CN110206145B - 一种装配式梁柱连接节点 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种装配式梁柱连接节点，包括装配式腹板耗能件，装配式翼缘耗能件，装配式柱端支座，装配式梁端支座。装配式柱端支座、装配式梁端支座分别与钢柱、钢梁通过螺栓连接。装配式柱端支座、梁端装配支座中部设有与装配式腹板耗能件连接的弧形卡口，装配式腹板耗能件左端与装配式柱端支座卡接，右端与梁端装配支座卡接，装配式翼缘耗能件左端与柱端装配支座通过螺栓连接，装配式翼缘耗能件右端与装配式梁端支座通过螺栓连接。在地震时，耗能件保持弹性，使梁端先于柱产生塑性铰，率先进入屈服。两者共同保证了“强柱弱梁，强节点弱构件”的设计目标，降低结构损失，实现多级设防，连接方便，施工现场高效，便于震后维修更换。

Description

一种装配式梁柱连接节点
技术领域
本发明属于建筑工程技术领域，特别涉及一种装配式梁柱连接节点。
背景技术
建筑业是我国国民经济的支柱产业之一，但我国建筑业当前仍是一个劳动密集型、现浇建造方式为主的传统产业，随着我国经济的发展，传统粗放式的发展模式已不适应我国对高品质建筑产品的需求，我国需要大力发展装配式建筑。装配式钢结构建筑作为新型节能环保的建筑体系被誉为21世纪的“绿色建筑”之一，是我国推广装配式建筑的主要发展方向。
钢结构的连接方式有：焊缝连接、螺栓连接。美国的北岭地震和日本的阪神地震都导致了焊接钢结构框架梁柱连接节点的大量破坏。因此，焊接质量不高，很有可能导致钢结构框架梁柱连接节点成为整个结构的最薄弱部位。从构件破坏来看，地震中构件的破坏主要是柱的破坏，与我国的抗震设计中“强柱弱梁”的设防目标严重不符。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种装配式梁柱连接节点，采用卡接和螺栓连接的方式，不用在现场进行大量焊接，节约了相应的人工、材料设备和时间成本，避免了焊接质量不高导致节点成为最薄弱位置的问题；同时使梁柱节点连接区域分成各个具有延性和耗能能力的功能模块，不仅实现了梁柱节点的装配化，而且能够保证节点连接区域具有足够的延性和耗能能力。地震发生时，能够保证节点塑性铰首先出现在梁端，确保梁先于柱破坏，实现抗震设计中“强柱弱梁”的设防目标，具有安装方便快捷、抗震性能良好的特点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种装配式梁柱连接节点，包括装配式翼缘耗能件1、装配式腹板耗能件2、装配式柱端支座3和装配式梁端支座4，其中，所述装配式翼缘耗能件1至少有两个，分别通过第二弧形卡口106卡接在装配式腹板耗能件2的上下端，所述装配式柱端支座3与型钢柱5的侧面通过螺栓连接，所述装配式梁端支座4与型钢梁6的端面通过螺栓连接，所述装配式腹板耗能件2的左右两端分别通过第一弧形卡口30与装配式柱端支座3和装配式梁端支座4卡接，所述装配式翼缘耗能件1的左右两端分别通过螺栓与装配式柱端支座3和装配式梁端支座4连接。
所述装配式腹板耗能件2包括两块两端成弧形的外腹板201、两块两角成弧形的中间连接板203及一块弹性材料202，两块所述中间连接板203对称布置于弹性材料202左右两侧，两块所述外腹板201压在两块所述中间连接板203的前后两侧，通过螺栓连接成整体，中间连接板203和弹性材料202从两块外腹板201的上下两端伸出，所述外腹板201两端的弧形与第一弧形卡口30匹配，例如，可具有相同形状和尺寸；所述中间连接板203和弹性材料202拼装成的整体在上下两端分别与第二弧形卡口106匹配，例如，可具有相同形状和尺寸。
所述装配式翼缘耗能件1包括第一盖板104、第二盖板105、狗骨式翼缘板101、平衡覆板102以及低屈服点耗能钢板103，所述狗骨式翼缘板101是带有对称弧形缺口的平板，中部前后两侧内凹，即沿垂直于装配式腹板耗能件2腹板的纵向截面积，从中央向左右两端增大，所述平衡覆板102有四块，低屈服点耗能钢板103有两块，两块低屈服点耗能钢板103分别布置在狗骨式翼缘板101的上下两面中间位置，每块低屈服点耗能钢板103的左右两端对称布置两块平衡覆板102，第一盖板104和第二盖板105分别位于狗骨式翼缘板101的上方和下方，通过螺栓连接所述第一盖板104、平衡覆板102、低屈服点耗能钢板103以及第二盖板105，第二盖板105的内表面朝向第一盖板104，所述第二弧形卡口106分别设置两个装配式翼缘耗能件1的第二盖板105的外表面上。
所述狗骨式翼缘板101在左右两端伸出第一盖板104和第二盖板105，分别通过螺栓与装配式柱端支座3和装配式梁端支座4连接。
所述第二盖板105包括底板1041和侧板1042，侧板1042焊接于底板1041长边两侧，第二弧形卡口106焊接于底板1041中部并平行于长边。
所述装配式柱端支座3包括槽钢301、第一夹板302以及第一弧形卡口30，所述第一夹板302焊接在槽钢301的翼缘下端，第一夹板302与槽钢301翼缘之间的宽度与狗骨式翼缘板101厚度相同，所述第一弧形卡口30设置在装配式柱端支座3的中部。
所述装配式梁端支座4包括工字钢401、第二夹板402、第三夹板403及第一弧形卡口30，所述第三夹板403垂直于工字钢401的翼缘和腹板，第三夹板403有两块，对称分布于工字钢401的腹板轴线两侧，焊接于工字钢401的腹板，两块第三夹板403之间的宽度等于工字钢401的厚度，所述第二夹板402焊接在工字钢401的翼缘下端，第二夹板402与工字钢401翼缘之间的宽度与狗骨式翼缘板101厚度相同，所述第一弧形卡口30设置在装配式梁端支座4的中部。
所述型钢柱5在节点连接区域附近设有加劲肋9。
所述第一弧形卡口30包括均与装配式腹板耗能件2的腹板平行的两块第一挡板304、两块第一弧缺板303及一块端头连接板305，两块第一挡板304和两块第一弧缺板303均关于端头连接板305对称布置，且第一弧缺板303位于端头连接板305与第一挡板304之间，所述第一弧缺板303的圆心角为60°～180°，即所述第一弧形卡口30的圆心角。
所述第二弧形卡口106包括两块第二挡板1061和一块第二弧缺板1062，第二弧缺板102焊接于底板1041中部，两块第二挡板1061对称焊接于第二弧缺板1062两侧，所述第二弧缺板1062的圆心角为30°，即所述第二弧形卡口106的圆心角。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明的卡接与螺栓连接方式不仅极大地方便了现场的施工作业，而且使节点区域同样具有优良的抗弯和抗剪能力，装配式腹板耗能件与装配式翼缘耗能件、装配式柱端支座、装配式梁端支座卡接连接，能进行微小转动，形成一个“铰”作用，能传递剪力，装配式翼缘耗能件中部具有弹性耗能材料，使装配式翼缘耗能件具有优良的减震耗能能力。
2.装配式翼缘耗能件中部内置的低屈服点耗能钢板能吸收部分地震作用，中部的狗骨式翼缘板作为梁端主要受力构件，在地震作用下，能保证梁端先屈服，满足强柱弱梁的抗震设防目标。
3.本发明由各个小的组成构件组成各个功能部件，再由各个功能部件主城梁柱连接节点，安装方便，连接牢固，各功能部件功能明确，具有稳定的工作性能。
附图说明
图1为实施例的梁柱连接节点的连接示意图。
图2为实施例的装配式翼缘耗能件爆炸图。
图3为实施例的第一盖板示意图。
图4为实施例的第二盖板爆炸图。
图5为实施例的装配式腹板耗能件爆炸图。
图6为实施例的装配式柱端支座示意图。
图7为实施例的装配式柱端支座爆炸图。
图8为实施例的装配式梁端支座爆炸图。
其中，1、装配式翼缘耗能件；2、装配式腹板耗能件；3、装配式柱端支座；4、装配式梁端支座；5、型钢柱；6、型钢梁；7、螺栓；8、螺栓孔；9、加劲肋；101、狗骨式翼缘板；102平衡覆板；103、低屈服点耗能钢板；104、第一盖板；105、第二盖板；1041、底板；1042、侧板；106、第二弧形卡口；201、外腹板；202、弹性材料；203、中间连接板；30、第一弧形卡口；301、槽钢；302、第一夹板；303、第一弧缺板；304、第一挡板；305、端头连接板；401、工字型钢；402、第二夹板；403、第三夹板；1061、第二挡板；1062、第二弧缺板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”“左”“右”“顶”“底”等指示的方位或位置是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”“第二”“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的原理在于：通过大量的震害分析，发现并不是结构的强度越大对抗震结构越有利。由于在强烈地震作用下，结构将进入弹塑性变形阶段，结构的刚度及自振特性发生了变化，结构的破坏并不取决于瞬时的作用力，而是取决结构的塑性变形能力和耗能能力。在强震作用下，结构能不能达到抗震的目标要求，主要决定于产生塑性变形部位的位置以及是否具有足够的延性。
基于上述目标，本发明一种装配式梁柱连接节点，如图1所示，包括装配式翼缘耗能件1、装配式腹板耗能件2、装配式柱端支座3和装配式梁端支座4，其中，装配式翼缘耗能件1至少有两个，分别通过第二弧形卡口106卡接在装配式腹板耗能件2的上下端，装配式柱端支座3与型钢柱5的右侧面通过螺栓7连接，装配式梁端支座4与型钢梁6的左端面通过螺栓7连接装配式腹板耗能件2的左端通过第一弧形卡口30与装配式柱端支座3右端卡接，装配式腹板耗能件2的右端通过第一弧形卡口30与装配式梁端支座4左端卡接，装配式翼缘耗能件1左端用螺栓7连接在装配式柱端支座3右侧，右端通过螺栓7连接在装配式梁端支座4左侧。
本实施例的型钢柱5在节点连接区域附近设有加劲肋9，以增强节点连接处柱端强度。这样的连接方式使节点连接区域可以产生微弱的转动，整个节点区域近似于一个“铰”，既保证了连接的可靠又使节点具有了一定的耗能能力。应当指出的是，上下两侧配置的装配式翼缘耗能件1的数量应当相等。
参考图2，本实施例中，装配式翼缘板耗能件1包括第一盖板104、下盖板105、平衡覆板102、低屈服点耗能钢板103、狗骨式翼缘板101，低屈服点耗能钢板103位于狗骨式翼缘板101中部截面积最窄部位，低屈服点耗能钢板103左右两侧分别放置一块平衡覆板102，平衡覆板102、低屈服点耗能钢板103在狗骨式翼缘板101上下两侧对称布置，第一盖板104与下盖板105拼接成空心方管，并用螺栓7与预留在平衡覆板102、低屈服点耗能钢板103及狗骨式翼缘板101上的螺栓孔8形成整体。狗骨式翼缘板101的中部的纵截面面积小于狗骨式翼缘板101两侧的纵截面面积，本实施例中的狗骨式翼缘板101中部内凹段为削弱段，未内凹的两侧为非削弱段。本实施例中的狗骨式翼缘板101的削弱段长度小于第一盖板104、下盖板105的长度。应指出的是狗骨式翼缘板101的截面削弱方式可以是截面呈阶梯状减小的方式。当地震发生时，在水平地震力的作用下，中部的低屈服点钢板先屈服耗能，随后狗骨式翼缘板101的中部削弱段屈服，进入塑性状态，非削弱段仍保持稳定。
参考图3，本实施例中，下盖板105包括底板1041、侧板1042，第二弧形卡口106长向平行于底板1041长边方向并焊接于底板1041中部，侧板1042焊接于底板1041长边两侧并与底板1041外边缘平齐。
参考图4，本实施例中，第二弧形卡口106包括第二挡板1061、第二弧缺板1062，第二弧缺板1062位于中部，两侧对称焊接挡板，形成第二弧形卡口106。第二挡板1061的高度大于第二弧缺板1062的高度，第二弧形卡口106圆心角应控制在60°～180°。
本实施例中，狗骨式翼缘板101两侧的平衡覆板102、低屈服点耗能钢板103可以避免狗骨式翼缘板101中部削弱段发生平面外失稳，同时在水平地震作用下，位于狗骨式翼缘板101中部上下两侧的耗能钢板率进入屈服，消耗部分地震作用。
参考图5，本实施例中，装配式腹板耗能件2包括外腹板201；弹性材料202、中间连接板203，弹性材料202布置于中部，两侧对称布置中间连接板203，两块外腹板201形成中空夹板，并与中间连接板203通过螺栓连接形成整体。外腹板201端部截面形状为弧形，圆心角应控制在60°～180°。圆心角太小腹板容易滑出，圆心角太大会造成安装困难，并且削弱腹板高度，使腹板承载能力降低。因此圆心角过大或过小都会影响梁柱节点连接区域发挥作用。
本实施例中，应当指出的是第一弧形卡口30与第二弧形卡口106也可以是模具一体成型的方式。
参考图6、图7，装配式柱端支座3包括槽钢301、第一夹板302以及第一弧形卡口30，第一夹板302焊接在槽钢301的翼缘下端，第一夹板302与槽钢301翼缘之间的宽度与狗骨式翼缘板101厚度相同，第一弧形卡口30设置在装配式柱端支座3的中部。
参考图7，第一弧形卡口30包括均与外腹板201平行的两块第一挡板304、两块第一弧缺板303及一块端头连接板305，两块第一挡板304和两块第一弧缺板303均关于端头连接板305对称布置，且第一弧缺板303位于端头连接板305与第一挡板304之间，第一弧缺板303的圆心角为60°～180°，即第一弧形卡口30的圆心角。
参考图8，装配式梁端支座4包括工字钢401、第二夹板402、第三夹板403及第一弧形卡口30，第三夹板403垂直于工字钢401的翼缘和腹板，第三夹板403有两块，对称分布于工字钢401的腹板轴线两侧，焊接于工字钢401的腹板，形成与型钢梁6连接的槽口，两块第三夹板403之间的宽度等于工字钢401的厚度，第二夹板402焊接在工字钢401的翼缘下端，形成与装配式翼缘耗能件1连接的槽口，第二夹板402与工字钢401翼缘之间的宽度与狗骨式翼缘板101厚度相同，第一弧形卡口30垂直焊接在工字钢401腹板中部。
综上，本实施例通过在钢柱5与钢梁6间设置装配式柱端支座3、装配式梁端支座4，用装配式翼缘耗能件1、装配式腹板耗能件2连接。在地震时，装配式翼缘耗能件1能承受弯矩，并具有一定的耗能能力，装配式腹板耗能件2能承受剪力，并具有一定的耗能能力。装配式腹板耗能件2与装配式柱端支座3、装配式梁端支座4及配式翼缘耗能件1通过第一弧形卡口、第二弧形卡口卡接，具备一定的转动能力，在地震作用时能保证塑性铰首先出现在梁端，避免柱先于梁破坏。型钢柱5与装配式柱端支座3采用螺栓8连接，型钢梁6与装配式梁端支座4采用螺栓7和螺栓孔8连接，即保证了安装的方便快捷，又便于震后维修更换。
即，在地震时，耗能件保持弹性，整个节点区域近似于一个“铰”的作用，使梁端先于柱产生塑性铰，率先进入屈服。两者共同保证了“强柱弱梁，强节点弱构件”的设计目标，降低结构损失，实现多级设防，连接方便，施工现场高效，便于震后维修更换。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种装配式梁柱连接节点，包括装配式翼缘耗能件(1)、装配式腹板耗能件(2)、装配式柱端支座(3)和装配式梁端支座(4)，其中，所述装配式翼缘耗能件(1)至少有两个，分别通过第二弧形卡口(106)卡接在装配式腹板耗能件(2)的上下端，所述装配式柱端支座(3)与型钢柱(5)的侧面通过螺栓连接，所述装配式梁端支座(4)与型钢梁(6)的端面通过螺栓连接，所述装配式腹板耗能件(2)的左右两端分别通过第一弧形卡口(30)与装配式柱端支座(3)和装配式梁端支座(4)卡接，所述装配式翼缘耗能件(1)的左右两端分别通过螺栓与装配式柱端支座(3)和装配式梁端支座(4)连接，其特征在于，所述装配式腹板耗能件(2)包括两块两端成弧形的外腹板(201)、两块两角成弧形的中间连接板(203)及一块弹性材料(202)，两块所述中间连接板(203)对称布置于弹性材料(202)左右两侧，两块所述外腹板(201)压在两块所述中间连接板(203)的前后两侧，通过螺栓连接成整体，中间连接板(203)和弹性材料(202)从两块外腹板(201)的上下两端伸出，所述外腹板(201)两端的弧形与第一弧形卡口(30)匹配，所述中间连接板(203)和弹性材料(202)在上下两端分别与第二弧形卡口(106)匹配。
2.根据权利要求1所述装配式梁柱连接节点，其特征在于，所述装配式翼缘耗能件(1)包括第一盖板(104)、第二盖板(105)、狗骨式翼缘板(101)、平衡覆板(102)以及低屈服点耗能钢板(103)，所述狗骨式翼缘板(101)是带有对称弧形缺口的平板，中部前后两侧内凹，即沿垂直于装配式腹板耗能件(2)腹板的纵向截面积，从中央向左右两端增大，所述平衡覆板(102)有四块，低屈服点耗能钢板(103)有两块，两块低屈服点耗能钢板(103)分别布置在狗骨式翼缘板(101)的上下两面中间位置，每块低屈服点耗能钢板(103)的左右两端对称布置两块平衡覆板(102)，第一盖板(104)和第二盖板(105)分别位于狗骨式翼缘板(101)的上方和下方，通过螺栓连接所述第一盖板(104)、平衡覆板(102)、低屈服点耗能钢板(103)以及第二盖板(105)，第二盖板(105)的内表面朝向第一盖板(104)，所述第二弧形卡口(106)分别设置在两个装配式翼缘耗能件(1)的第二盖板(105)的外表面上。
3.根据权利要求2所述装配式梁柱连接节点，其特征在于，所述狗骨式翼缘板(101)在左右两端伸出第一盖板(104)和第二盖板(105)，分别通过螺栓与装配式柱端支座(3)和装配式梁端支座(4)连接。
4.根据权利要求2所述装配式梁柱连接节点，其特征在于，所述第二盖板(105)包括底板(1041)和侧板(1042)，侧板(1042)焊接于底板(1041)长边两侧，第二弧形卡口(106)焊接于底板(1041)中部并平行于长边。
5.根据权利要求2所述装配式梁柱连接节点，其特征在于，所述装配式柱端支座(3)包括槽钢(301)、第一夹板(302)以及第一弧形卡口(30)，所述第一夹板(302)焊接在槽钢(301)的翼缘下端，第一夹板(302)与槽钢(301)翼缘之间的宽度与狗骨式翼缘板(101)厚度相同，所述第一弧形卡口(30)设置在装配式柱端支座(3)的中部。
6.根据权利要求2所述装配式梁柱连接节点，其特征在于，所述装配式梁端支座(4)包括工字钢(401)、第二夹板(402)、第三夹板(403)及第一弧形卡口(30)，所述第三夹板(403)垂直于工字钢(401)的翼缘和腹板，第三夹板(403)有两块，对称分布于工字钢(401)的腹板轴线两侧，焊接于工字钢(401)的腹板，两块第三夹板(403)之间的宽度等于工字钢(401)的厚度，所述第二夹板(402)焊接在工字钢(401)的翼缘下端，第二夹板(402)与工字钢(401)翼缘之间的宽度与狗骨式翼缘板(101)厚度相同，所述第一弧形卡口(30)设置在装配式梁端支座(4)的中部。
7.根据权利要求1所述装配式梁柱连接节点，其特征在于，所述型钢柱(5)在节点连接区域附近设有加劲肋(9)。
8.根据权利要求1-7任一项所述装配式梁柱连接节点，其特征在于，所述第一弧形卡口(30)包括均与装配式腹板耗能件(2)的腹板平行的两块第一挡板(304)、两块第一弧缺板(303)及一块端头连接板(305)，两块第一挡板(304)和两块第一弧缺板(303)均关于端头连接板(305)对称布置，且第一弧缺板(303)位于端头连接板(305)与第一挡板(304)之间，所述第一弧缺板(303)的圆心角为60°～180°，即所述第一弧形卡口(30)的圆心角。
9.根据权利要求1-7任一项所述装配式梁柱连接节点，其特征在于，所述第二弧形卡口(106)包括两块第二挡板(1061)和一块第二弧缺板(1062)，第二弧缺板(102)焊接于底板(1041)中部，两块第二挡板(1061)对称焊接于第二弧缺板(1062)两侧，所述第二弧缺板(1062)的圆心角为30°，即所述第二弧形卡口(106)的圆心角。
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