CN111677109B - 一种可恢复功能自复位梁柱耗能节点 - Google Patents

一种可恢复功能自复位梁柱耗能节点 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可恢复功能自复位梁柱耗能节点，包括竖直布置的钢柱和水平布置的钢梁；还包括平齐式端板、加强板、角钢、方形支撑构件、高强拉杆和碟型弹簧；本发明通过碟型弹簧的预压力形成预压弯矩，保证节点结构具有良好的自复位性能；通过方形支撑构件减小了钢梁的转动半径，并结合角钢，耗散大量地震输入到结构中的能量，有效避免了类似于传统钢框架梁柱节点的塑性铰的形成，实现大震作用下梁柱节点无损伤或轻微损伤，震后节点无需修复即可投入使用。

Description

一种可恢复功能自复位梁柱耗能节点
技术领域
本发明涉及钢结构建筑领域的消能减震技术，更具体的说是涉及一种可恢复功能自复位梁柱耗能节点。
背景技术
目前，可恢复功能抗震结构成为近年来地震工程领域的研究热点。尽管现在各国抗震设计规范的参数和方法不同，但对于罕遇地震，当今建筑领域主要是通过增加结构的延性设计避免建筑物在高强度地震下发生坍塌而导致人员的伤亡。在现阶段这种抗倒塌的设计思想是合理可行的，但此种设计会导致建筑结构发生功能性损伤和残余变形，震后难以修复或者修复时间过长，使建筑功能中断。对于重要建筑、生命线工程的抗震设计应从抗倒塌设计向可修复设计，同时兼具易于建造维护，全寿命成本效益高的方向转变。因此，研究者提出了可恢复功能结构的概念，着眼于震后“零破坏”或“功能可恢复”。
可恢复功能结构体系应用较多的主要有可更换结构构件、摇摆结构和自复位结构三种。通过可更换结构构件震后迅速恢复结构的功能；通过摇摆墙或摇摆框架减少结构的破坏；通过自复位结构自动恢复到结构的正常状态，减少结构震后的残余变形，使人们经历高强度地震后不需要额外修复或稍加修复即可迅速恢复对建筑物以及构筑物的正常使用。
因此，研发一种在强震作用下具有极强的自复位性能和耗能能力、震后无需修复或者稍加修复即可快速恢复使用功能的结构，是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种可恢复功能自复位梁柱耗能节点，旨在解决上述技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种可恢复功能自复位梁柱耗能节点，包括竖直布置的钢柱和水平布置的钢梁；还包括：平齐式端板、加强板、角钢、方形支撑构件、高强拉杆和碟型弹簧；
所述平齐式端板固定在所述钢梁的端头，且朝向所述钢柱的翼缘外侧；
所述加强板上下平行固定在所述平齐式端板和所述钢梁的腹板之间；上下布置的所述加强板之间竖直固定有第一传力板；
所述角钢的数量为两块，且一侧板与所述钢柱朝向所述钢梁的翼缘固定连接，两块所述角钢上下对称布置；
所述方形支撑构件夹持在两块所述角钢之间，且顶面和底面分别与两块所述角钢固定连接，一侧面与所述钢柱的翼缘贴合，另一侧面与所述平齐式端板固定；
所述高强拉杆一端水平穿过所述钢柱腹板上竖直固定的第二传力板，且端头与所述第二传力板固定连接，另一端向所述钢梁方向依次穿过所述钢柱的翼缘、方形支撑构件和平齐式端板后通过高强螺母紧固；
所述碟型弹簧套设在所述高强拉杆的端头，且顶紧在所述第一传力板和高强螺母之间。
通过上述技术方案，本发明通过碟型弹簧的预压力形成预压弯矩，保证节点结构具有良好的自复位性能；通过方形支撑构件减小了钢梁的转动半径，并结合角钢，耗散大量地震输入到结构中的能量，有效避免了类似于传统钢框架梁柱节点的塑性铰的形成，实现大震作用下梁柱节点无损伤或轻微损伤，震后节点无需修复即可投入使用。
需要说明的是，本发明采用的所述钢柱和所述钢梁均为工字钢，传统的工字钢均由腹板和两端的翼缘组成，因此，“腹板”和“翼缘”均为本领域的专业术语，在此不再赘述。
优选的，在上述一种可恢复功能自复位梁柱耗能节点中，所述碟形弹簧为复合组合的碟形弹簧。
优选的，在上述一种可恢复功能自复位梁柱耗能节点中，所述角钢通过螺栓与所述钢柱翼缘紧固连接。连接结构简单，连接稳定性强。
优选的，在上述一种可恢复功能自复位梁柱耗能节点中，所述方形支撑构件通过螺栓与所述角钢紧固连接。连接结构简单，连接稳定性强。
优选的，在上述一种可恢复功能自复位梁柱耗能节点中，所述方形支撑构件与所述平齐式端板通过焊缝连接。连接的结构稳定性更强。
优选的，在上述一种可恢复功能自复位梁柱耗能节点中，所述高强拉杆的数量为两根，且对称布置在所述钢梁的腹板两侧。设置多根高强拉杆能够有效提高结构稳定性，并且保证节点结构的弹性震动状态更稳定。
优选的，在上述一种可恢复功能自复位梁柱耗能节点中，所述碟型弹簧与所述高强螺母之间垫设有刚性垫片。刚性垫板能够有效防止连接松动，连接稳定性更强。
优选的，在上述一种可恢复功能自复位梁柱耗能节点中，所述钢柱与所述角钢连接的翼缘以及方形支撑构件的侧壁上均开设有竖直方向用于所述高强拉杆通过的长孔。能够有效防止高强拉杆转动过程中屈服或屈曲，提高节点结构的抗震缓冲能力。
优选的，在上述一种可恢复功能自复位梁柱耗能节点中，所述钢柱和钢梁的翼缘和腹板之间焊接固定有多块加劲肋。能够有效提高钢柱和钢梁的结构稳定性。
优选的，在上述一种可恢复功能自复位梁柱耗能节点中，所述第二传力板的顶沿、底沿和侧沿分别与上下的两块所述加劲肋以及所述钢柱的腹板焊接固定。能够有效提高第二传力板的结构强度和稳定性。
优选的，在上述一种可恢复功能自复位梁柱耗能节点中，所述角钢与所述方形支撑构件连接的侧板端头与所述平齐式端板贴合。能够提高连接结构的整体性，
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种可恢复功能自复位梁柱耗能节点，具有以下有益效果：
1、本发明的高强拉杆、碟型弹簧、刚性垫板共同构成自复位装置，通过碟型弹簧的预压力形成预压弯矩，保证节点结构具有良好的自复位性能。
2、本发明通过复合组合碟形弹簧、方形支撑构件和角钢实现对钢梁弯度、弯矩和转角的控制，耗散大量地震输入到结构中的能量，有效避免了类似于传统钢框架梁柱节点的塑性铰的形成；将碟形弹簧设置于钢梁内，钢梁端焊有方形支撑构件，能够有效减小柱底的转动半径并降低对钢梁的刚度需求，实现大震作用下梁柱节点无损伤或轻微损伤，震后节点无需修复即可投入使用，具有良好的耗能性能。
3、本发明采用普通建筑钢材制作子构件，构造形式简单，方便施工与安装，所用碟型弹簧、角钢费用较低，大大降低了生产成本，意义重大，可广泛推广应用于高烈度地震区的重要建筑结构中。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的可恢复功能自复位梁柱耗能节点的结构主视图；
图2附图为本发明提供的可恢复功能自复位梁柱耗能节点的结构左视图；
图3附图为本发明提供的可恢复功能自复位梁柱耗能节点的结构俯视图。
其中：
1-钢柱；
2-钢梁；
3-角钢；
4-方形支撑构件；
5-平齐式端板；
6-加强板；
7-第一传力板；
8-碟形弹簧；
9-高强拉杆；
10-刚性垫片；
11-螺栓；
12-长孔；
13-第二传力板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见附图1至附图3，本发明实施例公开了一种可恢复功能自复位梁柱耗能节点，包括竖直布置的钢柱1和水平布置的钢梁2；还包括：平齐式端板5、加强板6、角钢3、方形支撑构件4、高强拉杆9和碟型弹簧8；
平齐式端板5固定在钢梁2的端头，且朝向钢柱1的翼缘外侧；
加强板6上下平行固定在平齐式端板5和钢梁2的腹板之间；上下布置的加强板6之间竖直固定有第一传力板7；
角钢3的数量为两块，且一侧板与钢柱1朝向钢梁2的翼缘固定连接，两块角钢3上下对称布置；
方形支撑构件4夹持在两块角钢3之间，且顶面和底面分别与两块角钢3固定连接，一侧面与钢柱1的翼缘贴合，另一侧面与平齐式端板5固定；
高强拉杆9一端水平穿过钢柱1腹板上竖直固定的第二传力板13，且端头与第二传力板13固定连接，另一端向钢梁2方向依次穿过钢柱1的翼缘、方形支撑构件4和平齐式端板5后通过高强螺母紧固；
碟型弹簧8套设在高强拉杆9的端头，且顶紧在第一传力板7和高强螺母之间。
为了进一步优化上述技术方案，角钢3通过螺栓11与钢柱1翼缘紧固连接。
为了进一步优化上述技术方案，方形支撑构件4通过螺栓11与角钢3紧固连接。
为了进一步优化上述技术方案，方形支撑构件4与平齐式端板5通过焊缝连接。
为了进一步优化上述技术方案，高强拉杆9的数量为两根，且对称布置在钢梁2的腹板两侧。
为了进一步优化上述技术方案，碟型弹簧8与高强螺母之间垫设有刚性垫片10。
为了进一步优化上述技术方案，钢柱1与角钢3连接的翼缘以及方形支撑构件4的侧壁上均开设有竖直方向用于高强拉杆9通过的长孔12。
为了进一步优化上述技术方案，钢柱1和钢梁2的翼缘和腹板之间焊接固定有多块加劲肋。
为了进一步优化上述技术方案，第二传力板13的顶沿、底沿和侧沿分别与上下的两块加劲肋以及钢柱1的腹板焊接固定。
为了进一步优化上述技术方案，角钢3与方形支撑构件4连接的侧板端头与平齐式端板5贴合。
本发明的工作原理为：
本发明提供的节点结构设置于普通钢框架结构中，强震时通过碟型弹簧8的预压力产生的预压弯矩，形成梁柱节点的可控约束转动，并利用方形支撑构件4、角钢3、碟型弹簧8耗散地震输入到结构中的能量，有效避免了类似于传统钢框架梁柱节点的塑性铰的形成，减小柱底的转动半径并降低对钢梁2的刚度需求，实现大震作用下梁柱节点无损伤或轻微损伤，震后节点无需修复即可投入使用。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种可恢复功能自复位梁柱耗能节点，包括竖直布置的钢柱(1)和水平布置的钢梁(2)；其特征在于，还包括：平齐式端板(5)、加强板(6)、角钢(3)、方形支撑构件(4)、高强拉杆(9)和碟型弹簧(8)；
所述平齐式端板(5)固定在所述钢梁(2)的端头，且朝向所述钢柱(1)的翼缘外侧；
所述加强板(6)上下平行固定在所述平齐式端板(5)和所述钢梁(2)的腹板之间；上下布置的所述加强板(6)之间竖直固定有第一传力板(7)；
所述角钢(3)的数量为两块，两块所述角钢(3)上下对称布置，且所述角钢(3)的一侧板与所述钢柱(1)朝向所述钢梁(2)的翼缘固定连接；所述角钢(3)通过螺栓(11)与所述钢柱(1)翼缘紧固连接；
所述方形支撑构件(4)夹持在两块所述角钢(3)之间，且所述方形支撑构件(4)的顶面和底面分别与两块所述角钢(3)通过螺栓(11)固定连接，所述方形支撑构件(4)一侧面与所述钢柱(1)的翼缘贴合，另一侧面与所述平齐式端板(5)固定；所述钢柱(1)与所述角钢(3)连接的翼缘以及方形支撑构件(4)的侧壁上均开设有竖直方向用于所述高强拉杆(9)通过的长孔(12)；所述方形支撑构件(4)与所述平齐式端板(5)通过焊缝连接；
所述高强拉杆(9)一端水平穿过所述钢柱(1)腹板上竖直固定的第二传力板(13)，且端头与所述第二传力板(13)固定连接，另一端向所述钢梁(2)方向依次穿过所述钢柱(1)的翼缘、方形支撑构件(4)、平齐式端板(5)和第一传力板（7）后通过高强螺母紧固；
所述碟型弹簧(8)套设在所述高强拉杆(9)的端头，且顶紧在所述第一传力板(7)和高强螺母之间；
所述角钢(3)与所述方形支撑构件(4)连接的侧板端头与所述平齐式端板(5)贴合。
2.根据权利要求1所述的一种可恢复功能自复位梁柱耗能节点，其特征在于，所述高强拉杆(9)的数量为两根，且对称布置在所述钢梁(2)的腹板两侧。
3.根据权利要求1所述的一种可恢复功能自复位梁柱耗能节点，其特征在于，所述碟型弹簧(8)与所述高强螺母之间垫设有刚性垫片(10)。
4.根据权利要求1所述的一种可恢复功能自复位梁柱耗能节点，其特征在于，所述钢柱(1)和钢梁(2)的翼缘和腹板之间焊接固定有多块加劲肋。
5.根据权利要求4所述的一种可恢复功能自复位梁柱耗能节点，其特征在于，所述第二传力板(13)的顶沿、底沿和侧沿分别与上下的两块所述加劲肋以及所述钢柱(1)的腹板焊接固定。
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