CN109537725B - 一种装配式矩形钢管柱-h型钢梁可更换耗能连接节点 - Google Patents
一种装配式矩形钢管柱-h型钢梁可更换耗能连接节点 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种装配式矩形钢管柱‑H型钢梁可更换耗能连接节点，包括矩形钢管柱、H型钢梁、可更换耗能连接传力部件，所述可更换耗能连接传力部件包括不等肢角钢耗能连接件、矩形套筒、防屈曲约束盖板、竖向腹板连接板；不等肢角钢耗能连接件连接矩形钢管柱和H型钢梁的翼板；防屈曲约束盖板连接在不等肢角钢耗能连接件的削弱区上；矩形套筒套设在不等肢角钢耗能连接件的短肢外侧，并通过螺栓与矩形钢管柱连接；竖向腹板连接板连接矩形钢管柱和H型钢梁的腹板。本发明节点传力合理可靠，能够发挥建筑工业化的优势，在节点位置采用可更换耗能连接传力部件，提高了节点的延性和耗能能力，震后钢管柱不损坏，只需更换连接部件即可恢复使用。
Description
技术领域
本发明涉及建筑工程，特别涉及一种装配式矩形钢管柱-H型钢梁可更换耗能连接节点。
背景技术
自2016年以来，关于钢结构建筑产业化及装配式建筑政策密集型出台，提出积极推广绿色建筑和建材，大力发展钢结构和装配式建筑。当前装配式钢结构工程中，开口截面梁、柱是设计与建造的主流，但有逐步被闭口截面钢管取代的趋势，相比热轧H型钢，矩形钢管截面的抗弯模量在主轴和弱轴方向相同，在框架体系中可充分发挥其承载能力，但由于矩形钢管柱自身是闭口截面，很难像H型钢柱一样用常规高强螺栓进行装配式连接，目前常用的矩形钢管柱与H型钢梁的螺栓连接形式主要有：螺栓贯通式端板连接和柱壁开孔补焊连接两种形式，螺栓贯通式端板连接需要特制的贯通柱截面的长对拉高强螺栓，一方面由于柱壁两侧均有开孔，使得柱截面有较大的削弱，另一方面对梁柱工厂加工及现场施工的精度要求都较高，施工效率随之降低；柱壁开孔补焊连接通常需在钢管壁上开设临时施工洞或者截断，通过该施工洞在钢管内侧安装螺母,再将临时施工洞现场补焊，这种方法不仅施工效率低,而且临时施工洞破坏了原钢管的整体性，现场补焊引入了焊接残余应力,降低其承载力，并未实现完全装配化。
随着装配式建筑的发展，现场焊接作业的装配整体式钢结构梁柱节点限制了装配式钢结构结构的快速发展。为避免现场大量焊接，提高装配化程度，可以采用单向锁紧高强螺栓连接完成矩形钢管柱与H型钢梁的节点连接，但是单向锁紧高强螺栓的锚固端较为薄弱，螺栓容易拔出，钢管壁的局部变形较大，上述不足使该节点的延性和耗能能力大幅下降，不利于抗震和震后修复。节点区的受力较为复杂，在框架中起着传递、分配内力和保证结构整体性的重要作用，对于整个结构的受力和安全有重大影响，其破坏往往会导致整个框架丧失承载力，甚至结构倒塌灾后后修复难度较大。
上述不足使该节点的延性和耗能能力大幅下降，抗震性能不佳。因此，工程中需要提供一种施工便捷、能有效提高矩形钢管柱-H型钢梁承载力且综合成本低的全螺栓装配式连接节点，能大大提高H型钢梁与矩形钢管柱组成的框架结构的受力性能和整体性，对于提高装配式钢结构的抗倒塌能力及灾后修复具有重要的现实意义和工程价值。
发明内容
本发明的目的是克服现有H型钢梁与矩形钢管柱节点技术的不足，提供一种装配式矩形钢管柱-H型钢梁可更换耗能连接节点，在保证节点没有现场焊接作业的前提下，提高了节点的延性和耗能能力，抗震性能优越，震后钢管柱不损坏，只需更换连接部件即可恢复使用，安装方便，实现结构的完全装配化。
本发明所采用的技术方案是：一种装配式矩形钢管柱-H型钢梁可更换耗能连接节点，包括矩形钢管柱、H型钢梁、可更换耗能连接传力部件，所述可更换耗能连接传力部件包括上不等肢角钢耗能连接件、下不等肢角钢耗能连接件、上矩形套筒、下矩形套筒、上防屈曲约束盖板、下防屈曲约束盖板、竖向腹板连接板；
所述上不等肢角钢耗能连接件包括上不等肢角钢耗能连接件短肢和上不等肢角钢耗能连接件长肢，所述上不等肢角钢耗能连接件短肢的内壁与所述矩形钢管柱的外壁相贴合，所述上不等肢角钢耗能连接件长肢的下表面与所述H型钢梁的上翼缘相贴合并与所述H型钢梁的上翼缘固定连接；所述下不等肢角钢耗能连接件包括下不等肢角钢耗能连接件短肢和下不等肢角钢耗能连接件长肢，所述下不等肢角钢耗能连接件短肢的内壁与所述矩形钢管柱的外壁相贴合，所述下不等肢角钢耗能连接件长肢的上表面与所述H型钢梁的下翼缘相贴合并与所述H型钢梁的下翼缘固定连接；
所述上不等肢角钢耗能连接件长肢上预先切口形成第一削弱区、所述下不等肢角钢耗能连接件长肢上预先切口形成第二削弱区，所述上防屈曲约束盖板固定连接在所述上不等肢角钢耗能连接件长肢的第一削弱区外侧上、所述下防屈曲约束盖板固定连接在所述下不等肢角钢耗能连接件长肢的第二削弱区外侧上；
所述上矩形套筒套设在所述上不等肢角钢耗能连接件短肢的外侧，并将所述上不等肢角钢耗能连接件短肢压紧在所述矩形钢管柱上；所述上矩形套筒通过单向锁紧高强螺栓与所述矩形钢管柱固定连接并将所述上不等肢角钢耗能连接件短肢固连接在所述矩形钢管柱上；所述下矩形套筒套设在所述下不等肢角钢耗能连接件短肢的外侧，并将所述下不等肢角钢耗能连接件短肢压紧在所述矩形钢管柱上；所述下矩形套筒通过单向锁紧高强螺栓与所述矩形钢管柱固定连接并将所述下不等肢角钢耗能连接件短肢固连接在所述矩形钢管柱上；
所述竖向腹板连接板与所述H型钢梁的腹板相贴合并与所述H型钢梁的腹板固定连接，所述竖向腹板连接板的内端部与所述矩形钢管柱的壁板固定连接。
进一步的，所述上不等肢角钢耗能连接件长肢在上不等肢角钢耗能连接件长肢肢背位置通过圆弧倒角使所述上不等肢角钢耗能连接件长肢长度由与所述上不等肢角钢耗能连接件短肢长度相等变化至与所述H型钢梁的上翼缘宽度相等；所述上不等肢角钢耗能连接件短肢长度与所述矩形钢管柱宽度相等；所述下不等肢角钢耗能连接件长肢在下不等肢角钢耗能连接件长肢肢背位置通过圆弧倒角使所述下不等肢角钢耗能连接件长肢长度由与所述下不等肢角钢耗能连接件短肢长度相等变化至与所述H型钢梁的下翼缘宽度相等；所述下不等肢角钢耗能连接件短肢长度与所述矩形钢管柱宽度相等。
进一步的，所述H型钢梁的上翼缘、下翼缘分别通过第一高强螺栓与所述上不等肢角钢耗能连接件长肢、下不等肢角钢耗能连接件长肢固定连接。
进一步的，所述上防屈曲约束盖板、下防屈曲约束盖板分别通过第二高强螺栓与所述H型钢梁的上翼缘、下翼缘固定连接。
进一步的，所述上不等肢角钢耗能连接件长肢的第一削弱区、下不等肢角钢耗能连接件长肢的第二削弱区内均设置有若干个垫块，保证所述上防屈曲约束盖板与所述上不等肢角钢耗能连接件长肢之间、所述下防屈曲约束盖板与所述下不等肢角钢耗能连接件长肢之间存有间隙。
其中，所述垫块的厚度比所述上不等肢角钢耗能连接件长肢或下不等肢角钢耗能连接件长肢的厚度大1-2mm。
进一步的，所述上矩形套筒由四块上翼缘套板通过第三高强螺栓相互连接而成；所述下矩形套筒由四块下翼缘套板通过第三高强螺栓相互连接而成。
进一步的，所述上矩形套筒和所述下矩形套筒的尺寸根据所述矩形钢管柱的截面大小确定。
其中，所述上翼缘套板的厚度大于或等于所述矩形钢管柱的壁厚，所述上翼缘套板与所述矩形钢管柱之间的距离等于所述上不等肢角钢耗能连接件的厚度；所述下翼缘套板的厚度大于或等于所述矩形钢管柱的壁厚，所述下翼缘套板与所述矩形钢管柱之间的距离等于所述下不等肢角钢耗能连接件的厚度。
进一步的，所述竖向腹板连接板通过第四高强螺栓与所述H型钢梁的腹板固定连接；所述竖向腹板连接板的内端部通过焊接形式与所述矩形钢管柱的壁板固定连接。
本发明的有益效果是：
1.本发明适应装配式钢结构的发展，上、下翼缘套板和上、下不等肢角钢耗能连接件的设计并不拘泥于一种形式，可以根据矩形钢管柱及H型钢梁的截面大小以及框架节点的传力情况进行设计，形式多样；矩形钢管柱、H型钢梁、上不等肢角钢耗能连接件、下不等肢角钢耗能连接件、上翼缘套板、下翼缘套板、上防屈曲约束盖板、下防屈曲约束盖板和垫块的加工制作，均可由工厂批量生产，并在上述构件上开设相应的螺栓孔，竖向腹板连接板焊接部分在工厂内完成，实现现场施工无焊接，提高了施工效率。
2.上、下翼缘套板通过第三高强螺栓现场连接形成上、下矩形套筒，分别套在上、下不等肢角钢耗能连接件短肢处，通过单向锁紧高强螺栓与矩形钢管柱连接，矩形套筒的存在提高了矩形钢管柱对单向锁紧高强螺栓的锚固作用，有效防止矩形钢管柱因柱壁太薄造成局部屈曲及单向锁紧高强螺栓锚固不足，与不等肢角钢耗能连接件共同工作，可以增强矩形钢管柱和节点的整体受力性能。
3.H型钢梁翼缘传来的拉、压力作用主要通过不等肢角钢耗能连接件长肢传递给矩形钢管柱和矩形套筒；H型钢梁传来的剪力主要由竖向腹板连接板传递到矩形钢管柱，既提高了矩形钢管柱对单向锁紧高强螺栓的锚固作用，也给不等肢角钢耗能连接件连接提供了一定的刚度，同时也保证了节点区域矩形钢管柱壁板的局部稳定性，各受力组件相互补充、充分发挥，整个连接节点传力明确、连接可靠、整体性能良好。
4.当节点产生层间位移时，节点部位出现塑性铰，塑性铰会被限制在耗能连接板的削弱区，实现塑性铰的位置可控。同时经过合理的设计，使得不等肢角钢耗能连接件的削弱区出现塑性铰时，矩形钢管柱以及H型钢梁都始终保持弹性工作状态，使得塑性铰出现的时机可控，节点整体实现了通过不等肢角钢耗能连接件的变形而不是H型钢梁的屈服变形来实现节点的耗能，最终节点承载力的下降是由于不等肢角钢耗能连接件达到极限承载力之后被拉断，而不是H型钢梁发生破坏，实现了损伤可控。震后只要通过更换不等肢角钢耗能连接件就可以实现对节点的修复工作，实现了对预制钢框架梁柱的重复使用，达到了可更换的目的。
综上所述，本发明装配式矩形钢管柱-H型钢梁可更换耗能连接节点，有着很好的节点延性以及耗能能力，抗震性能优越；地震之后框架梁柱不发生破坏，只需要更换不等肢角钢耗能连接件即可重复利用，并且没有现场焊接作业，安装方便。
附图说明
图1：本发明装配式矩形钢管柱-H型钢梁可更换耗能连接节点的三维空间示意图；
图2：本发明装配式矩形钢管柱-H型钢梁可更换耗能连接节点示意图；
图3：本发明装配式矩形钢管柱-H型钢梁可更换耗能连接节点的平面示意图；
图4：本发明装配式矩形钢管柱-H型钢梁可更换耗能连接节点的正立面示意图；
图5：本发明的矩形钢管柱立体示意图；
图6：本发明的H型钢梁立体示意图；
图7：本发明的上不等肢角钢耗能连接件立体示意图；
图8：本发明的下不等肢角钢耗能连接件立体示意图；
图9：本发明的上矩形套筒立体示意图；
图10：本发明的上翼缘套板立体示意图；
图11：本发明的下矩形套筒立体示意图；
图12：本发明的下翼缘套板立体示意图；
图13：本发明的上防屈曲约束盖板立体示意图；
图14：本发明的下防屈曲约束盖板立体示意图；
图15：本发明的垫块立体示意图。
附图标注：1-矩形钢管柱，1a、1b、1c、1d-钢壁板，2-H型钢梁，3-上矩形套筒，4-下矩形套筒，5-上不等肢角钢耗能连接件，6-下不等肢角钢耗能连接件，7-上防屈曲约束盖板，8-下防屈曲约束盖板，9-竖向腹板连接板，10-垫块，11-第一高强螺栓，12-第二高强螺栓，13-第三高强螺栓，14-第四高强螺栓，15-单向锁紧高强螺栓，101-在矩形钢管柱的壁板上预先开设的螺栓孔，201-上翼缘，202-下翼缘，203-腹板，204-用于第一高强螺栓连接的螺栓孔，205-用于第四高强螺栓连接的螺栓孔，301-上翼缘套板，302-用于第三高强螺栓连接的螺栓孔，401-下翼缘套板，402-用于第三高强螺栓连接的螺栓孔，501-上不等肢角钢耗能连接件短肢，502-上不等肢角钢耗能连接件长肢，503-用于单向锁紧高强螺栓连接的螺栓孔，504-用于第一高强螺栓连接的螺栓孔，505-第一削弱区，601-下不等肢角钢耗能连接件短肢，602-下不等肢角钢耗能连接件长肢，603-用于单向锁紧高强螺栓连接的螺栓孔，604-用于第一高强螺栓连接的螺栓孔，605-第二削弱区，701-用于第二高强螺栓连接的螺栓孔，801-用于第二高强螺栓连接的螺栓孔，901-竖向腹板连接板上预先开设的螺栓孔。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
如图1至图15所示，一种装配式矩形钢管柱-H型钢梁可更换耗能连接节点，包括矩形钢管柱1、H型钢梁2、可更换耗能连接传力部件。
所述矩形钢管柱1选用焊接箱型组合截面柱，其中矩形钢管柱1由钢壁板1a、钢壁板1b、钢壁板1c及钢壁板1d按一定焊接顺序预先焊接而成。
所述可更换耗能连接传力部件包括上不等肢角钢耗能连接件5、下不等肢角钢耗能连接件6、上矩形套筒3、下矩形套筒4、上防屈曲约束盖板7、下防屈曲约束盖板8、竖向腹板连接板9、第一高强螺栓11、第二高强螺栓12、第三高强螺栓13、第四高强螺栓14及单向锁紧高强螺栓15。
所述上不等肢角钢耗能连接件5包括上不等肢角钢耗能连接件短肢501和上不等肢角钢耗能连接件长肢502，所述上不等肢角钢耗能连接件短肢501的内壁与所述矩形钢管柱1的外壁相贴合，所述上不等肢角钢耗能连接件长肢502的下表面与所述H型钢梁2的上翼缘201相贴合并通过第一高强螺栓11与所述H型钢梁2的上翼缘201固定连接。其中，所述上不等肢角钢耗能连接件长肢502预先切口形成第一削弱区505；所述上不等肢角钢耗能连接件长肢502在其肢背位置通过圆弧倒角使其长度由与所述上不等肢角钢耗能连接件短肢501长度相等变化至与所述H型钢梁2的上翼缘201宽度相等，所述上不等肢角钢耗能连接件短肢501长度与所述矩形钢管柱1宽度相等；所述上不等肢角钢耗能连接件短肢501上预先开设有用于单向锁紧高强螺栓连接的螺栓孔503，所述上不等肢角钢耗能连接件长肢502上预先开设有用于第一高强螺栓连接的螺栓孔504。
所述下不等肢角钢耗能连接件6包括下不等肢角钢耗能连接件短肢601和下不等肢角钢耗能连接件长肢602，所述下不等肢角钢耗能连接件短肢601的内壁与所述矩形钢管柱1的外壁相贴合，所述下不等肢角钢耗能连接件长肢602的上表面与所述H型钢梁2的下翼缘202相贴合并并通过第一高强螺栓11与所述H型钢梁2的下翼缘202固定连接。其中，所述下不等肢角钢耗能连接件长肢602上预先切口形成第二削弱区605；所述下不等肢角钢耗能连接件长肢602在其肢背位置通过圆弧倒角使其长肢长度由与所述下不等肢角钢耗能连接件短肢601长度相等变化至与所述H型钢梁2的下翼缘202宽度相等，所述下不等肢角钢耗能连接件短肢601长度与所述矩形钢管柱1宽度相等；所述下不等肢角钢耗能连接件短肢601上预先开设有用于单向锁紧高强螺栓连接的螺栓孔603，所述下不等肢角钢耗能连接件长肢602上预先开设有用于第一高强螺栓连接的螺栓孔604。
所述上不等肢角钢耗能连接件5的第一削弱区505外侧上设置有上防屈曲约束盖板7和保证所述上防屈曲约束盖板7与所述上不等肢角钢耗能连接件长肢502之间有间隙的多个垫块10；所述上防屈曲约束盖板7通过第二高强螺栓12与所述H型钢梁2的上翼缘201连接，所述上防屈曲约束盖板7上预先开设有用于第二高强螺栓连接的螺栓孔701；所述垫块10的厚度大于所述上不等肢角钢耗能连接件长肢502的厚度，本实施例中，对于每块所述上不等肢角钢耗能连接件5，配备有六块所述垫块10，所述垫块10的厚度比所述上不等肢角钢耗能连接件长肢502的厚度大1-2mm。
所述下不等肢角钢耗能连接件6的第二削弱区605外侧上设置有下防屈曲约束盖板8和保证所述下防屈曲约束盖板8与所述下不等肢角钢耗能连接件长肢602之间有间隙的多个垫块10；所述下防屈曲约束盖板8通过第二高强螺栓12与所述H型钢梁2的下翼缘202连接，所述下防屈曲约束盖板8上预先开设有用于第二高强螺栓连接的螺栓孔801；所述垫块10的厚度大于所述下不等肢角钢耗能连接件长肢602的厚度，本实施例中，对于每块所述下不等肢角钢耗能连接件6，配备有六块所述垫块10，所述垫块10的厚度比所述下不等肢角钢耗能连接件长肢602的厚度大1-2mm。
所述上矩形套筒3由四块上翼缘套板301通过第三高强螺栓13相互连接而成，套设在所述上不等肢角钢耗能连接件短肢501的外侧，并将所述上不等肢角钢耗能连接件短肢501压紧在所述矩形钢管柱1上；所述上矩形套筒3通过单向锁紧高强螺栓15与所述矩形钢管柱1固定连接并将所述上不等肢角钢耗能连接件短肢501固连接在所述矩形钢管柱1上；所述下矩形套筒4由四块下翼缘套板401通过第三高强螺栓13相互连接而成，套设在所述下不等肢角钢耗能连接件短肢601的外侧，并将所述下不等肢角钢耗能连接件短肢601压紧在所述矩形钢管柱1上；所述下矩形套筒4通过单向锁紧高强螺栓15与所述矩形钢管柱1固定连接并将所述下不等肢角钢耗能连接件短肢601固连接在所述矩形钢管柱1上。所述上矩形套筒3和所述下矩形套筒4的设置，有效防止矩形钢管柱1因柱壁太薄造成局部屈曲及单向锁紧高强螺栓15锚固不足，提高了矩形钢管柱1与H型钢梁2连接处的承载力，可以增强矩形钢管柱1和节点的整体受力性能。
其中，所述上矩形套筒3和所述下矩形套筒4的尺寸根据所述矩形钢管柱1的截面大小确定。所述上翼缘套板301的厚度大于或等于所述矩形钢管柱1的壁厚，所述上翼缘套板301与所述矩形钢管柱1之间的距离等于所述上不等肢角钢耗能连接件5的厚度；所述下翼缘套板401的厚度大于或等于所述矩形钢管柱1的壁厚，所述下翼缘套板401与所述矩形钢管柱1之间的距离等于所述下不等肢角钢耗能连接件6的厚度。
所述竖向腹板连接板9与所述H型钢梁2的腹板203相贴合并通过第四高强螺栓14与所述H型钢梁2的腹板203固定连接，所述竖向腹板连接板9的内端部通过焊接形式与所述矩形钢管柱1的壁板固定连接。所述矩形钢管柱1与所述竖向腹板连接板9通过焊缝焊接部分在工厂内预先完成，在施工现场采用第四高强螺栓14与所述H型钢梁2的腹板203装配连接。
如图5至图6所示，所述矩形钢管柱1选用焊接箱型组合截面，组成矩形钢管柱1的钢壁板1a、钢壁板1b、钢壁板1c及钢壁板1d，与竖向腹板连接板9合理焊接顺序为：
1.矩形钢管柱1的钢壁板1a与钢壁板1b，及钢壁板1b与钢壁板1c，分别采用全熔透坡口对接焊缝工厂预先焊接，并根据节点设计及框架节点传力情况确定单向锁紧高强螺栓15规格和位置，在矩形钢管柱的壁板上预先开设的螺栓孔101；
2.在所述H型钢梁2的腹板203位置处，采用全熔透坡口对接焊缝将所述竖向腹板连接板9与矩形钢管柱1的钢壁板1a、钢壁板1b、钢壁板1c、钢壁板1d焊接，并根据节点设计及框架节点传力情况确定竖向腹板连接板上预先开设的螺栓孔901。
所述H型钢梁2包括上翼缘201、下翼缘202和腹板203，所述上翼缘201、下翼缘202上均预先开设有用于第一高强螺栓连接的螺栓孔204和用于第二高强螺栓连接的螺栓孔，所述腹板203上预先开设有用于第四高强螺栓连接的螺栓孔205。
如图7和图8所示，所述上不等肢角钢耗能连接件长肢502上预先切口形成第一削弱区505，所述上不等肢角钢耗能连接件长肢502在其肢背位置通过圆弧倒角使其长度由与所述上不等肢角钢耗能连接件短肢501长度相等变化至与所述H型钢梁2的上翼缘201宽度相等；所述下不等肢角钢耗能连接件长肢602上预先切口形成第二削弱区605，所述下不等肢角钢耗能连接件长肢602在其肢背位置通过圆弧倒角使其长肢长度由与所述下不等肢角钢耗能连接件短肢601长度相等变化至与所述H型钢梁2的下翼缘202宽度相等。
如图9和图10所示，所述上矩形套筒3的制作方法：经过规则截面尺寸的设计后，由上翼缘套板301通过第三高强螺栓13连接形成上矩形套筒3而成，形成矩形的闭合箍，所述上翼缘套板301上预先开设有用于第三高强螺栓连接的螺栓孔302。
如图11和图12所示，所述下矩形套筒4的制作方法：经过规则截面尺寸的设计后，由下翼缘套板401通过第三高强螺栓13连接形成上矩形套筒3而成，形成矩形的闭合箍，所述下翼缘套板401上预先开设有用于第三高强螺栓连接的螺栓孔402。
节点位置的上矩形套筒3、下矩形套筒4及上不等肢角钢耗能连接件5、下不等肢角钢耗能连接件6相互约束共同工作：上矩形套筒3套在上不等肢角钢耗能连接件短肢501处，通过单向锁紧高强螺栓15与矩形钢管柱1连接，下矩形套筒4套在下不等肢角钢耗能连接件短肢601处，通过单向锁紧高强螺栓15与矩形钢管柱1连接，既提高了矩形钢管柱1对单向锁紧高强螺栓15的锚固作用，也给不等肢角钢耗能连接件连接提供了一定的刚度，同时也保证了节点区域矩形钢管壁板的局部稳定性。
剪力的传递路径，H型钢梁2上的剪力由腹板203承担，H型钢梁2的腹板203传来的竖向剪力通过第二高强螺栓12连接产生的摩擦力传递到竖向腹板连接板9，然后竖向腹板连接板9上所受剪力主要通过竖向焊缝将荷载传递到矩形钢管柱1的钢壁板1a上；弯矩的传递路径，H型钢梁2的上翼缘201传来的水平荷载通过第一高强螺栓11连接产生的摩擦力或螺栓杆与孔壁的挤压力传递给上不等肢角钢耗能连接件5，然后上不等肢角钢耗能连接件5通过单向锁紧高强螺栓15将水平荷载传递到上矩形套筒3和矩形钢管柱1上，矩形钢管柱1和上矩形套筒3共同承受力矩作用；H型钢梁2的下翼缘202传来的水平荷载通过第一高强螺栓11连接产生的摩擦力或螺栓杆与孔壁的挤压力传递给下不等肢角钢耗能连接件6，然后下不等肢角钢耗能连接件6通过单向锁紧高强螺栓15将水平荷载传递到下矩形套和矩形钢管柱1上，矩形钢管柱1和下矩形套筒4共同承受力矩作用。各受力组件相互补充、充分发挥，整个连接节点传力明确、连接可靠、整体性能良好。
当节点产生层间位移时，节点部位出现塑性铰，塑性铰会被限制在耗能连接板的第一削弱区505、第二削弱区605，实现塑性铰的位置可控。同时经过合理的设计，使得不等肢角钢耗能连接件的第一削弱区505、第二削弱区605出现塑性铰时，矩形钢管柱1以及H型钢梁2都始终保持弹性工作状态，使得塑性铰出现的时机可控，节点整体实现了通过不等肢角钢耗能连接件的变形而不是H型钢梁2的屈服变形来实现节点的耗能，最终节点承载力的下降是由于不等肢角钢耗能连接件达到极限承载力之后被拉断，而不是H型钢梁2发生破坏，实现了损伤可控。震后只要通过更换不等肢角钢耗能连接件就可以实现对节点的修复工作，实现了对预制钢框架梁柱的重复使用，达到了可更换的目的。
综上，本发明在保证节点没有现场焊接作业的前提下，现场采用螺栓进行装配，节点传力合理可靠，能够发挥建筑工业化的优势，在节点位置采用可更换耗能连接传力部件，提高了节点的延性和耗能能力，震后钢管柱不损坏，只需更换连接部件即可恢复使用，缩短维修时间，减少维修费用并尽快投入使用的目标。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种装配式矩形钢管柱-H型钢梁可更换耗能连接节点，包括矩形钢管柱(1)、H型钢梁(2)，其特征在于，还包括可更换耗能连接传力部件，所述可更换耗能连接传力部件包括上不等肢角钢耗能连接件(5)、下不等肢角钢耗能连接件(6)、上矩形套筒(3)、下矩形套筒(4)、上防屈曲约束盖板(7)、下防屈曲约束盖板(8)、竖向腹板连接板(9)；
所述上不等肢角钢耗能连接件(5)包括上不等肢角钢耗能连接件短肢(501)和上不等肢角钢耗能连接件长肢(502)，所述上不等肢角钢耗能连接件短肢(501)的内壁与所述矩形钢管柱(1)的外壁相贴合，所述上不等肢角钢耗能连接件长肢(502)的下表面与所述H型钢梁(2)的上翼缘(201)相贴合并与所述H型钢梁(2)的上翼缘(201)固定连接；所述下不等肢角钢耗能连接件(6)包括下不等肢角钢耗能连接件短肢(601)和下不等肢角钢耗能连接件长肢(602)，所述下不等肢角钢耗能连接件短肢(601)的内壁与所述矩形钢管柱(1)的外壁相贴合，所述下不等肢角钢耗能连接件长肢(602)的上表面与所述H型钢梁(2)的下翼缘(202)相贴合并与所述H型钢梁(2)的下翼缘(202)固定连接；
所述上不等肢角钢耗能连接件长肢(502)上预先切口形成第一削弱区(505)、所述下不等肢角钢耗能连接件长肢(602)上预先切口形成第二削弱区(605)，所述上防屈曲约束盖板(7)固定连接在所述上不等肢角钢耗能连接件长肢(502)的第一削弱区(505)外侧上、所述下防屈曲约束盖板(8)固定连接在所述下不等肢角钢耗能连接件长肢(602)的第二削弱区(605)外侧上；
所述上矩形套筒(3)套设在所述上不等肢角钢耗能连接件短肢(501)的外侧，并将所述上不等肢角钢耗能连接件短肢(501)压紧在所述矩形钢管柱(1)上；所述上矩形套筒(3)通过单向锁紧高强螺栓(15)与所述矩形钢管柱(1)固定连接并将所述上不等肢角钢耗能连接件短肢(501)固连接在所述矩形钢管柱(1)上；所述下矩形套筒(4)套设在所述下不等肢角钢耗能连接件短肢(601)的外侧，并将所述下不等肢角钢耗能连接件短肢(601)压紧在所述矩形钢管柱(1)上；所述下矩形套筒(4)通过单向锁紧高强螺栓(15)与所述矩形钢管柱(1)固定连接并将所述下不等肢角钢耗能连接件短肢(601)固连接在所述矩形钢管柱(1)上；
所述竖向腹板连接板(9)与所述H型钢梁(2)的腹板(203)相贴合并与所述H型钢梁(2)的腹板(203)固定连接，所述竖向腹板连接板(9)的内端部与所述矩形钢管柱(1)的壁板固定连接；
其中，所述上不等肢角钢耗能连接件长肢(502)在上不等肢角钢耗能连接件长肢(502)肢背位置通过圆弧倒角使所述上不等肢角钢耗能连接件长肢(502)长度由与所述上不等肢角钢耗能连接件短肢(501)长度相等变化至与所述H型钢梁(2)的上翼缘(201)宽度相等；所述上不等肢角钢耗能连接件短肢(501)长度与所述矩形钢管柱(1)宽度相等；所述下不等肢角钢耗能连接件长肢(602)在下不等肢角钢耗能连接件长肢(602)肢背位置通过圆弧倒角使所述下不等肢角钢耗能连接件长肢(602)长度由与所述下不等肢角钢耗能连接件短肢(601)长度相等变化至与所述H型钢梁(2)的下翼缘(202)宽度相等；所述下不等肢角钢耗能连接件短肢(601)长度与所述矩形钢管柱(1)宽度相等；
所述H型钢梁(2)的上翼缘(201)、下翼缘(202)分别通过第一高强螺栓(11)与所述上不等肢角钢耗能连接件长肢(502)、下不等肢角钢耗能连接件长肢(602)固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种装配式矩形钢管柱-H型钢梁可更换耗能连接节点，其特征在于，所述上防屈曲约束盖板(7)、下防屈曲约束盖板(8)分别通过第二高强螺栓(12)与所述H型钢梁(2)的上翼缘(201)、下翼缘(202)固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种装配式矩形钢管柱-H型钢梁可更换耗能连接节点，其特征在于，所述上不等肢角钢耗能连接件长肢(502)的第一削弱区(505)、下不等肢角钢耗能连接件长肢(602)的第二削弱区(605)内均设置有若干个垫块(10)，保证所述上防屈曲约束盖板(7)与所述上不等肢角钢耗能连接件长肢(502)之间、所述下防屈曲约束盖板(8)与所述下不等肢角钢耗能连接件长肢(602)之间存有间隙。
4.根据权利要求3所述的一种装配式矩形钢管柱-H型钢梁可更换耗能连接节点，其特征在于，所述垫块(10)的厚度比所述上不等肢角钢耗能连接件长肢(502)或下不等肢角钢耗能连接件长肢(602)的厚度大1-2mm。
5.根据权利要求1所述的一种装配式矩形钢管柱-H型钢梁可更换耗能连接节点，其特征在于，所述上矩形套筒(3)由四块上翼缘套板(301)通过第三高强螺栓(13)相互连接而成；所述下矩形套筒(4)由四块下翼缘套板(401)通过第三高强螺栓(13)相互连接而成。
6.根据权利要求1所述的一种装配式矩形钢管柱-H型钢梁可更换耗能连接节点，其特征在于，所述上矩形套筒(3)和所述下矩形套筒(4)的尺寸根据所述矩形钢管柱(1)的截面大小确定。
7.根据权利要求5所述的一种装配式矩形钢管柱-H型钢梁可更换耗能连接节点，其特征在于，所述上翼缘套板(301)的厚度大于或等于所述矩形钢管柱(1)的壁厚，所述上翼缘套板(301)与所述矩形钢管柱(1)之间的距离等于所述上不等肢角钢耗能连接件(5)的厚度；所述下翼缘套板(401)的厚度大于或等于所述矩形钢管柱(1)的壁厚，所述下翼缘套板(401)与所述矩形钢管柱(1)之间的距离等于所述下不等肢角钢耗能连接件(6)的厚度。
8.根据权利要求1所述的一种装配式矩形钢管柱-H型钢梁可更换耗能连接节点，其特征在于，所述竖向腹板连接板(9)通过第四高强螺栓(14)与所述H型钢梁(2)的腹板(203)固定连接；所述竖向腹板连接板(9)的内端部通过焊接形式与所述矩形钢管柱(1)的壁板固定连接。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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