CN106592765A - 一种可恢复功能的端板装配式角钢桁架梁柱节点连接装置 - Google Patents

一种可恢复功能的端板装配式角钢桁架梁柱节点连接装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种可恢复功能的端板装配式角钢桁架梁柱节点连接装置，属于结构工程领域。该震后可恢复功能的装配式角钢桁架梁柱节点连接装置由带悬臂梁段方钢管柱、带端板普通桁架梁段及连接装置组成。本节点连接装置焊接部分均在工厂内完成，现场进行装配，施工速度与施工质量大大提高，桁架梁的空间结构利于管线贯穿；桁架梁可与楼板在工厂组装成型，形成模块化装配单元，而后在施工现场各装配单元通过桁架梁与带悬臂梁段方钢管柱实现装配连接。本发明的节点为梁端加强及盖板连接削弱并用型节点，可实现螺栓摩擦滑移与盖板、连接板、螺栓塑性变形的三重耗能，将塑性铰转移到盖板及连接板上，震后仅需通过更换连接板来实现结构的功能恢复。

Description

一种可恢复功能的端板装配式角钢桁架梁柱节点连接装置
技术领域
本发明涉及一种可恢复功能的端板装配式角钢桁架梁柱节点连接装置，属于结构工程技术领域。
背景技术
我国单位建筑面积能耗是发达国家的2倍以上，建筑垃圾、施工灰尘是城市主要污染源之一。我国房屋钢结构的发展面临重大机遇，中国作为7亿吨的世界第一产钢大国，产能过剩近1亿吨，但钢结构建筑只占5％，而发达国家占50％以上，保障性住房建设速度、地震灾区住宅重建速度有待进一步提高。为了推进该钢结构体系的科学发展，确保设计、施工安全，需要对该体系进行科学合理的研发、系统的理论分析和试验研究，以实现该产品的设计规范化、生产工业化、安装机械化，解决产品在设计、生产、安装和验收几方面的问题，满足国家在建设领域的标准规范。
近年来的数次大地震表明，人类仍然面临地震的全面威胁，而我国地处环太平洋地震带和地中海喜马拉雅地震带上，地震活动频繁，汶川和玉树大地震，给我国造成了巨大损失，带来了惨痛的教训。此后，改进型梁柱连接节点成为世界各国钢结构研究领域的热点。试验和理论研究表明，这些改进型节点能达到强震时塑性铰外移的目的，避免了节点过早出现裂缝而发生脆性破坏，但在强震过后，这些节点的钢框架都会产生较大的残余变形，结构和构件变形较大，震后难以恢复抗震功能，甚至难以修复或修复成本大大增加。这使人们不得不重新审视并寻求更好的结构体系，因而提出了震后可恢复功能结构，对于医院等重要建筑、生命线工程提出了应从抗倒塌结构向震后可恢复功能的结构转变。震后可恢复功能结构是指地震(设防或大震)后不需修复或稍许修复即可恢复其使用功能的结构。
为此，本发明提出了一种属于结构工程技术领域的震后可恢复功能的端板装配式角钢桁架梁。其目的在于在钢结构体系的生产和施工中，将模块化，工厂化，标准化，装配化和可恢复功能化相结合，在现场施工应用时，桁架梁的空间组成结构提供了较大的空间，利于管线的贯穿，带来了极大的便利和优势，同时实现了工厂化生产，现场快速装配，在保证施工质量的前提下，提高了施工速度，减少了施工工期，并且更换局部构件便可实现结构的快速修复，而不是完全单一的追求结构的抗倒塌能力，进而充分发挥装配式钢结构自身优势，大幅度降低了工程造价。同时，两个桁架梁的拼接便于实现桁架梁与楼板工厂组装成型形成模块化装配单元，而后在施工现场各模块单元通过桁架梁与带悬臂梁段方钢管柱实现装配连接。
本发明提出一种可恢复功能的端板装配式角钢桁架梁柱节点连接装置，由带悬臂梁段方钢管柱、带端板的普通桁架梁段及两者的连接装置组成。带悬臂梁段方钢管柱由上方钢管柱，中方钢管柱，下方钢管柱，上部矩形隔板，下部矩形隔板及悬臂梁段腹板焊接而成。上方钢管柱、中方钢管柱分别与上部矩形隔板焊接；下方钢管柱、中方钢管柱分别与下部矩形隔板焊接；悬臂梁段腹板分别与上部矩形隔板、中方钢管柱及下部矩形隔板焊接。普通桁架梁段由角钢、端板及连接板焊接而成。带悬臂梁段方钢管柱与普通桁架梁段之间的连接装置包括盖板、连接板、L形连接件、垫板及高强螺栓。
发明内容
本发明提出一种可恢复功能的端板装配式角钢桁架梁柱节点连接装置，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。
一种震后可恢复功能的端板装配式角钢桁架梁，由带悬臂梁段方钢管柱、带端板普通桁架梁段及两者的连接装置组成。
带悬臂梁段方钢管柱由上方钢管柱，中方钢管柱，下方钢管柱，上部矩形隔板，下部矩形隔板及悬臂梁段腹板焊接而成。上方钢管柱、中方钢管柱分别与上部矩形隔板焊接；下方钢管柱、中方钢管柱分别与下部矩形隔板焊接；悬臂梁段腹板分别与上部矩形隔板、中方钢管柱及下部矩形隔板焊接。其中，上部矩形隔板与下部矩形隔板可分为三部分，分别为矩形部分、圆弧连接段部分、翼缘段部分。矩形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、翼缘段部分作为与普通梁段的拼接部分。上部矩形隔板、下部矩形隔板的内侧尺寸均小于方钢管柱内侧尺寸，外侧尺寸均大于方钢管柱外侧尺寸，且矩形隔板厚度可大于普通梁段翼缘厚度。
带端板普通桁架梁段由普通角钢、端板和高强螺栓组成。普通桁架梁是由两个完全相同的桁架梁通过高强螺栓拼接而成，桁架梁可与楼板在工厂组装成型，形成模块化装配单元，而后在施工现场各装配单元通过桁架梁与带悬臂梁段方钢管柱实现装配连接；桁架梁的上翼缘是上普通角钢的长肢边，该角钢的短肢边充当桁架梁的部分腹板，桁架梁的下翼缘是下普通角钢的长肢边，该角钢的短肢边充当桁架梁的部分腹板；桁架梁两端是由连接板焊接连接上下翼缘；一定数量的普通角钢通过焊接共同组成了桁架梁的腹板部分。
带悬臂梁段方钢管柱与普通桁架梁段之间的连接装置由上下翼缘盖板，上下翼缘连接板，上下翼缘垫板，两个L形连接板组成；上翼缘盖板、上翼缘连接板和上部矩形隔板、普通梁段通过单排或多排螺栓群连接；下翼缘盖板、下翼缘连接板和下部矩形隔板、普通梁段通过单排或多排螺栓群连接；L形连接板和悬臂梁段腹板、普通桁架梁段端板通过单排或多排螺栓群连接。
连接装置在施工安装时，先将下翼缘盖板通过螺栓群与下部矩形隔板连接，将桁架梁放置在外伸下翼缘盖板上，再将下翼缘连接板和下翼缘隔板通过螺栓群与下部环形隔板和桁架梁的下翼缘连接，通过螺栓群将L形连接板同悬臂梁段腹板和普通桁架梁段端板连接，然后，将上翼缘盖板通过螺栓群分别与上部矩形隔板、桁架梁连接，最后，将上翼缘连接板和上翼缘隔板通过螺栓群与上部矩形隔板和桁架梁的下翼缘连接。
连接装置通过上下翼缘盖板、上下翼缘连接板、上下翼缘垫板将矩形隔板和普通桁架梁段翼缘连接。连接装置替换成翼缘单剪连接形式，将第一上翼缘连接板、第二上翼缘连接板、第一下翼缘连接板、第二下翼缘连接板、第一上翼缘垫板、第二上翼缘垫板、第一下翼缘垫板和第二下翼缘垫板去除来实现。
方钢管柱管内中空，或浇筑混凝土，方钢管柱能替换成圆钢管柱。连接装置的上下翼缘盖板和上下翼缘连接板不设置狗骨削弱区，或者设置成圆弧狗骨削弱区或平狗骨削弱区。
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，并且可以通过拼接节点设计较弱与增加矩形隔板的厚度共同作用而达到耗能与塑性铰外移的目的，而无需采取加设拼接板、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、悬臂梁段与桁架梁段的上下翼缘均采用盖板和连接板的连接方式，故可先将下翼缘盖板和连接板与下部矩形隔板栓接，普通桁架梁段可搭在带悬臂梁段方钢管柱下部矩形隔板上，降低了吊装难度，加快了施工进度，易于现场拼装定位。
3、此节点还可以通过调整上部矩形隔板与下部矩形隔板厚度、螺栓数量等设计参数，将塑性铰转移到可更换的翼缘连接板以及L形连接件上，实现螺栓摩擦滑移及连接板塑性变形的双重耗能，提高节点的延性以及转动能力，确保带悬臂梁段方钢管柱及普通桁架梁段无损坏或轻微损坏，震后只需更换盖板、连接板、垫板、L形连接件和高强螺栓即可达到震后可恢复功能的效果，保护人员的生命安全。
4、普通桁架梁的拼装，可实现利用桁架梁的空间特点实现管线在楼板的贯穿，极大的发挥了梁自身的结构优势；同时，两个桁架梁的拼接便于实现桁架梁与楼板工厂组装成型形成模块化装配单元，而后在施工现场各装配单元通过桁架梁与带悬臂梁段方钢管柱实现装配连接。
附图说明
图1为一种可恢复功能的端板装配式角钢桁架梁柱节点连接装置的构造形式的三维图；
图2为一种可恢复功能的端板装配式角钢桁架梁柱节点连接装置的构造形式的拆分图；
图3为一种可恢复功能的端板装配式角钢桁架梁柱节点连接装置的构造形式的三维现场安装图；
图4为一种可恢复功能的端板装配式角钢桁架梁柱节点连接装置的构造形式的正视图；
图5为一种可恢复功能的端板装配式角钢桁架梁柱节点连接装置的构造形式的侧视图；
图6为一种可恢复功能的端板装配式角钢桁架梁柱节点连接装置的构造形式的俯视图；
图7为一种可恢复功能的端板装配式角钢桁架梁柱节点连接装置的单剪构造形式的三维图；
图8一种可恢复功能的端板装配式角钢桁架梁柱节点连接装置的的上翼缘盖板、下翼缘盖板的未设置狗骨削弱区、设置圆弧狗骨削弱以及平狗骨削弱的三种形式图；
图9为一种可恢复功能的端板装配式角钢桁架梁柱节点连接装置的一个模块化装配单元三维图；
图10为一种可恢复功能的端板装配式角钢桁架梁柱节点连接装置的4模块化装配单元实现装配连接的三维图。
具体实施方式
下面结合附图，详细说明本专利的实施方式。
如图1-10所示，一种可恢复功能的端板装配式角钢桁架梁柱节点连接装置包括以下部件：
1——上方钢管柱；
2——中方钢管柱；
3——下方钢管柱；
4——上部矩形隔板；
5——下部矩形隔板；
6——悬臂梁段腹板；
7——上翼缘盖板；
8——下翼缘盖板；
9——第一L形连接板；
10——第二L形连接板；
11——第一上翼缘连接板；
12——第二上翼缘连接板；
13——第一下翼缘连接板；
14——第二下翼缘连接板；
15——第一上翼缘垫板；
16——第二上翼缘垫板；
17——第一下翼缘垫板；
18——第二下翼缘垫板；
19——第一端板；
20——第二端板；
21——普通角钢；
22——楼板；
23——模块化装配单元；
如图1、2、3、4、6所示，带悬臂梁段方钢管柱由上方钢管柱(1)，中圆钢管柱(2)，下圆钢管柱(3)，上部矩形隔板(4)，下部矩形隔板(5)及悬臂梁段腹板(6)组成。上方钢管柱(1)、中方钢管柱(2)分别与上部矩形隔板(4)焊接；下方钢管柱(3)、中方钢管柱(2)分别与下部矩形隔板(5)焊接；悬臂梁段腹板(6)与中方钢管柱(2)、上部矩形隔板(4)及下部矩形隔板(5)焊接。其中，上部矩形隔板(4)与下部矩形隔板(5)可分为三部分，分别为矩形部分、圆弧连接段部分、翼缘段部分。矩形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、翼缘段部分作为与普通桁架梁段的拼接部分。上部矩形隔板(4)、下部矩形隔板(5)的内环尺寸均小于方钢管柱内环尺寸，其外环直径大于方钢管柱外环尺寸，且矩形隔板厚度可大于普通桁架梁段翼缘厚度。
如图2所示，多个普通角钢(21)通过与两端的端板焊接而在工厂预制加工成为桁架梁段，桁架梁段由普通角钢(21)和第一端板(19)或第二端板(20)焊接而成。普通桁架梁段是由相同的两个桁架梁通过高强螺栓连接而成。
如图3所示，连接装置在施工安装时，先将下翼缘盖板(8)通过螺栓群与带悬臂梁段方钢管柱的下部矩形隔板(5)连接，将悬臂梁段腹板(6)同第一L形连接板(9)和第二L形连接板(10)通过螺栓群连接，而后将带端板普通桁架梁段放置在外伸下翼缘盖板(8)上，通过螺栓群将第一L形连接板(9)、第二L形连接板(10)同带端板普通桁架梁段第一端板(19)和带端板普通桁架梁段第二端板(20)连接，再通过螺栓群将第一下翼缘连接板(13)、第二下翼缘连接板(14)、第一下翼缘垫板(17)、第二下翼缘垫板(18)与带端板普通桁架梁段下翼缘固定，然后将上翼缘盖板(7)通过螺栓群与带悬臂梁段方钢管柱的上部矩形隔板(4)连接，最后第一上翼缘连接板(11)、第二上翼缘连接板(12)、第一上翼缘垫板(15)、第二上翼缘垫板(16)通过螺栓群分别与上部矩形隔板(4)、带端板普通桁架梁段上翼缘连接。
如图7所示，当去掉2块上翼缘连接板，2块上翼缘垫板，2块下翼缘连接板以及2块下翼缘垫板时，就成了该可恢复功能的端板装配式角钢桁架梁柱节点连接装置的单剪形式。
如图1、2、3、4、5所示，方钢管柱可管内中空，或浇筑混凝土或替换成圆钢管柱。
如图8所示，连接装置的上下翼缘盖板(7)(8)和上下翼缘连接板(11)(12)(13)(14)不设置狗骨削弱区，或者设置成圆弧狗骨削弱区或平狗骨削弱区。
如图9、10所示，所述节点连接装置中的带端板的装配式角钢桁架梁可与楼板(22)在工厂组装成型，形成模块化装配单元(23)，而后在施工现场各装配单元通过装配式角钢桁架梁与带悬臂梁段方钢管柱实现装配连接。

Claims (5)

1.一种可恢复功能的端板装配式角钢桁架梁柱节点连接装置，其特征在于：由带悬臂梁段方钢管柱、带端板普通桁架梁段及两者的连接装置组成；所述的带悬臂梁段方钢管柱由上方钢管柱、中方钢管柱、下方钢管柱、上部矩形隔板、下部矩形隔板及悬臂梁段腹板焊接而成；上方钢管柱、中方钢管柱分别与上部矩形隔板焊接；下方钢管柱、中方钢管柱分别与下部矩形隔板焊接；悬臂梁段腹板四周分别与上部矩形隔板、中方钢管柱及下部矩形隔板焊接；其中，上部矩形隔板与下部矩形隔板分为三部分，分别为矩形部分、圆弧连接段部分、翼缘段部分；矩形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，翼缘段部分作为与带端板普通桁架梁段翼缘的连接部分；上方钢管柱、中方钢管柱、下方钢管柱统称为方钢管柱；上部矩形隔板、下部矩形隔板的内环尺寸均小于方钢管柱内环尺寸，外环尺寸均大于方钢管柱外环尺寸，且上部矩形隔板、下部矩形隔板厚度均大于普通桁架梁段翼缘厚度；所述的带端板普通桁架梁是由两个完全相同的桁架梁通过高强螺栓拼接而成，桁架梁由角钢焊接而成，桁架梁可与楼板在工厂组装成型，形成模块化装配单元，而后在施工现场各装配单元通过桁架梁与带悬臂梁段方钢管柱实现装配连接；所述的带悬臂梁段方钢管柱与带端板普通桁架梁段之间的连接装置包括上下翼缘盖板、上下翼缘连接板、上下翼缘垫板、L形连接板及高强螺栓；其中，上翼缘盖板、上翼缘连接板、上翼缘垫板和上部矩形隔板、带端板普通桁架梁段上翼缘通过单排或多排螺栓群连接；下翼缘盖板、下翼缘连接板、下翼缘垫板和下部矩形隔板、普通桁架梁段下翼缘通过单排或多排螺栓群连接；L形连接板和悬臂梁段腹板、带端板普通桁架梁段端板通过单排或多排螺栓群连接。
2.根据权利要求1所述的一种可恢复功能的端板装配式角钢桁架梁柱节点连接装置，其特征在于：所述的连接装置在施工安装时，先将下翼缘盖板与下部矩形隔板通过螺栓连接，将悬臂梁段腹板和两个L形连接板通过螺栓连接，带端板普通桁架梁段放置在外伸下翼缘盖板上，通过螺栓群将两个L形连接板和带端板普通桁架梁段端板连接，再通过螺栓群将下翼缘盖板、下翼缘连接板、下翼缘垫板与带端板普通桁架梁段下翼缘固定，然后将最后上翼缘盖板、上翼缘连接板、上翼缘垫板通过螺栓群分别与上部矩形隔板、带端板普通桁架梁段上翼缘连接。
3.根据权利要求1所述的一种可恢复功能的端板装配式角钢桁架梁柱节点连接装置，其特征在于：所述的连接装置替换成翼缘单盖板连接形式，即通过将第一上翼缘连接板、第二上翼缘连接板、第一下翼缘连接板、第二下翼缘连接板、第一上翼缘垫板、第二上翼缘垫板、第一下翼缘垫板和第二下翼缘垫板去除来实现。
4.根据权利要求1所述的一种可恢复功能的端板装配式角钢桁架梁柱节点连接装置，其特征在于：所述的方钢管柱管内中空，或浇筑混凝土，方钢管柱能替换成成圆钢管柱。
5.根据权利要求1所述的一种可恢复功能的端板装配式角钢桁架梁柱节点连接装置，其特征在于：连接装置的上下翼缘盖板和上下翼缘连接板不设置狗骨削弱区，或者设置成圆弧狗骨削弱区或平狗骨削弱区。
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