CN111894132A - 混合耗能模式的自复位钢结构节点 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种混合耗能模式的自复位钢结构节点,包括H型钢柱和H型钢梁,H型钢梁的一端与H型钢柱翼缘垂直相连,在H型钢梁上翼缘与H型钢柱翼缘连接处设置变截面T型钢,变截面T型钢翼缘与H型钢柱翼缘相连,变截面T型钢腹板与H型钢梁上翼缘相连;在H型钢梁下翼缘与H型钢柱翼缘连接处通过角钢组设置摩擦元件,摩擦元件的顶部与H型钢梁的下翼缘贴合连接;还包括预应力索,其平行于H型钢梁跨度方向,同时垂直穿过两个H型钢柱翼缘固定在远离H型钢梁的H型钢柱翼缘外侧;本发明实现了弯曲和摩擦混合耗能,在均匀耗能的同时实现了耗能能力的提高。

Description

混合耗能模式的自复位钢结构节点
技术领域
本发明涉及一种混合耗能模式的自复位钢结构节点,属于建筑结构工程技术领域。
背景技术
自复位结构由主结构、自复位元件和耗能元件组成,地震作用下,耗能元件提供耗能能力,从而使主结构处于弹性状态,而自复位元件使结构在地震后能恢复到初始状态;因此,积极发展自复位结构,对提高结构的韧性、帮助结构抵御地震作用,具有重要意义。
目前自复位结构的耗能模式多采用弯曲耗能、摩擦耗能、拉压耗能等方式,然而,各种耗能模式均有其局限性。弯曲耗能模式的耗能均匀性较差,摩擦耗能的耗能能力相对较弱,拉压耗能对材料的性能要求较高。因此,提出一种联合摩擦—弯曲混合耗能模式的自复位钢结构节点,对自复位结构的研究和推广应用具有重要的意义。
发明内容
本发明提供一种混合耗能模式的自复位钢结构节点,实现了弯曲和摩擦混合耗能,在均匀耗能的同时实现了耗能能力的提高。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种混合耗能模式的自复位钢结构节点,包括H型钢柱和H型钢梁,H型钢梁的一端与H型钢柱翼缘垂直相连,在H型钢梁上翼缘与H型钢柱翼缘连接处设置变截面T型钢,变截面T型钢翼缘与H型钢柱翼缘相连,变截面T型钢腹板与H型钢梁上翼缘相连;
在H型钢梁下翼缘与H型钢柱翼缘连接处通过角钢组设置摩擦元件,摩擦元件的顶部与H型钢梁的下翼缘贴合连接;
还包括预应力索,其平行于H型钢梁跨度方向,同时垂直穿过两个H型钢柱翼缘固定在远离H型钢梁的H型钢柱翼缘外侧;
作为本发明的进一步优选,
在H型钢梁下翼缘与H型钢柱翼缘连接处设置角钢组,分别为第一角钢、第二角钢和第三角钢,第一角钢和第二角钢并排设置,第一角钢、第二角钢的其中一条边连接在H型钢柱翼缘上,第一角钢、第二角钢的另一条边向H型钢柱翼缘相反方向布设,在第一角钢和第二角钢的另一条边之间形成第一间隙;
第三角钢位于第一角钢和第二角钢的下方,且第三角钢的其中一条边同样连接在H型钢柱翼缘上,第三角钢的另一条边向H型钢柱翼缘相反方向布设,第三角钢的另一条边与第一角钢、第二角钢的另一条边之间形成第二间隙;
在第一间隙、第二间隙内插设摩擦元件,摩擦元件同时与H型钢梁下翼缘连接;
摩擦元件包括顶板、竖板、底板和斜侧板,顶板与底板平行布设,顶板的一端与底板的一端通过斜侧板连接,竖板的三个侧边分别与顶板、斜侧板以及底板连接;
摩擦元件的竖板插设在第一间隙内,摩擦元件的底板插设在第二间隙内,摩擦元件的顶板与H型钢梁下翼缘连接;
作为本发明的进一步优选,
前述的变截面T型钢腹板上开设至少一个长圆孔,在长圆孔内插设螺栓将变截面T型钢腹板与H型钢梁上翼缘相连;
作为本发明的进一步优选,
变截面T型钢翼缘采用变截面形式,选用狗骨式或者切角式或者开槽式;
作为本发明的进一步优选,
还包括剪力板,其板面上开设至少一个长圆孔,长圆孔内插设螺栓将剪力板与H型钢梁腹板连接,剪力板的一端与H型钢柱翼缘通过焊接垂直固定;
作为本发明的进一步优选,
预应力索顺次穿过两个H型钢柱翼缘后通过锚具与锚固板固定在H型钢柱翼缘外侧;
作为本发明的进一步优选,
在变截面T型钢腹板和H型钢梁上翼缘之间设置摩擦板,摩擦元件和第一角钢、第二角钢以及第三角钢接触处设置摩擦板;
摩擦板选用钢板、黄铜板、不锈钢板、镀锌钢板或者镀铝钢板。
通过以上技术方案,相对于现有技术,本发明具有以下有益效果:
1、本发明的节点采用变截面T型钢的弯曲变形和摩擦元件的摩擦混合耗能,明显提高了自复位节点的耗能能力;
2、本发明节点处采用的变截面T型钢,其翼缘采用变截面形式,实现了均匀耗能;
3、本发明提供的摩擦元件的摩擦面与转动中心距离较远,提高了摩擦耗能效果。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明提供的优选实施例的整体结构示意图;
图2是本发明提供的优选实施例中变截面T型钢翼缘的受力分析图,其中2a为受力方向,2b为弯矩简化图;
图3是本发明提供的优选实施例中变截面T型钢翼缘的变截面为狗骨式的结构示意图,3a为整体示意图,3b为狗骨式变截面示意图;
图4是本发明提供的变截面T型钢翼缘的变截面另外两种形式,4a为切角式,4b为开槽式;
图5是本发明提供的优选实施例中摩擦元件的结构示意图;
图6是本发明提供的优选实施例中角钢组的结构示意图;
图7是本发明提供的优选实施例中剪力板的结构示意图;
图8是本发明提供的优选实施例中摩擦板的结构示意图。
图中:1为H型钢柱,2为H型钢梁,3为预应力索,4为变截面T型钢,5为摩擦元件,6为角钢组,7为剪力板,8为锚固板,9为锚具,10为摩擦板,11为高强螺栓,12为第一角钢,13为第二角钢,14为第三角钢。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图,仅以示意方式说明本发明的基本结构,因此其仅显示与本发明有关的构成。
针对背景技术中提出的目前自复位结构的耗能模式中,如弯曲耗能模式其均匀性较差,摩擦耗能模式中耗能能力相对较弱,拉压耗能模式中对材料的性能要求较高等缺陷,本申请提出了一种混合耗能模式的自复位钢结构节点,包括H型钢柱1和H型钢梁2,H型钢梁2的一端与H型钢柱1翼缘垂直相连,在H型钢梁2上翼缘与H型钢柱1翼缘连接处设置变截面T型钢4,变截面T型钢4翼缘与H型钢柱1翼缘相连,变截面T型钢4腹板与H型钢梁2上翼缘相连;变截面T型钢4的设置,通过改变其翼缘截面形状,使得变截面T型钢4翼缘截面形状变化和弯矩变化大体一致,从而实现了翼缘的均匀弯曲耗能;在H型钢梁2下翼缘与H型钢柱1翼缘连接处通过角钢组6设置摩擦元件5,摩擦元件5与角钢组6之间可产生滑移摩擦耗能,此处的摩擦耗能结合变截面T型钢4的弯曲变形,在一定程度上提高了摩擦耗能效果。
实施例:
图1所示,是本申请提供的优选实施例,从图中视角,将H型钢梁2上方的翼缘定义为H型钢梁2上翼缘,其下方的翼缘定义为H型钢梁2下翼缘;变截面T型钢4翼缘与H型钢柱1翼缘相连,变截面T型钢4腹板与H型钢梁2上翼缘相连,在变截面T型钢4腹板表面均匀开设四个长圆孔,长圆孔内插设螺栓,此处螺栓选用高强螺栓11,变截面T型钢4翼缘通过螺栓固定在H型钢柱1翼缘上,实现变截面T型钢4的固连;在这里,图2给出了变截面T型钢4翼缘的受力分析图,从图2中的2a中可以看出,在变截面T型钢4翼缘表面产生拉伸的力,2b为其弯矩简化图,变截面T型钢4翼缘形状变化和弯矩变化大体一致,由此可以实现变截面T型钢4翼缘的均匀弯曲耗能,优选实施例中给出的翼缘变截面形式是如图3所示的结构,即为常用的狗骨式,改变翼缘变截面形式,如改成图4中4a的切角式,4b的开槽式等,均可以实现相同的功能,这里不一一做阐述。
图1中,在H型钢梁2下翼缘与H型钢柱1翼缘连接处设置图6所示的角钢组6,分别为第一角钢12、第二角钢13和第三角钢14,第一角钢12和第二角钢13并排设置,第一角钢12、第二角钢13的其中一条边连接在H型钢柱1翼缘上,第一角钢12、第二角钢13的另一条边向H型钢柱1翼缘相反方向布设,在第一角钢12和第二角钢13的另一条边之间形成第一间隙;第三角钢14位于第一角钢12和第二角钢13的下方,且第三角钢14的其中一条边同样连接在H型钢柱1翼缘上,第三角钢14的另一条边向H型钢柱1翼缘相反方向布设,第三角钢14的另一条边与第一角钢12、第二角钢13的另一条边之间形成第二间隙;
图5所示,摩擦元件5包括顶板、竖板、底板和斜侧板,顶板与底板平行布设,顶板的一端与底板的一端通过斜侧板连接,竖板的三个侧边分别与顶板、斜侧板以及底板连接,摩擦元件5各部分之间通过全熔透焊缝连接;摩擦元件5的竖板插设在第一间隙内,摩擦元件5的底板插设在第二间隙内,摩擦元件5的顶板与H型钢梁2下翼缘连接;从图中可以明显看出,摩擦元件5的底板与第一角钢12的另一条边、第三角钢14的另一条边接触处通过在长圆孔内插设高强螺栓11紧固,摩擦元件5的顶板上开设标准螺栓孔,通过标准螺栓与H型钢梁2下翼缘连接。
图1中还包括预应力索3,其平行于H型钢梁2跨度方向,预应力索3顺次垂直穿过两个H型钢柱1翼缘通过锚具9与锚固板8固定在远离H型钢梁2的H型钢柱1翼缘外侧。
还包括剪力板7,图7所示,其板面上开设至少一个长圆孔,长圆孔内插设螺栓将剪力板7与H型钢梁2腹板连接,剪力板7的一端与H型钢柱1翼缘垂直固定,且两者通过焊接连接。
为了实现更好的摩擦效果,在变截面T型钢4腹板和H型钢梁2上翼缘之间设置摩擦板10,摩擦元件5和第一角钢12、第二角钢13以及第三角钢14接触处设置摩擦板10;摩擦板10如图8所示,其选用钢板、黄铜板、不锈钢板、镀锌钢板或者镀铝钢板。
上述优选实施例在经过多次试验后发现,⑴当层间位移角小于0.4%,结构处于弹性阶段;⑵当层间位移角达到0.4%,若节点承受正弯矩,则绕H型钢梁2上翼缘中心转动,摩擦元件5通过与角钢组6之间的滑移摩擦耗能;若节点承受负弯矩,则绕H型钢梁2下翼缘中心转动,变截面T型钢4通过变截面T型钢4腹板与H型钢梁2上翼缘之间的滑移摩擦耗能,同时摩擦元件5通过与角钢组6之间的滑移摩擦耗能;⑶如果层间位移角继续增大到1.0%,则变截面T型钢4也通过自身的弯曲塑性变形参与耗能,在相同侧向变形的条件下能产生较大的摩擦面相对位移,从而提供较大的节点抵抗弯矩,提高摩擦耗能效果。
因此选用本申请提供的混合耗能模式的自复位钢结构节点实现均匀耗能的同时,提高了自复位节点的耗能能力。
本技术领域技术人员可以理解,除非另外定义,这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是,诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义,并且除非像这里一样定义,不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。
本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。
以上述依据本发明的理想实施例为启示,通过上述的说明内容,相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内,进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容,必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种混合耗能模式的自复位钢结构节点,包括H型钢柱和H型钢梁,H型钢梁的一端与H型钢柱翼缘垂直相连,其特征在于:在H型钢梁上翼缘与H型钢柱翼缘连接处设置变截面T型钢,变截面T型钢翼缘与H型钢柱翼缘相连,变截面T型钢腹板与H型钢梁上翼缘相连;
在H型钢梁下翼缘与H型钢柱翼缘连接处通过角钢组设置摩擦元件,摩擦元件的顶部与H型钢梁的下翼缘贴合连接;
还包括预应力索,其平行于H型钢梁跨度方向,同时垂直穿过两个H型钢柱翼缘固定在远离H型钢梁的H型钢柱翼缘外侧。
2.根据权利要求1所述的混合耗能模式的自复位钢结构节点,其特征在于:
在H型钢梁下翼缘与H型钢柱翼缘连接处设置角钢组,分别为第一角钢、第二角钢和第三角钢,第一角钢和第二角钢并排设置,第一角钢、第二角钢的其中一条边连接在H型钢柱翼缘上,第一角钢、第二角钢的另一条边向H型钢柱翼缘相反方向布设,在第一角钢和第二角钢的另一条边之间形成第一间隙;
第三角钢位于第一角钢和第二角钢的下方,且第三角钢的其中一条边同样连接在H型钢柱翼缘上,第三角钢的另一条边向H型钢柱翼缘相反方向布设,第三角钢的另一条边与第一角钢、第二角钢的另一条边之间形成第二间隙;
在第一间隙、第二间隙内插设摩擦元件,摩擦元件同时与H型钢梁下翼缘连接;
摩擦元件包括顶板、竖板、底板和斜侧板,顶板与底板平行布设,顶板的一端与底板的一端通过斜侧板连接,竖板的三个侧边分别与顶板、斜侧板以及底板连接;
摩擦元件的竖板插设在第一间隙内,摩擦元件的底板插设在第二间隙内,摩擦元件的顶板与H型钢梁下翼缘连接。
3.根据权利要求2所述的混合耗能模式的自复位钢结构节点,其特征在于:前述的变截面T型钢腹板上开设至少一个长圆孔,在长圆孔内插设螺栓将变截面T型钢腹板与H型钢梁上翼缘相连。
4.根据权利要求1所述的混合耗能模式的自复位钢结构节点,其特征在于:变截面T型钢翼缘采用变截面形式,选用狗骨式或者切角式或者开槽式。
5.根据权利要求1所述的混合耗能模式的自复位钢结构节点,其特征在于:还包括剪力板,其板面上开设至少一个长圆孔,长圆孔内插设螺栓将剪力板与H型钢梁腹板连接,剪力板的一端与H型钢柱翼缘通过焊接垂直固定。
6.根据权利要求1所述的混合耗能模式的自复位钢结构节点,其特征在于:预应力索顺次穿过两个H型钢柱翼缘后通过锚具与锚固板固定在H型钢柱翼缘外侧。
7.根据权利要求2所述的混合耗能模式的自复位钢结构节点,其特征在于:在变截面T型钢腹板和H型钢梁上翼缘之间设置摩擦板,摩擦元件和第一角钢、第二角钢以及第三角钢接触处设置摩擦板;
摩擦板选用钢板、黄铜板、不锈钢板、镀锌钢板或者镀铝钢板。
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