CN110273482A - 一种箱形柱连接节点结构及装配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种箱形柱连接节点结构及装配方法，利用短梁段和中间拼接板完成箱形柱和H型梁之间的连接，通过在箱形柱的空腔结构内焊接横隔板，从而有效加强了箱形柱外部连接点的强度，防止箱形柱侧壁变形；然后利用腹板的上下两端分别焊接有一个翼缘板形成的短梁段与箱形柱外侧焊接连接；通过翼缘拼接板和腹板连接板形成的中间拼接板完成H型梁与箱形柱的连接，翼缘拼接板上设有条形阻尼孔，地震荷载作用下利用翼缘拼接板上的条形阻尼孔屈曲来耗散能量，从而保护结构的主要构件，同时，震后可以采用更换阻尼器的方式将短梁段与H型梁重新用螺栓连接，结构简单，方便快捷。

Description

一种箱形柱连接节点结构及装配方法
技术领域
本发明属于建筑工程领域，涉及一种箱形柱连接节点结构及装配方法。
背景技术
装配式建筑是建筑业转型升级的必由之路。带悬臂梁段的树状柱拼接节 点可以加快现场梁柱节点的安装，但是传统树状柱拼接节点采用等强拼接， 在地震荷载作用下无法实现梁上塑性铰外移，不易满足“强节点弱构件”的 抗震设计要求，梁柱节点破坏后震后修复工作难以进行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种箱形柱连接节点结构及装配方法，以克服现 有技术的不足。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种箱形柱连接节点结构，包括箱形柱、短梁段、H型梁及中间拼接板； 箱形柱内部为空腔结构，箱形柱的空腔结构内焊接有横隔板，横隔板的最大 面所在平面与箱形柱侧面垂直；
短梁段包括翼缘板和腹板，腹板的上下两端分别焊接有一个翼缘板，翼 缘板最大面所在平面与与腹板最大面所在平面垂直；短梁段的一端与箱形柱 外侧焊接连接；
H型梁包括梁翼缘和梁腹板；梁腹板上下两端分别焊接有一个梁翼缘， 梁翼缘最大面所在平面与与梁腹板最大面所在平面垂直；
中间拼接板包括翼缘拼接板和腹板连接板，翼缘拼接板上设有条形阻尼 孔；H型梁一端与短梁段的另一端对其，翼缘板与梁翼缘通过翼缘拼接板固 定连接；腹板与腹板通过连接板固定连接。
进一步的，条形阻尼孔沿翼缘拼接板最大面长度方向设置。
进一步的，翼缘拼接板分别与翼缘板和梁翼缘通过螺栓连接。
进一步的，连接板于腹板和腹板通过螺栓连接。
进一步的，翼缘拼接板分别与翼缘板和梁翼缘通过多个螺栓连接，翼缘 拼接板与翼缘板和梁翼缘连接的多个螺栓呈两列横向排列，连接板与腹板和 腹板通过多个螺栓连接，连接板与腹板和腹板连接的多个螺栓呈单列或多列 纵向排列。
进一步的，腹板和腹板两侧分别固定有一个连接板。
进一步的，横隔板采用电渣压力焊的方法焊于箱形柱内；横隔板的厚度 大于翼缘板的厚度。
进一步的，箱形柱内设有两块横隔板；腹板上端的翼缘板上表面与其中 一个横隔板上表面平齐，腹板下端的翼缘板下表面与其中另一个横隔板下表 面平齐。
进一步的，翼缘板与箱形柱接触一端端部采用变截面结构；翼缘板与箱 形柱1接触一端端部与箱形柱外边缘平齐，翼缘板与梁翼缘接触一端的宽度 与梁翼缘宽度一致，梁翼缘宽度小于箱形柱外边宽度。
一种箱形柱连接节点结构的装配方法，包括以下步骤：
步骤1)、采用电渣压力焊方法将横隔板焊于箱形柱空腔结构内；
步骤2)、制备短梁段：在梁腹板上下两端分别焊接一个将翼缘板组成短 梁段，在翼缘板及腹板上预留螺栓孔；
步骤3)、将制备得到的短梁段与箱形柱的翼缘采用焊缝连接，使腹板上 端的翼缘板上表面与其中一个横隔板上表面平齐，腹板下端的翼缘板下表面 与其中另一个横隔板下表面平齐；
步骤4)、将H型梁的翼缘板与短梁段翼缘板通过拼接板和螺栓固定连接； 将H型梁的腹板与短梁段腹板通过连接板和螺栓固定连接，即可完成箱形柱 连接节点结构的装配。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明一种箱形柱连接节点结构，利用短梁段和中间拼接板完成箱形柱 和H型梁之间的连接，通过在箱形柱的空腔结构内焊接横隔板，从而有效加 强了箱形柱外部连接点的强度，防止箱形柱侧壁变形；然后利用腹板的上下 两端分别焊接有一个翼缘板形成的短梁段与箱形柱外侧焊接连接；通过翼缘 拼接板和腹板连接板形成的中间拼接板完成H型梁与箱形柱的连接，翼缘拼 接板上设有条形阻尼孔，地震荷载作用下利用翼缘拼接板上的条形阻尼孔屈 曲来耗散能量，从而保护结构的主要构件，同时，震后可以采用更换阻尼器 的方式将短梁段与H型梁重新用螺栓连接，结构简单，方便快捷。
进一步的，翼缘板采用变截面结构设计，利用拼接板中间设置多条条形 阻尼孔形成阻尼器结构，地震荷载作用下可以利用阻尼器屈曲来耗散能量， 增强梁翼缘连接处的强度，从而保护结构的主要构件。
一种箱形柱连接节点结构装配方法，通过将短梁段和箱形柱在工厂完成 加工进行预制，从而加快施工速度，并保证工程质量，然后运输到现场通过 全螺栓连接的方式将短梁段与H型梁相连，完成装配，形成带阻尼器的树状 柱连接节点相连，梁柱连接方便，实用性好，在地震荷载作用下可以利用阻 尼器屈曲来耗散能量，从而保护结构的主要构件，同时，震后可以采用更换 阻尼器的方式将短梁段与H型梁重新用螺栓连接，方便快捷，该节点便于工 厂加工、现场安装及震后修复，具有良好的经济效益。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为预制短梁段示意图。
图3为短梁段安装结构示意图。
图4为横隔板安装结构示意图。
图5为箱形柱连接节点结构的破坏测试结构示意图。
图6为箱形柱连接节点结构荷载-位移滞回曲线图。
其中，1、箱形柱；2、翼缘板；3、腹板；4、梁翼缘；5、梁腹板；6、 翼缘拼接板；7、腹板连接板；8、螺栓；9、横隔板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
如图1至图4所示，一种箱形柱连接节点结构，包括箱形柱1、短梁段、 H型梁及中间拼接板；箱形柱1内部为空腔结构，箱形柱1的空腔结构内焊 接有横隔板9，横隔板9的最大面所在平面与箱形柱1侧面垂直；
短梁段包括翼缘板2和腹板3，腹板3的上下两端分别焊接有一个翼缘 板2，翼缘板2最大面所在平面与与腹板3最大面所在平面垂直；短梁段的 一端与箱形柱1外侧焊接连接；
H型梁包括梁翼缘4和梁腹板5；梁腹板5上下两端分别焊接有一个梁翼 缘4，梁翼缘4最大面所在平面与与梁腹板5最大面所在平面垂直；
中间拼接板包括翼缘拼接板6和腹板连接板7，翼缘拼接板6上设有条 形阻尼孔，条形阻尼孔沿翼缘拼接板6最大面长度方向设置；H型梁一端与 短梁段的另一端对其，翼缘板2与梁翼缘4通过翼缘拼接板6固定连接，翼 缘拼接板6分别与翼缘板2和梁翼缘4通过螺栓连接；腹板5与腹板3通过 连接板7固定连接，连接板7于腹板5和腹板3通过螺栓连接；
腹板5和腹板3两侧分别固定有一个连接板7，确保腹板5和腹板3连 接的稳定性；
翼缘拼接板6分别与翼缘板2和梁翼缘4通过多个螺栓8连接，翼缘拼 接板6与翼缘板2和梁翼缘4连接的多个螺栓8呈两列横向排列，连接板7 与腹板5和腹板3通过多个螺栓8连接，连接板7与腹板5和腹板3连接的 多个螺栓8呈单列或多列纵向排列；
其中，横隔板9采用电渣压力焊的方法焊于箱形柱1内；横隔板(9)的 厚度大于翼缘板(2)的厚度，本申请具体实施中，横隔板9的厚度比翼缘板 2的厚度大2毫米，箱形柱1内设有两块横隔板9；腹板3上端的翼缘板2 上表面与其中一个横隔板9上表面平齐，腹板3下端的翼缘板2下表面与其 中另一个横隔板9下表面平齐；
短梁段的翼缘2及腹板3与箱形柱1采用焊缝连接；
翼缘板与箱形柱1接触一端端部采用变截面结构；翼缘板与箱形柱1接 触一端端部与箱形柱外边缘平齐，翼缘板与梁翼缘4接触一端的宽度与梁翼 缘4宽度一致，梁翼缘4宽度小于箱形柱外边宽度；翼缘板采用变截面结构 设计，利用拼接板6中间设置多条条形阻尼孔形成阻尼器结构，地震荷载作 用下可以利用阻尼器屈曲来耗散能量，增强梁翼缘4连接处的强度，从而保 护结构的主要构件。
上述一种箱形柱连接节点结构装配方法，包括以下步骤：
步骤一、采用电渣压力焊的方法将横隔板9焊于箱形柱1的节点处，上 下两块横隔板的上表面和下表面分别和短梁段上下翼缘板的上表面和下表面 对齐。
步骤二、将上下翼缘板2及梁腹板3焊接组成短梁段，短梁段上下翼缘 板2采用端部翼缘扩大型，扩大翼缘的外边缘与箱形柱外边缘平齐，拼接处 短梁段翼缘板2及腹板3上预留螺栓孔；
步骤三、将短梁段的翼缘2及腹板3与箱形柱1的翼缘采用焊缝连接， 上下翼缘板2端部扩大翼缘的外边缘与箱形柱1外边缘平齐。
步骤四、制作拼接板件，包括两块上下翼缘拼接板6和两块腹板连接板 7，拼接板6中间设置多条条形孔，形成阻尼器结构，翼缘拼接板6和腹板连 接板7上预留螺栓孔，拼接板6上的中间螺栓间距适当增加。
步骤五、H型梁为热轧H型钢，在H型梁的翼缘4及腹板5上预留螺栓 孔。
步骤六、H型梁的上下翼缘板4与短梁段上下翼缘板2各采用一块带条 状阻尼器的拼接板6通过预留螺栓孔采用多个高强度螺栓8拼接；H型梁的 腹板5与短梁段腹板3采用两块连接板7通过预留螺栓孔采用多个高强度螺 栓8拼接，完成装配。
本发明一种箱形柱连接节点结构装配方法的步骤一至步骤五均可以在工 厂完成加工，从而加快施工速度，并保证工程质量。然后运输到现场通过全 螺栓连接的方式将短梁段与H型梁相连，完成装配，形成带阻尼器的树状柱 连接节点相连，梁柱连接方便，实用性好。在地震荷载作用下可以利用阻尼 器屈曲来耗散能量，从而保护结构的主要构件，同时，震后可以采用更换阻 尼器的方式将短梁段与H型梁重新用螺栓连接，方便快捷。该节点便于工厂 加工、现场安装及震后修复，具有良好的经济效益。
上面对本专利的较佳实施例作了详细描述，是为了便于该技术领域的技 术人员能理解和应用本发明钢框架梁柱节点。但是本专利并不限于上述实施 方式，熟悉本领域的技术人员在其知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨 的前提下做出各种变化。
下面对本发明的带阻尼器的树状柱连接节点的破坏模式和抗震性能进行 说明。
运用有限元软件ABAQUS对本发明的带阻尼器的树状柱连接节点在循环 荷载作用下的力学性能进行模拟分析，钢梁、柱截面分别取为 HN400×200×8×12和HN300×300×10×10，均采用国标Q235钢材。钢柱高 度为3000mm，短梁段长度为650mm，H型梁长度为2000mm。翼缘拼接板中 间排螺栓间距取300mm，条形孔长度为200mm，宽度为10mm，在拼接板中 部沿宽度方向均匀布置4个，条形孔末端为圆弧过渡。从4层结构原型中提 取第三层边柱的内力，根据PKPM-钢结构-工具箱模块按等强连接试算的结果 来确定螺栓数量，上、下翼缘板的拼接各需要螺栓16颗，腹板的拼接需要螺 栓8颗，采用10.9级高强度螺栓摩擦型连接，在有限元中考虑其预拉力和表 面接触作用。首先施加螺栓预紧力，然后施加柱顶轴力，最后施加以层间位 移角控制的梁端循环荷载。有限元分析结果如下。
(1)破坏模式。带阻尼器的树状柱连接节点的破坏示意图如图5所示。 在循环荷载作用下，当加载至层间位移角约为0.04rad时，阻尼器开条形孔 处出现明显屈曲变形，该处有明显的应力集中，钢梁柱上的应力幅值较小， 可见本发明节点可以较好地实现梁上塑性铰外移，破坏集中在阻尼器上，从 而保护钢梁柱主要构件，满足“强节点弱构件”的抗震设计要求。且在震后 可采取更换阻尼器的方式重新进行螺栓拼接，便于震后修复，经济效益好。
(2)节点的抗震性能。图6为箱形柱连接节点结构荷载-位移滞回曲线 图，由图6可知，本发明树状柱连接节点的荷载-位移滞回曲线呈饱满的梭形， 无明显捏缩现象，加载至层间位移角为0.04rad时，节点的承载力稍有下降， 说明该节点的耗能能力良好，具有较强的抗震性能。

Claims (10)

1.一种箱形柱连接节点结构，其特征在于，包括箱形柱(1)、短梁段、H型梁及中间拼接板；箱形柱(1)内部为空腔结构，箱形柱(1)的空腔结构内焊接有横隔板(9)，横隔板(9)的最大面所在平面与箱形柱(1)侧面垂直；
短梁段包括翼缘板(2)和腹板(3)，腹板(3)的上下两端分别焊接有一个翼缘板(2)，翼缘板(2)最大面所在平面与与腹板(3)最大面所在平面垂直；短梁段的一端与箱形柱(1)外侧焊接连接；
H型梁包括梁翼缘(4)和梁腹板(5)；梁腹板(5)上下两端分别焊接有一个梁翼缘(4)，梁翼缘(4)最大面所在平面与与梁腹板(5)最大面所在平面垂直；
中间拼接板包括翼缘拼接板(6)和腹板连接板(7)，翼缘拼接板(6)上设有条形阻尼孔；H型梁一端与短梁段的另一端对其，翼缘板(2)与梁翼缘(4)通过翼缘拼接板(6)固定连接；腹板(5)与腹板(3)通过连接板(7)固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种箱形柱连接节点结构，其特征在于，条形阻尼孔沿翼缘拼接板(6)最大面长度方向设置。
3.根据权利要求1所述的一种箱形柱连接节点结构，其特征在于，翼缘拼接板(6)分别与翼缘板(2)和梁翼缘(4)通过螺栓(8)连接。
4.根据权利要求1所述的一种箱形柱连接节点结构，其特征在于，连接板(7)于腹板(5)和腹板(3)通过螺栓连接。
5.根据权利要求1或3所述的一种箱形柱连接节点结构，其特征在于，翼缘拼接板(6)分别与翼缘板(2)和梁翼缘(4)通过多个螺栓(8)连接，翼缘拼接板(6)与翼缘板(2)和梁翼缘(4)连接的多个螺栓(8)呈两列横向排列，连接板(7)与腹板(5)和腹板(3)通过多个螺栓(8)连接，连接板(7)与腹板(5)和腹板(3)连接的多个螺栓(8)呈单列或多列纵向排列。
6.根据权利要求1所述的一种箱形柱连接节点结构，其特征在于，腹板(5)和腹板(3)两侧分别固定有一个连接板(7)。
7.根据权利要求1所述的一种箱形柱连接节点结构，其特征在于，横隔板(9)采用电渣压力焊的方法焊于箱形柱(1)内；横隔板(9)的厚度大于翼缘板(2)的厚度。
8.根据权利要求1所述的一种箱形柱连接节点结构，其特征在于，箱形柱(1)内设有两块横隔板(9)；腹板(3)上端的翼缘板(2)上表面与其中一个横隔板(9)上表面平齐，腹板(3)下端的翼缘板(2)下表面与其中另一个横隔板(9)下表面平齐。
9.根据权利要求1所述的一种箱形柱连接节点结构，其特征在于，翼缘板与箱形柱(1)接触一端端部采用变截面结构；翼缘板与箱形柱1接触一端端部与箱形柱外边缘平齐，翼缘板与梁翼缘(4)接触一端的宽度与梁翼缘(4)宽度一致，梁翼缘(4)宽度小于箱形柱外边宽度。
10.一种基于权利要求1所述的一种箱形柱连接节点结构的装配方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)、采用电渣压力焊方法将横隔板焊于箱形柱空腔结构内；
步骤2)、制备短梁段：在梁腹板上下两端分别焊接一个将翼缘板组成短梁段，在翼缘板及腹板上预留螺栓孔；
步骤3)、将制备得到的短梁段与箱形柱的翼缘采用焊缝连接，使腹板上端的翼缘板上表面与其中一个横隔板上表面平齐，腹板下端的翼缘板下表面与其中另一个横隔板下表面平齐；
步骤4)、将H型梁的翼缘板与短梁段翼缘板通过拼接板和螺栓固定连接；将H型梁的腹板与短梁段腹板通过连接板和螺栓固定连接，即可完成箱形柱连接节点结构的装配。
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