CN106869335A - 一种可恢复功能的装配式角钢桁架梁柱节点连接装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可恢复功能的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方钢管柱、普通桁架梁段及连接装置组成。本发明的节点连接装置焊接部分均在工厂内完成，实现现场装配，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

我国每年城乡新建房屋面积20亿平方米，其中80％以上为高能耗建筑，我国单位建筑面积能耗是发达国家的2倍以上。据中国钢协统计，2011年我国钢产量突破7亿吨大关，连续16年稳居世界各国钢产量首位，发达国家钢结构建筑面积占总建筑面积50％以上，日本占到80％，而我国不到4％。中国作为世界上建筑规模、钢材产量最大的国家，房屋钢结构的发展严重滞后。

我国的建筑产业也正在向工业化与现代化进军，主要体现在五个方面：一是建筑设计标准化，二是部件生产工厂化，三是现场施工装配化，四是结构装修一体化，五是过程管理信息化。

我国地震活动频度高、强度大、震源浅、分布广，是一个震灾严重的国家。现有的多高层公共建筑及住宅建筑，一旦发生地震损伤，将导致建筑终止使用，对社会经济恢复和人民群众生活将造成严重影响，同时部分建筑震后停业导致的经济损失还可能超过建筑结构本身的经济价值。实现建筑结构的震后功能可快速恢复，是结构抗震研究的前沿热点问题。因此，亟需研发适用于建筑产业化且震后可恢复功能的新型装配式梁柱节点，使结构从整体损伤向局部可更换构件损伤转变，从难以修复甚至不可修复结构向可快速修复结构转变，从单一追求结构抗倒塌能力向兼顾结构震后可恢复功能转变，以求充分发挥装配式钢结构建筑性能的优越性，促进工业化装配式钢结构建筑的应用推广发明内容。

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，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。

本发明提出一种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、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、垫板及高强螺栓。

发明内容

本发明提出一种可恢复功能的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装配式角钢桁架梁，由带悬臂梁段的方钢管柱、普通桁架梁段及两者的连接装置组成；

带悬臂梁段的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。

普通桁架梁段由普通角钢、连接板和高强螺栓组成。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，桁架梁能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，腹板剪切板以及腹板垫板组成；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；腹板剪切板、腹板垫板和悬臂梁段腹板、普通梁段端板之间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，通过螺栓群将腹板剪切板和腹板垫板同悬臂梁段腹板和普通桁架梁段连接板连接，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、腹板剪切板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装配式角钢桁架梁柱节点连接装置悬臂梁段的拆分图；

图3为一种可恢复功能的装配式角钢桁架梁柱节点连接装置普通桁架梁段的拆分图；

图4为一种可恢复功能的装配式角钢桁架梁柱节点连接装置构造形式的三维现场安装图；

图5为一种可恢复功能的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6为一种可恢复功能的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7为一种可恢复功能的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8为一种可恢复功能的装配式角钢桁架梁柱节点连接装置单剪结构的构造形式的三维图；

图9为一种可恢复功能的装配式角钢桁架梁柱节点连接装置的上翼缘盖板、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10为一种可恢复功能的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11为一种可恢复功能的装配式角钢桁架梁柱节点连接装置的4个模块化装配单元实现装配连接的俯视图。

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1-11所示，一种可恢复功能的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——第一腹板剪切板；

10——第二腹板剪切板；

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——第一腹板垫板；

20——第二腹板垫板；

21——第一连接板；

22——第二连接板；

23——普通角钢；

24——楼板；

25——模块化装配单元；

如图1、2、4、5、7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3所示，多个普通角钢(23)通过与两端的连接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(23)和第一连接板(21)或第二连接板(22)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4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)同第一腹板剪切板(9)和第二腹板剪切板(10)通过螺栓群连接，而后将普通桁架梁段放置在外伸下翼缘连接板(8)上，通过螺栓群将第一腹板剪切板(9)、第二腹板剪切板(10)、第一腹板垫板(19)、第二腹板垫板(20)同普通桁架梁段第一连接板(21)和普通桁架梁段第二连接板(22)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)、普通桁架梁段上翼缘连接；

如图1、3、4、8所示，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，实现了翼缘双剪连接形式。所述的连接装置也可以采用翼缘单剪连接形式，将上下翼缘连接板去除就可实现。

如图1、2、4、6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9所示，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。

如图10、11所示，所述节点连接装置中的装配式角钢桁架梁可与楼板(24)在工厂组装成型，形成模块化装配单元(25)，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、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、腹板剪切板、腹板垫板及高强螺栓；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、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；腹板剪切板和悬臂梁段腹板、普通桁架梁段连接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装配式角钢桁架梁节点连接装置，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腹板剪切板和腹板垫板通过螺栓连接，普通桁架梁段放置在外伸下翼缘盖板上，通过螺栓群将两个腹板剪切板、腹板垫板和普通桁架梁段连接板连接，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、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装配式角钢桁架梁柱节点连接装置，其特征在于：所述的装配式角钢桁架梁柱节点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，方钢管柱能替换成圆钢管柱。

5.根据权利要求1所述的一种可恢复功能的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。