CN109989480B - 一种h型钢梁与钢柱的装配式滑移摩擦型连接结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种H型钢梁与钢柱的装配式滑移摩擦型连接结构，包括H型钢柱以及均为H型的悬臂钢梁、削弱钢梁和正常钢梁，悬臂钢梁的一端与H型钢柱预制连接，悬臂钢梁腹板远离H型钢柱的一端通过两个第一连接板与削弱钢梁腹板的一端连接，削弱钢梁腹板的另一端通过两个第二连接板与正常钢梁腹板的一端连接，悬臂钢梁下翼缘远离H型钢柱的一端底部通过第一摩擦板与削弱钢梁下翼缘的一端连接，削弱钢梁下翼缘的另一端通过第二摩擦板与正常钢梁下翼缘的一端底部连接。本发明在悬臂钢梁与正常钢梁增加削弱钢梁可方便梁形成塑性铰后的修复，通过梁的下翼缘与摩擦板间的摩擦力来控制摩擦板连接的滑动能力，震后还可更换，使用效果好。

Description

一种H型钢梁与钢柱的装配式滑移摩擦型连接结构

技术领域

本发明属于钢框架结构装配式连接技术领域，具体涉及一种H型钢梁与钢柱的装配式滑移摩擦型连接结构。

背景技术

高度50米以下的钢框架将是我国在村镇建设中推广装配式建筑的主要结构体系，H型钢构件工业化程度高，只要解决装配式连接的抗震性能，就可实现高度50米以下的钢框架结构的全装配化。现有规范推荐的H型钢梁柱的栓焊混合刚性连接本就是一种装配式连接，但在Northridge和Kobe地震中，大量的框架连接出现了脆性破坏，其主要原因是在梁端正弯矩作用下，楼板与钢梁的组合效应使组合梁的中性轴大幅度上移，在梁下翼缘的焊缝区产生超大拉应变，焊缝或其附近热影响区材料的韧性不足导致连接的脆断并降低连接的延性，而现有的栓焊混合刚性连接不能使梁下翼缘产生一定的变形，满足焊缝区对高拉应变的需求，还不具备在地震作用下完全防止钢梁下翼缘焊缝或热影响区板件发生脆断的功能。此外，刚性连接的过焊孔对焊缝脆断影响很大，且梁端形成塑性铰破坏后，不能方便更换和修复。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种H型钢梁与钢柱的装配式滑移摩擦型连接结构，其设计新颖合理，在悬臂钢梁与正常钢梁增加削弱钢梁，削弱钢梁的设置可方便梁形成塑性铰后的修复，削弱钢梁的两个下翼缘分别采用摩擦板与悬臂钢梁和正常钢梁的下翼缘滑动连接，通过梁的下翼缘与摩擦板间的摩擦力来控制摩擦板连接的滑动能力，作为防止梁下翼缘焊缝区脆断的“保险丝”和耗能装置，震后还可更换，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种H型钢梁与钢柱的装配式滑移摩擦型连接结构，其特征在于：包括H型钢柱和与H型钢柱连接的H型钢梁，所述H型钢梁包括依次连接且均为H型的悬臂钢梁、削弱钢梁和正常钢梁，所述悬臂钢梁的一端与H型钢柱预制连接，所述悬臂钢梁包括悬臂钢梁上翼缘、悬臂钢梁腹板和悬臂钢梁下翼缘，所述削弱钢梁包括削弱钢梁上翼缘、削弱钢梁腹板和削弱钢梁下翼缘，所述正常钢梁包括正常钢梁上翼缘、正常钢梁腹板和正常钢梁下翼缘，悬臂钢梁腹板远离H型钢柱的一端通过两个第一连接板与削弱钢梁腹板的一端连接，削弱钢梁腹板的另一端通过两个第二连接板与正常钢梁腹板的一端连接，悬臂钢梁下翼缘远离H型钢柱的一端底部通过第一摩擦板与削弱钢梁下翼缘的一端连接，削弱钢梁下翼缘的另一端通过第二摩擦板与正常钢梁下翼缘的一端底部连接，悬臂钢梁上翼缘远离H型钢柱的一端通过第一焊缝与削弱钢梁上翼缘的一端连接，削弱钢梁上翼缘的另一端通过第二焊缝与正常钢梁上翼缘的一端连接。

上述的一种H型钢梁与钢柱的装配式滑移摩擦型连接结构，其特征在于：所述削弱钢梁为狗骨式削弱钢梁。

上述的一种H型钢梁与钢柱的装配式滑移摩擦型连接结构，其特征在于：所述悬臂钢梁腹板远离H型钢柱的一端开设有第一腰型孔，削弱钢梁腹板的一端开设有第二腰型孔，所述第一连接板上开设有两列且分别与第一腰型孔和第二腰型孔配合的第三腰型孔，削弱钢梁下翼缘的一端开设有第四腰型孔，悬臂钢梁下翼缘远离H型钢柱的一端开设有与第四腰型孔配合的第五腰型孔；削弱钢梁腹板的另一端、正常钢梁腹板的一端、第二连接板上、第一摩擦板上、第二摩擦板上、正常钢梁下翼缘的一端和削弱钢梁下翼缘的另一端上均开设有圆孔；第一高强螺栓依次穿过第四腰型孔、第一摩擦板上的圆孔和所述第五腰型孔连接削弱钢梁下翼缘的一端和悬臂钢梁下翼缘，第二高强螺栓的数量与第三腰型孔的数量相等且一一对应，悬臂钢梁腹板远离H型钢柱的一端、削弱钢梁腹板的一端和两个第一连接板通过第二高强螺栓连接，第三高强螺栓依次穿过削弱钢梁下翼缘的另一端上的圆孔、第二摩擦板上的圆孔和正常钢梁下翼缘的一端上的圆孔连接削弱钢梁下翼缘的另一端和悬臂钢梁下翼缘，第四高强螺栓的数量与第二连接板上的圆孔的数量相等且一一对应，正常钢梁腹板的一端、削弱钢梁腹板的另一端和两个第二连接板通过第四高强螺栓连接。

上述的一种H型钢梁与钢柱的装配式滑移摩擦型连接结构，其特征在于：所述悬臂钢梁上翼缘的上表面、削弱钢梁上翼缘的上表面和正常钢梁上翼缘的上表面齐平；悬臂钢梁下翼缘的下表面和正常钢梁下翼缘的下表面齐平，削弱钢梁下翼缘的下表面低于悬臂钢梁下翼缘的下表面，削弱钢梁下翼缘的面积大于削弱钢梁上翼缘的面积。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明采用无削弱的悬臂钢梁和H型钢柱预制型连接方式，回避了过焊孔的不利影响，保证连接具有高承载力，避免了采用过焊孔现场连接易引起焊缝区在地震作用下发生脆断的风险，便于推广使用。

2、本发明在悬臂钢梁与正常梁间增加了一个削弱钢梁，削弱钢梁的设置可方便钢梁形成塑性铰后的修复，削弱钢梁的两个下翼缘分别采用摩擦板与悬臂钢梁和正常钢梁的下翼缘滑动连接，通过梁的下翼缘与摩擦板间的摩擦力来控制摩擦板连接的滑动能力，作为防止梁下翼缘焊缝区脆断的“保险丝”和耗能装置，当摩擦板连接所分担的梁端正弯矩产生的拉力达到梁下翼缘焊缝或热影响区板件断裂力的比例限值时，摩擦板连接中的削弱钢梁下翼缘和悬臂钢梁下翼缘可以发生相对滑动，产生足够的变形，防止梁下翼缘焊缝或热影响区板件发生脆断，同时还能在削弱钢梁处形成塑性铰，震后还可更换，可靠稳定，使用效果好。

3、本发明设计新颖合理，悬臂钢梁与削弱钢梁的滑移摩擦连接兼具较高的承载力、延性和耗能能力，可以在中低烈度抗震区、高度50米以下的装配式钢结构中使用，提高结构装配率，便于推广使用。

综上所述，本发明设计新颖合理，在悬臂钢梁与正常钢梁增加削弱钢梁，削弱钢梁的设置可方便梁形成塑性铰后的修复，削弱钢梁的两个下翼缘分别采用摩擦板与悬臂钢梁和正常钢梁的下翼缘滑动连接，通过梁的下翼缘与摩擦板间的摩擦力来控制摩擦板连接的滑动能力，作为防止梁下翼缘焊缝区脆断的“保险丝”和耗能装置，震后还可更换，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的爆炸图。

附图标记说明:

1—H型钢柱； 2-1—悬臂钢梁上翼缘； 2-2—悬臂钢梁腹板；

2-3—悬臂钢梁下翼缘； 3-1—削弱钢梁上翼缘； 3-2—削弱钢梁腹板；

3-3—削弱钢梁下翼缘； 4-1—正常钢梁上翼缘； 4-2—正常钢梁腹板；

4-3—正常钢梁下翼缘； 5—第一高强螺栓； 6—第一摩擦板；

7—第一连接板； 8—第二高强螺栓； 9—第二连接板；

10—第二摩擦板； 11—第三高强螺栓； 12—第四高强螺栓；

13—第一焊缝； 14—第二焊缝； 15-1—第一腰型孔；

15-2—第二腰型孔； 15-3—第三腰型孔； 15-4—第四腰型孔；

16—圆孔。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明包括H型钢柱1和与H型钢柱1连接的H型钢梁，所述H型钢梁包括依次连接且均为H型的悬臂钢梁、削弱钢梁和正常钢梁，所述悬臂钢梁的一端与H型钢柱1预制连接，所述悬臂钢梁包括悬臂钢梁上翼缘2-1、悬臂钢梁腹板2-2和悬臂钢梁下翼缘2-3，所述削弱钢梁包括削弱钢梁上翼缘3-1、削弱钢梁腹板3-2和削弱钢梁下翼缘3-3，所述正常钢梁包括正常钢梁上翼缘4-1、正常钢梁腹板4-2和正常钢梁下翼缘4-3，悬臂钢梁腹板2-2远离H型钢柱1的一端通过两个第一连接板7与削弱钢梁腹板3-2的一端连接，削弱钢梁腹板3-2的另一端通过两个第二连接板9与正常钢梁腹板4-2的一端连接，悬臂钢梁下翼缘2-3远离H型钢柱1的一端底部通过第一摩擦板6与削弱钢梁下翼缘3-3的一端连接，削弱钢梁下翼缘3-3的另一端通过第二摩擦板10与正常钢梁下翼缘4-3的一端底部连接，悬臂钢梁上翼缘2-1远离H型钢柱1的一端通过第一焊缝13与削弱钢梁上翼缘3-1的一端连接，削弱钢梁上翼缘3-1的另一端通过第二焊缝14与正常钢梁上翼缘4-1的一端连接。

需要说明的是，采用无削弱的悬臂钢梁和H型钢柱1预制型连接方式，回避了过焊孔的不利影响，保证连接具有高承载力，避免了采用过焊孔现场连接易引起焊缝区在地震作用下发生脆断的风险；在悬臂钢梁与正常梁间增加了一个削弱钢梁，削弱钢梁的设置可方便钢梁形成塑性铰后的修复，削弱钢梁的两个下翼缘分别采用摩擦板与悬臂钢梁和正常钢梁的下翼缘滑动连接，通过梁的下翼缘与摩擦板间的摩擦力来控制摩擦板连接的滑动能力，作为防止梁下翼缘焊缝区脆断的“保险丝”和耗能装置，当摩擦板连接所分担的梁端正弯矩产生的拉力达到梁下翼缘焊缝或热影响区板件断裂力的比例限值时，摩擦板连接中的削弱钢梁下翼缘和悬臂钢梁下翼缘可以发生相对滑动，产生足够的变形，防止梁下翼缘焊缝或热影响区板件发生脆断，同时还能在削弱钢梁处形成塑性铰，震后还可更换，可靠稳定；悬臂钢梁与削弱钢梁的滑移摩擦连接兼具较高的承载力、延性和耗能能力，可以在中低烈度抗震区、高度50米以下的装配式钢结构中使用，提高结构装配率。

本实施例中，所述削弱钢梁为狗骨式削弱钢梁。

需要说明的是，削弱钢梁采用狗骨式削弱钢梁的目的是增加削弱钢梁的延展性，有助于狗骨式削弱钢梁中内部塑性铰的发展，而狗骨式削弱钢梁相当于易延展的地震保险丝，狗骨式削弱钢梁端附近内部塑性铰的形成可以有效减少狗骨式削弱钢梁由于地震作用而在狗骨式削弱钢梁端部产生的应力集中现象。

本实施例中，所述悬臂钢梁腹板2-2远离H型钢柱1的一端开设有第一腰型孔15-1，削弱钢梁腹板3-2的一端开设有第二腰型孔15-2，所述第一连接板7上开设有两列且分别与第一腰型孔15-1和第二腰型孔15-2配合的第三腰型孔15-3，削弱钢梁下翼缘3-3的一端开设有第四腰型孔15-4，悬臂钢梁下翼缘2-3远离H型钢柱1的一端开设有与第四腰型孔15-4配合的第五腰型孔；削弱钢梁腹板3-2的另一端、正常钢梁腹板4-2的一端、第二连接板9上、第一摩擦板6上、第二摩擦板10上、正常钢梁下翼缘4-3的一端和削弱钢梁下翼缘3-3的另一端上均开设有圆孔16；第一高强螺栓5依次穿过第四腰型孔15-4、第一摩擦板6上的圆孔16和所述第五腰型孔连接削弱钢梁下翼缘3-3的一端和悬臂钢梁下翼缘2-3，第二高强螺栓8的数量与第三腰型孔15-3的数量相等且一一对应，悬臂钢梁腹板2-2远离H型钢柱1的一端、削弱钢梁腹板3-2的一端和两个第一连接板7通过第二高强螺栓8连接，第三高强螺栓11依次穿过削弱钢梁下翼缘3-3的另一端上的圆孔16、第二摩擦板10上的圆孔16和正常钢梁下翼缘4-3的一端上的圆孔16连接削弱钢梁下翼缘3-3的另一端和悬臂钢梁下翼缘2-3，第四高强螺栓12的数量与第二连接板9上的圆孔16的数量相等且一一对应，正常钢梁腹板4-2的一端、削弱钢梁腹板3-2的另一端和两个第二连接板9通过第四高强螺栓12连接。

需要说明的是，悬臂钢梁腹板2-2远离H型钢柱1的一端开设第一腰型孔15-1，与削弱钢梁腹板3-2的一端开设的第二腰型孔15-2通过开有两列第三腰型孔15-3的第一连接板7配合，且悬臂钢梁腹板2-2远离H型钢柱1的一端、削弱钢梁腹板3-2的一端和两个第一连接板7通过第二高强螺栓8连接，保证在地震作用下可发生相对的滑动产生变形，保护悬臂钢梁与H形钢柱1间的焊缝不被拉断，悬臂钢梁下翼缘2-3远离H型钢柱1的一端开设与第四腰型孔15-4配合的第五腰型孔，悬臂钢梁下翼缘2-3远离H型钢柱1的一端底部通过第一摩擦板6与削弱钢梁下翼缘3-3的一端连接，是保证连接结构在滑动前有足够的摩擦力负担荷载，第一高强螺栓5依次穿过第四腰型孔15-4、第一摩擦板6上的圆孔16和所述第五腰型孔连接削弱钢梁下翼缘3-3的一端和悬臂钢梁下翼缘2-3，保证在地震作用下可发生相对的滑动产生变形，保护悬臂钢梁与H形钢柱1间的焊缝不被拉断，第三高强螺栓11依次穿过削弱钢梁下翼缘3-3的另一端上的圆孔16、第二摩擦板10上的圆孔16和正常钢梁下翼缘4-3的一端上的圆孔16连接削弱钢梁下翼缘3-3的另一端和悬臂钢梁下翼缘2-3，使连接结构具有足够承载力的同时方便安装和完成连接结构的装配，构成了适合于装配式钢框架的装配式连接，施工成本低，装配效率高，抗震性能好。

本实施例中，所述悬臂钢梁上翼缘2-1的上表面、削弱钢梁上翼缘3-1的上表面和正常钢梁上翼缘4-1的上表面齐平；悬臂钢梁下翼缘2-3的下表面和正常钢梁下翼缘4-3的下表面齐平，削弱钢梁下翼缘3-3的下表面低于悬臂钢梁下翼缘2-3的下表面，削弱钢梁下翼缘3-3的面积大于削弱钢梁上翼缘3-1的面积。

本发明使用时，在工厂将H型钢柱1与已开设好槽孔的悬臂钢梁焊接，使H型钢柱1与悬臂钢梁上翼缘2-1和悬臂钢梁腹板2-2连接，预制削弱钢梁，在削弱钢梁上翼缘3-3和削弱钢梁腹板3-2的两端开设连接用的栓孔，削弱钢梁上翼缘3-3和削弱钢梁腹板3-2的一端为腰型孔，削弱钢梁上翼缘3-3和削弱钢梁腹板3-2的另一端开设标准的圆孔16，预制正常钢梁，在正常钢梁下翼缘4-3和正常钢梁腹板4-2的开设圆孔16，预制开设腰型孔的第一连接板7和开设圆孔16的第二连接板9，预制开设圆孔16的第一摩擦板6和第二摩擦板10；现场拼装时，用第一高强螺栓5将削弱钢梁的削弱钢梁下翼缘3-3端、第一摩擦板6和悬臂钢梁的悬臂钢梁下翼缘2-3端连接紧固；用第二高强螺栓8将削弱钢梁的削弱钢梁腹板3-2端和悬臂钢梁的悬臂钢梁腹板2-2端连接紧固；用第三高强螺栓11将削弱钢梁下翼缘3-3端、第二摩擦板10和正常钢梁下翼缘4-3端连接紧固；用第四高强螺栓12将削弱钢梁腹板3-2端和正常钢梁腹板4-2端连接紧固，用第一焊缝13将削弱钢梁上翼缘3-1和悬臂钢梁上翼缘2-1连接，用第二焊缝14将削弱钢梁上翼缘3-1和正常钢梁上翼缘4-1，当摩擦板连接所分担的梁端正弯矩产生的拉力，方便梁形成塑性铰后的修复，削弱钢梁的两个下翼缘分别采用摩擦板与悬臂钢梁和正常钢梁的下翼缘滑动连接，通过梁的下翼缘与摩擦板间的摩擦力来控制摩擦板连接的滑动能力，作为防止梁下翼缘焊缝区脆断的“保险丝”和耗能装置，震后更换方便，效果好。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (4)

1.一种H型钢梁与钢柱的装配式滑移摩擦型连接结构，其特征在于：包括H型钢柱(1)和与H型钢柱(1)连接的H型钢梁，所述H型钢梁包括依次连接且均为H型的悬臂钢梁、削弱钢梁和正常钢梁，所述悬臂钢梁的一端与H型钢柱(1)预制连接，所述悬臂钢梁包括悬臂钢梁上翼缘(2-1)、悬臂钢梁腹板(2-2)和悬臂钢梁下翼缘(2-3)，所述削弱钢梁包括削弱钢梁上翼缘(3-1)、削弱钢梁腹板(3-2)和削弱钢梁下翼缘(3-3)，所述正常钢梁包括正常钢梁上翼缘(4-1)、正常钢梁腹板(4-2)和正常钢梁下翼缘(4-3)，悬臂钢梁腹板(2-2)远离H型钢柱(1)的一端通过两个第一连接板(7)与削弱钢梁腹板(3-2)的一端连接，削弱钢梁腹板(3-2)的另一端通过两个第二连接板(9)与正常钢梁腹板(4-2)的一端连接，悬臂钢梁下翼缘(2-3)远离H型钢柱(1)的一端底部通过第一摩擦板(6)与削弱钢梁下翼缘(3-3)的一端连接，削弱钢梁下翼缘(3-3)的另一端通过第二摩擦板(10)与正常钢梁下翼缘(4-3)的一端底部连接，悬臂钢梁上翼缘(2-1)远离H型钢柱(1)的一端通过第一焊缝(13)与削弱钢梁上翼缘(3-1)的一端连接，削弱钢梁上翼缘(3-1)的另一端通过第二焊缝(14)与正常钢梁上翼缘(4-1)的一端连接；

所述悬臂钢梁腹板(2-2)远离H型钢柱(1)的一端开设有第一腰型孔(15-1)，削弱钢梁腹板(3-2)的一端开设有第二腰型孔(15-2)，所述第一连接板(7)上开设有两列且分别与第一腰型孔(15-1)和第二腰型孔(15-2)配合的第三腰型孔(15-3)，削弱钢梁下翼缘(3-3)的一端开设有第四腰型孔(15-4)，悬臂钢梁下翼缘(2-3)远离H型钢柱(1)的一端开设有与第四腰型孔(15-4)配合的第五腰型孔；削弱钢梁腹板(3-2)的另一端、正常钢梁腹板(4-2)的一端、第二连接板(9)上、第一摩擦板(6)上、第二摩擦板(10)上、正常钢梁下翼缘(4-3)的一端和削弱钢梁下翼缘(3-3)的另一端上均开设有圆孔(16)；

削弱钢梁下翼缘(3-3)的面积大于削弱钢梁上翼缘(3-1)的面积。

2.按照权利要求1所述的一种H型钢梁与钢柱的装配式滑移摩擦型连接结构，其特征在于：所述削弱钢梁为狗骨式削弱钢梁。

3.按照权利要求1所述的一种H型钢梁与钢柱的装配式滑移摩擦型连接结构，其特征在于：第一高强螺栓(5)依次穿过第四腰型孔(15-4)、第一摩擦板(6)上的圆孔(16)和所述第五腰型孔连接削弱钢梁下翼缘(3-3)的一端和悬臂钢梁下翼缘(2-3)，第二高强螺栓(8)的数量与第三腰型孔(15-3)的数量相等且一一对应，悬臂钢梁腹板(2-2)远离H型钢柱(1)的一端、削弱钢梁腹板(3-2)的一端和两个第一连接板(7)通过第二高强螺栓(8)连接，第三高强螺栓(11)依次穿过削弱钢梁下翼缘(3-3)的另一端上的圆孔(16)、第二摩擦板(10)上的圆孔(16)和正常钢梁下翼缘(4-3)的一端上的圆孔(16)连接削弱钢梁下翼缘(3-3)的另一端和悬臂钢梁下翼缘(2-3)，第四高强螺栓(12)的数量与第二连接板(9)上的圆孔(16)的数量相等且一一对应，正常钢梁腹板(4-2)的一端、削弱钢梁腹板(3-2)的另一端和两个第二连接板(9)通过第四高强螺栓(12)连接。

4.按照权利要求1所述的一种H型钢梁与钢柱的装配式滑移摩擦型连接结构，其特征在于：所述悬臂钢梁上翼缘(2-1)的上表面、削弱钢梁上翼缘(3-1)的上表面和正常钢梁上翼缘(4-1)的上表面齐平；悬臂钢梁下翼缘(2-3)的下表面和正常钢梁下翼缘(4-3)的下表面齐平，削弱钢梁下翼缘(3-3)的下表面低于悬臂钢梁下翼缘(2-3)的下表面。

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