CN110984375A - 一种自复位钢框架梁柱节点结构及制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种自复位钢框架梁柱节点结构及制作方法，涉及抗震结构技术领域，该自复位钢框架梁柱节点结构包括：方形钢管柱、钢支托、钢梁结构、若干复位连接件、若干耗能连接件。其中，方形钢管柱具有两两相对设置的四个侧面；钢支托固定在方形钢管柱的侧面上；钢梁结构包括有一钢梁，钢梁至少在靠近方形钢管柱的一端固定有节点板，所述节点板置于所述钢支托上。钢梁结构通过复位连接件和耗能连接件安装于方形钢管柱的侧面上，每一个钢梁结构配有一个钢支托。本申请的技术方案制造成本低、且结构的制作难度和施工难度较低。

Description

一种自复位钢框架梁柱节点结构及制作方法
技术领域
本发明涉及抗震结构技术领域，尤其涉及一种自复位钢框架梁柱节点结构及制作方法。
背景技术
目前对于自复位结构的体系，广泛使用的是锚固在钢梁两端的预应力钢绞线的结构体系，从而使得整个结构具有自复位的功能。例如，中国专利CN108867851A公开了一种具有自复位功能的角钢耗能式圆钢管混凝土柱-钢梁连接节点，包括圆钢管混凝土柱、找平构件、第一耗能角钢、H型钢梁、第二耗能角钢及无粘结预应力钢绞线；找平构件扣合固定于圆钢管混凝土柱的侧面，第一耗能角钢的一侧与H型钢梁上翼缘的上表面相连接，第一耗能角钢的另一侧固定于找平构件上；第二耗能角钢的一侧固定于H型钢梁下翼缘的下表面上，第二耗能角钢的另一侧固定于找平构件上，H型钢梁的腹板上设置有横向加劲肋，无粘结预应力钢绞线依次穿过横向加劲肋、找平构件及圆钢管混凝土柱，通过无粘结预应力钢绞线将H型钢梁与圆钢管混凝土柱压紧。
但该体系具有以下几点缺陷：一方面锚具和预应力钢绞线等材料的价格普遍较贵，使得整个结构体系造价增加；另一方面，一旦锚具质量不过关，在受力时失效，就会导致预应力钢绞线失去作用，导致整个结构体系破坏。另外，预应力钢绞线在拉力作用下，随着使用时间的增长，会出现松弛现象，从而导致钢框架的自复位能力下降。在施工难度方面，预应力钢绞线施工需要张拉等操作，对施工机械及施工环境有较高的要求，会影响施工的效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，针对上述现有技术的缺陷，提出一种自复位钢框架梁柱节点结构及制作方法。
该自复位钢框架梁柱节点结构包括：
方形钢管柱，所述方形钢管柱具有两两相对设置的四个侧面；
钢支托，所述钢支托固定在方形钢管柱的侧面上；
钢梁结构，所述钢梁结构包括有一钢梁，所述钢梁至少在靠近方形钢管柱的一端固定有节点板，所述节点板置于所述钢支托上；
若干复位连接件，所述复位连接件包括：钢芯棒、弹性构件、第一螺母；所述钢芯棒的中间部分穿设在方形钢管柱和位于方形钢管柱侧面上的节点板上，其两端均安装有弹性构件、第一螺母；所述第一螺母从外侧装入，使处于内侧的弹性构件处于压缩状态；
若干耗能连接件，所述耗能连接件包括：软钢芯棒、第二螺母；软钢芯棒的中间部分穿设在方形钢管柱和位于方形钢管柱侧面上的节点板上，其两端均安装有第二螺母。
进一步地，钢梁结构成对设置，且一对钢梁结构设置在方形钢管柱相对侧面上；复位连接件的钢芯棒和耗能连接件的软钢芯棒同时穿过位于方形钢管柱相对侧面上的两钢梁结构的节点板。
进一步地，所述钢梁为工字形钢梁。
进一步地，所述钢梁结构还包括设置于工字形钢梁与节点板之间的加强肋板；所述加强肋板设置在工字形钢梁的上下两侧，且呈直角三角形，其中一条直角边与工字形钢梁焊接在一起，另一直角边与节点板焊接在一起。
进一步地，每一对钢梁结构对应有4个复位连接件和4个耗能连接件，其中，4个复位连接件设置在靠近节点板中间的位置，2个耗能连接件设置在靠近节点板上端的位置，2个耗能连接件设置在靠近节点板下端的位置。
进一步地，第一螺母和第二螺母配有螺栓垫片。
进一步地，复位连接件的弹性构件为碟形弹簧。
进一步地，所述钢支托的侧面为L形，其包括：用于固定在方形钢管柱上的板状固定部、用于向上托住钢梁结构的板状承托部，以及设置于板状固定部与板状承托部之间的板状加强部。
进一步地，所述方形钢管柱为内部浇筑有混凝土的组合钢管柱。
另一方面，本申请还提出了一种自复位钢框架梁柱节点结构的制作方法，所述制作方法用于制作上述的自复位钢框架梁柱节点结构，其包括步骤：
步骤1、在方形钢管柱和节点板对应的位置上加工供复位连接件的钢芯棒和耗能连接件的软钢芯棒穿过的安装孔，并在侧面上固定钢支托；
步骤2、焊接钢梁与节点板以制作钢梁结构；
步骤3、将步骤1中制作好的方形钢管柱竖直安装到指定位置，并将步骤2中制作的钢梁结构吊装至方形钢管柱上的钢支托上；
步骤4、安装复位连接件和耗能连接件。
在本申请中，耗能连接件可用于在地震时变形，从而耗散能量并且大大降低残余变形，避免在钢梁端点处产生塑性铰。而复位连接件在承受节点弯矩的同时，利用弹性构件的弹性形变，以达到自复位的效果。本申请的技术方案至少具有如下技术效果：第一、本申请中涉及的复位连接件与耗能连接件成本相对较低；第二、无需设置预应力锚具；第三、随着时间的增长，复位连接件不会出现松弛；第四、结构的制作难度和施工难度较低。
此外，复位连接件与耗能连接件均可进行更换，使用后无需更换整体装置，在震后可快速恢复其功能，继续投入使用，大大降低了自复位装置的成本。
附图说明
图1是本发明实施例中自复位钢框架梁柱节点结构的结构示意图。
图2是本发明实施例中自复位钢框架梁柱节点结构的另一结构示意图。
图3是图2在A向上的视图。
图4是本发明实施例中复位连接件的结构示意图。
图5是本发明实施例中耗能连接件的结构示意图。
图6是本发明实施例中自复位钢框架梁柱节点结构在制作过程中的方形钢管柱与钢支托的示意图。
图7是本发明实施例中自复位钢框架梁柱节点结构在制作过程中的另一示意图。
图8是本发明实施例中自复位钢框架梁柱节点结构的制作方法的流程图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本发明的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本发明的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，省略了对已知功能和构造的描述。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
参考图1，该自复位钢框架梁柱节点结构包括：方形钢管柱10、钢支托20、钢梁结构30、若干复位连接件40、若干耗能连接件50。
其中，方形钢管柱10具有两两相对设置的四个侧面11；钢支托20固定在方形钢管柱10的侧面11上；钢梁结构30设置于方形钢管柱10的侧面。钢梁结构30包括有一钢梁31，钢梁31至少在靠近方形钢管柱10的一端固定有节点板32，所述节点板32置于所述钢支托20上。钢支托20和钢梁结构30安装于方形钢管柱10的侧面上，每一个钢梁结构30配有一个钢支托20。
参考图5，耗能连接件50包括：软钢芯棒51、第二螺母52；软钢芯棒51的中间部分穿设在方形钢管柱10和位于方形钢管柱10侧面11上的节点板32上，其两端均安装有第二螺母52。软钢芯棒51在地震作用下受拉形变，从而耗散能量并且大大降低残余变形，避免在钢梁端点处塑性铰。
在本申请实施例中，软钢芯棒51由低碳钢制作而成，因屈服强度低，故又称软钢。
参考图4，复位连接件40包括：钢芯棒41、弹性构件42、第一螺母43；所述钢芯棒41的中间部分穿设在方形钢管柱10和位于方形钢管柱10侧面11上的节点板32上，其两端均安装有弹性构件42、第一螺母43；所述第一螺母43从外侧装入，使处于内侧的弹性构件42处于压缩状态。当结构发生错位时，两侧弹性构件42所产生弹力不同，从而提供一个使结构恢复原位的恢复力。
具体地，地震作用下结构发生摇摆，方形钢管柱10与钢梁结构30之间的接缝张开，耗能连接件50的软钢芯棒51受拉变形耗能；而复位连接件40在承受节点弯矩的同时，利用弹性构件的弹性形变，以达到自复位的效果。
此外，复位连接件40与耗能连接件50均可进行更换，使用后无需更换整体装置，在震后可快速恢复其功能，继续投入使用，大大降低了自复位装置的成本。
需要说明的是，本申请技术方案具有如下优势：第一、其所采用的复位连接件40和耗能连接件50易于制作，成本较低。而传统的预应力钢绞线和锚具的价格普遍较贵，使得整个结构体系造价较高。第二、无需设置预应力锚具，因此，避免了锚具质量对结构力学性能的影响。第三、随着使用时间的增长，受压的弹性构件42也会保证不会出现松弛现象。而预应力钢绞线在拉力作用下，随着使用时间的增长，会出现松弛现象，从而导致钢框架的自复位能力下降。第四、方形钢管柱10、钢支托20、钢梁结构30均可在工厂制作完成，因此，上述结构的制作难度和施工难度均较低；而预应力钢绞线施工需要张拉等操作，对施工机械及施工环境有较高的要求，影响施工的效率。
进一步地，钢梁结构30成对设置，且一对钢梁结构30设置在方形钢管柱10相对侧面上。复位连接件40的钢芯棒41和耗能连接件50的软钢芯棒51同时穿过位于方形钢管柱10相对侧面11上的两钢梁结构30的节点板32。
此外，可参考图2和图3，该自复位钢框架梁柱节点结构具有两对钢梁结构30，分别设置在方形钢管柱10的两对侧面上。
在一些实施方式中，钢梁31为工字形钢梁。
进一步地，所述钢梁结构30还包括设置于工字形钢梁31与节点板32之间的加强肋板33；加强肋板33设置在工字形钢梁31的上下两侧，且呈直角三角形，其中一条直角边与工字形钢梁31焊接在一起，另一直角边与节点板32焊接在一起。加强肋板33可显著增强工字形钢梁31与节点板32之间的连接性能。
进一步地，每一对钢梁结构30对应有4个复位连接件40和4个耗能连接件50，其中，4个复位连接件40设置在靠近节点板32中间的位置，2个耗能连接件50设置在靠近节点板32上端的位置，2个耗能连接件50设置在靠近节点板32下端的位置。耗能连接件50设置在上下位置，结构在地震作用摇摆时，上下位置的变形较大，更有利于耗能连接件50耗能。
进一步地，第一螺母43和第二螺母52配有螺栓垫片。螺栓垫片可用于保护连接面，分散螺母对被连接件的压力。
进一步地，复位连接件40的弹性构件为碟形弹簧。碟形弹簧刚度大，缓冲吸振能力强，能以小变形承受大载荷，能够提供较大的恢复力。
如图1和图3所示，所述钢支托20的侧面为L形，其包括：用于固定在方形钢管柱10上的板状固定部21、用于向上托住钢梁结构30的板状承托部22，以及设置于板状固定部21与板状承托部22之间的板状加强部23。钢支托20的板状固定部21与方形钢管柱10之间的连接可采用焊接或螺栓连接。钢支托20可用于支撑钢梁结构30，利于保持钢梁结构30与方形钢管柱10之间连接的稳固性。
进一步地，方形钢管柱10为内部浇筑有混凝土的组合钢管柱。
在本申请实施例中，自复位钢框架梁柱节点结构的建造过程包括：工厂制造环节和现场施工环节。
工厂制作环节包括：制作各个单独的部件；如图6所示，在方形钢管柱10和节点板32对应的位置上加工供复位连接件的钢芯棒和耗能连接件的软钢芯棒穿过的安装孔，并在侧面上固定钢支托20；接着，将加强肋板33、钢梁31、节点板32焊接在一起，以形成钢梁结构。其中，钢支托可采用焊接或螺栓连接。此外，在工厂还需要制作复位连接件40和耗能连接件50；其中，复位连接件40包括：钢芯棒41、弹性构件42、第一螺母43；耗能连接件50包括：软钢芯棒51、第二螺母52；这些单独部件都是易于制作的，这里不再赘述。需要说明的是，图6中的方钢混凝土柱为方形钢管柱10，螺栓孔为安装孔。
现场施工环节包括：如图7所示，将工厂制作环节中制作好的方形钢管柱竖直安装到指定位置，并将工厂制作环节中制作好的钢梁结构吊装至方形钢管柱上的钢支托上；然后，安装复位连接件和耗能连接件。
由此可知，本申请技术方案中涉及的自复位钢框架梁柱节点结构的各个部件均可在工厂制作完成，并在工厂进行大部分组装，现场施工环节较为简洁，具有较高的施工效率。
图8是本发明实施例中自复位钢框架梁柱节点结构的制作方法的流程图。其中，该制作方法用于建造上述部分的自复位钢框架梁柱节点结构，其包括步骤：
步骤S101、在方形钢管柱和节点板对应的位置上加工供复位连接件的钢芯棒和耗能连接件的软钢芯棒穿过的安装孔，并在侧面上固定钢支托；
步骤S102、焊接钢梁与节点板以制作钢梁结构；
步骤S103、将步骤1中制作好的方形钢管柱竖直安装到指定位置，并将步骤2中制作的钢梁结构吊装至方形钢管柱上的钢支托上；
步骤S104、安装复位连接件和耗能连接件。
其中，步骤S101和步骤S102在工厂制作完成，步骤S103和步骤S104在现场进行施工。
需要说明的是，上述步骤省略了对各个单独部件的生产制造，例如，复位连接件包括的钢芯棒、弹性构件、第一螺母；耗能连接件包括的软钢芯棒、第二螺母；这些部件的制造过程属于公知常识范围，这里不再赘述。
通过上述制作过程可知，自复位钢框架梁柱节点结构的各个部件均可在工厂制作完成，并在工厂进行大部分组装，现场施工环节较为简洁，具有较高的施工效率。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
本文中所描述的具体实施例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例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，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。

Claims (10)

1.一种自复位钢框架梁柱节点结构，其特征在于，该自复位钢框架梁柱节点结构包括：
方形钢管柱，所述方形钢管柱具有两两相对设置的四个侧面；
钢支托，所述钢支托固定在方形钢管柱的侧面上；
钢梁结构，所述钢梁结构包括有一钢梁，所述钢梁至少在靠近方形钢管柱的一端固定有节点板，所述节点板置于所述钢支托上；
若干复位连接件，所述复位连接件包括：钢芯棒、弹性构件、第一螺母；所述钢芯棒的中间部分穿设在方形钢管柱和位于方形钢管柱侧面上的节点板上，其两端均安装有弹性构件、第一螺母；所述第一螺母从外侧装入，使处于内侧的弹性构件处于压缩状态；
若干耗能连接件，所述耗能连接件包括：软钢芯棒、第二螺母；软钢芯棒的中间部分穿设在方形钢管柱和位于方形钢管柱侧面上的节点板上，其两端均安装有第二螺母。
2.根据权利要求1所述的自复位钢框架梁柱节点结构，其特征在于，钢梁结构成对设置，且一对钢梁结构设置在方形钢管柱相对侧面上；复位连接件的钢芯棒和耗能连接件的软钢芯棒同时穿过位于方形钢管柱相对侧面上的两钢梁结构的节点板。
3.根据权利要求1所述的自复位钢框架梁柱节点结构，其特征在于，所述钢梁为工字形钢梁。
4.根据权利要求3所述的自复位钢框架梁柱节点结构，其特征在于，所述钢梁结构还包括设置于工字形钢梁与节点板之间的加强肋板；所述加强肋板设置在工字形钢梁的上下两侧，且呈直角三角形，其中一条直角边与工字形钢梁焊接在一起，另一直角边与节点板焊接在一起。
5.根据权利要求2所述的自复位钢框架梁柱节点结构，其特征在于，每一对钢梁结构对应有4个复位连接件和4个耗能连接件，其中，4个复位连接件设置在靠近节点板中间的位置，2个耗能连接件设置在靠近节点板上端的位置，2个耗能连接件设置在靠近节点板下端的位置。
6.根据权利要求1所述的自复位钢框架梁柱节点结构，其特征在于，第一螺母和第二螺母配有螺栓垫片。
7.根据权利要求1所述的自复位钢框架梁柱节点结构，其特征在于，复位连接件的弹性构件为碟形弹簧。
8.根据权利要求1所述的自复位钢框架梁柱节点结构，其特征在于，所述钢支托的侧面为L形，其包括：用于固定在方形钢管柱上的板状固定部、用于向上托住钢梁结构的板状承托部，以及设置于板状固定部与板状承托部之间的板状加强部。
9.根据权利要求1所述的自复位钢框架梁柱节点结构，其特征在于，所述方形钢管柱为内部浇筑有混凝土的组合钢管柱。
10.一种自复位钢框架梁柱节点结构的制作方法，其特征在于，所述制作方法用于制作如权利要求1至权利要求9任一项所述的自复位钢框架梁柱节点结构，包括步骤：
步骤1、在方形钢管柱和节点板对应的位置上加工供复位连接件的钢芯棒和耗能连接件的软钢芯棒穿过的安装孔，并在侧面上固定钢支托；
步骤2、焊接钢梁与节点板以制作钢梁结构；
步骤3、将步骤1中制作好的方形钢管柱竖直安装到指定位置，并将步骤2中制作的钢梁结构吊装至方形钢管柱上的钢支托上；
步骤4、安装复位连接件和耗能连接件。
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