CN108978863B - 一种梁下翼缘采用耗能拼接板的装配式梁柱节点的设计制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于装配式钢结构框架梁柱节点领域，涉及一种梁下翼缘采用耗能拼接板的装配式梁柱节点的设计制作方法。设计制作方法包括以下步骤：由钢梁截面尺寸计算耗能拼接板所需螺栓数目；确定耗能拼接板尺寸及螺栓排列方式；验算耗能拼接板强度；根据计算结果在工厂内加工构件；在施工现场，耗能拼接板通过高强度螺栓固定在钢梁下翼缘，钢梁腹板拼接处采用螺栓连接，上翼缘采用完全焊透的坡口对接焊缝连接。该节点下翼缘采用高耗能拼接板，在台风、强震作用下，拼接板可通过变形实现耗能，从而提高梁柱节点延性及耗能能力；节点下翼缘拼接板破坏后，只需更换拼接板即可恢复钢框架节点承载能力，便于灾后修复；钢梁上翼缘表面平整，方便楼板的铺设。

Description

一种梁下翼缘采用耗能拼接板的装配式梁柱节点的设计制作 方法

技术领域

本发明属于装配式钢结构框架梁柱节点设计制作领域，涉及一种梁下翼缘采用耗能拼接板的装配式梁柱节点的设计制作方法。

背景技术

预制装配建筑是一种在工厂预制梁、板、柱和墙等建筑构件，然后运输至现场拼装的建筑方式。装配式钢结构是一种理想的装配式建筑形式，具有质轻高强、抗震性能好、安装速度快、可回收重复利用的优点，符合绿色环保建筑的要求。

装配式钢结构的钢框架是由钢梁、钢柱构件通过不同形式的节点连接构成，连接节点是保证梁与柱协同工作、形成整体结构的关键，它的性能直接影响结构体系的刚度、稳定性和承载能力。地震作用下钢框架梁柱节点一旦发生破坏，梁柱之间失去可靠连接，可能导致整个结构倒塌。框架中节点并不是孤立存在的，因此设计时要考虑节点与构件之间的相互影响，例如在地震作用下，楼板实际参与梁上翼缘的受力，对梁上翼缘起到嵌固作用，相对于梁的上翼缘，下翼缘更易发生破坏。专利CN105735472A公开了一种可恢复功能的装配式梁柱节点连接装置，节点为梁端加强及盖板连接削弱并用型节点，通过螺栓摩擦滑移与连接板、螺栓塑性变形的实现双重耗能，但该节点的翼缘和腹板均用螺栓连接，构件和节点的加工精度要求较高，螺栓用量大，因而造价也高；专利CN106812214A公开了一种装配式钢结构梁柱节点连接装置，节点处的柱子盖板、托板及加劲肋增强了对梁端的嵌固作用，但在节点处梁上翼缘有两道长肋，表面不平整，不便于后续楼板的安装。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种下翼缘耗能能力强、抗震性能优越、拼装方便、安全性好的装配式梁柱节点设计制作方法。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种梁下翼缘采用耗能拼接板的装配式梁柱节点的设计制作方法包括以下步骤：

第一步，悬臂钢梁与框架钢梁截面相同，根据钢梁的截面参数，按照公式(1)～(5)计算钢梁下翼缘耗能拼接板所需高强度螺栓数目：

钢梁的毛截面惯性矩：

钢梁的净截面惯性矩：

钢梁扣除高强螺栓后的净截面模量：

钢梁下翼缘上单个高强螺栓的抗剪承载力：

钢梁下翼缘所需高强螺栓数量：

式中：b—钢梁宽度，h—钢梁高度，t_w—钢梁腹板厚度，n_f1—钢梁单侧翼缘计算削弱截面上的高强螺栓数目，d—高强螺栓孔径，n_f—钢梁下翼缘所需高强螺栓数目，n—单个高强螺栓上的抗减面数量，μ—高强螺栓的摩擦系数；P—高强螺栓预紧力，f_v—钢梁钢材的抗剪强度；

第二步，根据《钢结构设计标准》(GB50017)对螺栓最大、最小容许间距的规定及公式(1)～(5)计算所得高强度螺栓数目，然后由公式(6)确定耗能拼接板尺寸及螺栓排列方式，以实现地震荷载下耗能拼接板优先变形：

b_pt_pf_pv＝(0.75～0.95)btf_v (6)

式中：b_p—耗能拼接板宽度，t_p—耗能拼接板厚度，f_pv—耗能拼接板抗拉强度；

第三步，耗能拼接板强度验算，按照公式(7)～(11)对第二步设计的缘耗能拼接板强度进行校核；

耗能拼接板轴力

耗能拼接板毛截面面积，A_p＝b_pt_p(8)

耗能拼接板净截面面积A_pn＝A_p-xdt_p(9)

耗能拼接板应力：

式中：x—耗能拼接板截面螺栓孔数目，n₀—钢梁下翼缘一端连接的高强度螺栓数目，n₁—所计算截面上高强度螺栓数目，其中的计算截面为最外列螺栓处；

第四步，根据第一步～第三步计算结果，在工厂内加工构件；

第五步，在施工现场，耗能拼接板通过高强度螺栓固定在钢梁下翼缘，悬臂梁与框架梁腹板拼接处采用螺栓连接，上翼缘采用完全焊透的坡口对接焊缝连接。

本发明的有益效果：该节点下翼缘布置高耗能拼接板，在台风、地震荷载下耗能拼接板优先通过自身变形实现耗能，从而提高梁柱节点延性及耗能性能，减弱节点的地震相应；节点破坏后，只需更换耗能拼接板即可恢复钢框架承载能力，便于灾后修复；钢梁上翼缘通过焊缝连接，表面平整，方便楼板的铺设；钢梁腹板、下翼缘通过螺栓连接，可提高装配效率。

附图说明

图1为本发明的制作方法流程图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明的结构构件组成示意图；

图4为本发明实施例的耗能拼接板螺栓孔布置图；

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明做进一步说明。

实施例

一种梁下翼缘采用耗能拼接板的装配式梁柱节点，包括钢柱1、加劲肋2，悬臂梁3，框架梁4，腹板拼接板5，耗能拼接板6，悬臂梁3和框架梁4截面相同，为H300×160×8×10mm，H型钢柱截面尺寸为H250×250×9×14mm，上述构件钢材为Q345B。腹板处的螺栓7、下翼缘处的螺栓8型号为10.9级M20摩擦型高强螺栓，悬臂梁3焊接钢柱1翼缘处，根据《钢结构设计标准》(GB50017)规定，腹板拼接板5尺寸为：220×170×6mm，双列布置螺栓7，每列3个，高强螺栓预紧力取为P＝155kN，摩擦系数取为0.5。

一种梁下翼缘采用耗能拼接板的装配式梁柱节点的设计制作方法，包括以下步骤：

第一步，根据悬臂梁3、框架梁4截面尺寸，计算悬臂梁3、框架梁4下翼缘的耗能拼接板6所需高强度螺栓8数目；

悬臂梁3、框架梁4的毛截面惯性矩：

式中b—钢梁宽度，h—钢梁高度，t_w—钢梁腹板厚度，t_f—钢梁翼缘厚度；

悬臂梁3、框架梁4的净截面惯性矩：

式中：n_f1—钢梁单侧翼缘计算削弱截面上的高强螺栓数目，n_f—钢梁下翼缘所需高强螺栓数目，d—高强螺栓孔径；

悬臂梁3、框架梁4扣除高强螺栓后的净截面模量：

悬臂梁3、框架梁4下翼缘上单个高强螺栓8的抗剪承载力：

式中：n—单个高强螺栓上的抗减面数量，μ—高强螺栓的摩擦系数，P—高强螺栓预紧力；

悬臂梁3、框架梁4下翼缘所需高强螺栓8数量：

式中：n_f—钢梁下翼缘所需高强螺栓数目，f_v—钢梁钢材的抗剪强度；

第二步，耗能拼接板6采用Q235低屈服点钢材，f_pv＝215N/mm²，确定耗能拼接板6长度及螺栓8排列方式：

b_pt_pf_pv＝(0.75～0.95)btf_v (6)

取b_p＝160mm，t_p＝10mm，l_p＝690mm，根据公式(6)验算耗能拼接板6是否实现优先耗能：

b_pt_pf_pv＝160×10×215＝344kN∈(0.75～0.95)btf_v＝(0.75～0.95)×160×8×310＝297.6～377kN

式中b_p—耗能板宽度，t_p—耗能板厚度，l_p—耗能板长度；

初选尺寸符合公式(6)，耗能拼接板6可实现优先耗能；

第三步，耗能拼接板6强度验算；

耗能拼接板6所承担轴力：

耗能拼接板6毛截面面积：

A_p＝b_pt_p＝160×10＝1600mm² (8)

耗能拼接板6净截面面积：

A_pn＝A_p-xdt_p＝1600-2×21.5×12＝1170mm² (9)

式中x—耗能拼接板横截面螺栓孔数目；

耗能拼接板6应力：

式中：n₀—钢梁下翼缘一端连接的高强度螺栓数目，n₁—所计算截面上高强度螺栓数目，其中的计算截面为最外列螺栓处；

第四步，根据第一步～第三步计算结果，在工厂内加工构件。

第五步，在施工现场，耗能拼接板6通过高强度螺栓8固定在悬臂梁3与框架梁4下翼缘，悬臂梁3与框架梁4腹板拼接处采用螺栓7连接，上翼缘采用完全焊透的坡口对接焊缝9连接。

Claims (1)

1.一种梁下翼缘采用耗能拼接板的装配式梁柱节点的设计制作方法包括以下步骤：

第一步，悬臂钢梁与框架钢梁截面相同，根据钢梁的截面参数，按照公式(1)～(5)计算钢梁下翼缘耗能拼接板所需高强度螺栓数目：

钢梁的毛截面惯性矩：

钢梁的净截面惯性矩：

钢梁扣除高强螺栓后的净截面模量：

钢梁下翼缘上单个高强螺栓的抗剪承载力：

钢梁下翼缘所需高强螺栓数量：

式中：b—钢梁宽度，h—钢梁高度，t_w—钢梁腹板厚度，n_f1—钢梁单侧翼缘计算削弱截面上的高强螺栓数目，d—高强螺栓孔径，n_f—钢梁下翼缘所需高强螺栓数目，n—单个高强螺栓上的抗减面数量，μ—高强螺栓的摩擦系数；P—高强螺栓预紧力，f_v—钢梁钢材的抗剪强度；

第二步，根据《钢结构设计标准》(GB50017)对螺栓最大、最小容许间距的规定及公式(1)～(5)计算所得高强度螺栓数目，然后由公式(6)确定耗能拼接板尺寸及螺栓排列方式，以实现台风、地震荷载下耗能拼接板优先变形：

b_pt_pf_pv＝(0.75～0.95)btf_v

(6)

式中：b_p—耗能拼接板宽度，t_p—耗能拼接板厚度，f_pv—耗能拼接板抗拉强度；

第三步，耗能拼接板强度验算，按照公式(7)～(11)对第二步设计的耗能拼接板强度进行校核：

耗能拼接板轴力

耗能拼接板毛截面面积，A_p＝b_pt_p (8)

耗能拼接板净截面面积A_pn＝A_p-xdt_p (9)

耗能拼接板应力：

式中：x—耗能拼接板截面螺栓孔数目，n₀—钢梁下翼缘一端连接的高强度螺栓数目，n₁—所计算截面上高强度螺栓数目，其中的计算截面为最外列螺栓处；

第四步，根据第一步～第三步计算结果，在工厂内加工构件；

第五步，在施工现场，耗能拼接板通过高强度螺栓固定在钢梁下翼缘，悬臂梁与框架梁腹板拼接处采用螺栓连接，上翼缘采用完全焊透的坡口对接焊缝连接。

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