CN113062475A - 一种分段式齿状约束耗能节点 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钢结构技术领域,提供了一种分段式齿状约束耗能节点,包括柱、长梁段、短梁段、耗能段。长梁段和短梁段由耗能段通过高强螺栓群连接。耗能段包括翼缘连接件和腹板连接件,依靠耗能板屈服耗散能量,翼缘连接件设有带齿状凸起的约束外套。地震下,结构的塑性变形能控制在耗能段上,同时由于齿状约束的存在,又不至于导致耗能段屈曲过度,引起耗能性能下降,保证了结构的主要构件始终保持弹性。本节点耗能效果良好,节点整体尺寸较小,不影响结构空间布局,构造也较为简单,加工简便,震后修复时,只需更换耗能段即可使结构恢复使用。
Description
技术领域
本发明涉及到钢结构技术领域,特别是涉及一种分段式齿状约束耗能节点。
背景技术
在装配式钢结构的开发、设计、建造及推广应用中,必须对结构的抗震性能给予足够重视。装配式钢结构的新型节点、构件、部品、体系不断发展,从“强柱弱梁”到避免脆性破坏而设置削弱点,再到许多设计者创新地用耗能节点代替削弱点。
传统耗能节点,为了限制耗能装置的变形而设置的约束装置,往往是对节点进行整体约束,此种约束虽然对变形的限制效果较好,但是存在以下缺陷:①装置加工复杂;②体型较大,占用结构净空,影响结构中其他部件,如楼板等的构造;③由于约束装置是整体式,往往荷载作用会分散到约束装置上而无法集中于耗能段,从而影响整个节点的耗能效果。
在此基础上也有设计者提出了一种分散式的约束装置,此种装置虽然降低了装置难度,解决了荷载作用分散的问题,但由于其仅仅是将整体式的装置进行分割处理,会形成一部分未约束段,此部分的耗能板在受压过程中易发生屈曲,其变形能力大幅降低,从而导致耗能装置变形过大,无法提供良好的耗能效果。
以上技术缺陷导致节点无法保证较好的耗能效果,同时存在占用结构净空、影响结构布局、加工复杂、限制变形能力较弱和分散荷载作用等缺点。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足,本发明提供了一种承载力稳定,在具有良好耗能能力的基础上,节约结构净空,不影响结构布局,加工简便,限制变形能力较强,不分散荷载作用,且震后可快速修复的分段式齿状约束耗能节点。
本发明所采用的技术方案是:
一种分段式齿状约束耗能节点,包括钢柱1、短梁段2、长梁段3和耗能段,分段式齿状约束耗能节点为两侧横向对称结构,中心轴位于长梁段3处;所述的钢柱1与短梁段2垂直焊接,长梁段3和短梁段2通过耗能段连接;所述的耗能段包括两套翼缘连接件和两块腹板连接板8;所述翼缘连接件一端分别固定于短梁段2端部对应的上下翼缘,另一端分别连接于长梁段3端部对应的上下翼缘;翼缘连接件包括耗能板7、约束装置I和约束装置II;约束装置I包括两块垫板6和外套I4;耗能板7的横截面为矩形,沿长度方向厚度不变,宽度具有变化;耗能板7沿长度方向按照宽度变化依次为耗能板宽段、耗能板次宽段、耗能板窄段、耗能板次宽段和耗能板宽段,耗能板宽段、耗能板次宽段、耗能板窄段依次变窄,整体呈两侧横向对称;约束装置II包括两块垫板6和外套II5;垫板6的横截面为矩形,沿长度方向的厚度不变,四块分别对称固定在短梁段2和长梁段3上,处于耗能板7的耗能板次宽段和耗能板窄段处,用于支撑外套I4和外套II5;垫板6的厚度比耗能板7厚;两块腹板连接板8一端分别固定于短梁段2端部腹板前侧面板和后侧面板,另一端与长梁段3端部腹板连接;外套I4和外套II5横截面为矩形,沿长度方向厚度不变,其安装于在垫板6上;外套I4和外套II5覆盖耗能板7耗能板次宽段和耗能板窄段,其边缘与长梁段3和短梁段2对齐。
所述外套I4和外套II5的相向端分别设置偶数个和奇数个齿状凸起,齿状凸起沿端部横截面对称布置;所述的齿状凸起,横截面为矩形,在外套宽度方向上设置齿状凸起的范围大于耗能板窄段的宽度,并且外套I4和外套II5上与耗能板窄段一致宽度范围内的齿状凸起总数不少于3个。
所述耗能板宽段和耗能板次宽段之间、耗能板次宽段和耗能板窄段之间都通过圆弧过渡;耗能板宽段宽度为长梁段3和短梁段2中宽度较小者的宽度减去10mm。
所述外套I4和外套II5上的齿状凸起相互插接配合,外套I4的齿状凸起间的间隙为外套II5的单齿宽加上2-4mm,外套II5的齿状凸起间的间隙为外套I4的单齿宽加上2-4mm,齿状凸起插接配合工作时,齿状凸起自由端端面同与其插接的齿间间端面的最小距离不小于2mm;所述齿状凸起自由端贴近耗能板7的边做倒角处理。
本发明耗能段在地震作用下,连接件钢板屈服以耗散能量。翼缘连接件外部设有带齿状凸起的约束外套,很好的约束其平面外变形,使整体结构具有稳定的承载能力和优良的耗能能力。
本发明的有益效果为:地震下,结构的塑性变形能控制在耗能段上,同时由于齿状约束的存在,又不至于导致耗能段屈曲过度,引起耗能性能下降,保证了结构的主要构件(柱、长梁段3和短梁段2始终保持弹性,耗能效果良好且强度不会有明显的下降。节点整体尺寸较小,不影响结构空间布局,构造也较为简单,加工简便,震后修复时,只需更换耗能段即可使结构恢复使用。
附图说明
图1是发明实施例的安装示意图;
图2是为了反映单个节点各部件层次关系所做的图1中A部分的局部剖切爆炸图
图3是本发明实施例单节点的示意图,(a)为俯视图,(b)为侧视图,(c)为正视图;
图4是图3中B部分齿状凸起的局部放大示意图
图5是本发明实施例外套I4和外套II(5)的示意图,(a)为俯视图,(b)为侧视图,(c)为正视图;
图6是本发明实施例垫板6的示意图,(a)为俯视图,(b)为侧视图,(c)为正视图;
图7是本发明实施例耗能板7的示意图,(a)为俯视图,(b)为侧视图,(c)为正视图。
附图中:1、钢柱;2、短梁段;3、长梁段;4、外套I;5、外套II;6、垫板;7、耗能板;8、腹部连接板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明,显然,所描述的实施例是本发明一种实施例,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。
参见图1和图2,图1是本实施例的安装示意图,图2为了反映单个节点各部件层次关系所做的图1中A部分的局部剖切爆炸图。本实例由钢柱1,短梁段2,长梁段3,外套I 4,外套II5,垫板6,耗能板7,腹部连接板8组成。组装时,两梁段之间预留缝隙,耗能板7两端分别连接在短梁段2和长梁段3的翼缘上,四块垫板6分别对称固定在短梁段2和长梁段3上,厚度比耗能板7厚,外套I4和外套II5安装于垫板6之上。腹板连接板8在长梁段3和短梁段2的腹板两侧分别对称设置,连接在长梁段3和短梁段2的腹板上。
图3是本发明实施例单节点的示意图。外套I4和外套II5覆盖耗能板次宽段和耗能板窄段,宽度与翼缘宽度相同;所述垫板6长度方向上处于耗能板7的耗能板次宽段和耗能板窄段处,横向一端与翼缘边缘平齐,另一端与耗能板次宽段留有1-2mm间隙;耗能板宽段宽度为长梁段3和短梁段2中宽度较小者的宽度减去10mm,并沿翼缘表面居中布置。
参见图4和图5,图4是图3中B部分齿状凸起的局部放大示意图,图5是本发明实施例外套I4和外套II5的示意图。外套I4和外套II5横截面为矩形,沿长度方向厚度不变,在其中一端设置齿状凸起,凸起沿端部横截面对称布置;齿状凸起横截面为矩形,外套I4设置偶数个,外套II5设置奇数个,在外套宽度方向上设置齿状凸起的范围大于耗能板窄段的宽度,在外套上与耗能板窄段宽度对应范围内的齿状凸起不少于3个;外套I4和外套II5的齿状凸起相互插接配合,外套I4的齿状凸起齿间间隙为外套II5的单齿宽加上2-4mm,外套II5的齿状凸起齿间间隙为外套I4的单齿宽加上2-4mm,齿状凸起插接配合工作时,齿状凸起自由端端面同与其插接的齿间间隙端面的最小距离不小于2mm;齿状凸起自由端贴近耗能板7的边做倒角处理。单齿宽和齿状凸起倒角的尺寸可由梁段预留缝隙及承载力要求确定。
图6是本发明实施例垫板6的示意图。所述垫板6的横截面为矩形,沿长度方向的厚度不变。
图7是本发明实施例耗能板7的示意图。耗能板7横截面为矩形,沿长度方向厚度不变,按横截面宽度的变化沿长度方向依次为耗能板宽段、耗能板次宽段、耗能板窄段、耗能板次宽段和耗能板宽段;耗能板宽段和耗能板次宽段之间、耗能板次宽段和耗能板窄段之间都通过圆弧过渡。耗能板窄段的横截面积由承载力要求确定,通过计算可以将塑性变形集中控制在耗能段,保证其余构件保持在弹性范围内。
本实例为较佳实施方式,耗能板7与腹部连接板8将钢柱1、短梁段2与长梁段3连接起来,保证了刚度,发生地震时,传力流畅,可以很好的屈曲耗能,吸收大部分能量,保护结构其他部分不受破坏;而为避免耗能板7屈曲过度导致节点失效,故在其两端加上垫板6和带齿状凸起的外套,限制耗能板仅在正常范围内屈曲变形,外套分为两段,中部作成齿状凸起,以在保证外套并不受地震荷载的情况下对耗能板7达到很好的约束;作为一个完整的技术方案,在满足结构基本要求的同时,能够有效吸收地震能量,具有良好减震性,节点整体尺寸较小,不影响结构空间布局,构造也较为简单,加工简便,整节点采用螺栓连接,易于施工,耗能板或任一部件破坏后易于更换,具有良好的装配性能,震后可快速修复。
最后应说明的是: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:其依然可以对前述各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各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (4)
1.一种分段式齿状约束耗能节点,其特征在于,所述的分段式齿状约束耗能节点包括钢柱(1)、短梁段(2)、长梁段(3)和耗能段,分段式齿状约束耗能节点为两侧横向对称结构,中心轴位于长梁段(3)处;所述的钢柱(1)与短梁段(2)垂直焊接,长梁段(3)和短梁段(2)通过耗能段连接;所述的耗能段包括两套翼缘连接件和两块腹板连接板(8);所述翼缘连接件一端分别固定于短梁段(2)端部对应的上下翼缘,另一端分别连接于长梁段(3)端部对应的上下翼缘;翼缘连接件包括耗能板(7)、约束装置I和约束装置II;约束装置I包括两块垫板(6)和外套I(4);耗能板(7)的横截面为矩形,沿长度方向厚度不变,宽度具有变化;耗能板(7)沿长度方向按照宽度变化依次为耗能板宽段、耗能板次宽段、耗能板窄段、耗能板次宽段和耗能板宽段,耗能板宽段、耗能板次宽段、耗能板窄段依次变窄,整体呈两侧横向对称;约束装置II包括两块垫板(6)和外套II(5);垫板(6)的横截面为矩形,沿长度方向的厚度不变,四块分别对称固定在短梁段(2)和长梁段(3)上,处于耗能板(7)的耗能板次宽段和耗能板窄段处,用于支撑外套I(4)和外套II(5);垫板(6)的厚度比耗能板(7)厚;两块腹板连接板(8)一端分别固定于短梁段(2)端部腹板前侧面板和后侧面板,另一端与长梁段(3)端部腹板连接;外套I(4)和外套II(5)横截面为矩形,沿长度方向厚度不变,其安装于在垫板(6)上;外套I(4)和外套II(5)覆盖耗能板(7)耗能板次宽段和耗能板窄段,其边缘与长梁段(3)和短梁段(2)对齐。
2.根据权利要求1所述的分段式齿状约束耗能节点,其特征在于:所述外套I(4)和外套II(5)的相向端分别设置偶数个和奇数个齿状凸起,齿状凸起沿端部横截面对称布置;所述的齿状凸起,横截面为矩形,在外套宽度方向上设置齿状凸起的范围大于耗能板窄段的宽度,并且外套I(4)和外套II(5)上与耗能板窄段一致宽度范围内的齿状凸起总数不少于3个。
3.根据权利要求1或2所述的分段式齿状约束耗能节点,其特征在于:所述耗能板宽段和耗能板次宽段之间、耗能板次宽段和耗能板窄段之间都通过圆弧过渡;耗能板宽段宽度为长梁段(3)和短梁段(2)中宽度较小者的宽度减去10mm。
4.根据权利要求3所述的分段式齿状约束耗能节点,其特征在于:所述外套I(4)和外套II(5)上的齿状凸起相互插接配合,外套I(4)的齿状凸起间的间隙为外套II(5)的单齿宽加上2-4mm,外套II(5)的齿状凸起间的间隙为外套I(4)的单齿宽加上2-4mm,齿状凸起插接配合工作时,齿状凸起自由端端面同与其插接的齿间间端面的最小距离不小于2mm;所述齿状凸起自由端贴近耗能板(7)的边做倒角处理。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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