CN110952666A - 一种装配式高延性高强钢梁柱刚性连接节点 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种装配式高延性高强钢梁柱刚性连接节点，包括H形截面柱、悬臂梁段和中间梁段，H形截面柱和悬臂梁段连接，悬臂梁段的上下翼缘与中间梁段上下翼缘之间用锥形削弱型盖板连接。本发明的一种装配式高延性高强钢梁柱刚性连接节点。本发明带悬臂梁段的H形钢柱可在工厂加工制作完成，悬臂梁段与柱翼缘通过翼缘加强板焊接形成一预制构件，然后与中间梁段通过全螺栓连接，一方面焊缝质量能够得到有效控制；另一方面可大大提升施工效率。与传统削弱型节点相比，钢梁的塑性变形主要集中在锥形削弱型盖板和角钢抗剪连接件上，有利于实现损伤控制思想，将节点的塑性变形控制在特定的可更换组件，确保梁柱等主体高强钢构件在地震中保持弹性，从而在震后的修复中只需更换破坏的组件即可。

Description

一种装配式高延性高强钢梁柱刚性连接节点
技术领域
本发明属于装配式钢结构体系的梁柱节点技术领域，具体涉及一种装配式高延性高强钢梁柱刚性连接节点。
背景技术
1994年美国北岭地震和1995年日本阪神地震中，原本认为延性高，抗震性能好的钢结构建筑并未表现出预期的抗震能力。两次地震中大量钢结构建筑的梁柱刚性连接节点发生了脆性断裂，直接导致了结构的严重破坏甚至倒塌，造成了巨大的人员伤亡和财产损失。仅我国5·12汶川大地震就造成约6.9万人遇难，逾37万人受伤，直接经济损失8451亿元人民币。因此，加强抗震减灾措施的采用是一项迫在眉睫的工作。
为解决梁柱连接节点在地震作用下的脆性破坏问题，实现“强节点、弱构件”的设计思想，一般通过两条途径改善梁柱节点的抗震性能：一是通过对梁翼缘的局部削弱(削弱型节点)使梁柱连接区域焊缝附近的破坏位置外移；二是不削弱梁截面，而是在连接区域局部加强(加强型节点)实现塑性铰外移，提高节点延性。然而当前相关新型抗震节点研究虽可有效实现塑性铰外移并达到保护梁柱节点的目的，但仍存在难以控制耗能和震后不可修复的缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供了一种装配式高延性高强钢梁柱刚性连接节点，解决高强钢结构延性需求，以及现有钢结构梁柱连接节点中存在的构造形式复杂的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种装配式高延性高强钢梁柱刚性连接节点，包括H形截面柱、悬臂梁段和中间梁段，H形截面柱和悬臂梁段连接，悬臂梁段的上下翼缘与中间梁段上下翼缘之间用锥形削弱型盖板连接。
本发明的特点还在于，
H形截面柱一侧的翼缘焊接有水平向的两个梁端翼缘加强板、焊接有竖向的两个剪切板，两个梁端翼缘加强板之间的间距等于悬臂梁段的高度；两个剪切板之间的间距等于悬臂梁段中间腹板的厚度，悬臂梁段的腹板插接在两个剪切板之间，采用穿过剪切板和悬臂梁段腹板的高强螺栓将悬臂梁段与H形截面柱固定连接，悬臂梁段的上下翼缘与梁端翼缘加强板焊接。
H形截面柱上下翼缘之间焊接有两个柱腹板加劲肋。
锥形削弱型盖板设置于悬臂梁段的上下翼缘或中间梁段的上下翼缘表面、利用高强螺栓将悬臂梁段的上下翼缘或中间梁段的上下翼缘与锥形削弱型盖连接。
悬臂梁段的腹板与中间梁段腹板用角钢抗剪连接件连接。
角钢抗剪连接件为L形，角钢抗剪连接件的一肢用高强螺栓连接在中间梁段的腹板上，角钢抗剪连接件的另一肢与另外一个连接在悬臂梁段角钢抗剪连接件的一肢用高强螺栓连接，形成T形组合截面。
悬臂梁段和中间梁段的上下翼缘连接处设置有比锥形削弱型盖板厚厚1～2mm的垫块，垫块位于锥形削弱型盖板的中间削弱处，在锥形削弱型盖板和垫块的表面还设置有防屈曲盖板，防屈曲盖板通过依次穿过防屈曲盖板、垫块、悬臂梁段或中间梁段的高强螺栓将悬臂梁段和中间梁段加固连接。
垫块两端有长圆孔a，防屈曲盖板上设有长圆孔b，长圆孔a与长圆孔b位置相对应，对应长圆孔a处的悬臂梁段或中间梁段翼缘上还设置有相应通孔，高强螺栓依次穿过长圆孔b、长圆孔a和通孔将悬臂梁段和中间梁段连接。
防屈曲盖板为普通钢，锥形削弱型盖板为普通钢，角钢抗剪连接件采用普通钢，垫块采用普通钢。
本发明的有益效果是，
本发明与传统梁翼缘加强型节点相比，带悬臂梁段的H形钢柱可在工厂加工制作完成，悬臂梁段与柱翼缘通过翼缘加强板焊接形成一预制构件，然后与中间梁段通过全螺栓连接，一方面焊缝质量能够得到有效控制；另一方面可大大提升施工效率。与传统削弱型节点相比，钢梁的塑性变形主要集中在采用普通钢制作的锥形削弱型盖板和角钢抗剪连接件上，有利于实现损伤控制思想，将节点的塑性变形控制在特定的可更换组件，确保梁柱等主体高强钢构件在地震中保持弹性，从而在震后的修复中只需更换破坏的组件即可。此外，锥形削弱盖板比锥形削弱梁翼缘更便于工厂化加工，实现标准化生产。采用防屈曲盖板可有效避免锥形盖板过早受压屈曲，使得滞回曲线捏拢而导致耗能能力降低。总之，盖板锥形削弱型高强钢梁柱节点充分利用了高强钢卓越的高弹性变形能力，既融合了传统新型抗震节点承载力高、抗震性能好的优点，又具有震后可快速恢复功能的显著特征，符合我国可持续发展的要求，因而具有广阔的发展应用前景。
附图说明
图1是本发明一种装配式高延性高强钢梁柱刚性连接节点结构示意图；
图中，1.H形截面柱；2.柱腹板加劲肋；3.梁端翼缘加强板；4.剪切板；5.高强螺栓；6.防屈曲盖板；7.锥形削弱型盖板；8.垫块；9.角钢抗剪连接件；10.悬臂梁段；11.中间梁段。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明的一种装配式高延性高强钢梁柱刚性连接节点结构如图1所示，包括H形截面柱1、悬臂梁段10和中间梁段11，H形截面柱1和悬臂梁段10连接，悬臂梁段10的上下翼缘与中间梁段11上下翼缘之间用锥形削弱型盖板7连接。
悬臂梁段10和中间梁段11为结构相同的工字梁。
H形截面柱1一侧的翼缘焊接有水平向的两个梁端翼缘加强板3、焊接有竖向的两个剪切板4，两个梁端翼缘加强板3之间的间距等于悬臂梁段10的高度；两个剪切板4之间的间距等于悬臂梁段10中间腹板的厚度，悬臂梁段10的腹板插接在两个剪切板4之间，采用穿过剪切板4和悬臂梁段10腹板的高强螺栓将悬臂梁段10与H形截面柱1固定连接，悬臂梁段10的上下翼缘与梁端翼缘加强板3焊接。
H形截面柱1上下翼缘之间焊接有两个柱腹板加劲肋2。
锥形削弱型盖板7设置于悬臂梁段10的上下翼缘或中间梁段11的上下翼缘表面、利用高强螺栓将悬臂梁段10的上下翼缘或中间梁段11的上下翼缘与锥形削弱型盖板7连接。
悬臂梁段10的腹板与中间梁段11腹板用角钢抗剪连接件9连接。
角钢抗剪连接件9为L形，角钢抗剪连接件9的一肢用高强螺栓5连接在中间梁段11的腹板上，角钢抗剪连接件9的另一肢与另外一个连接在悬臂梁段10角钢抗剪连接件9的一肢用高强螺栓5连接，形成T形组合截面。
悬臂梁段10和中间梁段11的上下翼缘连接处设置有比锥形削弱型盖板7厚厚1～2mm的垫块8，垫块8位于锥形削弱型盖板7的中间削弱处，在锥形削弱型盖板7和垫块8的表面还设置有带长圆孔的防屈曲盖板6，防屈曲盖板6通过依次穿过防屈曲盖板6、垫块8、悬臂梁段10或中间梁段11的高强螺栓5将悬臂梁段10和中间梁段11加固连接。
垫块8两端有长圆孔a，防屈曲盖板6上设有长圆孔b，长圆孔a与长圆孔b位置相对应，对应长圆孔a处的悬臂梁段10或中间梁段11翼缘上还设置有相应通孔，高强螺栓5依次穿过长圆孔b、长圆孔a和通孔将悬臂梁段10和中间梁段11连接。
防屈曲盖板6为普通钢，锥形削弱型盖板7为普通钢，角钢抗剪连接件9采用普通钢，垫块8采用普通钢。
本发明的一种装配式高延性高强钢梁柱刚性连接节点的装配方式如下：
在工厂里，H形钢柱1的侧壁焊接剪切板4，将悬臂梁段的腹板插进两个剪切板4之间，再在悬臂梁段的上下翼缘表面分别焊接梁端翼缘加强板3，梁端翼缘加强板3与H形钢柱1的连接处也采用焊缝连接，由此构成预制件。
将预制构件运至装配现场，再通过高强螺栓加固悬臂梁段的腹板与剪切板；然后通过高强螺栓分别将角钢抗剪连接件、垫块、防屈曲盖板与悬臂梁段或中间梁段连接；一方面焊缝质量能够得到有效控制；另一方面可大大提升施工效率。与传统削弱型节点相比，钢梁的塑性变形主要集中在采用普通钢制作的锥形削弱型盖板和角钢抗剪连接件上，有利于实现损伤控制思想，将节点的塑性变形控制在特定的可更换组件，确保梁柱等主体高强钢构件在地震中保持弹性，从而在震后的修复中只需更换破坏的组件即可。此外，锥形削弱盖板比锥形削弱梁翼缘更便于工厂化加工，实现标准化生产。采用防屈曲盖板可有效避免锥形盖板过早受压屈曲，使得滞回曲线捏拢而导致耗能能力降低。总之，装配式高耗能高强钢梁柱刚性连接节点充分利用了高强钢卓越的高弹性变形能力，既融合了传统新型抗震节点承载力高、抗震性能好的优点，又具有震后可快速恢复功能的显著特征，符合我国可持续发展的要求，因而具有广阔的发展应用前景。
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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种装配式高延性高强钢梁柱刚性连接节点，其特征在于，包括H形截面柱(1)、悬臂梁段(10)和中间梁段(11)，所述H形截面柱(1)和悬臂梁段(10)连接，所述悬臂梁段(10)的上下翼缘与所述中间梁段(11)上下翼缘之间用锥形削弱型盖板(7)连接。
2.根据权利要求1所述的一种装配式高延性高强钢梁柱刚性连接节点，其特征在于，所述H形截面柱(1)一侧的翼缘焊接有水平向的两个梁端翼缘加强板(3)、焊接有竖向的两个剪切板(4)，两个所述梁端翼缘加强板(3)之间的间距等于悬臂梁段(10)的高度；两个所述剪切板(4)之间的间距等于悬臂梁段(10)中间腹板的厚度，所述悬臂梁段(10)的腹板插接在两个剪切板(4)之间，采用穿过剪切板(4)和悬臂梁段(10)腹板的高强螺栓将悬臂梁段(10)与H形截面柱(1)固定连接，所述悬臂梁段(10)的上下翼缘与所述梁端翼缘加强板(3)焊接。
3.根据权利要求1所述的一种装配式高延性高强钢梁柱刚性连接节点，其特征在于，所述H形截面柱(1)上下翼缘之间焊接有两个柱腹板加劲肋(2)。
4.根据权利要求1所述的一种装配式高延性高强钢梁柱刚性连接节点，其特征在于，所述锥形削弱型盖板(7)设置于悬臂梁段(10)的上下翼缘或中间梁段(11)的上下翼缘表面、利用高强螺栓将悬臂梁段(10)的上下翼缘或中间梁段(11)的上下翼缘与锥形削弱型盖板(7)连接。
5.根据权利要求1所述的一种装配式高延性高强钢梁柱刚性连接节点，其特征在于，所述悬臂梁段(10)的腹板与所述中间梁段(11)腹板用角钢抗剪连接件(9)连接。
6.根据权利要求5所述的一种装配式高延性高强钢梁柱刚性连接节点，其特征在于，所述角钢抗剪连接件(9)为L形，所述角钢抗剪连接件(9)的一肢用高强螺栓(5)连接在中间梁段(11)的腹板上，所述角钢抗剪连接件(9)的另一肢与另外一个连接在悬臂梁段(10)角钢抗剪连接件(9)的一肢用高强螺栓(5)连接，形成T形组合截面。
7.根据权利要求1所述的一种装配式高延性高强钢梁柱刚性连接节点，其特征在于，所述悬臂梁段(10)和中间梁段(11)的上下翼缘连接处设置有比锥形削弱型盖板(7)厚1～2mm的垫块(8)，所述垫块(8)位于锥形削弱型盖板(7)的中间削弱处，在所述锥形削弱型盖板(7)和所述垫块(8)的表面还设置有防屈曲盖板(6)，所述防屈曲盖板(6)通过依次穿过防屈曲盖板(6)、垫块(8)、悬臂梁段(10)或中间梁段(11)的高强螺栓(5)将悬臂梁段(10)和中间梁段(11)加固连接。
8.根据权利要求7所述的一种装配式高延性高强钢梁柱刚性连接节点，其特征在于，所述垫块(8)两端有长圆孔a，所述防屈曲盖板(6)上设有长圆孔b，所述长圆孔a与长圆孔b位置相对应，对应所述长圆孔a处的悬臂梁段(10)或中间梁段(11)翼缘上还设置有相应通孔，所述高强螺栓(5)依次穿过长圆孔b、长圆孔a和所述通孔将悬臂梁段(10)和中间梁段(11)连接。
9.根据权利要求1所述的一种装配式高延性高强钢梁柱刚性连接节点，其特征在于，所述防屈曲盖板(6)为普通钢，所述锥形削弱型盖板(7)为普通钢，所述角钢抗剪连接件(9)采用普通钢，所述垫块(8)采用普通钢。
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