述第二连接板通过第二组螺栓与所述钢柱的翼缘连接，所述第一组螺栓和第二组螺栓为摩擦型高强螺栓。

进一步的，所述第一连接板的外侧在所述削弱区的上方设置有盖板，所述盖板通过第三组螺栓与所述钢梁的翼缘连接，其中，所述第三组螺栓穿过所述切槽/切口或长孔。

进一步的，所述第一连接板沿着从内到外的方向，其截面面积逐渐增大，所述第一连接板厚度为6～30mm，宽度为80～400mm，长度不超过1000mm；所述盖板的厚度为6～34mm，宽度为80～400mm，长度不超过1000mm。

进一步的，所述钢梁和钢柱的接合处还设置有剪力板，所述剪力板为T型钢板、L型钢板或I型直钢板，其中：

所述T型钢板或L型钢板包括竖向设置的第三连接板，所述第三连接板的末端连接有与所述第三连接板垂直并竖向设置的第四连接板，所述第三连接板预先焊接在所述钢柱的翼缘上，或者所述第三连接板与所述钢柱的翼缘通过第四组螺栓连接，所述第四连接板与所述钢梁的腹板通过第五组螺栓连接；

所述I型直钢板的一端预先焊接在所述钢柱的翼缘上，另一端与所述钢梁的腹板通过第五组螺栓连接；

所述第四组螺栓和第五组螺栓为高强螺栓。

进一步的，所述第四连接板上开有至少三个上下排布的第五组螺栓孔，中间的螺栓孔为圆孔，上方和下方的两个螺栓孔为沿钢梁跨度方向的长圆孔。

进一步的，所述钢柱的腹板两侧设置有竖向加劲钢板，所述钢柱的两个翼缘之间设置有水平加劲肋。

另一方面，提供一种钢结构建筑，包括上述屈曲约束钢结构梁柱连接节点。

本发明具有以下有益效果：

本发明中，在钢梁受到应力时，若出现塑性铰，则塑性铰会被约束在翼缘连接板的削弱区，使得塑性铰出现的位置可控，并且通过合理的设计，使得翼缘连接板的削弱区出现塑性铰时，钢梁和钢柱还保持弹性，使得塑性铰出现的时机可控；这就避免塑性铰出现在应力集中严重的钢梁和钢柱的连接处(钢梁的端部)，并使得在节点工作过程中钢梁和钢柱始终保持弹性，在不额外增大钢柱的截面的情况下，提高了节点的延性和耗能能力，抗震性能优越。并且地震后翼缘连接板损坏时，钢梁和钢柱仍处于弹性状态，只需更换或修复翼缘连接板，该节点仍能重复使用。

进一步的，本发明的屈曲约束钢结构梁柱连接节点在施工时，只需要将翼缘连接板的两端分别与钢梁和钢柱的翼缘连接即可，安装方便。

综上所述，本发明的屈曲约束钢结构梁柱连接节点在不额外增大钢柱的截面的同时，提高了节点的延性和耗能能力，抗震性能优越；地震后钢梁和钢柱不损坏，只需更换或修复翼缘连接板即可重复使用；并且安装方便。

附图说明

图1为本发明的屈曲约束钢结构梁柱连接节点的一个实施例的结构示意图；

图2为本发明中的翼缘连接板的实施例1的示意图；

图3为本发明中的翼缘连接板的实施例2的示意图；

图4为本发明中的翼缘连接板的实施例3的示意图；

图5为本发明中的翼缘连接板的实施例4的示意图；

图6为本发明中的翼缘连接板的实施例5的示意图；

图7为本发明中的翼缘连接板的实施例6的示意图；

图8为本发明中的翼缘连接板的实施例7的示意图；

图9为本发明中的剪力板的一个实施例的示意图；

图10为钢结构梁柱连接节点的受力原理图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

一方面，本发明实施例提供一种屈曲约束钢结构梁柱连接节点，如图1至图9所示，包括钢梁1和钢柱2，钢梁和钢柱优选为H型钢，钢梁1和钢柱2的接合处设置有翼缘连接板3，优选有两块，翼缘连接板3的一端连接钢梁1的翼缘11，另一端连接钢柱2的翼缘21，翼缘连接板3的中部为削弱区33。

本发明实施例的屈曲约束钢结构梁柱连接节点中，翼缘连接板主要承受轴力和弯矩，同时承受一部分剪力。

本发明实施例具有以下有益效果：

本发明实施例中，在钢梁受到应力时，若出现塑性铰，则塑性铰会被约束在翼缘连接板的削弱区，使得塑性铰出现的位置可控，并且通过合理的设计，使得翼缘连接板的削弱区出现塑性铰时，钢梁和钢柱还保持弹性，使得塑性铰出现的时机可控；这就避免塑性铰出现在应力集中严重的钢梁和钢柱的连接处(钢梁的端部)，并使得在节点工作过程中钢梁和钢柱始终保持弹性，在不额外增大钢柱的截面的情况下，提高了节点的延性和耗能能力，抗震性能优越。并且地震后翼缘连接板损坏时，钢梁和钢柱仍处于弹性状态，只需更换或修复翼缘连接板，该节点仍能重复使用。

进一步的，本发明实施例的屈曲约束钢结构梁柱连接节点在施工时，只需要将翼缘连接板的两端分别与钢梁和钢柱的翼缘连接即可，安装方便。

综上所述，本发明实施例的屈曲约束钢结构梁柱连接节点在不额外增大钢柱的截面的同时，提高了节点的延性和耗能能力，抗震性能优越；地震后钢梁和钢柱不损坏，只需更换或修复翼缘连接板即可重复使用；并且安装方便。

本发明实施例中，翼缘连接板可以有多种结构，优选的，翼缘连接板3为T型芯板或L型芯板，图2至图8给出了T型芯板的多种结构，L型芯板类似，T型芯板包括水平设置的第一连接板31，第一连接板31的末端连接有竖向设置并与第一连接板31垂直的第二连接板32，第一连接板31与钢梁1的翼缘11连接，第二连接板32与钢柱2的翼缘21连接，削弱区33位于第一连接板31上。

T型芯板或L型芯板结构简单，方便制作，并且安装方便。

在T型芯板或L型芯板上的削弱区可以通过各种方式制得，优选的，在第一连接板31中部两侧有切槽/切口331，形成削弱区33；或者，在第一连接板31中部开有长孔332，形成削弱区33。通过切槽/切口或开长孔的方式得到削弱区，这种方法简单方便，并且削弱区削弱到何种程度很容易计算出来。

进一步的，第一连接板31和第二连接板32的连接处设置有竖向加劲肋34，增加连接处的强度，第一连接板31通过第一组螺栓311与钢梁的翼缘11连接，第一连接板31上开有第一组螺栓孔312，第二连接板32通过第二组螺栓321与钢柱2的翼缘连接，第二连接板2上开有第二组螺栓孔322，第一组螺栓311和第二组螺栓312优选为摩擦型高强螺栓。

摩擦型高强螺栓能够保证节点的连接强度，还能避免螺栓孔受压变形，影响钢柱和钢梁的二次使用，此外，削弱区能降低柱面弯矩，避免第二组摩擦型高强螺栓受拉破坏。

本发明实施例中的翼缘连接板通过摩擦型高强螺栓与钢梁和钢柱连接，可拆卸，翼缘连接板可在工厂预制，并能在现场快速拼装，避免现场施工焊缝，大幅加快施工进度，缩减工人用量，符合建筑工业化要求。

上述的实施例中，优选第一连接板31沿着从内到外的方向(图2中箭头方向)，其截面面积逐渐增大，改善第一连接板的受力，这里给出翼缘连接板的几个实施例：

实例1：如图2所示，第一连接板的端部采用扩大截面形式，第一连接板的削弱区采用圆弧和直线混合切割的方式，第一组螺栓孔错列布置。

实例2：如图3所示，第一连接板的端部采用不扩大截面形式，第一连接板的削弱区采用圆弧和直线混合切割的方式，第一组螺栓孔并列布置。

实例3：如图4所示，第一连接板的端部采用不扩大截面形式，第一连接板的削弱区采用直线切割的方式，第一组螺栓孔并列布置。

实例4：如图5所示，第一连接板的端部采用不扩大截面形式，第一连接板的削弱区采用圆弧切割的方式，第一组螺栓孔并列布置。

实例5：如图6所示，第一连接板的端部采用不扩大截面形式，第一连接板的削弱区采用梯形切割的方式，第一组螺栓孔并列布置。

实例6：如图7所示，第一连接板的端部采用不扩大截面形式，第一连接板的削弱区采用长圆孔的开孔方式，第一组螺栓孔并列布置。

实例7：如图8所示，第一连接板的端部采用不扩大截面形式，第一连接板的削弱区采用长条孔的开孔方式，第一组螺栓孔并列布置。

作为本发明实施例的一种改进，第一连接板31的外侧在削弱区33的上方设置有盖板4(盖板至少覆盖削弱区)，盖板4通过第三组螺栓41，第三组螺栓优选为普通螺栓，与钢梁1的翼缘11连接，盖板4上开有第三组螺栓孔42，并且，第三组螺栓41穿过第三组螺栓孔42和切槽/切口331或长孔332，并连接钢梁的翼缘。

盖板和钢梁的翼缘对第一连接板的削弱区起到屈曲约束作用，使削弱区在受拉和受压下均能进入材料的屈服状态，并避免削弱区的刚度和承载力的急剧降低；使得节点耗能能力更优异、延性好、滞回曲线饱满。

本发明实施例中，盖板通过第三组螺栓与钢梁的翼缘连接时，不需要在削弱区上额外打孔(额外打孔会使得计算好的削弱区的屈服极限发生变化，使得塑性铰出现的时机不好掌握)，只需要将第三组螺栓穿过削弱区的切槽/切口或长孔即可，并且长孔与第三组螺栓是过盈配合，保证削弱区在受拉和受压下均能顺利进入材料的屈服状态(若是与第三组螺栓直径相同的圆孔的话，那么在第三组螺栓的作用下，盖板、第一连接板和钢梁的翼缘紧密结合，成为一个整体，削弱区不容易进入屈服状态)。

并且，在第一连接板与盖板之间、第一连接板与钢梁的翼缘之间根据实际要求可以添加润滑剂或其它柔性材料。

上述的各个实施例中，第一连接板和盖板的厚度根据实际情况决定，这里给出一个实施例：第一连接板厚度为6～30mm，宽度为80～400mm，长度不超过1000mm；盖板的厚度为6～34mm，宽度为80～400mm，长度不超过1000mm。

上述的翼缘连接板能够很好地承受轴力和弯矩，但是只能承受一部分剪力，为此，在钢梁1和钢柱2的接合处还可以设置有剪力板5，剪力板主要承受剪力，同时承受一部分弯矩和轴力，剪力板5优选为T型钢板、L型钢板或I型直钢板(图9给出了L型钢板的结构，T型钢板和I型直钢板类似)，其中：

T型钢板或L型钢板包括竖向设置的第三连接板51，第三连接板51的末端连接有与第三连接板51垂直并竖向设置的第四连接板52，第三连接板51可以预先焊接在钢柱2的翼缘21上，也可以与钢柱2的翼缘21通过第四组螺栓(未画出)连接，第四连接板52与钢梁1的腹板12通过第五组螺栓53连接。

I型直钢板的一端预先焊接在钢柱2的翼缘21上，另一端与钢梁1的腹板12通过第五组螺栓53连接。

为了进一步加强节点的连接强度，第四组螺栓和第五组螺栓53优选为高强螺栓。

剪力板能够更好地改善节点的受力，并且L型钢板、T型钢板和I型直钢板的剪力板结构简单，加工制造方便，安装快速。

进一步的，第四连接板52上开有至少三个上下排布的第五组螺栓孔，其中，中间的螺栓孔54为圆孔，上方和下方的两个螺栓孔55为沿钢梁1跨度方向的长圆孔。长圆孔能够防止节点大变形转动时，第五组螺栓受到的剪力骤然增大，保护第五组螺栓。

为了增加钢柱的受力性能，钢柱2的腹板22两侧设置有竖向加劲钢板23，钢柱2的两个翼缘21之间设置有水平加劲肋24，水平加劲肋优选与钢梁的翼缘平齐。

另一方面，本发明提供一种钢结构建筑，包括上述的屈曲约束钢结构梁柱连接节点。本发明的钢结构建筑在不额外增大钢柱的截面的同时，提高了节点的延性和耗能能力，抗震性能优越；地震后钢梁和钢柱不损坏，只需更换或修复翼缘连接板即可重复使用；并且安装方便。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种屈曲约束钢结构梁柱连接节点，包括钢梁和钢柱，其特征在于，所述钢梁和钢柱的接合处设置有翼缘连接板，所述翼缘连接板的一端连接所述钢梁的翼缘，另一端连接所述钢柱的翼缘，所述翼缘连接板的中部为削弱区。

2.根据权利要求1所述的屈曲约束钢结构梁柱连接节点，其特征在于，所述翼缘连接板为T型芯板或L型芯板，包括水平设置的第一连接板，所述第一连接板的末端连接有竖向设置并与所述第一连接板垂直的第二连接板，所述第一连接板与所述钢梁的翼缘连接，所述第二连接板与所述钢柱的翼缘连接，所述削弱区位于所述第一连接板上。

3.根据权利要求2所述的屈曲约束钢结构梁柱连接节点，其特征在于，所述第一连接板中部两侧有切槽/切口，形成削弱区；或者，所述第一连接板中部开有长孔，形成削弱区。

4.根据权利要求3所述的屈曲约束钢结构梁柱连接节点，其特征在于，所述第一连接板和第二连接板的连接处设置有竖向加劲肋，所述第一连接板通过第一组螺栓与所述钢梁的翼缘连接，所述第二连接板通过第二组螺栓与所述钢柱的翼缘连接，所述第一组螺栓和第二组螺栓为摩擦型高强螺栓。

5.根据权利要求3或4所述的屈曲约束钢结构梁柱连接节点，其特征在于，所述第一连接板的外侧在所述削弱区的上方设置有盖板，所述盖板通过第三组螺栓与所述钢梁的翼缘连接，其中，所述第三组螺栓穿过所述切槽/切口或长孔。

6.根据权利要求5所述的屈曲约束钢结构梁柱连接节点，其特征在于，所述第一连接板沿着从内到外的方向，其截面面积逐渐增大，所述第一连接板厚度为6～30mm，宽度为80～400mm，长度不超过1000mm；所述盖板的厚度为6～34mm，宽度为80～400mm，长度不超过1000mm。

7.根据权利要求5所述的屈曲约束钢结构梁柱连接节点，其特征在于，所述钢梁和钢柱的接合处还设置有剪力板，所述剪力板为T型钢板、L型钢板或I型直钢板，其中：

所述T型钢板或L型钢板包括竖向设置的第三连接板，所述第三连接板的末端连接有与所述第三连接板垂直并竖向设置的第四连接板，所述第三连接板预先焊接在所述钢柱的翼缘上，或者所述第三连接板与所述钢柱的翼缘通过第四组螺栓连接，所述第四连接板与所述钢梁的腹板通过第五组螺栓连接；

所述I型直钢板的一端预先焊接在所述钢柱的翼缘上，另一端与所述钢梁的腹板通过第五组螺栓连接；

所述第四组螺栓和第五组螺栓为高强螺栓。

8.根据权利要求7所述的屈曲约束钢结构梁柱连接节点，其特征在于，所述第四连接板上开有至少三个上下排布的第五组螺栓孔，中间的螺栓孔为圆孔，上方和下方的两个螺栓孔为沿钢梁跨度方向的长圆孔。

9.根据权利要求8所述的屈曲约束钢结构梁柱连接节点，其特征在于，所述钢柱的腹板两侧设置有竖向加劲钢板，所述钢柱的两个翼缘之间设置有水平加劲肋。

10.一种钢结构建筑，其特征在于，包括权利要求1-9任一所述的屈曲约束钢结构梁柱连接节点。