CN107268787A - 一种可恢复功能的端板装配式波纹腹板咬合梁柱节点连接装置 - Google Patents

一种可恢复功能的端板装配式波纹腹板咬合梁柱节点连接装置 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波纹腹板咬合梁柱节点连接装置，属于结构工程领域。该节点连接装置由方钢管柱、波纹腹板槽钢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，现场进行装配，施工速度与施工质量大大提高。波纹腹板咬合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波纹腹板咬合梁与带悬臂梁段方钢管柱实现装配连接，可充分发挥波纹腹板构件省材高性能的优势。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、L形件来实现结构的功能恢复。

Description

一种可恢复功能的端板装配式波纹腹板咬合梁柱节点连接 装置
技术领域
本专利涉及一种可恢复功能的端板装配式波纹腹板咬合梁柱节点连接装置，属于结构工程技术领域。
背景技术
改革开放以来，我国的城市发展取得了举世瞩目的成就。但城市建设仍属于以混凝土为主、现场砌筑的粗放型建造方式，造成了环境污染严重，材料浪费严重，建造成本高，产品质量低等多方面的问题。2015年4月，《中共中央国务院关于加快推进生态文明建设的意见》要求全面促进资源节约循环高效使用，完善再生资源回收体系，推进建筑垃圾资源化利用，并大力推广绿色建筑，使建筑达到绿色、实用、经济、美观的标准。装配式钢结构作为全寿命周期的绿色建筑，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。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。
波纹腹板工字型构件作为一种节能、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。本波纹腹板工字型构件由两块有波浪腹板的槽钢咬合拼接而成，腹板用螺栓连接。其中每块槽钢的波纹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字型构件相比不仅节省了材料、减轻了自身重量，还提高了工字型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。与一般的波纹腹板工字型构件相比，它是通过槽钢拼接而成，更适合现场装配式。
目前常见的适用于端板装配式波浪腹板梁柱连接节点的发生破坏时塑性铰距柱面较近，容易引起节点域柱腹板受剪屈曲、柱翼缘局部屈曲及梁端屈服，造成对端板的严重损伤，无法实现更换，也无法实现快速装配，施工耗时较长，不适用于装配式建筑。同时，现有节点都需通过加设盖板、加劲肋或边板等梁端加强措施才能达到梁端塑性铰外移的目的，不仅对节点加工工艺提出了较高要求，还会引起多条焊缝叠加产生的复杂应力场问题。且地震产生的塑性变形发生在梁构件主体上，不利于实现震后快速修复。为克服上述问题，本发明专利在[201310139115.4]的基础上提出了一种可恢复功能的端板装配式波纹腹板咬合梁柱节点连接装置，避免梁构件主体出现大的塑性变形；连接件和高强螺栓的拆卸和再安装都方便，有利于震后的快速修复。同时，两个波纹腹板槽钢梁的拼接便于实现波纹腹板咬合梁段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波纹腹板咬合梁段与带悬臂梁段方钢管柱实现装配连接。
本发明专利提出的一种端板可恢复功能的装配式波纹腹板咬合梁柱节点连接装置，由带悬臂梁段方钢管柱、波纹腹板槽钢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、上部方状环形隔板、下部方状环形隔板以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方状环形隔板焊接；下方钢管柱、中方钢管柱分别与下部方状环形隔板焊接；悬臂梁段腹板分别与上部方状环形隔板、中方钢管柱及下部方状环形隔板焊接。波纹腹板咬合梁由两块波纹腹板槽钢拼接而成，中间腹板用螺栓连接。其中，波纹腹板槽钢梁也可替换成平腹板槽钢梁。带悬臂梁段方钢管柱与波纹腹板槽钢梁段之间的连接装置主要是L形连接件和高强螺栓。
发明内容
本发明提出一种可恢复功能的端板装配式波纹腹板咬合梁柱节点连接装置，属于结构工程领域。本发明的节点连接装置焊接部分均在工厂内完成，其焊缝精度和质量更易控制，现场只采用高强螺栓对带悬臂梁段方钢管柱及波纹腹板槽钢梁段进行装配，螺栓的紧固工作方便快捷，施工速度与施工质量大大提高，适应装配式钢结构的发展。
一种可恢复功能的端板装配式波纹腹板咬合梁柱节点连接装置由带悬臂梁段方钢管柱、波纹腹板槽钢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、上部方状环形隔板、下部方状环形隔板、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方状环形隔板焊接；下方钢管柱、中方钢管柱分别与下部方状环形隔板焊接。其中，上部方状环形隔板与下部方状环形隔板分为三部分，分别为方状环形部分、圆弧连接段部分、翼缘段部分。方状环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、翼缘段部分作为与波纹腹板槽钢梁段的拼接部分。上方钢管柱、中方钢管柱、下方钢管柱统称为方钢管柱。上部方状环形隔板、下部方状环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，且方状环形隔板厚度大于波纹腹板槽钢梁段翼缘厚度。
连接装置在施工安装时，先将两块波纹腹板槽钢梁拼接成波纹腹板咬合梁，波纹腹板之间用高强螺栓连接；再将悬臂段的腹板通过L形连接件与波纹腹板咬合梁端板连接，悬臂段的上(下)翼缘、外连接板与上(下)翼缘的内连接板、悬臂段与拼接好的波纹腹板工字型梁的部件对齐，其中垫板是紧贴工字型钢的上(下)翼缘的，之后用螺栓连接。
端板装配式波纹腹板咬合梁柱节点连接装置替换成翼缘单盖板连接形式，即通过将2块波纹腹板槽钢梁段上翼缘垫板、2块波纹腹板槽钢梁段下翼缘垫板、2块上翼缘内连接板、2块下翼缘内连接板去除来实现。
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。连接装置的上翼缘外连接板、下翼缘外连接板、上翼缘内连接板和下翼缘内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环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、悬臂梁段与普通梁段的上下翼缘均采用连接板的连接方式，故可先将下翼缘连接板与下部方状环形隔板栓接，波纹腹板工形梁段可搭在带悬臂梁段圆钢管柱下部环形隔板上，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纹腹板槽钢梁段拼接好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上部方状环形隔板与下部方状环形隔板厚度、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波纹腹板槽钢梁段无损坏或轻微损坏，震后只需更换连接板、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、普通波纹腹板槽钢梁的拼装，可极大的发挥了波纹腹板梁自身节省钢材的优势；同时，两个波纹腹板槽钢梁的拼接便于实现波纹腹板槽钢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波纹腹板槽钢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波纹腹板咬合梁柱节点连接装置的三维图；
图2为一种可恢复功能的端板装配式波纹腹板咬合梁柱节点连接装置的拆分图；
图3为一种可恢复功能的端板装配式波纹腹板咬合梁柱节点连接装置的正视图；
图4为一种可恢复功能的端板装配式波纹腹板咬合梁柱节点连接装置的侧视图；
图5为一种可恢复功能的端板装配式波纹腹板咬合梁柱节点连接装置的俯视图；
图6为波纹腹板槽钢咬合梁的腹板断面梯形波纹曲线图；
图7为一种可恢复功能的端板装配式波纹腹板咬合梁柱节点连接装置单剪形式的三维图；
图8为一种可恢复功能的端板装配式波纹腹板咬合梁柱节点连接装置的上(下)翼缘外连接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波纹腹板咬合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波纹腹板咬合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波纹腹板咬合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——上部方状环形隔板；
5——下部方状环形隔板；
6——悬臂梁段腹板；
7——L形连接件；
8——波纹腹板槽钢梁段端板；
9——波浪腹板槽钢梁段波纹腹板；
10——上翼缘外连接板；
11——下翼缘外连接板；
12——上翼缘内连接板；
13——下翼缘内连接板；
14——波纹腹板槽钢梁段上翼缘垫板；
15——波纹腹板槽钢梁段下翼缘垫板；
16——波纹腹板槽钢梁翼缘；
17——楼板；
18——模块化装配单元；
如图1、2、3、4、5所示，带悬臂梁段方钢管柱由上方钢管柱1，中方钢管柱2，下方钢管柱3，上部方状环形隔板4，下部方状环形隔板5、悬臂梁段腹板6及组成L形连接件7。上方钢管柱1、中方钢管柱2分别与上部方状环形隔板4焊接；下方钢管柱3、中方钢管柱2分别与下部方状环形隔板5焊接；悬臂梁段腹板分别与上部方状环形隔板4、中方钢管柱2及下部方状环形隔板5焊接。其中，上部方状环形隔板4与下部方状环形隔板5可分为三部分，分别为方状环形部分、环形连接段部分、翼缘段部分。方状环形部分作为节点域的加强部分、环形连接段部分作为梁端部加腋部分、翼缘段部分作为与波纹腹板工字型梁段的拼接部分。上部方状环形隔板4、下部方状环形隔板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，且环形隔板厚度大于波纹腹板槽钢梁段翼缘厚度。
如图2所示，波纹腹板工字型梁段由两块波纹腹板槽钢拼接而成。其中，波浪腹板槽钢梁也可替换成平腹板槽钢梁。
如图1、2所示，上部方状环形隔板4和波纹腹板工槽钢梁段上翼缘16通过单排或多排螺栓群连接；下部方状环形隔板5和波纹腹板槽钢梁段下翼缘16通过单排或多排螺栓群连接；悬臂梁段腹板6和L形连接件7通过单排或多排螺栓群连接；L形连接件7和波纹腹板槽钢梁段端板8通过单排或多排螺栓群连接；垫板14、15和波纹腹板翼缘16通过单排或多排螺栓群连接；内外连接板10、11、12、13与翼缘16通过单排或多排螺栓群连接；两块波纹腹板槽钢之间通过单排或多排螺栓群连接。
如图2所示，在现场安装过程中，连接装置在施工安装时，先将两块波纹腹板槽钢梁咬合拼接成工字型梁，腹板之间用高强螺栓连接；再将悬臂段的腹板6与角钢端板7，悬臂段的上(下)翼缘4、上外连接板10、上(下)翼缘和角钢端板之间的内连接板12对齐用螺栓连接好；最后将悬臂段与拼接好的波纹腹板工字型梁的部件对齐，其中悬臂段上(下)翼缘的内连接板12应放在工字型钢段上(下)翼缘内侧的垫板14和端板8之间的，垫板14是紧贴上(下)翼缘16的，之后用螺栓连接。
如图1所示，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；
如图6所示，该可恢复功能的端板装配式波纹腹板咬合梁柱节点连接装置的普通梁段咬合路径示意图。
如图7所示，该可恢复功能的端板装配式波纹腹板咬合梁柱节点连接装置的单剪形式示意图。
如图8为一种可恢复功能的端板装配式波纹腹板咬合梁柱节点连接装置的上翼缘外连接板10、下翼缘外连接板11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。
如图9、10所示，所述节点连接装置中的带端板的装配式波纹腹板梁可与楼板17在工厂组装成型，形成模块化装配单元18，而后在施工现场各装配单元通过装配式波纹腹板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波纹腹板咬合梁柱节点连接装置，其特征在于：由带悬臂梁段方钢管柱、波纹腹板槽钢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、上部方状环形隔板、下部方状环形隔板以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方状环形隔板焊接；下方钢管柱、中方钢管柱分别与下部方状环形隔板焊接；悬臂梁段腹板分别与上部方状环形隔板、中方钢管柱及下部方状环形隔板焊接；波纹腹板槽钢梁段由波纹腹板槽钢梁和波纹腹板槽钢梁段端板焊接而成；波纹腹板工字型钢由两块波纹腹板槽钢拼接而成；其中，上部方状环形隔板与下部方状环形隔板可分为三部分，分别为方状环形部分、环形连接段部分、翼缘段部分；方状环形部分作为节点域的加强部分、环形连接段部分作为梁端部加腋部分、翼缘段部分作为与波纹腹板工字型梁段的拼接部分；上方钢管柱、中方钢管柱、下方钢管柱统称为方钢管柱；上部方状环形隔板、下部方状环形隔板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，且环形隔板厚度大于波纹腹板槽钢梁段翼缘厚度；所述波纹腹板槽钢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波纹腹板槽钢梁与带悬臂梁段方钢管柱实现装配连接；其中，波纹腹板槽钢梁也可替换成平腹板槽钢梁；带悬臂梁段方钢管柱与波纹腹板槽钢咬合梁段之间的连接装置主要为高强螺栓；上部方状环形隔板和波纹腹板槽钢梁段上翼缘通过单排或多排螺栓群连接；下部方状环形隔板和波纹腹板槽钢梁段下翼缘通过单排或多排螺栓群连接；L形连接件和波纹腹板槽钢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波纹腹板咬合梁柱节点连接装置，其特征在于：所述的连接装置在施工安装时，先将两块波纹腹板槽钢梁拼接成波纹腹板咬合梁，波纹腹板之间用高强螺栓连接；再将悬臂段的腹板通过L形连接件与波纹腹板咬合梁端板连接，悬臂段的上下翼缘、外连接板与上下翼缘的内连接板、悬臂段与拼接好的波纹腹板工字型梁的部件对齐，其中垫板是紧贴工字型钢的上下翼缘的，之后用螺栓连接。
3.根据权利要求1所述的一种可恢复功能的端板装配式波纹腹板咬合梁柱节点连接装置，其特征在于：所述的端板装配式波纹腹板咬合梁柱节点连接装置替换成翼缘单盖板连接形式，即通过将2块波纹腹板槽钢梁段上翼缘垫板、2块波纹腹板槽钢梁段下翼缘垫板、2块上翼缘内连接板、2块下翼缘内连接板去除来实现。
4.根据权利要求1所述的一种可恢复功能的端板装配式波纹腹板咬合梁柱节点连接装置，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端板装配式波纹腹板咬合梁柱节点连接装置，其特征在于：连接装置的上翼缘外连接板、下翼缘外连接板、上翼缘内连接板和下翼缘内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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