CN112127476A - 一种装配式梁柱节点连接装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装配式梁柱节点连接装置及其应用，属于建筑技术领域以及结构工程技术领域。此梁柱节点连接装置包含内套筒以及连接件，所述连接件包含弧形钢板、H型钢、第一连接钢板以及第二连接钢板，所述H型钢与弧形钢板凸起的一侧相连，并且，所述内套筒、弧形钢板、H型钢的腹板、第一连接钢板以及第二连接钢板上均设有若干预留孔洞。

Description

一种装配式梁柱节点连接装置及其应用

技术领域

本发明涉及一种装配式梁柱节点连接装置及其应用，属于建筑技术领域以及结构工程技术领域。

背景技术

随着我国在建筑生产领域的不断发展与探索，传统的现浇式结构因其粗犷的生产模式，已经不再符合当今国家所大力推行的绿色、环保、可持续的发展理念。装配式建筑凭借其施工周期短、工程质量高、对环境污染小等优点，已经在建筑行业中大放异彩，国家也相继发布了若干相关政策，指导并推动装配式建筑的发展。

模块化建筑是在装配式建筑的基础上进行的又一次延伸，具有更高的装配率。装配式建筑是将组成建筑的构件在工厂中预制加工，完成后再运输到施工现场拼装；而模块化建筑的每个模块单元都可以在工厂中预制生产，将模块单元运输到现场后只需进行吊装与节点的拼接即可完成建造。而钢模块又因其大部分工作可在构件厂完成、钢材可回收再利用、施工现场无湿作业等特点，成为模块化建筑中最具优势的存在。

钢框架模块是钢模块的种类之一，其类似于传统的钢结构框架体系，每个模块单元都由四根角柱与上下边梁所组成，梁、柱作为主要的受力体系。钢框架模块自重较轻、传力途径明确、便于相互组合形成更大的空间，且安装过程轻便迅捷，是十分适合我国发展的一种模块化建筑形式。大力推动钢框架模块建筑的发展不仅符合我国对于绿色建筑的推广理念，还可以在一定程度上缓解钢材产量过剩的问题。

国内对于钢框架模块化建筑的研究较少，并且，国内的钢框架模块化建筑目前还主要存在着以下几个问题：

第一、梁柱节点的连接方式多为焊接，不利于后期对于建筑的维护修缮以及构件的更换；

第二、钢框架模块单元间的连接方式多参照集装箱模块的连接方式，但普通的栓接或焊接难以保证节点的强度与安全性；

第三、模块化建筑单元的组合形式过于单一，仅仅是各单元于高度上的堆积，在结构的创新性上有所不足；

因此，急需设计出一种方便拆卸更换、安全性能高、结构形式可变的装配式梁柱节点连接装置以实现钢框架中梁柱之间的节点连接。

发明内容

[技术问题]

本发明要解决的技术问题是提供一种方便拆卸更换、安全性能高、结构形式可变的装配式梁柱节点连接装置以实现钢框架中梁柱之间的节点连接。

[技术方案]

为解决上述技术问题，本发明提供了一种梁柱节点连接装置，所述梁柱节点连接装置1包含内套筒2以及连接件3，所述连接件3包含弧形钢板4、H型钢5、第一连接钢板6以及第二连接钢板7，所述H型钢5与弧形钢板4凸起的一侧相连，并且，所述内套筒2、弧形钢板4、H型钢5的腹板、第一连接钢板6以及第二连接钢板7上均设有若干预留孔洞8。

在本发明的一种实施方式中，所述弧形钢板4的中心线垂直于H型钢5的上翼缘板和下翼缘板。

在本发明的一种实施方式中，所述H型钢5的上翼缘板和下翼缘板的宽度随其与弧形钢板4之间的距离逐渐变大而逐渐变小

在本发明的一种实施方式中，所述内套筒2为圆钢管。

在本发明的一种实施方式中，所述预留孔洞8为螺栓孔。

一种连接梁柱的方法，所述梁9为H型钢梁，所述梁9的腹板上设有若干预留孔洞8；所述柱10为圆钢管柱，所述柱10的上端和/或下端连接有环形钢板11，并且，所述柱10和环形钢板11上设有若干预留孔洞8；所述方法为使用上述节点连接装置1，将上下相邻两根柱10套设在内套筒2上，使得内套筒2位于上下相邻两根柱10内部且位于上下相邻两根柱10的相接处，并且，通过预留孔洞8和紧固件12将上下相邻两根柱10的环形钢板11连接，通过预留孔洞8和紧固件12将内套筒2、柱10和弧形钢板4连接，将H型钢5和H型钢梁9相接，将第一连接钢板6和第二连接钢板7分别放置在H型钢5和H型钢梁9腹板相接处的两侧，并且，通过预留孔洞8和紧固件12将H型钢5的腹板、H型钢梁9的腹板、第一连接钢板6和第二连接钢板7连接，得到梁柱。

在本发明的一种实施方式中，上下相邻两根柱10上分别连接有两个连接件3，并且，位于上方的柱10上的两个连接件3互成九十度连接在柱10的底部，位于下方的柱10上的两个连接件3互成九十度连接在柱10的底部。

在本发明的一种实施方式中，所述柱10的中心线和弧形钢板4的中心线共线设置。

在本发明的一种实施方式中，所述紧固件12为螺栓。

本发明还提供了应用上述方法连接得到的梁柱结构。

在本发明的一种实施方式中，所述梁柱结构为钢框架。

本发明还提供了上述梁柱节点连接装置或上述方法或上述梁柱结构在建筑中的应用。

[有益效果]

本发明提供了一种钢框架模块的装配式梁柱节点连接装置，与一般的钢框架模块梁柱节点连接装置相比，本发明的配式梁柱节点连接装置具有以下优点：

(1)本发明的装配式梁柱节点连接装置装配率极高，各构件可进行标准化的生产，且各构件间绝大部分通过螺栓进行连接，有效规避了焊接过程中焊缝质量未达标造成的结构上的削弱；螺栓连接的方式还加快了前期模块单元的拼装速度，并且十分便于后期对于构件的修缮更换，更加符合如今装配式建筑的发展理念；

(2)本发明的装配式梁柱节点连接装置采用设置内套筒与柱端环形钢板组合的连接形式，专递至节点处的剪力与弯矩由内套筒以及高强螺栓共同分担，有效提高了节点的整体刚度；连接件中H型钢的上下翼缘采取宽度不一的渐变式构造，保证了在焊缝处不会出现过大的应力集中；

(3)本发明的装配式梁柱节点连接装置各构件间通过预设的螺栓孔，无论是在梁柱框架的拼接时还是在上下模块的连接时，都可以起到很好的辅助定位效果，使得可以高效、精准、迅速的完成整体结构的施工；

(4)本发明的装配式梁柱节点连接装置可根据建筑形式的需求调节内套筒上下半部分的开孔位置，以及柱底、柱顶环形钢板的开孔位置，通过简单的只更改一小部分构件的方法，使得各模块间可以有更多的组合形式，在满足模块化建筑的高度装配率的基础上，建筑形式的丰富度得到进一步的提升。

附图说明

图1为梁柱节点连接装置的一种实施方式的整体结构示意图。

图2为内套筒的一种实施方式的整体结构示意图。

图3为连接件的一种实施方式的整体结构示意图。

图4为梁柱结构的一种实施方式的部分结构示意图。

图5为梁柱结构的一种实施方式的整体结构示意图。

图1-5中，1为梁柱节点连接装置、2为内套筒、3为连接件、4为弧形钢板、5为H型钢、6为第一连接钢板、7为第二连接钢板、8为预留孔洞、9为梁、10为柱、11为环形钢板、12为紧固件。

具体实施方式

为了对本发明的技术方案、目的和效果有更清楚的理解，现结合附图以及实施例对本发明进行进一步的阐述：

下述实施例中涉及的钢为Q345钢。

下述实施例中涉及的检测方法如下：

节点极限承载力检测方法：

采用拟静力加载实验，柱头和柱脚均采用平面铰支座模拟反弯点边界条件，梁端采用水平滑动铰支座，使得试验时试件只受竖向作用力，不受水平作用力。试验系统包括1000吨垂向作动器(最大推力：10000kN，最大拉力：3000kN，行程：±300mm)和150吨水平作动器(最大推力：1500kN，最大拉力：1500kN，行程：±400mm)。在顶板和底板之间设置滚轮，以便在测试期间可以调节作动器的水平位置。

施加低周往复荷载前，首先利用安装在柱顶位置的竖向千斤顶对试件预压两次，预加载值为0.4P，然后分两级施加竖向轴压力至预定荷载，分别为0.5P、1.0P，其中P为轴压值(轴压比为0.3)。每级荷载施加完毕后，保持荷载1min，采集数据。竖向预定轴力施加完毕后再安装梁端支座，确保在施加轴力的过程中梁端不会引入额外内力。最后在柱端施加低周往复荷载直至试件失效，整个加载过程中柱顶轴力保持恒定。

极限位移的检测方法：

试验采用采用位移控制加载方式，试验时以推为加载正方向，拉为负方向。每级荷载施加完毕后，保持荷载1min，采集数据。竖向预定轴力施加完毕后再安装梁端支座，确保在施加轴力的过程中梁端不会引入额外内力，梁端也采用铰接的连接方式。最后在柱端施加低周往复荷载直至试件失效，整个加载过程中柱顶轴力保持恒定。加载采用位移控制，层间位移角为1/1000、1/800、1/500、1/400、1/300每级循环一次；位移角为1/200、1/150、1/100、1/75、1/50、1/35、1/30、1/25、1/20时每级循环3次，试验加载至试件荷载下降到峰值荷载的85％或滞回环出现不稳定现象时终止试验。

试件柱顶、梁端分别布置1个位移计，以测得加载过程中的位移；H型钢梁每个侧面沿纵横向布置2个应变片，圆钢管柱在连接H型钢梁的一侧与平行于H型钢梁的一侧沿纵横向各布置2个应变片；在连接钢板对应H型钢与H型钢梁的交界处沿纵横向布置2个应变片。

实施例1：一种梁柱节点连接装置

如图1-3，梁柱节点连接装置1包含内套筒2以及连接件3，所述连接件3包含弧形钢板4、H型钢5、第一连接钢板6以及第二连接钢板7，所述H型钢5与弧形钢板4凸起的一侧相连，并且，所述内套筒2、弧形钢板4、H型钢5的腹板、第一连接钢板6以及第二连接钢板7上均设有若干预留孔洞8。

作为优选，所述弧形钢板4的中心线垂直于H型钢5的上翼缘板和下翼缘板。

作为优选，所述H型钢5的上翼缘板和下翼缘板的宽度随其与弧形钢板4之间的距离逐渐变大而逐渐变小

作为优选，所述内套筒2为圆钢管。

作为优选，所述预留孔洞8为螺栓孔。

实施例2：一种连接梁柱的方法

如图4-5，所述梁9为H型钢梁，所述梁9的腹板上设有若干预留孔洞8；所述柱10为圆钢管柱，所述柱10的上端和/或下端连接有环形钢板11，并且，所述柱10和环形钢板11上设有若干预留孔洞8；所述方法为使用上述节点连接装置1，将上下相邻两根柱10套设在内套筒2上，使得内套筒2位于上下相邻两根柱10内部且位于上下相邻两根柱10的相接处，并且，通过预留孔洞8和紧固件12将上下相邻两根柱10的环形钢板11连接，通过预留孔洞8和紧固件12将内套筒2、柱10和弧形钢板4连接，将H型钢5和H型钢梁9相接，将第一连接钢板6和第二连接钢板7分别放置在H型钢5和H型钢梁9腹板相接处的两侧，并且，通过预留孔洞8和紧固件12将H型钢5的腹板、H型钢梁9的腹板、第一连接钢板6和第二连接钢板7连接，得到梁柱。

作为优选，上下相邻两根柱10上分别连接有两个连接件3，并且，位于上方的柱10上的两个连接件3互成九十度连接在柱10的底部，位于下方的柱10上的两个连接件3互成九十度连接在柱10的底部。

作为优选，所述柱10的中心线和弧形钢板4的中心线共线设置。

作为优选，所述紧固件12为螺栓。

实施例3：一种梁柱

梁柱的施工方法见实施例2，其中：

梁、柱尺寸：圆钢管柱截面尺寸均为A300mm×10mm；内套筒截面尺寸为A280mm×10mm，高800mm；柱端环形钢板外径A_外为500mm，内径A_内为300mm，厚度为20mm；H型钢梁截面尺寸为300mm×150mm×8mm×15mm。

连接体尺寸：弧形钢板形状为四分之一的圆，高400mm，厚度为10mm，内径A_内为300mm；H型钢的上下翼缘的宽度由200mm平滑过渡到150mm，宽度200mm端与弧形钢板焊接在一起，宽度150mm端与H型钢梁连接，厚度均为15mm，腹板截面尺寸为8mm×270mm，长度为200mm；第一连接钢板和第二连接钢板的截面尺寸为300mm×150mm，厚度为10mm。

螺栓孔尺寸：柱端环形钢板上预留的螺栓孔直径为20mm，其余预留的螺栓孔直径均为16mm。

紧固件在弧形钢板、柱与内套筒连接处采用单向紧锁螺栓(16mm)，在柱端环形钢板连接处采用M20的高强螺栓，其余均采用M16的高强螺栓；钢材均采用Q345的钢材。

检测梁柱的的柱端极限承载力和极限位移，检测结果为：柱端极限承载力为112.7kN、极限位移为266.2mm。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种梁柱节点连接装置，其特征在于，所述梁柱节点连接装置包含内套筒以及连接件，所述连接件包含弧形钢板、H型钢、第一连接钢板以及第二连接钢板，所述H型钢与弧形钢板凸起的一侧相连，并且，所述内套筒、弧形钢板、H型钢的腹板、第一连接钢板以及第二连接钢板上均设有若干预留孔洞。

2.如权利要求1所述的一种梁柱节点连接装置，其特征在于，所述弧形钢板的中心线垂直于H型钢的上翼缘板和下翼缘板。

3.如权利要求1或2所述的一种梁柱节点连接装置，其特征在于，所述H型钢的上翼缘板和下翼缘板的宽度随其与弧形钢板之间的距离逐渐变大而逐渐变小。

4.如权利要求1-3任一所述的一种梁柱节点连接装置，其特征在于，所述内套筒为圆钢管。

5.一种连接梁柱的方法，其特征在于，所述梁为H型钢梁，所述梁的腹板上设有若干预留孔洞；所述柱为圆钢管柱，所述柱的上端和/或下端连接有环形钢板，并且，所述柱和环形钢板上设有若干预留孔洞；所述方法为使用权利要求1-4任一所述的节点连接装置，将上下相邻两根柱套设在内套筒上，使得内套筒位于上下相邻两根柱内部且位于上下相邻两根柱的相接处，并且，通过预留孔洞和紧固件将上下相邻两根柱的环形钢板连接，通过预留孔洞和紧固件将内套筒、柱和弧形钢板连接，将H型钢和H型钢梁相接，将第一连接钢板和第二连接钢板分别放置在H型钢和H型钢梁腹板相接处的两侧，并且，通过预留孔洞和紧固件将H型钢的腹板、H型钢梁的腹板、第一连接钢板和第二连接钢板连接，得到梁柱。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，上下相邻两根柱上分别连接有两个连接件，并且，位于上方的柱上的两个连接件互成九十度连接在柱的底部，位于下方的柱上的两个连接件互成九十度连接在柱的底部。

7.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述柱的中心线和弧形钢板的中心线共线设置。

8.应用权利要求7所述的方法连接得到的梁柱结构。

9.如权利要求8所述的梁柱结构，其特征在于，所述梁柱结构为钢框架。

10.权利要求1-4任一所述的梁柱节点连接装置或权利要求5-7任一所述的方法或权利要求8或9所述的梁柱结构在建筑中的应用。

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