CN108442517B - 一种钢结构抗倒塌节点 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钢结构抗倒塌节点，包括波纹连接件、主体结构以及固定于主体结构上的杆件，波纹连接件的中部为波纹结构，波纹连接件的一端固定于杆件上，波纹连接件的另一端固定于主体结构上，该节点的延性较好，不易破坏。

Description

一种钢结构抗倒塌节点
技术领域
本发明涉及一种钢结构节点，具体涉及一种钢结构抗倒塌节点。
背景技术
传统的钢结构节点大多是将杆件焊接或者栓接于主体结构上，以形成钢结构节点，然而在使用过程中经常出现节点断裂损坏的现象，因此需要对节点进行改造，传统的改造方式是在节点处焊接或者栓接钢板或者加劲肋，传统改造方式的缺点在于刚度过大，延性较小，且在受力变形没有充分发展时就会出现断裂，同时未能充分利用材料的耗能能力，因此钢结构节点容易出现破坏，导致结构倒塌。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种钢结构抗倒塌节点，该节点延性较大，不易出现破坏。
为达到上述目的，本发明所述的钢结构抗倒塌节点包括波纹连接件、主体结构以及固定于主体结构上的杆件，波纹连接件的中部为波纹结构，波纹连接件的一端固定于杆件上，波纹连接件的另一端固定于主体结构上。
所述主体结构为H型钢柱，所述杆件为H型钢梁，其中，H型钢梁的端面固定于H型钢柱的翼缘上，所述波纹连接件包括第一波纹盖板及第二波纹盖板，其中，所述第一波纹盖板的中部及第二波纹盖板的中部均为波纹结构，第一波纹盖板一端的侧面通过第一螺栓固定于H型钢梁的上翼缘上，第一波纹盖板另一端的侧面向上弯折后通过第二螺栓固定于H型钢柱的翼缘上；第二波纹盖板一端的侧面通过第三螺栓固定于H型钢梁的下翼缘上，第二波纹盖板另一端的侧面向下弯曲后通过第四螺栓固定于H型钢柱的翼缘上。
所述主体结构为H型钢柱，所述杆件为H型钢梁，其中，H型钢梁的端面固定于H型钢柱的翼缘上，所述波纹连接件包括第一波纹盖板及第二波纹盖板，所述第一波纹盖板的中部及第二波纹盖板的中部均为波纹结构，其中，第一波纹盖板一端的侧面设置有若干第一凹槽，通过焊接于第一凹槽内的焊缝将第一波纹盖板与H型钢梁的上翼缘相焊接，第一波纹盖板的另一端焊接于H型钢柱的翼缘上；第二波纹盖板一端的侧面设置有若干第二凹槽，通过焊接于第二凹槽内的焊缝将第二波纹盖板与H型钢梁的下翼缘相焊接，第二波纹盖板的另一端焊接于H型钢柱的翼缘上。
主体结构为中心球体，杆件为钢管，波纹连接件为管状结构，波纹连接件套接于钢管的外壁上，且波纹连接件一端的壁面上开设有若干第一凹槽，通过焊接于第一凹槽内的焊缝将波纹连接件焊接于钢管的外壁上，波纹连接件的另一端焊接于中心球体上。
主体结构为中心球体，杆件为钢管，波纹连接件为管状结构，波纹连接件套接于钢管内，且波纹连接件一端的壁面上开设有若干第一凹槽，通过焊接于第一凹槽内的焊缝将波纹连接件焊接于钢管的内壁上，波纹连接件的另一端焊接于中心球体上。
波纹连接件中部的波纹结构的横截面呈周期变化，其中，每个周期均由四个弧心角为θ、半径为R的圆弧依次拼接而成，其中，θ及R满足以下条件：
Figure GDA0002717402230000031
δf＝FRsinθ/EA (2)
α＝δk/δf＝12(θ-0.75sin2θ+0.5θcos2θ)(R/t)2/sinθ＞10(3)
εfRsinθ＜R(θ-sinθ) (4)
其中，δk及δf分别为单位宽度波纹结构与平钢板在荷载F作用下的变形，t为波纹连接件的壁厚，α为平钢板与波纹连接件中波纹结构的初始刚度之比，εf为钢材的断裂应变，E为波纹连接件中波纹结构的弹性模量，I为波纹连接件中波纹结构的截面惯性矩，A为波纹连接件中波纹结构的截面面积。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的钢结构抗倒塌节点在具体操作时，通过在节点处固定波纹连接件，其中波纹连接件的一端固定于主体结构上，波纹连接件的另一端固定于杆件上，波纹连接件的中部为波纹结构，节点在受力变形过程中，通过所述波纹结构进行变形耗能，延性较好，以保护主体结构及杆件，避免主体结构及杆件在受力变形没有充分发展时就出现断裂，从而使节点不易倒塌，提高节点的使用寿命。
进一步，波纹连接件中部的波纹结构的横截面呈周期变化，其中，每个周期均由四个弧心角为θ、半径为R的圆弧依次拼接而成，从而使波纹结构各处的曲率保持一致，在受力过程中均匀变形。
附图说明
图1为实施例三的结构示意图；
图2为实施例二的结构示意图；
图3为实施例一的结构示意图；
图4为平钢板与波纹连接件3中波纹结构4的初始刚度之比α与波纹连接件3中波纹结构4的尺寸参数关系图；
图5为波纹结构4单个周期的结构示意图；
图6为波纹结构4中圆弧的受力图。
其中，1为主体结构、2为杆件、3为波纹连接件、4为波纹结构。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
本发明所述的钢结构抗倒塌节点包括波纹连接件3、主体结构1以及固定于主体结构1上的杆件2，波纹连接件3的中部为波纹结构4，波纹连接件3的一端固定于杆件2上，波纹连接件3的另一端固定于主体结构1上，另外，需要说明的是，杆件2变形多集中于杆件2一倍直径长度区域内，因此波纹结构4的长度为波纹连接件3直接的一倍。
实施例一
参考图3，所述主体结构1为H型钢柱，所述杆件2为H型钢梁，其中，H型钢梁的端面固定于H型钢柱的翼缘上，所述波纹连接件3包括第一波纹盖板及第二波纹盖板，其中，所述第一波纹盖板的中部及第二波纹盖板的中部均为波纹结构4，第一波纹盖板一端的侧面通过第一螺栓固定于H型钢梁的上翼缘上，第一波纹盖板另一端的侧面向上弯折后通过第二螺栓固定于H型钢柱的翼缘上；第二波纹盖板一端的侧面通过第三螺栓固定于H型钢梁的下翼缘上，第二波纹盖板另一端的侧面向下弯曲后通过第四螺栓固定于H型钢柱的翼缘上。另外，需要说明的是，在施工时，可以将各部件在工厂中进行预制，然后再运输到施工现场，通过第一螺栓、第二螺栓、第三螺栓及第四螺栓将各部件连接即可，施工较为方便。
实施例二
参考图2，所述主体结构1为H型钢柱，所述杆件2为H型钢梁，其中，H型钢梁的端面固定于H型钢柱的翼缘上，所述波纹连接件3包括第一波纹盖板及第二波纹盖板，所述第一波纹盖板的中部及第二波纹盖板的中部均为波纹结构4，其中，第一波纹盖板一端的侧面设置有若干第一凹槽，通过焊接于第一凹槽内的焊缝将第一波纹盖板与H型钢梁的上翼缘相焊接，第一波纹盖板的另一端焊接于H型钢柱的翼缘上；第二波纹盖板一端的侧面设置有若干第二凹槽，通过焊接于第二凹槽内的焊缝将第二波纹盖板与H型钢梁的下翼缘相焊接，第二波纹盖板的另一端焊接于H型钢柱的翼缘上，需要说明的是，各第一凹槽等间距分布，各第二凹槽等间距分布，且第一凹槽及第二凹槽沿轴向分布，避免焊接热影响区集中于同一横断面上。
实施例三
参考图1，主体结构1为中心球体，杆件2为钢管，波纹连接件3为管状结构，波纹连接件3套接于钢管的外壁上，且波纹连接件3一端的壁面上开设有若干第一凹槽，通过焊接于第一凹槽内的焊缝将波纹连接件3焊接于钢管的外壁上，波纹连接件3的另一端焊接于中心球体上，需要说明的是，各第一凹槽等间距分布，且第一凹槽沿轴向分布，避免焊接热影响区集中于同一横断面上。
实施例四
主体结构1为中心球体，杆件2为钢管，波纹连接件3为管状结构，波纹连接件3套接于钢管内，且波纹连接件3一端的壁面上开设有若干第一凹槽，通过焊接于第一凹槽内的焊缝将波纹连接件3焊接于钢管的内壁上，波纹连接件3的另一端焊接于中心球体上，需要说明的是，各第一凹槽等间距分布，且第一凹槽沿轴向分布，避免焊接热影响区集中于同一横断面上。另外本实施例将波纹连接件设置于杆件的内部，避免影响结构的外观。
另外，参考图5及图6，经大量实验，给出波纹结构的设计参数：波纹连接件3中部的波纹结构4的横截面呈周期变化，其中，每个周期均由四个弧心角为θ、半径为R的圆弧依次拼接而成，其中，θ及R满足以下条件：
Figure GDA0002717402230000071
δf＝FRsinθ/EA (2)
α＝δk/δf＝12(θ-0.75sin2θ+0.5θcos2θ)(R/t)2/sinθ＞10(3)
εfRsinθ＜R(θ-sinθ) (4)
其中，δk及δf分别为单位宽度波纹结构4与平钢板在荷载F作用下的变形，t为波纹连接件3的壁厚，α为平钢板与波纹连接件3中波纹结构4的初始刚度之比，εf为钢材的断裂应变，E为波纹连接件3中波纹结构4的弹性模量，I为波纹连接件3中波纹结构4的截面惯性矩，A为波纹连接件3中波纹结构4的截面面积，公式(4)保证波纹结构4具有足够的变形能力，以抵抗结构倒塌。

Claims (1)

1.一种钢结构抗倒塌节点，其特征在于，包括波纹连接件(3)、主体结构(1)以及固定于主体结构(1)上的杆件(2)，波纹连接件(3)的中部为波纹结构(4)，波纹连接件(3)的一端固定于杆件(2)上，波纹连接件(3)的另一端固定于主体结构(1)上；
当所述主体结构(1)为H型钢柱，所述杆件(2)为H型钢梁时，其中，H型钢梁的端面固定于H型钢柱的翼缘上，所述波纹连接件(3)包括第一波纹盖板及第二波纹盖板，其中，所述第一波纹盖板的中部及第二波纹盖板的中部均为波纹结构(4)，第一波纹盖板一端的侧面通过第一螺栓固定于H型钢梁的上翼缘上，第一波纹盖板另一端的侧面向上弯折后通过第二螺栓固定于H型钢柱的翼缘上；第二波纹盖板一端的侧面通过第三螺栓固定于H型钢梁的下翼缘上，第二波纹盖板另一端的侧面向下弯曲后通过第四螺栓固定于H型钢柱的翼缘上；
当主体结构(1)为H型钢柱，所述杆件(2)为H型钢梁时，其中，H型钢梁的端面固定于H型钢柱的翼缘上，所述波纹连接件(3)包括第一波纹盖板及第二波纹盖板，所述第一波纹盖板的中部及第二波纹盖板的中部均为波纹结构(4)，其中，第一波纹盖板一端的侧面设置有若干第一凹槽，通过焊接于第一凹槽内的焊缝将第一波纹盖板与H型钢梁的上翼缘相焊接，第一波纹盖板的另一端焊接于H型钢柱的翼缘上；第二波纹盖板一端的侧面设置有若干第二凹槽，通过焊接于第二凹槽内的焊缝将第二波纹盖板与H型钢梁的下翼缘相焊接，第二波纹盖板的另一端焊接于H型钢柱的翼缘上；
波纹连接件(3)中部的波纹结构(4)的横截面呈周期变化，其中，每个周期均由四个弧心角为θ、半径为R的圆弧依次拼接而成，其中，θ及R满足以下条件：
Figure FDA0002223047660000021
δf＝FRsinθ/EA (2)
α＝δk/δf＝12(θ-0.75sin2θ+0.5θcos2θ)(R/t)2/sinθ>10 (3)
εfRsinθ<R(θ-sinθ) (4)
其中，δk及δf分别为单位宽度波纹结构(4)与平钢板在荷载F作用下的变形，t为波纹连接件(3)的壁厚，α为平钢板与波纹连接件(3)中波纹结构(4)的初始刚度之比，εf为钢材的断裂应变，E为波纹连接件(3)中波纹结构(4)的弹性模量，I为波纹连接件(3)中波纹结构(4)的截面惯性矩，A为波纹连接件(3)中波纹结构(4)的截面面积；
当主体结构(1)为中心球体，杆件(2)为钢管时，波纹连接件(3)为管状结构，波纹连接件(3)套接于钢管的外壁上，且波纹连接件(3)一端的壁面上开设有若干第一凹槽，通过焊接于第一凹槽内的焊缝将波纹连接件(3)焊接于钢管的外壁上，波纹连接件(3)的另一端焊接于中心球体上；
当主体结构(1)为中心球体，杆件(2)为钢管时，波纹连接件(3)为管状结构，波纹连接件(3)套接于钢管内，且波纹连接件(3)一端的壁面上开设有若干第一凹槽，通过焊接于第一凹槽内的焊缝将波纹连接件(3)焊接于钢管的内壁上，波纹连接件(3)的另一端焊接于中心球体上。
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