CN109518808A - 一种多功能钢结构梁柱节点 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多功能钢结构梁柱节点，主要由钢柱、钢梁、连接梁、可更换梁，监测装置组成，所述钢柱与连接梁的一端焊接，可更换梁与钢梁和连接梁之间通过高强螺栓进行可拆卸连接。通过设计，地震中梁柱节点的变形和耗能主要集中在可更换梁上，钢柱、钢梁、连接梁基本保持弹性。震后更换损伤的可更换梁可迅速恢复梁柱节点的功能。钢梁与连接梁之间设置监测装置。监测装置能够在不借助传感器等监测系统的情况下，实时被动监测节点的转动变形量。监测的数据可为震后评估可更换梁是否需要更换，梁柱节点是否出现过大变形，节点周围其他构件是否出现损伤，建筑物在震后经历的变形等提供参考依据。

Description

一种多功能钢结构梁柱节点

技术领域

本发明属于建筑技术领域，涉及一种多功能钢结构梁柱节点。

背景技术

钢结构具有强度高、自重轻、抗震性能好、施工周期短等优点，是易于产业化的结构类型。传统的抗震设计思想是在钢结构框架梁中形成塑性铰消耗地震能量，这会导致结构在大震后出现难以修复的损伤。

地震会造成灾民流离失所、生产暂时停止或减少、原有平衡的经济系统出现扰动以及外部投资的减少等产生的巨大间接经济损失。将结构某些部位适当削弱并用延性耗能能力较好的消能装置替代，地震中地震能量主要由消能装置耗散，主体部分保持完好，震后通过更换消能装置可快速修复结构，从而有效减少间接经济损失。

为充分保障生命财产安全，可更换钢结构梁柱节点需要进行灾后评估。评估的目的包括：可更换消能装置是否需要更换；地震是否导致梁柱节点出现过大变形使得周围其他结构和非结构构件出现损伤。若是无法迅速准确的进行损伤评估，则会极大影响结构更换和修复。传统方法需要专业人员采用专业仪器对于结构构件进行逐一排查，需要耗费大量的时间和人力且非常不经济。部分结构损伤往往较为隐蔽，很难通过观测发现，探测损伤往往需要非结构构件的移除，这又使得结构不能正常使用。若在结构上安装传感器系统对其进行结构健康监测，则需要安装较为昂贵的设备并处理庞大的数据。故目前其应用仍仅局限于大跨桥梁等重大工程结构。对于量大面广的普通建筑物，在可更换消能减震的同时，发展简便、具有足够的工程应用精度、经济的震后建筑物监测装置和损伤评估方法是现实的迫切需要。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供一种多功能钢结构梁柱节点，多功能钢结构梁柱节点包括钢柱、钢梁、连接梁、可更换梁、监测装置组成。通过设计，节点变形及输入节点的地震能量主要集中于可更换梁，钢梁、连接梁、钢柱在地震中基本保持弹性，震后对可更换梁进行更换可快速修复梁柱节点。地震中监测装置能够在不借助传感器等监测系统的情况下，实时被动记录梁柱节点在地震中的关键转动变形量。由于特定的变形对应于结构的某种损伤状态，比如基本无损伤，轻微损伤，中度损伤或严重损伤。因此，地震后，记录的数据可为评估可更换梁是否需要更换，梁柱节点是否出现过大变形，节点周围其他构件是否出现损伤提供依据，也可为震后评估整个建筑物的变形提供参考依据。通过建筑结构中的梁柱节点建立完整的监测网，可极大便利结构损伤评估，大幅减小损伤评估所需的人力、物力、财力及时间成本。实现震后社会生产、生活快速恢复的目的。为达到上述目的，本发明的解决方案是：

一种多功能钢结构梁柱节点，其特征在于：包括钢柱、钢梁、连接梁、可更换梁、监测装置组成；

所述监测装置主要由转角记录板、连接板、销轴、耳板、转角记录指针组成。

所述钢柱与所述连接梁的连接部位设置有水平加劲肋以防止其局部屈曲；所述钢柱可根据实际需要选择截面类型；所述钢梁为H型钢梁；

优选的，所述钢柱为H型钢梁；

所述连接梁一端与所述钢柱焊接；所述连接梁、所述可更换梁及所述钢梁上下翼缘设置有螺栓孔；所述可更换梁上下翼缘分别与所述连接梁及所述钢梁上下翼缘之间通过高强螺栓进行连接，形成一个整体；通过设计，结构的变形和耗能集中在所述可更换梁上，所述钢柱、所述连接梁及所述钢梁在地震中基本保持弹性。

所述连接梁及所述钢梁之间通过所述连接板、销轴及耳板形成铰接连接；所述销轴焊接在所述连接板上；所述可更换梁上设置有圆孔；所述销轴可从所述可更换梁上的圆孔穿出；所述销轴上设置有转角记录指针，所述钢柱一侧上设置有转角记录板。所述转角记录指针转动时可以在转角记录板上留下痕迹，通过读取转角记录板上留下的痕迹，可以获取地震中所述连接梁及所述钢梁之间经历的最大转动变形及地震过后的残余转动变形。

优选的，所述转角记录板为圆弧形；优选的，所述转角记录指针前端设置有石墨笔芯和弹簧装置，通过弹簧装置将石墨笔芯顶在转角记录板上，如此，所述转角记录指针转动时可以在转角记录板上留下痕迹。

优选的，所述转角记录板上标注有刻度，并标注有可更换梁、节点周围其他构件在不同损伤状态时对应的转角范围，方便评估人员根据记录板上记录的转角评估结构损伤。

由于采用上述方案，本发明的有益效果是：

在地震作用下，结构的变形和耗能集中在可更换梁上，梁柱节点其余部分基本处于弹性范围，地震作用后，更换可更换梁可实现结构功能的快速恢复，从而有效减少地震造成的间接经济损失。

通过监测装置上记录的转动变形、及标注的不同损伤状态时对应的转角范围，可迅速判定可更换梁、节点周围其他构件处于何种损伤状态。这样可以极大便利震后对结构的损伤情况进行评估。

相对于传统评估方法而言，不需要非结构构件的移除就可以推断隐蔽部位的结构损伤，不需要专业人员采用专业仪器对于结构构件进行逐一排查，可以节约大量的时间、人力和财力。相对于传统健康监测而言，不需要在钢结构上安装传感器系统，不需要安装较为昂贵的设备并处理庞大的数据。监测装置无需通电，结构简单，非常经济，在施工建设时就可以作为结构构件进行安装，部分零部件若采用不锈钢制作，耐久性好，基本不需要特别维护和管理，便于量大面广的普通建筑物推广应用。

附图说明

图1为本发明一实施例中多功能梁柱节点的主视示意图；

图2为本发明一实施例中多功能梁柱节点的的右视示意图；

图3为本发明一实施例中多功能梁柱节点的的俯视示意图；

图4为图1所示实施例中除可更换梁外的其他部分的主视示意图；

图5为图1所示实施例中除可更换梁外的其他部分的右视示意图；

图6为图1所示实施例中除可更换梁外的其他部分的俯视示意图；

图7为图1所示实施例中可更换梁的主视示意图；

图8为图1所示实施例中可更换梁的右视示意图；

图9为图1所示实施例中可更换梁的俯视示意图；

图10为图1所示实施例中监测装置的主视示意图；

图11为图1所示实施例中监测装置的右视示意图；

图12为图1所示实施例中监测装置的俯视示意图；

图13为图1所示实施例中监测装置转角记录示意图；

图14为图1所示实施例中监测装置中石墨笔芯及弹簧装置示意图；

其中，钢柱1、钢梁2、可更换梁3、连接梁4、高强螺栓5、加劲肋6、螺栓孔7、转角记录板8、连接板9、销轴10、耳板11、转角记录指针12、圆孔13、石墨笔芯14、弹簧装置15。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

如图1-14所示，本发明公开了一种多功能梁柱节点，包括钢柱1、钢梁2、可更换梁3、连接梁4、高强螺栓5、加劲肋6、螺栓孔7、监测装置组成。

所述监测装置主要由转角记录板8、连接板9、销轴10、耳板11、转角记录指针12组成。

所述钢柱1与所述连接梁4的连接部位设置有水平加劲肋6以防止其局部屈曲；所述钢柱1可根据实际需要选择截面类型；所述钢梁2为H型钢梁；

优选的，所述钢柱1为H型钢梁；

所述连接梁4一端与所述钢柱1焊接；所述连接梁4、所述可更换梁3及所述钢梁2上下翼缘均设置有螺栓孔7；所述可更换梁3上下翼缘分别与所述连接梁4及所述钢梁2上下翼缘之间通过高强螺栓5进行连接，形成一个整体；通过设计，结构的变形和耗能集中在所述可更换梁3上，所述钢柱1、所述连接梁4及所述钢梁2在地震中保持弹性。

所述连接梁4及所述钢梁2之间通过连接板9、销轴10及耳板11形成铰接连接；所述销轴10焊接在所述连接板9上；所述可更换梁3上设置有圆孔13；所述销轴10可从所述可更换梁3上的圆孔13穿出；所述销轴10上设置有转角记录指针12，所述钢柱一侧上设置有转角记录板8。所述转角记录指针12转动时可以在转角记录板8上留下痕迹，通过读取转角记录板上留下的痕迹，可以获取地震中所述连接梁4及所述钢梁2之间经历的最大相对转角及地震过后的残余转角。

优选的，所述转角记录板8为圆弧形；所述转角记录指针12前端设置有石墨笔芯14和弹簧装置15，通过弹簧装置15将石墨笔芯14顶在转角记录板8上，如此，转角记录指针12转动时可以在转角记录板8上留下痕迹。

优选的，所述转角记录板8上标注有刻度，并标注有可更换梁3和梁柱节点周围构件在不同损伤状态时对应的转角范围，方便评估人员根据转角记录板8上记录的转角值评估结构损伤。

变形控制在结构设计中尤为重要，各国抗震规范均对结构在地震中经历的最大变形有规定，目的为防止过大的变形造成结构损伤。特定的变形对应于结构的某种损伤状态，比如基本无损伤，轻微损伤，中度损伤或严重损伤。地震作用下，梁柱节点往往产生转动变形以消耗地震能量，这种转动变形与节点配置的可更换梁损伤状态有一定的对应关系，若节点周边的构件变形与节点变形有一定的相关性，则这种转动变形与节点周边构件损伤状态也会有一定的对应关系。因此，通过观察转动变形即可迅速判定可更换梁及节点周边构件处于何种损伤状态。通过建筑结构中的梁柱节点建立完整的监测网，可以极大便利震后对建筑结构的损伤情况进行评估。

实施例1：若建筑结构经历了中等程度的地震，梁柱节点变形较小，无法通过肉眼观察其是否出现损伤，是否需要修复，传统方法需要专业人员采用专业仪器进行检测，费时费力。若采用本发明的多功能梁柱节点，震前，对多功能梁柱节点进行基于性能的设计，通过计算分析已知，当钢梁与连接梁相对转角小于θ₁时，多功能梁柱节点的可更换梁不发生屈服。震后，读取记录板上记录的转角值，若转角值明显小于θ₁，则无需更换，若明显大于θ₁，则可以通过更换可更换梁来修复梁柱节点，若与θ₁较为接近，则可以根据需要决定是否做进一步的检测。相对于传统方法，能够更快做出评估，在大多数情况下可节约检测的人力、物力和时间成本。

实施例2：若建筑结构经历了中等程度的地震，梁柱节点周围楼板隐藏在吊顶等非结构构件中，无法通过肉眼观察其是否出现损伤、是否需要修复，传统方法需要移除吊顶，并聘请专业人员采用专业仪器进行检测，费时费力。若采用本发明的多功能梁柱节点，且梁柱节点变形与周围楼板变形有一定对应关系。震前，对建筑结构进行基于性能的设计，通过计算分析可知：当节点转角小于θ₂时，节点附近的楼板基本保持弹性。震后观察转角记录板上的转角值，若转角值明显小于θ₂，则说明节点附近楼板基本无损伤，若明显大于θ₂，则可以考虑对其进行修复，若与θ₂较为接近，则可以根据需要决定是否做进一步的检测。相对于传统方法，能够更快做出决策，在大多数情况下无需移除非结构构件，可节约检测的人力、物力和时间成本。

实施例3，若采用本发明的多功能梁柱节点在建筑结构中建立完整的监测网，震后，搜集记录的各梁柱节点的变形数据，可为震后整个建筑的变形及损伤评估提供参考依据。

上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种多功能钢结构梁柱节点，其特征在于：包括钢柱、钢梁、连接梁、可更换梁、监测装置组成；

所述监测装置主要由转角记录板、连接板、销轴、耳板、转角记录指针组成；

所述钢柱与所述连接梁的连接部位设置有水平加劲肋以防止其局部屈曲；所述钢柱可根据实际需要选择截面类型；所述钢梁为H型钢梁；

所述钢柱为H型钢梁；

所述连接梁一端与所述钢柱焊接；所述连接梁、所述可更换梁及所述钢梁上下翼缘设置有螺栓孔；所述可更换梁上下翼缘分别与所述连接梁及所述钢梁上下翼缘之间通过高强螺栓进行连接，形成一个整体；通过设计，结构的变形和耗能集中在所述可更换梁上，所述钢柱、所述连接梁及所述钢梁在地震中基本保持弹性；

所述连接梁及所述钢梁之间通过所述连接板、销轴及耳板形成铰接连接；所述销轴焊接在所述连接板上；所述可更换梁上设置有圆孔；所述销轴可从所述可更换梁上的圆孔穿出；所述销轴上设置有转角记录指针，所述钢柱一侧上设置有转角记录板，所述转角记录指针转动时可以在转角记录板上留下痕迹，通过读取转角记录板上留下的痕迹，可以获取地震中所述连接梁及所述钢梁之间经历的最大转动变形及地震过后的残余转动变形；

所述转角记录板为圆弧形；所述转角记录指针前端设置有石墨笔芯和弹簧装置，通过弹簧装置将石墨笔芯顶在转角记录板上，如此，所述转角记录指针转动时可以在转角记录板上留下痕迹；

所述转角记录板上标注有刻度，并标注有可更换梁、节点周围其他构件在不同损伤状态时对应的转角范围，方便评估人员根据记录板上记录的转角评估结构损伤。