CN110847360B - 一种直接扩翼型抗剪切钢框架节点 - Google Patents

一种直接扩翼型抗剪切钢框架节点 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种新型直接扩翼型抗剪切钢框架节点，包括钢柱、钢梁，钢柱、钢梁连接处的节点域内设有钢管，钢管位于钢柱内，并与钢柱腹板固定接触，钢柱腹板的上部、下部分别设有上水平加劲肋、下水平加劲肋，钢管置于上水平加劲肋、下水平加劲肋之间；所述钢管的外周设有4个斜向支撑钢管，4个斜向支撑钢管的一端与钢管固定，另一端分别固定于上水平加劲肋与钢柱翼缘的两个角、下水平加劲肋与钢柱翼缘的两个角。通过本发明，梁、柱都是采用型钢，节点域中采用的钢管、斜向支撑钢管，实现现场施工“无水、无火、无尘”的三无标准，减少了火灾等危害事故的发生。

Description

一种直接扩翼型抗剪切钢框架节点
技术领域
本发明涉及一种抗剪切钢框架节点， 属于土木工程技术领域，尤其涉及一种直接扩翼型抗剪切钢框架节点。
背景技术
由于钢结构具有质轻、高强、延性好等优点，在建筑行业中应用广泛。1994年的美国北岭地震和1995年的日本阪神地震震害显示：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-△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，导致局部乃至整体倒塌。造成该现象的原因是当时的节点处没有添加任何加强措施，截面抵抗承载力设计的梁柱节点在梁上基本没有产生明显的塑性铰，大多数还是在梁柱焊缝处发生了脆性断裂，反而形成了“强构件弱节点”的现象。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，直接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广泛使用。同时，在钢框架中，梁柱连接节点中由柱两侧翼缘和上下水平加劲肋包围的区域称为节点域（如图1所示），节点域主要作用是传递梁柱之间力和弯矩，使得节点域成为受力比较复杂的的区域。节点域变形主要是剪切变形，由于周边剪力和弯矩的作用，节点域主要承受剪力作用，节点域变形如图2所示。国内外针对节点加强做了很多实验和研究，其方法是在钢框架梁柱交接处设置加强板，通过加强板对梁端翼缘的加强作用使塑性铰在加强板末端与梁翼缘处形成，从而远离节点域，达到保护节点，防止节点发生脆性破坏的目的。因此，如何提高节点域的受力性能，使节点具备耗散能力强、延性好和更好的塑性铰外移能力，得到了国内外学者很多关注。
发明内容
本发明提出了一种直接扩翼型抗剪切钢框架节点，其目的在于在确保“强节点、弱构件”的抗震设计原则下，提高节点域的强度、刚度、延性等受力性能，从而提高结构的承载能力和抗震性能。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种直接扩翼型抗剪切钢框架节点，包括钢柱、钢梁，其特征是：所述钢柱、钢梁连接处的节点域内设有钢管，钢管位于钢柱内，并与钢柱的钢柱腹板固定接触，钢柱腹板的上部、下部分别设有上水平加劲肋、下水平加劲肋，钢管置于上水平加劲肋、下水平加劲肋之间；
所述钢管的外周设有4个斜向支撑钢管，4个斜向支撑钢管的一端与钢管固定，另一端分别固定于上水平加劲肋与钢柱翼缘的两个角、下水平加劲肋与钢柱翼缘的两个角；
与钢柱相连接的钢梁的上翼缘、下翼缘上均设置扩翼加强段、过渡段，扩翼加强段、过渡段为一体化形成；钢梁端扩翼加强段长度为钢梁宽的0.50~0.70倍；所述过渡段的形状为凹弧形，过渡段凹弧长度为钢梁高的0.30~0.40倍。
所述钢管外直径为钢柱腹板高的0.50~0.70倍。
所述钢柱、钢梁均依据《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。
所述钢柱、钢梁所用的钢材为Q235热轧H型钢。
所述钢管、斜向支撑钢管设计遵循《结构用无缝钢管》GB8162-2008。
所述钢柱腹板和钢管采用坡口焊焊接。
本发明结构科学合理，通过本发明，本发明的目的是针对钢框架在地震作用下存在的节点易发生脆性断裂破坏和其它方式的破坏及梁柱端塑性铰延性不足等问题。为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种直接扩翼型抗剪切钢框架节点，本发明包括普通钢梁、普通钢柱、钢管、斜向支撑钢管组成；所述的普通钢梁、普通钢柱为采用《钢结构设计标准》GB50017-2017设计的梁和柱；钢管、斜向支撑钢管设计遵循《结构用无缝钢管》GB8162-2008。
有益效果,与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）钢结构体系中，梁柱节点是最普通的节点，其中节点域的强度、刚度、延性对结构的抗震性能起着重要的作用。节点域以受剪为主，在遭遇大震时，合理的节点域设计，将使其进入塑性状态，以有效地提高节点域抗剪承载力，最大程度地消耗地震作用。
（2）钢框架梁端采用直接扩翼型节点使得塑性铰先在梁上产生，并远离梁端部，从而避免在梁柱节点焊缝处过早产生裂缝而发生脆断破坏，使梁端塑性变形的位置出现并扩展，以达到“强柱弱梁”、“强节点弱构件”的设计宗旨。
（3）本发明梁、柱都是采用型钢，节点域中采用的钢管、斜向支撑钢管，实现现场施工“无水、无火、无尘”的三无标准，减少了火灾等危害事故的发生。本发明在构件拆除时，可以高效的回收利用，减少了建筑垃圾，真正的实现了绿色环保的理念，是一种绿色的、可持续发展的钢结构体系。
附图说明
图1是节点域受力示意图。
图2是节点域变形图。
图3是本发明的框架平面图。
图4是图3边节点处型钢图。
图5是图3中节点处型钢图。
图6是图3中A-A位置处的截面图。
图7是图3中B-B位置处的截面图。
图8是图3边节点处型钢平面图。
图9是图3边节点处型钢平面图。
图中：1钢柱、1-1钢柱腹板、1-2钢柱翼缘、2钢梁、3钢管、4-1上水平加劲肋、4-2下水平加劲肋、5斜向支撑钢管、6扩翼加强段、7过渡段。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
一种直接扩翼型抗剪切钢框架节点，包括钢柱1、钢梁2，在钢柱1、钢梁2连接处的节点域内设置钢管3，钢管3位于钢柱1内，并与钢柱1的钢柱腹板1-1固定接触，钢柱腹板1-1的上部、下部分别设置有上水平加劲肋4-1、下水平加劲肋4-2，钢管3置于上水平加劲肋4-1、下水平加劲肋4-2之间。
在钢管3的外周设置4个斜向支撑钢管5，4个斜向支撑钢管5的一端与钢管3固定，另一端分别固定于上水平加劲肋4-1与钢柱翼缘1-2的两个角、下水平加劲肋4-2与钢柱翼缘1-2的两个角。
钢梁2端扩翼加强段6长度设为l a，钢梁2宽设为b f，过渡段7凹弧长度设为l b，钢梁2高设为h b，钢管3外直径设为R，钢柱腹板1-1高设为h w ，则：
与钢柱1相连接的钢梁2的上翼缘、下翼缘上均设置扩翼加强段6、过渡段7，扩翼加强段6、过渡段7为一体化形成；钢梁2端扩翼加强段6长度l a为钢梁2宽b f的0.50~0.70倍；所述过渡段7的形状为凹弧形，过渡段7凹弧长度l b为钢梁2高h b的0.30~0.40倍。
进一步的，钢管3外直径R为钢柱腹板1-1高h w 的0.50~0.70倍。钢柱1、钢梁2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。钢柱1、钢梁2所用的钢材为Q235热轧H型钢。钢管3、斜向支撑钢管5设计遵循《结构用无缝钢管》GB8162-2008。钢柱腹板1-1和钢管3采用坡口焊焊接。
如图4所示，本发明由钢柱1、钢梁2、钢管3、斜向支撑钢管5组成。图3中的钢梁2和钢柱1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》（JGJ99-2015）、《钢结构设计规范》（GB 50017-2017）设计，钢材为Q235热轧H型钢；钢管、斜向支撑钢管设计遵循《结构用无缝钢管》GB8162-2008。其各部位的截面如图6和图7所示。采用这种方法设计的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，其框架的整体强度和延性会大大提高。
结合图4、图5和图8,如图所示，钢柱腹板1-1和钢管3采用坡口焊焊接。对于钢管3外直径R=（0.50~0.70）h w ，t为钢管壁厚，斜向支撑钢管5尺寸任意，h w 为钢柱腹板1-1高；R、t取值取决于《结构用无缝钢管》GB8162-2008和h w 值。
结合图4、图5和图8,直接扩翼型梁端采用坡口焊焊接。对于梁端扩翼加强段6长度l a，假设钢梁2宽为b f，则扩翼加强段6长度取l a=（0.50~0.70）b f；对于梁端扩翼过渡段7凹弧长度l b，假设钢梁2高为h b，则扩翼过渡段7长度取l b=（0.30~0.40）h b；对于梁端扩翼加强段6宽度c，假设钢梁2宽为b f，则扩翼加强段6宽度取c=（0.15~0.25）b f。
本文中所描述的具体实施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做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，如改变打孔形状等，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。
尽管本文较多地使用了直接扩翼型梁端、扩翼加强段、扩翼过渡段等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (6)

1.一种直接扩翼型抗剪切钢框架节点，包括钢柱（1）、钢梁（2），其特征是：所述钢柱（1）、钢梁（2）连接处的节点域内设有钢管（3），钢管（3）位于钢柱（1）内，并与钢柱（1）的钢柱腹板（1-1）固定接触，钢柱腹板（1-1）的上部、下部分别设有上水平加劲肋（4-1）、下水平加劲肋（4-2），钢管（3）置于上水平加劲肋（4-1）、下水平加劲肋（4-2）之间；
所述钢管（3）的外周设有4个斜向支撑钢管（5），4个斜向支撑钢管（5）的一端与钢管（3）固定，另一端分别固定于上水平加劲肋（4-1）与钢柱翼缘（1-2）的两个角、下水平加劲肋（4-2）与钢柱翼缘（1-2）的两个角；
与钢柱（1）相连接的钢梁（2）的上翼缘、下翼缘上均设置扩翼加强段（6）、过渡段（7），扩翼加强段（6）、过渡段（7）为一体化形成；钢梁（2）端扩翼加强段（6）长度为钢梁（2）宽的0.50~0.70倍；所述过渡段（7）的形状为凹弧形，过渡段（7）凹弧长度为钢梁（2）高的0.30~0.40倍。
2.根据权利要求1所述的一种直接扩翼型抗剪切钢框架节点，其特征是：所述钢管（3）外直径为钢柱腹板（1-1）高的0.50~0.70倍。
3.根据权利要求1所述的一种直接扩翼型抗剪切钢框架节点，其特征是：所述钢柱（1）、钢梁（2）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。
4.根据权利要求1所述的一种直接扩翼型抗剪切钢框架节点，其特征是：所述钢柱（1）、钢梁（2）所用的钢材为Q235热轧H型钢。
5.根据权利要求1所述的一种直接扩翼型抗剪切钢框架节点，其特征是：所述钢管（3）、斜向支撑钢管（5）设计遵循《结构用无缝钢管》GB8162-2008。
6.根据权利要求1所述的一种直接扩翼型抗剪切钢框架节点，其特征是：所述钢柱腹板（1-1）和钢管（3）采用坡口焊焊接。
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