CN109972733B - 一种扩翼t形耗能连接钢结构框架 - Google Patents

一种扩翼t形耗能连接钢结构框架 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种扩翼T形耗能连接钢结构框架，所述钢结构框架中节点包括钢梁、钢柱、扩翼式T形连接件、螺栓组件，所述扩翼式T形连接件与钢梁、钢柱通过螺栓组件连接，所述扩翼式T形连接件的腹板上设有U型缺口，所述扩翼式T形连接件能够加强节点的初始刚度使塑性铰外移，所述U型缺口能够加快塑性铰的外移。本发明提出的扩翼T形耗能连接钢结构框架采用了扩翼式T形连接件加强了节点的初始刚度使得塑性铰外移，采用U型缺口可以加快塑性铰的外移，充分发挥钢材的延性性能，以达到“强柱弱梁”、“强节点弱构件”的效果，提高了结构的延性和抗震性能，增强了原有节点在钢框架中的抗震能力，从而提高了钢结构框架的安全性。

Description

一种扩翼T形耗能连接钢结构框架
技术领域
本发明专利涉及一种钢框架，尤其是一种扩翼T形耗能连接钢结构框架。
背景技术
梁柱连接处节点在钢框架设计中占有举足轻重的地位，它直接关系到整个结构的安全性、可靠性及经济指标等。因此，对于钢结构建筑来说，对钢结构梁柱连接处节点力学性能和抗震性能的研究，防止节点在地震作用下发生脆性断裂破坏和其它方式的破坏，改良节点的抗震性能是很有必要的。强震作用下钢结构框架破坏或倒塌的最直接原因是大量梁柱节点和部分构件发生屈服、屈曲、破坏，使钢框架恢复力退化，产生无法恢复的塑性变形，再加上P-Δ效应，导致结构失去承受竖向荷载的能力，发生部分动力失稳，局部乃至整体倒塌。基于此现象，研究人员提出改善钢框架梁柱节点抗震性能的基本途径是将塑性铰外移。通过对钢梁截面进行加强或削弱，迫使塑性铰先在梁上产生，并远离梁端部，从而避免在梁柱节点处过早产生裂缝而发生脆断破坏，使梁端塑性变形在削弱区或加强区的位置出现并扩展，充分发挥钢材的延性性能，以达到“强节点弱构件”的设计宗旨。基于塑性铰外移的思想，近年来研究成果主要集中于加强型和削弱型两种新型延性节点，在加强型节点中，扩翼型节点凭借其耗散能力强、更好的塑性铰外移能力得到了很多关注。其目的均为将节点损伤控制在节点薄弱区域以外，避免节点发生脆性破坏。而在实际过程中，塑性铰的外移速度不够快速，出现T 型连接件连接的钢框架梁柱节点在地震作用下塑性铰的应力集中、延性不足等问题，影响着钢框架梁柱节点的抗震性能。
因此，需要一种新的技术方案以解决上述技术问题。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提出一种扩翼T形耗能连接钢结构框架，可以增加梁端的初始刚度使塑性铰外移，同时又能够加快塑性铰的外移，提高了结构的延性和抗震性能。为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：一种扩翼T形耗能连接钢结构框架，所述钢结构框架中节点包括钢梁、钢柱、扩翼式T形连接件、螺栓组件，所述扩翼式T形连接件与钢梁、钢柱通过螺栓组件连接，所述扩翼式T形连接件用以加强节点的初始刚度使塑性铰外移，所述U 型缺口用以加快塑性铰的外移。在一个具体的实施例中，所述扩翼式T形连接件的扩翼加强段的长度La与钢梁的宽度bf的关系满足，La＝(0.50-0.70)bf。在一个具体的实施例中，所述扩翼式T形连接件的扩翼过渡段凹弧长度Lb与钢梁的高度hb的关系满足，Lb＝(0.30-0.40)hb；所述扩翼式T形连接件扩翼加强段的宽度c与钢梁的宽度bf的关系满足，c＝(0.15-0.25)bf。
在一个具体的实施例中，所述U型缺口深度Lc与钢梁高度hb及扩翼过渡段凹弧长度Lb的关系满足，Lc＝(0.30-0.40)hb、Lc＝Lb；U型缺口的口径d与钢梁的宽度bf的关系满足，d＝(0.30-0.40)bf。
在一个具体的实施例中，所述螺栓组件为高强螺栓组件。
在一个具体的实施例中，所述节点钢柱上设置有加劲肋和加强板。
在一个具体的实施例中，所述钢梁腹板上还设有抗剪板。
本发明提出的扩翼T形耗能连接钢结构框架，首先采用了扩翼式T形连接件能够加强节点的初始刚度使塑性铰外移，设置的U型缺口能够加快塑性铰的外移，充分发挥钢材的延性性能，以达到“强柱弱梁”、“强节点弱构件”的效果，更好地提高了结构的延性和抗震性能，增强了原有T形节点在钢框架中的抗震能力，从而提高了钢结构框架的安全性。
附图说明
图1是本发明的扩翼T形耗能连接钢结构框架平面图。
图2是图1中1处的扩翼T形耗能连接钢结构框架节点的放大图。
图3是图1中2处的扩翼T形耗能连接钢结构框架节点的放大图。
图4是图1中3处的扩翼T形耗能连接钢结构框架节点的放大图。
图5是图1中4处的扩翼T形耗能连接钢结构框架节点的放大图。
图6是图1中A-A位置处的截面图。
图7是图1中B-B位置处的截面图。
图8是图1中C-C位置处的截面图。
图9是图1中1处节点平面图。
图10是本发明扩翼式T型连接件的U型缺口放大图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明装置和方法的优选实施方式作进一步的详细描述。
请结合图1-8所示，本发明实施例提出了一种扩翼T形耗能连接钢结构框架，其中，该钢结构框架的钢框架节点100包括钢梁10、钢柱20、扩翼式T 形连接件30、螺栓组件40，该扩翼式T形连接件30与钢梁10通过螺栓组件40 连接，该扩翼式T形连接件30与钢柱20通过螺栓组件40连接，其中，扩翼式 T形连接件30的腹板50上设有U型缺口60，其中，在低周反复荷载作用下，钢框架节点处100的扩翼式T形连接件30首先屈服形成塑性铰，那么U型缺口60的设计，能够有效地加快塑性铰的外移。图1中标记的1、2、3、4分别为钢框架几种不同位置处的扩翼式T形连接件腹板设有U型缺口的节点，放大图如图 2-5所示。可理解的是，螺栓组件40为高强螺栓组件，能够稳固的将T形连接件30与钢梁10、钢柱20连接。该扩翼式T形连接件30设置的U型缺口60的位置设置得合理，使钢梁端10一定距离处的极限弯矩小于梁-柱连接节点的极限弯矩，从而实现了塑性铰外移的目的。在其他实施例中，扩翼式T形连接件也可以设置其他能够起到与U型缺口相同作用的其他类似形状。
其中，本实施例中的钢梁10、钢柱20均依据《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)、《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ 99-2015)、《钢结构设计规范》(GB 50017-2017)设计，钢材为Q235热轧H型钢。本实施例中设计的钢框架符合抗震规范中提出的“强剪弱弯”和“强节点，弱构件”的原则，钢框架的整体强度和延性会大大提高。
如图9所示，在节点钢柱20上还设置有加强板70和加劲肋80，进一步加强钢架结构的稳定性，同时，钢梁腹板31中间位置还设置有抗剪板90，提高钢梁端的抗剪能力。
如图10所示，该扩翼式T型连接件30的扩翼加强段的长度La与钢梁10的宽度bf的关系满足，La＝(0.50-0.70)bf；扩翼式T型连接件30扩翼过渡段凹弧长度Lb与钢梁10的高度hb的关系满足，Lb＝(0.30-0.40)hb；T型连接板30 的扩翼加强段的宽度c与钢梁10的宽度bf的关系满足，c＝(0.15-0.25)bf。同时，U型缺口60的深度Lc与钢梁10的高度hb及扩翼式T型连接件30扩翼过渡段凹弧长度Lb的关系满足，Lc＝(0.30-0.40)hb、Lc＝Lb；U型缺口60的口径d与钢梁10的宽度bf的关系满足，d＝(0.30-0.40)bf。
由于本发明实施例中的钢结构框架节点板采用全螺栓连接的节点，应满足螺栓组件40之间中心间距要求、螺栓组件40中心至构件边缘的间距要求，同时要满足施工要求。
原有的钢框架T形连接件具有较高的承载能力以及较强的塑性变形能力，在低周反复荷载作用下，钢框架节点处的T形连接件首先屈服形成塑性铰，且塑性铰主要出现在T形件腹板与翼缘的交界处，从而使梁、柱内力重分布，梁、柱一说般不会发生屈服。本发明实施例中首先采用了扩翼式T形连接件加强了节点的初始刚度使得塑性铰外移，采用设计U型缺口的方法可以加快塑性铰的外移，充分发挥钢材的延性性能，以达到“强柱弱梁”、“强节点弱构件”的设计宗旨，更好地提高了结构的延性和抗震性能，增强了原有T形节点在框架中的抗震能力。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，如改变U型缺口形状等，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.一种扩翼T形耗能连接钢结构框架，其特征在于，所述钢结构框架中节点包括钢梁、钢柱、扩翼式T形连接件、螺栓组件，所述扩翼式T形连接件与钢梁、钢柱通过螺栓组件连接，所述扩翼式T形连接件的腹板上设有U型缺口，该U型缺口自腹板的前缘向内凹陷形成；所述扩翼式T形连接件用以加强节点的初始刚度使塑性铰外移，所述U型缺口用以加快塑性铰的外移。
2.根据权利要求1所述的一种扩翼T形耗能连接钢结构框架，其特征在于，所述扩翼式T形连接件的扩翼加强段的长度La与钢梁的宽度bf的关系满足，La=（0.50-0.70）bf。
3.根据权利要求1所述的一种扩翼T形耗能连接钢结构框架，其特征在于，所述扩翼式T形连接件的扩翼过渡段凹弧长度Lb与钢梁的高度hb的关系满足，Lb=（0.30-0.40）hb；所述扩翼式T形连接件扩翼加强段的宽度c与钢梁的宽度bf的关系满足，c=（0.15-0.25）bf。
4.根据权利要求1所述的一种扩翼T形耗能连接钢结构框架，其特征在于，所述U型缺口深度Lc与钢梁高度hb及扩翼过渡段凹弧长度Lb的关系满足，Lc=（0.30-0.40）hb、Lc=Lb；U型缺口的口径d与钢梁的宽度bf的关系满足， d=（0.30-0.40）bf。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的扩翼T形耗能连接钢结构框架，其特征在于，所述螺栓组件为高强螺栓组件。
6.根据权利要求5所述的扩翼T形耗能连接钢结构框架，其特征在于，所述节点钢柱上设置有加劲肋和加强板。
7.根据权利要求6所述的扩翼T形耗能连接钢结构框架，其特征在于，所述钢梁腹板上还设有抗剪板。
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