CN106567456A - 一种采用外伸式端板的扩孔型可更换消能梁段连接节点及其施工方法 - Google Patents

一种采用外伸式端板的扩孔型可更换消能梁段连接节点及其施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种采用外伸式端板的扩孔型可更换消能梁段连接节点及其施工方法，包括非消能梁段、支撑、支撑端板、消能梁段、加劲肋、外伸端板、垫板和高强螺栓，其特征在于：所述外伸端板包括外伸端板一和外伸端板二；所述垫板包括垫板一和垫板二；所述支撑端板为开口梯形，焊接于非消能梁段底面和外伸端板一底脚连接处；所述非消能梁段与外伸端板一采用坡口全熔透焊缝连接；所述消能梁段与外伸端板二采用坡口全熔透焊缝连接；所述外伸端板一上开有扩孔型螺栓孔；所述扩孔型螺栓孔的直径与普通螺栓孔的直径相等。本发明可明显减小罕遇地震下消能梁段的受力、变形和破坏，同时具有施工方便、震后可快速修复和修复费用低等优点。

Description

一种采用外伸式端板的扩孔型可更换消能梁段连接节点及其 施工方法
技术领域
本发明属于结构工程技术领域，涉及一种采用外伸式端板的扩孔型可更换消能梁段连接节点及其施工方法，适用于高层及超高层建筑结构中。
背景技术
偏心支撑结构是一种比较理想的结构抗侧力体系，具有刚度大、抗震性能好、受力性能合理等优点，性能优于纯框架结构和中心支撑框架结构。在使用功能上，消能梁段可作为普通梁，为结构提供刚度并支撑楼板；多遇地震下，偏心支撑钢框架具有较高的抗侧移能力，能简单地满足结构的抗侧移要求，并具有良好的变形能力；罕遇地震下，消能梁段在主体结构进入非弹性变形前率先进入屈服并耗能，最大限度地减小主体结构在地震中的损伤，保证消能梁段以外构件在整个过程中不发生屈服和破坏。
当前对高层及超高层建筑，需具备震后可快速恢复使用功能的能力，并尽量减少结构的修复费用。因此，采用可更换消能梁段并尽量减小消能梁段的损伤是提高偏心支撑结构震后功能快速恢复的一种有效途径。在消能梁段端部和非消能梁段端部采用外伸式端板并通过高强螺栓连接，可达到震后仅更换消能梁段的目的。然而，消能梁段的非弹性变形可能会使得非消能梁段端部承受较大的弯矩和轴向力，使得非消能梁段端部发生屈服，与偏心支撑结构的设计原理相悖，且不利于结构震后的修复。当消能梁段截面小于非消能梁段截面或消能梁段采用低强度材料时，可有效减缓非消能梁段端部的受力和屈服，但结构的整体刚度可能被削弱，为满足多遇及罕遇地震要求时，需增大支撑和柱等构件的截面，使所设计结构不够经济。此外，当结构遭受较大的非弹性变形时，消能梁段将产生较大不可恢复的变形，对连接节点的要求也较高。因此，如何尽可能减小消能梁段的变形以及减小非消能梁段端部和连接节点处的受力，是偏心支撑结构在罕遇地震下快速恢复使用功能时需重点解决的问题。
综上所述，对消能梁段与非消能梁段连接节点，宜尽可能减小构件的受力及变形，以在满足承载能力和预期耗能时更容易修复并减少修复费用。因此，本发明提出一种采用外伸式端板的扩孔型可更换消能梁段连接节点及其施工方法。
发明内容
本发明主要提供一种采用外伸式端板的扩孔型可更换消能梁段连接节点及其施工方法，其目的在于解决现有消能梁段与非消能梁段连接节点所存在的问题，并在不削弱构件及整结构刚度的情况下，尽可能减小消能梁段和非消能梁段端部的受力，提高连接节点的变形能力及震后快速恢复使用功能的能力。本发明的非消能梁段和消能梁段端部均采用外伸式端板连接，并在非消能梁段外伸端板上开扩孔型螺栓孔，以提高摩擦型高强螺栓的滑移距离和结构的耗能能力，同时减小消能梁段的受力和变形，防止非消能梁段端部发生屈服。本发明具有震后可快速修复、修复费用低和施工方便等优点，应用前景广阔。
本发明采用的技术方案为：一种采用外伸式端板的扩孔型可更换消能梁段连接节点及其施工方法，包括非消能梁段、支撑、支撑端板、消能梁段、加劲肋、外伸端板、垫板和高强螺栓；其特征在于：所述外伸端板包括外伸端板一和外伸端板二；所述垫板包括垫板一和垫板二；所述支撑端板为开口梯形，焊接于非消能梁段底面和外伸端板一底脚连接处；所述非消能梁段与外伸端板一采用坡口全熔透焊缝连接；所述消能梁段与外伸端板二采用坡口全熔透焊缝连接；所述外伸端板一上开有扩孔型螺栓孔；所述扩孔型螺栓孔的直径与普通螺栓孔的直径相等。
进一步地，上述非消能梁段截面与消能梁段截面相同；上述非消能梁段腹板与支撑端板厚度相等；上述外伸端板一、外伸端板二、垫板一和垫板二的厚度均相等。
进一步地，上述加劲肋仅单边布置在消能梁段一侧；上述加劲肋与消能梁段上、下翼缘及腹板间采用坡口全熔透焊缝连接。
进一步地，上述外伸端板一和外伸端板二贴合竖直放置，且外伸端板一远离外伸端板二的一侧设有垫板一和垫板二。
进一步地，上述垫板一紧贴于外伸端板一的上、下端，垫板二贴于外伸端板一的中间部分；所述的外伸端板一、外伸端板二和垫板在同一位置经高强螺栓相连接。
进一步地，述扩孔型螺栓孔的扩孔方向沿外伸端板一的竖直方向；所述扩孔型螺栓孔、普通螺栓孔和摩擦型高强螺栓在同一位置处的中心重合。
进一步地，上述支撑的中心线与外伸端板一及外伸端板二的中心交点重合。
本发明的另一技术方案在于：一种采用外伸式端板的扩孔型可更换消能梁段连接节点的施工方法，其特征在于：
a. 加劲肋与消能梁段上、下翼缘及腹板间采用坡口全熔透焊缝连接，消能梁段两侧的外伸端板二经坡口全熔透焊缝焊接在消能梁段端部，且预先在螺栓位置处开设普通螺栓孔；
b. 外伸端板二经坡口全熔透焊缝焊接在非消能梁段的一端，预先在螺栓位置处开扩孔型螺栓孔，并将支撑端板经坡口全熔透焊缝焊接于非消能梁段底面和外伸端板一底脚连接处；
c. 在垫板一和垫板二对应位置处开普通螺栓孔；
d. 支撑经三面围焊的角焊缝与支撑端板进行焊接；
e. 通过摩擦型高强螺栓将外伸端板一、外伸端板二、垫板一和垫板二在对应位置处连接，且扩孔型螺栓孔、普通螺栓孔和摩擦型高强螺栓的中心线需重合。
进一步地，上述施工步骤a，b，c中的焊接及开孔工艺在工厂中进行。
进一步地，上述施工步骤d中的焊接工艺在现场进行。
本发明具有以下有益效果：
1. 由于采用摩擦型高强螺栓将消能梁段与非消能梁段的外伸式端板连接，在震后可仅更换消能梁段即可快速恢复使用功能；
2. 非消能梁段外伸端上开的扩孔型螺栓孔作为结构的第一道防线，可在不增大消能梁段的受力情况下增大构件的耗能能力，减缓消能梁段的非弹性变形；
3. 在相同变形条件下，扩孔型螺栓孔可在减小消能梁段的同时减小非消能梁段端部的内力，减缓非消能梁段端部可能发生的屈服，使大震变形下构件的屈服仅发生在消能梁段；
4. 该连接节点大部分工序都在工厂制作，且大震后消能梁段的非弹性变形也小于普通偏心支撑结构，具有施工简单和修复成本低等特点，实现可观的经济效益。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1的A-A剖面图。
图3是图1的B-B剖面图。
图4是图1的C-C剖面图。
图5是本发明的非消能梁段外伸端板构造示意图。
图6是本发明的消能梁段外伸端板构造示意图。
图7是本发明的垫板一构造示意图。
图8是本发明的垫板二构造示意图。
图中：1、非消能梁段；2、支撑；3、支撑端板；4、消能梁段；5、加劲肋；6、外伸端板一；7、外伸端板二；8、垫板一；9、垫板二；10、扩孔型螺栓孔；11、普通螺栓孔；12、高强螺栓。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做进一步的描述。
如图1-8所示，一种采用外伸式端板的扩孔型可更换消能梁段连接节点及其施工方法，包括非消能梁段1、支撑2、支撑端板3、消能梁段4、加劲肋5、外伸端板、垫板和高强螺栓12；其特征在于：所述外伸端板包括外伸端板一6和外伸端板二7；所述垫板包括垫板一8和垫板二9；所述支撑端板3为开口梯形，焊接于非消能梁段1底面和外伸端板一6底脚连接处；所述非消能梁段1与外伸端板一6采用坡口全熔透焊缝连接；所述消能梁段4与外伸端板二7采用坡口全熔透焊缝连接；所述外伸端板一1上开有扩孔型螺栓孔10；所述扩孔型螺栓孔10的直径与普通螺栓孔11的直径相等。
所述非消能梁段1截面与消能梁段4截面相同，所述非消能梁段1腹板与支撑端板3厚度相等；所述外伸端板一6、外伸端板二7、垫板一8和垫板二9的厚度均相等。
所述加劲肋5仅单边布置在消能梁段4一侧，所述加劲肋5与消能梁段4上、下翼缘及腹板间采用坡口全熔透焊缝连接。
所述外伸端板一6和外伸端板二7贴合竖直放置，且外伸端板一6远离外伸端板二7的一侧设有垫板一8和垫板二9。
所述垫板一8紧贴外伸端板一6的上、下端，垫板二9贴于外伸端板一6的中间部分；所述外伸端板一6、外伸端板二7和垫板在同一位置经高强螺栓12相连。
所述扩孔型螺栓孔10的扩孔方向沿外伸端板一6的竖直方向；所述扩孔型螺栓孔10、普通螺栓孔11和摩擦型高强螺栓12在同一位置处的中心重合。
所述支撑3的中心线与外伸端板一6、外伸端板二7的中心交点重合。
本发明的施工方法为：
本发明所述的一种采用外伸式端板的扩孔型可更换消能梁段连接节点，其施工方法如下：在工厂经全熔透焊缝将消能梁段4、加劲肋5及外伸端板二7焊接，并在外伸端板二7上开普通螺栓孔11；在工厂经全熔透焊缝将非消能梁段1、外伸端板一6和支撑端板3焊接，并在外伸端板一6上开扩孔型螺栓孔10；在工厂制作垫块一8和垫块二9，并开普通螺栓孔11。将制作好的以上构件及支撑2运至现场。支撑2经三面围焊的角焊缝与支撑端板3进行焊接；将消能梁段4两端的外伸端板二7与非消能梁段1端部的外伸端板一6对齐，通过摩擦型高强螺栓12将外伸端板一6、外伸端板二7、垫板一8和垫板二9连接，此时扩孔型螺栓孔10、普通螺栓孔11和摩擦型高强螺栓12的中心线在同一位置处需重合，由此可形成如图1所示的采用外伸式端板的扩孔型可更换消能梁段连接节点。
本发明提供了一种采用外伸式端板的扩孔型可更换消能梁段连接节点，能有效地提高端部摩擦型高强螺栓的滑移距离和结构的耗能能力，同时减小消能梁段的受力和变形，防止非消能梁段端部发生屈服。该连接节点具有震后可快速恢复使用功能、修复费用低和施工方便等优点，可用于偏心支撑结构中消能梁段与非消能梁段的连接中，并适用于高层及超高层建筑结构中。

Claims (10)

1.一种采用外伸式端板的扩孔型可更换消能梁段连接节点及其施工方法，包括非消能梁段、支撑、消能梁段、支撑端板、加劲肋、外伸端板、垫板和高强螺栓；其特征在于：所述外伸端板包括外伸端板一和外伸端板二；所述垫板包括垫板一和垫板二；所述支撑端板为开口梯形，焊接于非消能梁段底面和外伸端板一底脚连接处；所述非消能梁段与外伸端板一采用坡口全熔透焊缝连接；所述消能梁段与外伸端板二采用坡口全熔透焊缝连接；所述外伸端板一上开有扩孔型螺栓孔；所述扩孔型螺栓孔的直径与普通螺栓孔的直径相等。
2.根据权利要求1所述的采用外伸式端板的扩孔型可更换消能梁段连接节点，其特征在于，所述非消能梁段截面与消能梁段截面相同；所述非消能梁段腹板与支撑端板厚度相等；所述外伸端板一、外伸端板二、垫板一和垫板二的厚度均相等。
3.根据权利要求1所述的采用外伸式端板的扩孔型可更换消能梁段连接节点，其特征在于，所述加劲肋仅单边布置在消能梁段一侧；所述加劲肋与消能梁段上、下翼缘及腹板间采用坡口全熔透焊缝连接。
4.根据权利要求1所述的采用外伸式端板的扩孔型可更换消能梁段连接节点，其特征在于，所述外伸端板一和外伸端板二贴合竖直放置，且外伸端板一远离外伸端板二的一侧设有垫板一和垫板二。
5.根据权利要求1所述的采用外伸式端板的扩孔型可更换消能梁段连接节点，其特征在于：所述垫板一紧贴于外伸端板一的上、下端，垫板二贴于外伸端板一的中间部分；所述的外伸端板一、外伸端板二和垫板在同一位置经高强螺栓相连接。
6.根据权利要求1所述的采用外伸式端板的扩孔型可更换消能梁段连接节点，其特征在于：所述扩孔型螺栓孔的扩孔方向沿外伸端板一的竖直方向；所述扩孔型螺栓孔、普通螺栓孔和摩擦型高强螺栓在同一位置处的中心重合。
7.根据权利要求1所述的采用外伸式端板的扩孔型可更换消能梁段连接节点，其特征在于：所述支撑的中心线与外伸端板一及外伸端板二的中心交点重合。
8.根据权利要求1所述的采用外伸式端板的扩孔型可更换消能梁段连接节点的施工方法，其特征在于：
a. 加劲肋与消能梁段上、下翼缘及腹板间采用坡口全熔透焊缝连接，消能梁段两侧的外伸端板二经坡口全熔透焊缝焊接在消能梁段端部，且预先在螺栓位置处开设普通螺栓孔；
b.外伸端板二经坡口全熔透焊缝焊接在非消能梁段的一端，预先在螺栓位置处开扩孔型螺栓孔，并将支撑端板经坡口全熔透焊缝焊接于非消能梁段底面和外伸端板一底脚连接处；
c. 在垫板一和垫板二对应位置处开普通螺栓孔；
d. 支撑经三面围焊的角焊缝与支撑端板进行焊接；
e. 通过摩擦型高强螺栓将外伸端板一、外伸端板二、垫板一和垫板二在对应位置处连接，且扩孔型螺栓孔、普通螺栓孔和摩擦型高强螺栓的中心线需重合。
9.根据权利要求7所述的采用外伸式端板的扩孔型可更换消能梁段连接节点，其特征在于：所述施工步骤a、b、c中的焊接及开孔工艺在工厂中进行。
10.根据权利要求7所述的采用外伸式端板的扩孔型可更换消能梁段连接节点，其特征在于：所述施工步骤d中的焊接工艺在现场进行。
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