CN111119335A - 一种耗能连接钢结构梁柱节点及其安装方法 - Google Patents

一种耗能连接钢结构梁柱节点及其安装方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种耗能连接钢结构梁柱节点及其安装方法，节点包括H型钢柱、通过双层腹板端板连接件与H型钢柱连接的H型钢梁以及用于连接双层腹板端板连接件和H型钢梁的上翼缘连接板和下翼缘连接板；本发明的双层腹板端板连接件采用双层腹板传递梁剪力，上下翼缘连接板传递梁弯矩，采用端板与H型钢柱连接向柱子传力，构件之间传力路径明确，设计方法简单可行。同时配备有耗能柱和耗能板，是一种有效的耗能梁柱节点，均可在工厂加工完毕，现场进行拼接，大大减少了施工现场的焊接。

Description

一种耗能连接钢结构梁柱节点及其安装方法
技术领域
本发明属于建筑工程钢结构技术领域，特别是涉及一种耗能连接钢结构梁柱节点及其安装方法。
背景技术
钢结构是现代建筑结构普遍使用的结构形式之一，具有强度高、变形好、抗震性能良好等优点。近年来，国家及省市出台相关标准和政策鼓励发展绿色装配式钢结构建筑，以缓解目前较严重环境污染问题、能源和材料紧缺问题。梁柱节点是钢框架结构重要组成部分，一般有三种连接形式：全焊连接，栓焊连接，全螺栓连接。螺栓连接常见有端板连接、角钢连接、T型钢连接等形式。当水平作用较大时，节点位置的焊缝开裂、翼缘和腹板屈服变形引起承载力和耗能能力明显下降。为了保证结构消耗更多的水平作用的能量，通常做法是加强节点区域的强度，如加厚加长补强端板、肋板、翼缘板、腹板等；或者削弱梁端截面，如翼缘削弱狗骨式、腹板开孔式等。这些做法能保证一定的节点刚度，但对于节点延性、变形和耗能方面提高比较有限，存在发生脆性破坏的概率。因此设计一种传力明确，可消能减震，加工安装简便，可以满足抗震需求的耗能连接钢结构梁柱节点是十分必要的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种传力路径明确、耗能能力高、加工安装简便，可以满足抗震需求的耗能连接钢结构梁柱节点及其安装方法。
本发明所采用的技术方案是：一种耗能连接钢结构梁柱节点，其包括H型钢柱、通过双层腹板端板连接件与H型钢柱连接的H型钢梁以及用于连接双层腹板端板连接件和H型钢梁的上翼缘连接板和下翼缘连接板。
进一步的，双层腹板端板连接件包括上翼缘板、下翼缘板以及设置在上、下翼缘板之间的连接件腹板，所述上翼缘板与H型钢梁的上翼缘通过上翼缘连接板连接，下翼缘板与H型钢梁的下翼缘通过下翼缘连接板连接。
进一步的，所述连接件腹板包括平行设置的第一腹板和第二腹板，所述第一腹板和第二腹板伸出上翼缘板；所述H型钢梁的腹板伸出其上下翼缘用于插入到第一腹板和第二腹板之间。
进一步的，在所述第一腹板和第二腹板的外侧端设置有挡板，在H型钢梁的腹板端部设置限位板。
进一步的，在所述H型钢梁的腹板外侧端沿竖直方向设置有三个连接孔，中间位置的连接孔为圆孔，两端的连接孔为长圆孔，在所述第一腹板和第二腹板上对应的设置有圆形安装孔，H型钢梁的腹板与第一腹板和第二腹板通过高强螺栓固定。
进一步的，在所述第一腹板和第二腹板的之间的空间内设置有限位挡板，在限位挡板与限位板之间设置有耗能板。
进一步的，在所述第一腹板和第二腹板内，并且位于挡板和限位板之间的空间设置有腹板垫板。
进一步的，在所述双层腹板端板连接件的下方设置有伸长板，在所述伸长板上设置有耗能柱，所述耗能柱的顶端顶住H型钢梁的下翼缘。
进一步的，所述耗能柱为镂空的圆柱形。
进一步的，所述耗能板为钢芯橡胶材质。
一种耗能连接钢结构梁柱节点的安装方法，其包括如下步骤：
将双层腹板端板连接件用高强螺栓连接在H型钢柱上；
将H型钢梁对准连接件腹板的间隙自上向下吊入安装，填充腹板垫板，拧紧用于连接H型钢梁腹板与连接件腹板的螺栓，用下翼缘连接板螺栓连接H型钢梁的下翼缘和双层腹板端板连接件的下翼缘板；
耗能板自上向下插入限位挡板与限位板形成空腔之中，用上翼缘连接板和螺栓连接H型钢梁的上翼缘和连接件双层腹板端板连接件的上翼缘板；
底板用螺栓安装伸长板上，使耗能柱顶住H型钢梁下翼缘。
本发明的积极效果为：本发明的双层腹板端板连接件在保证双层腹板传递梁剪力，上下翼缘连接板传递梁弯矩，采用端板与H型钢柱连接向柱子传力的基础上，可以实现钢梁端部可控变形，节点高耗能，构件之间传力路径明确，设计方法简单可行。
H型钢梁的腹板两端的连接孔为长圆孔，水平力较大时可以形成局部转动，不影响端板传力作用；在连接件腹板和H型钢梁的腹板之间布置耗能板，梁端转动会摩擦和挤压耗能板变形；在梁端底部布置镂空耗能柱；这些构造措施可以大量吸收耗散能量，提升钢结构的耗能能力。
部件拼装焊接全部在钢结构加工厂完成，施焊环境有保障，焊缝质量高；构件拼接安装全部采用螺栓连接，避免现场施焊，施工安装操作简便可行。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明双层腹板端板连接件与H型钢梁配合示意图；
图3为本发明双层腹板端板连接件结构示意图；
图4为本发明H型钢梁结构示意图；
图5为本发明安装步骤一示意图；
图6为本发明安装步骤二示意图；
图7为本发明安装步骤三示意图；
图8为本发明安装步骤四示意图。
具体实施方式
如附图1-4所示，本发明包括H型钢柱1、H型钢梁2、双层腹板端板连接件3、上翼缘连接板4以及下翼缘连接板5，双层腹板端板连接件3通过高强螺栓安装在H型钢柱1的侧部，H型钢梁2与双层腹板端板连接件3通过上下翼缘连接板用高强螺栓连接。
双层腹板端板连接件3包括端板11、设置在端板11上的上翼缘板14和下翼缘板16以及设置在上、下翼缘板14、16之间的连接件腹板，端板11通过高强螺栓与H型钢柱1连接；上翼缘连接板4的两端分别与上翼缘板14和H型钢梁2的上翼缘的用高强螺栓连接，下翼缘连接板5的两端分别与下翼缘板16和H型钢梁2的下翼缘的用高强螺栓连接。
连接件腹板包括平行设置的第一腹板17和第二腹板18，在第一腹板17和第二腹板18之间有间隙，并且第一腹板17和第二腹板18伸出上翼缘板14，也即第一腹板17和第二腹板18的长度大于上翼缘板14的长度；所述H型钢梁2的腹板伸出其上下翼缘用于插入到第一腹板17和第二腹板18之间的间隙内。
在所述第一腹板17和第二腹板18的外侧端均设置有挡板15，使得两个挡板15之间的间距小于第一腹板17和第二腹板18之间的间隙，在H型钢梁2的腹板端部设置限位板19，限位板19的宽度与第一腹板17和第二腹板18之间的间隙相对应，H型钢梁2的腹板厚度小于两挡板15之间的间距。通过这样的设计实现双层腹板端板连接件3与H型钢梁2第二道防护连接，第一道防护连接为双层腹板端板连接件3和H型钢梁2之间的腹板和翼缘位置的螺栓连接。
在所述H型钢梁2的腹板外侧端沿竖直方向设置有三个连接孔20，中间位置的连接孔为圆孔，两端的连接孔为长圆孔，在所述第一腹板17和第二腹板18上对应的设置有圆形安装孔，H型钢梁2的腹板与第一腹板17和第二腹板18通过高强螺栓固定。这样当H型钢梁2的腹板与第一腹板17和第二腹板18连接后，H型钢梁2可以以中间的圆孔为圆心进行一定的角度偏转，在本实施例中，可以实现0.02rad的偏转，用以实现钢梁端部的弯曲变形。通过控制长圆孔长度与长圆孔和中间圆孔距离的比值，可以实现调整H型钢梁2端部转动最大限值。
在所述第一腹板17和第二腹板18的之间的空间内设置有限位挡板9，在限位挡板9与限位板19之间设置有采用钢芯橡胶制成的耗能板8，钢芯橡胶具有大变形高吸能等特点。H型钢梁转动会挤压摩擦耗能板8，显著提高耗能能力。
在所述第一腹板17和第二腹板18内，并且位于挡板15和限位板19之间的空间设置有腹板垫板6。腹板垫板6填充连接件腹板和H型钢梁2腹板之间空隙，使用螺栓连接可以增加二者的连接可靠性。根据耗能需要，可以将腹板垫板6替换为橡胶包裹的钢板，第一腹板17、第二腹板18与腹板垫板6之间挤压摩擦，可以显著增加耗能能力。
在所述双层腹板端板连接件3的下方设置有伸长板13，伸长板13的一端固定在端板11上，在所述伸长板13上固定有底板7，在底板7上固定有呈镂空的圆柱形的耗能柱10，所述耗能柱10的顶端顶住H型钢梁2的下翼缘。这样H型钢梁翼缘的力传递至耗能柱10上，使耗能柱10先破坏。耗能柱破坏后，H型钢梁翼缘的力传递至耗能板处，使耗能板变形受力，此结构传力明确，保证了结构的耗能能力。
如附图5-8所示，本发明的安装方法包括如下步骤：
步骤1）：将双层腹板端板连接件3用高强螺栓连接在H型钢柱1上；
步骤2）：将H型钢梁2对准连接件腹板的间隙自上向下吊入安装，填充腹板垫板6，拧紧用于连接H型钢梁2腹板与连接件腹板的螺栓，用下翼缘连接板5螺栓连接H型钢梁2的下翼缘和双层腹板端板连接件3的下翼缘板16；
步骤3）：耗能板8自上向下插入限位挡板9与限位板19形成空腔之中，用上翼缘连接板4和螺栓连接H型钢梁2的上翼缘和连接件双层腹板端板连接件3的上翼缘板14。
步骤4）：底板10用螺栓安装伸长板13上，使耗能柱7顶住H型钢梁2下翼缘。
根据施工现场限制条件，步骤1）和步骤2）可以调换顺序安装。
比较现有钢结构耗能连接节点，本发明具有以下优点：本结构提高了节点的耗能能力与塑性变形能力。本发明设有耗能柱10，在地震时可以有效地吸收地震能量，使梁柱节点发生破坏时耗能柱10首先发生断裂破坏。H型钢梁腹板与双层腹板端板连接件处设有空腔，并填充有耗能板8，使在地震作用下耗能板8能有效的耗能，增强了结构的延性与耗能能力，有效的保证了构件“强节点弱构件”的理念。控制H型钢梁2的腹板长圆孔长度，可以调整H型钢梁2转动角度。
本发明是一种有效的耗能梁柱节点，此节点构件均在工厂加工完毕，现场进行拼接，大大减少了施工现场的焊接，降低了由于焊接所导致的在地震作用下焊缝所引起的断裂破坏，耗能板与耗能柱增强了结构的延性与耗能能力，该节点抗震性能优越。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种耗能连接钢结构梁柱节点，其特征在于其包括H型钢柱（1）、通过双层腹板端板连接件（3）与H型钢柱（1）连接的H型钢梁（2）以及用于连接双层腹板端板连接件（3）和H型钢梁（2）的上翼缘连接板（4）和下翼缘连接板（5）；
双层腹板端板连接件（3）包括端板（11）、设置在端板（11）上的上翼缘板（14）和下翼缘板（16）以及设置在上、下翼缘板（14、16）之间的连接件腹板，所述端板（11）通过高强螺栓与H型钢柱（1）连接；所述上翼缘板（14）与H型钢梁（2）的上翼缘通过上翼缘连接板（4）用高强螺栓连接，下翼缘板（16）与H型钢梁（2）的下翼缘通过下翼缘连接板（5）用高强螺栓连接。
2.根据权利要求1所述的一种耗能连接钢结构梁柱节点，其特征在于所述连接件腹板包括平行设置的第一腹板（17）和第二腹板（18），所述第一腹板（17）和第二腹板（18）伸出上翼缘板（14）；所述H型钢梁（2）的腹板伸出其上下翼缘用于插入到第一腹板（17）和第二腹板（18）之间。
3.根据权利要求2所述的一种耗能连接钢结构梁柱节点，其特征在于在所述第一腹板（17）和第二腹板（18）的外侧端均设置有挡板（15），在H型钢梁（2）的腹板端部设置限位板（19）。
4.根据权利要求2或3所述的一种耗能连接钢结构梁柱节点，其特征在于在所述H型钢梁（2）的腹板外侧端沿竖直方向设置有三个连接孔（20），中间位置的连接孔为圆孔，两端的连接孔为长圆孔，在所述第一腹板（17）和第二腹板（18）上对应的设置有圆形安装孔，H型钢梁（2）的腹板与第一腹板（17）和第二腹板（18）通过高强螺栓固定。
5.根据权利要求4所述的一种耗能连接钢结构梁柱节点，其特征在于在所述第一腹板（17）和第二腹板（18）的之间的空间内设置有限位挡板（9），在限位挡板（9）与限位板（19）之间设置有耗能板（8）。
6.根据权利要求3所述的一种耗能连接钢结构梁柱节点，其特征在于在所述第一腹板（17）和第二腹板（18）内，并且位于挡板（15）和限位板（19）之间的空间设置有腹板垫板（6）。
7.根据权利要求1所述的一种耗能连接钢结构梁柱节点，其特征在于在所述双层腹板端板连接件（3）的下方设置有伸长板（13），在所述伸长板上设置有耗能柱（10），所述耗能柱（10）的顶端顶住H型钢梁（2）的下翼缘。
8.根据权利要求7所述的一种耗能连接钢结构梁柱节点，其特征在于所述耗能柱（10）为镂空的圆柱形。
9.根据权利要求5所述的一种耗能连接钢结构梁柱节点，其特征在于所述耗能板（8）为钢芯橡胶材质。
10.一种耗能连接钢结构梁柱节点的安装方法，其特征在于其包括如下步骤：
将双层腹板端板连接件（3）用高强螺栓连接在H型钢柱（1）上；
将H型钢梁（2）对准连接件腹板的间隙自上向下吊入安装，填充腹板垫板（6），拧紧用于连接H型钢梁（2）腹板与连接件腹板的螺栓，用下翼缘连接板（5）螺栓连接H型钢梁（2）的下翼缘和双层腹板端板连接件（3）的下翼缘板（16）；
耗能板（8）自上向下插入限位挡板（9）与限位板（19）形成的空腔之中，用上翼缘连接板（4）和螺栓连接H型钢梁（2）的上翼缘和连接件双层腹板端板连接件（3）的上翼缘板（14）；
底板（10）用螺栓安装在伸长板（13）上，使耗能柱（7）顶住H型钢梁（2）下翼缘。
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