CN110306662A - 一种自复位低损伤腹板摩擦耗能梁柱节点 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自复位低损伤腹板摩擦耗能梁柱节点,包括框架柱、框架梁、梁柱连接横板、垫板和靴梁板,框架柱和框架梁的截面均为H形,包括中间的腹板及两侧的翼缘,框架梁为断开式,左右梁段分别位于框架柱的左方及右方,框架柱与框架梁的翼缘之间设有垫板,垫板设有供梁柱连接横板穿过的连接孔,梁柱连接横板端部与框架柱的翼缘焊接,与框架梁的腹板通过摩擦型螺栓滑动连接,梁柱连接横板与框架梁的腹板接触面之间设有摩擦板。本技术方案的柱贯通、梁分段式结构可以有效提高节点的塑性转动能力,框架梁在中大震下产生适当摇摆,梁柱之间产生适当摩擦以消耗地震能量,防止主体结构由于地震产生较大的塑性损伤,也方便震后修复。
Description
技术领域
本发明属于钢结构梁柱节点技术领域,具体涉及一种适用于对抗震耗能有较高要求的自复位低损伤腹板摩擦耗能梁柱节点。
背景技术
梁柱节点是钢框架结构体系的重要组成部分,需要较大的塑性转动能力以避免结构的脆性破坏。为了提高梁柱节点的塑性转动能力,其消能减震设计成为了钢结构设计中的关键问题之一。强震作用下整体结构通过在梁端产生塑性铰,塑性铰就是一个结构构件在受力时出现某一点相对面的纤维屈服但未破坏,则认为此点为一塑性铰,这样一个构件就变成了两个构件加一个塑性铰,塑性铰两边的构件都能做微转动。现如今的梁柱节点大多采用螺栓或焊接达到节点固接,此种连接方法使得梁柱节点缺乏塑性转动能力,会使得主体在强地震过程中结构损伤过大,且震后残余变形较大,很难修复,将会产生较大的经济损失。
发明内容
针对以上不足,本发明提供了一种自复位低损伤腹板摩擦耗能梁柱节点,可以有效提高节点的塑性转动能力,提高节点的耗能能力,防止主体结构由于地震产生较大的塑性损伤,梁柱在小震下固定连接,中大震下可产生适当摇摆,实现大震下低损伤,也方便震后修复。
本发明的技术方案为:
一种自复位低损伤腹板摩擦耗能梁柱节点,包括框架柱、框架梁、梁柱连接横板、垫板和靴梁板,所述框架柱和框架梁的截面均为H形,包括中间的腹板及两侧的翼缘,所述框架梁为断开式,左右梁段分别位于框架柱的左方及右方,且左右梁段与框架柱的连接呈镜像对称,框架柱的翼缘与框架梁之间设有垫板,所述垫板的一面紧贴框架柱的翼缘外表面,另一面紧贴框架梁的端面;
所述垫板设有供梁柱连接横板穿过的连接孔,所述梁柱连接横板横向穿过连接孔,端部与框架柱的翼缘焊接,梁柱连接横板与框架梁的腹板通过摩擦型螺栓滑动连接,梁柱连接横板与框架梁的腹板接触面之间设有摩擦板;
所述靴梁板对称设置于框架梁的翼缘和垫板夹角处,靴梁板的两相邻边分别与框架梁的翼缘外侧面和垫板的外表面焊接固定,所述框架柱的翼缘和垫板连接处对称设置有用于连接二者的复位螺栓,所述复位螺栓自由端以螺母锁定,复位螺栓杆外套有弹性元件,所述弹性元件的一端抵住垫板,另一端抵住螺母。
还包括盖板,所述盖板设置于梁柱连接横板与框架梁的腹板接触处的梁柱连接横板外表面,所述盖板与梁柱连接横板的接触面之间也设有摩擦板。
还包括横向连接框架柱两翼缘的加劲肋。
所述摩擦板为硬质合金钢板。
所述弹性元件为碟簧或螺旋弹簧或橡胶弹簧或环形弹簧或以上的组合。
当所述弹性元件为碟簧时,碟簧在工作负荷范围内为线性弹性伸缩。
本发明的技术方案中,采用纵向贯通的框架柱和横向分段的框架梁,左右梁段与框架柱采用梁柱连接横板连接,梁柱连接横板端部与框架柱焊接,与左右梁段的腹板采用摩擦型螺栓滑动连接,此种连接方式使梁柱连接横板与框架柱成为一个整体,与左右梁段之间则为摩擦型连接,梁柱节点在小震下仍保持固定连接,在中大震下,左右梁段可产生适当的前后左右摇摆,梁柱之间产生适当摩擦以消耗地震能量,使得主体结构在地震过程中保持相对稳定,降低主体结构损伤。
梁柱连接横板与框架梁之间设有摩擦板,摩擦板采用硬质合金钢等高硬度钢材料制成,这样可以提高摩擦节点滞回耗能的稳定性,同时减小摩擦面的磨损以及长时间的接触造成接触面材料相互侵蚀的问题。当梁柱节点受到较大的侧向地震荷载时,轻微的摩擦损伤仅发生在摩擦板上,摩擦节点可以有效地限制主体框架梁柱的内力,使得主体结构处于弹性阶段。在震后修复中,如果摩擦板产生磨损,则仅更换摩擦板即可,或者更换松动的摩擦型螺栓,即可恢复到震前的连接强度,修复方便快捷,经济高效。
靴梁板的两相邻边分别与框架梁翼缘和垫板焊接固定,使得框架梁和垫板成为一个整体,在框架梁产生摇摆时,带动垫板一同摇摆。垫板与框架柱翼缘通过复位螺栓和弹性元件连接,弹性元件的一端抵住垫板,另一端抵住锁紧螺母。当垫板产生摇摆时,可通过弹性元件实现自动复位,减少强震下结构的残余位移,提高梁柱节点的抗震能力。
本发明的自复位全装配式摩擦耗能钢框架梁柱节点,采用全螺栓连接,实现全装配式施工,大大提高了现场的施工效率,减少结构的施工时间,提升施工经济效益。另一方面,全螺栓连接可避免钢结构构件之间的现场焊接操作,而现场焊接质量由于场地、环境限制,质量往往难以保障,全装配式的螺栓连接可以大幅提升钢结构的现场施工质量,使高质量的梁柱节点现场施工得以保障。
附图说明
图1为本发明的自复位低损伤腹板摩擦耗能梁柱节点正视图;
图2为本发明的自复位低损伤腹板摩擦耗能梁柱节点俯视图;
图3为本发明的自复位低损伤腹板摩擦耗能梁柱节点右视图;
图4为图1沿A-A线剖视图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明,以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
参考图1-图4,本发明的自复位低损伤腹板摩擦耗能梁柱节点,包括纵向的框架柱10、横向的框架梁20、梁柱连接横板21、垫板11和靴梁板22,框架柱10和框架梁20的截面均为H形,包括中间的腹板及两侧的翼缘。框架梁20为断开式,左右梁段分别位于框架柱10的左翼缘左方及右翼缘右方,且左右梁段与框架柱10的连接呈镜像对称,因此图1仅示出了右梁段与框架柱10的连接。框架梁20与框架柱10的翼缘之间设有垫板11,垫板11的一面紧贴框架柱10的翼缘外表面,另一面紧贴框架梁20的端面。
垫板11设有供梁柱连接横板21穿过的连接孔,梁柱连接横板21横向穿过连接孔,端部与框架柱10的翼缘焊接,梁柱连接横板21与框架梁20的腹板通过摩擦型螺栓23滑动连接,梁柱连接横板21与框架梁20的腹板接触面之间设有摩擦板24。此种连接方式下,梁柱连接横板21与框架柱10成为一个整体,梁柱连接横板21与框架梁20之间形成摩擦型连接。
当发生小型地震时,本发明的梁柱节点仍能保持稳定连接。当中大型地震发生时,左右分段的框架梁20由于摩擦型螺栓23的滑动连接而产生适度摇摆,梁柱之间相对摩擦运动以消耗地震所产生的能量,使得主体结构在地震过程中相对保持稳定,降低主体结构受到的损伤。摩擦型梁柱节点通过较小的损伤来实现节点的摩擦耗能,可有效地提高节点的延性,减小节点的损伤,同时有效控制结构构件的内力,避免主体结构出现塑性损伤。
梁柱连接横板21与框架梁20的腹板接触面之间设有摩擦板24,摩擦板24采用高硬度钢材料制成,如硬制合金钢,降低反复摩擦导致的磨损程度。摩擦板24可以提高摩擦节点滞回耗能的稳定性,同时减小摩擦面的磨损,以及长时间的接触造成接触面材料相互侵蚀的问题。当梁柱节点受到较大的侧向地震荷载时,轻微的摩擦损伤仅发生在摩擦板24上,摩擦节点可以有效地限制主体框架梁柱的内力,使得主体结构处于弹性阶段。在震后修复中,如果摩擦板24产生磨损,则仅更换摩擦板24即可,或者更换松动的摩擦型螺栓23,即可恢复到震前的连接强度,修复简单快捷,经济高效。
靴梁板22对称设置于框架梁20的翼缘和垫板11夹角处,靴梁板22的两相邻边分别与框架梁20的翼缘外侧面和垫板11的外表面焊接固定,使框架梁20和垫板11成为一个整体。当框架梁20因为地震而产生前后左右摇摆时,带动垫板11一同轻微转动,且垫板11的转动为刚性转动,可以通过调节靴梁板22或垫板11的厚度,使柱脚在转动时靴梁板22不得发生屈曲等变形或破坏。
框架柱10的翼缘和垫板11连接处对称设置有用于连接二者的复位螺栓12,复位螺栓12为普通螺栓,其自由端以螺母13锁定,复位螺栓12杆外套有弹性元件14,弹性元件14的一端抵住垫板11,另一端抵住螺母13。当垫板11产生转动位移时,弹性元件14可实现垫板11及与之固接的框架梁20的自动复位,减小强震下结构的残余位移。弹性元件14为碟簧、螺旋弹簧、橡胶弹簧、环形弹簧当中的一种或两种以上的组合,当弹性元件14为碟簧时,应选用适当弹性系数的碟簧,使其在工作负荷范围内为线性弹性伸缩,即所受荷载与变形呈线性关系,将外加载荷去除后,碟簧的变形可全部恢复,没有残余变形,以保柱脚能完全复位。
为了防止摇摆时梁柱连接横板11产生磨损,本发明的梁柱节点还设有盖板25,盖板25左右对称设置于梁柱连接横板21与框架梁20的腹板接触处的梁柱连接横板21外表面,盖板25与梁柱连接横板21的接触面之间也设有摩擦板24,安装时,高强度摩擦型螺栓23依次穿过盖板25、摩擦板24、梁柱连接横板21、摩擦板24和框架梁20的腹板。为了加强梁柱节点的牢固度,框架柱10上还设有横向连接两翼缘的加劲肋15,加劲肋15设于框架柱10与垫板11接触段的上、中、下三处,三处加劲肋15的间隔相等,防止板件在较强外力作用下发生屈曲变形。
本发明的钢框架梁柱节点适用于地震环境下的避震减震,此种结构使梁柱节点在小震下仍保持固定连接,在中大震下,当梁柱节点在达到其转动的临界弯矩时,梁截面不进入塑性,摩擦节点在受到侧向地震荷载时能够顺利转动,从而达到梁的摇摆效果,然后通过弹性元件实现自动复位,有效提高节点的塑性转动能力,提高节点的耗能能力,防止主体结构由于地震产生较大的塑性损伤。
本发明的自复位低损伤腹板摩擦耗能梁柱节点,采用全螺栓连接,实现全装配式施工,大大提高了现场的施工效率,减少结构的施工时间,提升施工经济效益。另一方面,全螺栓连接可避免钢结构构件之间的现场焊接操作,而现场焊接质量由于场地、环境限制,质量往往难以保障,全装配式的螺栓连接可以大幅提升钢结构的现场施工质量,使高质量的梁柱节点现场施工得以保障。
以上公开的仅为本发明的实施例,但是,本发明并非局限于此,任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种自复位低损伤腹板摩擦耗能梁柱节点,其特征在于,包括框架柱(10)、框架梁(20)、梁柱连接横板(21)、垫板(11)和靴梁板(22),所述框架柱(10)和框架梁(20)的截面均为H形,包括中间的腹板及两侧的翼缘,所述框架梁(20)为断开式,左右梁段分别位于框架柱(10)的左方及右方,且左右梁段与框架柱(10)的连接呈镜像对称,框架柱(10)的翼缘与框架梁(20)之间设有垫板(11),所述垫板(11)的一面紧贴框架柱(10)的翼缘外表面,另一面紧贴框架梁(20)的端面;
所述垫板(11)设有供梁柱连接横板(21)穿过的连接孔,所述梁柱连接横板(21)横向穿过连接孔,端部与框架柱(10)的翼缘焊接,梁柱连接横板(21)与框架梁(20)的腹板通过摩擦型螺栓(23)滑动连接,梁柱连接横板(21)与框架梁(20)的腹板接触面之间设有摩擦板(24);
所述靴梁板(22)对称设置于框架梁(20)的翼缘和垫板(11)夹角处,靴梁板(22)的两相邻边分别与框架梁(20)的翼缘外侧面和垫板(11)的外表面焊接固定,所述框架柱(10)的翼缘和垫板(11)连接处对称设置有用于连接二者的复位螺栓(12),所述复位螺栓(12)自由端以螺母(13)锁定,复位螺栓(12)杆外套有弹性元件(14),所述弹性元件(14)的一端抵住垫板(11),另一端抵住螺母(13)。
2.根据权利要求1所述的自复位低损伤腹板摩擦耗能梁柱节点,其特征在于,还包括盖板(25),所述盖板(25)设置于梁柱连接横板(21)与框架梁(20)的腹板接触处的梁柱连接横板(21)外表面,所述盖板(25)与梁柱连接横板(21)的接触面之间也设有摩擦板(24)。
3.根据权利要求1所述的自复位低损伤腹板摩擦耗能梁柱节点,其特征在于,还包括横向连接框架柱(10)两翼缘的加劲肋(15),所述加劲肋(15)设于框架柱(10)与垫板(11)接触段的上、中、下三处,三处加劲肋(15)的间隔相等。
4.根据权利要求1所述的自复位低损伤腹板摩擦耗能梁柱节点,其特征在于,所述摩擦板(24)为硬质合金钢板。
5.根据权利要求1所述的自复位低损伤腹板摩擦耗能梁柱节点,其特征在于,所述弹性元件(14)为碟簧或螺旋弹簧或橡胶弹簧或环形弹簧或以上的组合。
6.根据权利要求7所述的自复位低损伤腹板摩擦耗能梁柱节点,其特征在于,当所述弹性元件(14)为碟簧时,碟簧在工作负荷范围内为线性弹性伸缩。
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