CN106245762B - 一种可恢复功能的装配式波形腹板梁柱节点连接装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可恢复功能的装配式波形腹板梁柱节点连接装置，属于结构工程领域。此可恢复功能的装配式梁柱节点连接装置，由带悬臂梁段圆钢管柱、波形腹板工形梁段及两者的连接装置组成。本发明的节点连接装置焊接部分均在工厂内完成，焊缝质量和加工精度更容易控制，现场采用高强螺栓、连接板和L形连接件对带悬臂梁段圆钢管柱及波形腹板工形梁段进行装配，极大地提高了施工速度与质量；同时，波形腹板工形梁段可搭在悬臂梁段下部连接板上，降低了施工难度，易于现场拼装定位。本发明的节点为梁端加强型节点，通过合理的参数设计不仅可实现螺栓摩擦滑移与连接板、螺栓塑性变形的双重耗能，还可实现震后快速修复。

Description

一种可恢复功能的装配式波形腹板梁柱节点连接装置
技术领域
本发明涉及一种可恢复功能的装配式波形腹板梁柱节点连接装置，属于结构工程技术领域。
背景技术
改革开放以来，我国在城市建设领域取得了举世瞩目的成就，与此同时，高能耗、高污染、低效率的传统粗放型建造模式仍然较为普遍，与新型城镇化、工业化、信息化的发展要求相距甚远。改变现有建筑业的生产方式，发展绿色建筑是引领经济发展新常态和实现可持续发展的重要战略。装配式钢结构建筑具有标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修，信息化管理等特点，是全寿命周期内的绿色建筑。大力推广装配式钢结构建筑，可以减少建筑垃圾和建筑扬尘污染、缩短建造工期、提升工程质量、消化钢铁过剩产能、形成钢材战略储备。目前，装配式钢结构建筑体系已成为建筑钢结构发展的新方向和新趋势。
波形腹板工形构件作为一种节能、节材、绿色环保的新型钢结构构件，在国内外工程领域已被广泛运用。波形腹板工形构件由波形腹板与平直翼缘通过高频连续焊接组成，可替代传统的普通焊接H型钢、工字钢等。它与传统的平腹板工形构件相比不仅节省了材料、减轻了自身重量，还提高了工形构件的面外抗弯刚度与扭转刚度，能够保证构件在超过高宽比的限值时，构件仍能满足在制作、运输及安装过程中的刚度要求，减少了因构件腹板刚度不足给施工带来的不便。
目前，现有的装配式波形腹板梁柱连接节点和栓焊式梁柱节点的破坏形式大体相同，即会发生区域内的整体破坏，震后无法快速恢复功能，这使得装配式钢结构建筑的震后修复及加固与传统钢结构建筑无异，无法实现“可快速恢复功能的装配式”。若装配式波形腹板梁柱节点构造合理且设计理论完善，则可将可能发生在梁柱构件上的破坏转移为可更换部件的局部损伤破坏，震后只需利用装配式钢结构可快速安装和拆卸的优点更换局部损坏部件即可恢复结构的整体使用功能，有效提升装配式钢结构的抗震能力及震后可修复能力。为此，本发明专利提出了一种可恢复功能的装配式波形腹板梁柱节点连接装置。
发明内容
本发明提出了一种可恢复功能的装配式波形腹板梁柱节点连接装置，其目的在于克服现有技术的缺陷，满足节点各项力学性能，提高结构体系的刚度、稳定性、承载力及震后修复能力，实现节点刚性连接，提高结构的装配化程度，提升构件的拼装速度，充分适应多高层装配式钢结构体系的要求与特点。
一种可恢复功能的装配式波形腹板梁柱节点连接装置，由带悬臂梁段圆钢管柱、波形腹板工形梁段及两者的连接装置组成；
带悬臂梁段圆钢管柱由上圆钢管柱、中圆钢管柱、下圆钢管柱、上部环形隔板、下部环形隔板及悬臂梁段腹板焊接而成。上圆钢管柱、中圆钢管柱分别与上部环形隔板焊接；下圆钢管柱、中圆钢管柱分别与下部环形隔板焊接；悬臂梁段腹板分别与上部环形隔板、中圆钢管柱及下部环形隔板焊接。其中，上部环形隔板与下部环形隔板均分为三部分，分别为圆环部分、圆弧连接段部分、翼缘段部分。圆环部分作为节点域的加强部分，圆弧连接段部分作为梁端部加腋部分，翼缘段部分作为与波形腹板工形梁段翼缘的连接部分。上圆钢管柱、中圆钢管柱、下圆钢管柱统称为圆钢管柱。上部环形隔板、下部环形隔板的内环尺寸均小于圆钢管柱内环尺寸，外环尺寸均大于圆钢管柱外环尺寸，且环形隔板厚度大于波形腹板工形梁段翼缘厚度；波形腹板工形梁段由波形腹板工形梁和波形腹板工形梁段端板焊接而成；连接装置包括上翼缘连接板，下翼缘连接板，两个L形连接件，橡胶垫及高强螺栓。其中，上翼缘连接板和上部环形隔板、波形腹板工形梁段上翼缘；下翼缘连接板和下部环形隔板、波形腹板工形梁段下翼缘；两个L形连接件和悬臂梁段腹板、波形腹板工形梁段端板均通过单排或多排螺栓群连接；
连接装置在施工安装时，先将下翼缘连接板通过第3螺栓群与带悬臂梁段圆钢管柱的下部环形隔板连接，将悬臂梁段腹板和两个L形连接件通过第5螺栓群连接，而后将波形腹板工形梁段放置在外伸下翼缘连接板上，通过第6螺栓群将两个L形连接件、橡胶垫和波形腹板工形梁段端板连接，再通过第4螺栓群将下翼缘连接板与波形腹板工形梁段下翼缘固定，最后上翼缘连接板通过第1螺栓群、第2螺栓群分别与上部环形隔板、波形腹板工形梁段上翼缘连接；
圆钢管柱管内中空，或浇筑混凝土；
波形腹板工形梁段的波形腹板可采用直角形波形腹板、梯形波形腹板、三角波形腹板或正弦波浪腹板。
本专利的优点主要表现在以下几个方面：
1、不仅能够适应现行的装配式钢结构体系，并且可以通过增加环形隔板的厚度而达到耗能与塑性铰外移的目的，而无需采取加设盖板、加劲肋及边板等梁端加强措施，降低了施工难度，避免了多条焊缝的复杂应力场。
2、悬臂梁段与波形腹板工形梁段的上下翼缘均采用翼缘单盖板的连接方式，故可先将下翼缘连接板与下部环形隔板栓接，波形腹板工形梁段可搭在带悬臂梁段圆钢管柱下翼缘外伸连接板上，降低了吊装难度，加快了施工进度，且拼装处台阶式构造使波形腹板工形梁段放置到位后与悬臂梁段互相咬合，易于现场拼装定位。
3、此节点还可以通过调整螺栓孔大小、橡胶垫的厚度及螺栓等设计参数，将塑性铰转移到可更换的翼缘连接板上，并实现螺栓摩擦滑移及连接板塑性变形的双重耗能，确保带悬臂梁段圆钢管柱及波形腹板工形梁段无损坏或轻微损坏，震后只需更换连接板、L形连接件和高强螺栓即可达到震后可恢复功能的效果。
附图说明
图1为一种可恢复功能的装配式波形腹板梁柱节点连接装置的三维图；
图2为一种可恢复功能的装配式波形腹板梁柱节点连接装置的拆分图；
图3为一种可恢复功能的装配式波形腹板梁柱节点连接装置的三维安装示意图；
图4为一种可恢复功能的装配式波形腹板梁柱节点连接装置的正视图；
图5为一种可恢复功能的装配式波形腹板梁柱节点连接装置的侧视图；
图6为一种可恢复功能的装配式波形腹板梁柱节点连接装置的俯视图；
图7为一种可恢复功能的装配式波形腹板梁柱节点连接装置的波形腹板形式示意图。
具体实施方式
下面结合附图1～7详细说明本专利的实施方式。
一种可恢复功能的装配式梁柱节点连接装置的构造形式包括以下部件：
1——上圆钢管柱；
2——中圆钢管柱；
3——下圆钢管柱；
4——上部环形隔板；
5——下部环形隔板；
6——悬臂梁段腹板；
7——波形腹板工形梁；
8——上翼缘连接板；
9——下翼缘连接板；
10——L形连接件；
11——波形腹板工形梁段端板；
12——橡胶垫；
13——第1螺栓群；
14——第2螺栓群；
15——第3螺栓群；
16——第4螺栓群；
17——第5螺栓群；
18——第6螺栓群；
19——直角形波形腹板；
20——梯形波形腹板；
21——三角波形腹板；
22——正弦波浪腹板。
下面将结合附图具体说明本发明节点的具体连接方式。
如图1、2、3、4、5、6所示，带悬臂梁段圆钢管柱由上圆钢管柱1、中圆钢管柱2、下圆钢管柱3、上部环形隔板4、下部环形隔板5及悬臂梁段腹板6焊接而成；上圆钢管柱1、中圆钢管柱2分别与上部环形隔板4焊接；下圆钢管柱3、中圆钢管柱2分别与下部环形隔板5焊接；悬臂梁段腹板6分别与上部环形隔板4、中圆钢管柱2及下部环形隔板5焊接；其中，上部环形隔板4与下部环形隔板5均分为三部分，分别为圆环部分、圆弧连接段部分、翼缘段部分；圆环部分作为节点域的加强部分，圆弧连接段部分作为梁端部加腋部分，翼缘段部分作为与波形腹板工形梁段翼缘的连接部分；上圆钢管柱1、中圆钢管柱2、下圆钢管柱3统称为圆钢管柱；上部环形隔板4、下部环形隔板5的内环尺寸均小于圆钢管柱内环尺寸，外环尺寸均大于圆钢管柱外环尺寸，且上部环形隔板4、下部环形隔板5厚度大于波形腹板工形梁段翼缘厚度；波形腹板工形梁段由波形腹板工形梁7和波形腹板工形梁段端板11焊接而成；连接装置包括上翼缘连接板8，下翼缘连接板9，L形连接件10，橡胶垫12及高强螺栓；其中，上翼缘连接板8和上部环形隔板4、波形腹板工形梁段上翼缘；下翼缘连接板9和下部环形隔板5、波形腹板工形梁段下翼缘；L形连接件10和悬臂梁段腹板6、波形腹板工形梁段端板11均通过单排或多排螺栓群连接；
如图3所示，连接装置在施工安装时，先将下翼缘连接板9通过第3螺栓群15与带悬臂梁段圆钢管柱的下部环形隔板5连接，将悬臂梁段腹板6和两个L形连接件10通过第5螺栓群17连接，而后将波形腹板工形梁段放置在外伸下翼缘连接板9上，通过第6螺栓群18将两个L形连接件10、橡胶垫12和波形腹板工形梁段端板11连接，再通过第4螺栓群16将下翼缘连接板9与波形腹板工形梁段下翼缘固定，最后上翼缘连接板8通过第1螺栓群13、第2螺栓群14分别与上部环形隔板4、波形腹板工形梁段上翼缘连接；
如图1、2、3、4、所示，圆钢管柱可管内中空，或浇筑混凝土；
如图7所示，波形腹板工形梁段的波形腹板可采用直角形波形腹板19、梯形波形腹板20、三角波形腹板21和正弦波浪腹板22。

Claims (3)

1.一种可恢复功能的装配式波形腹板梁柱节点连接装置，其特征在于：由带悬臂梁段圆钢管柱、波形腹板工形梁段及两者的连接装置组成；该节点连接装置是一种震后可恢复功能的节点连接装置，其不仅将波浪腹板工形构件运用到装配式钢结构体系，并且通过增加环形隔板的厚度达到耗能与塑性铰外移的目的；通过调整螺栓孔大小、橡胶垫的厚度及螺栓设计参数，将塑性铰转移到可更换的翼缘连接板上，并实现螺栓摩擦滑移及连接板塑性变形的双重耗能，确保带悬臂梁段圆钢管柱及波形腹板工形梁段无损坏或轻微损坏，震后只需更换连接板、L形连接件和高强螺栓即可达到震后可恢复功能的效果；所述的带悬臂梁段圆钢管柱由上圆钢管柱、中圆钢管柱、下圆钢管柱、上部环形隔板、下部环形隔板及悬臂梁段腹板焊接而成；上圆钢管柱、中圆钢管柱分别与上部环形隔板焊接；下圆钢管柱、中圆钢管柱分别与下部环形隔板焊接；悬臂梁段腹板分别与上部环形隔板、中圆钢管柱及下部环形隔板焊接；其中，上部环形隔板与下部环形隔板均分为三部分，分别为圆环部分、圆弧连接段部分、翼缘段部分；圆环部分作为节点域的加强部分，圆弧连接段部分作为梁端部加腋部分，翼缘段部分作为与波形腹板工形梁段翼缘的连接部分；上圆钢管柱、中圆钢管柱、下圆钢管柱统称为圆钢管柱；上部环形隔板、下部环形隔板的内环尺寸均小于圆钢管柱内环尺寸，外环尺寸均大于圆钢管柱外环尺寸，且上部环形隔板、下部环形隔板厚度大于波形腹板工形梁段翼缘厚度；所述的波形腹板工形梁段由波形腹板工形梁和波形腹板工形梁段端板焊接而成；所述的连接装置包括上翼缘连接板、下翼缘连接板、两个L形连接件、橡胶垫及高强螺栓；其中，上翼缘连接板和上部环形隔板以及波形腹板工形梁段上翼缘通过单排或多排螺栓群连接；下翼缘连接板和下部环形隔板以及波形腹板工形梁段下翼缘通过单排或多排螺栓群连接；两个L形连接件和悬臂梁段腹板以及波形腹板工形梁段端板通过单排或多排螺栓群连接；
所述的连接装置在施工安装时，先将下翼缘连接板通过第3螺栓群与带悬臂梁段圆钢管柱的下部环形隔板连接，将悬臂梁段腹板和两个L形连接件通过第5螺栓群连接，而后将波形腹板工形梁段放置在外伸下翼缘连接板上，通过第6螺栓群将两个L形连接件、橡胶垫和波形腹板工形梁段端板连接，再通过第4螺栓群将下翼缘连接板与波形腹板工形梁段下翼缘固定，最后上翼缘连接板通过第1螺栓群、第2螺栓群分别与上部环形隔板、波形腹板工形梁段上翼缘连接。
2.根据权利要求1所述的可恢复功能的装配式波形腹板梁柱节点连接装置，其特征在于：所述的圆钢管柱管内中空或浇筑混凝土。
3.根据权利要求1所述的可恢复功能的装配式波形腹板梁柱节点连接装置，其特征在于：所述的波形腹板工形梁段的波形腹板采用梯形波形腹板、三角波形腹板或正弦波浪腹板。
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