CN113338441A - 一种提升梁柱节点抗倒塌能力的结构 - Google Patents

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CN113338441A CN202110799670.4A CN202110799670A CN113338441A CN 113338441 A CN113338441 A CN 113338441A CN 202110799670 A CN202110799670 A CN 202110799670A CN 113338441 A CN113338441 A CN 113338441A
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Abstract

本发明公开一种提升梁柱节点抗倒塌能力的结构，包括立柱和若干横梁；横梁的端部与立柱的侧面固接；横梁上设置有若干加强板，加强板的一端与立柱的侧面固接，加强板的另一端与横梁固接；横梁包括垂直固接的翼缘和腹板；加强板与翼缘固接；若干加强板分别对称设置在腹板的两侧；加强板为弹性板。本发明结构简单、使用方便，当梁柱节点断裂时，加强板继续连接立柱和横梁，防止梁柱之间断裂加剧，能有效提高梁柱结构的抗震能力和抗倒塌能力，有效降低梁柱结构连续倒塌的概率，提高梁柱结构的安全性。

Description

一种提升梁柱节点抗倒塌能力的结构
技术领域
本发明涉及建筑工程技术领域，特别是涉及一种提升梁柱节点抗倒塌能力的结构。
背景技术
近年来，随着建筑结构向大型化和复杂化发展，以及非预期灾害的日益增多，使得保障结构的安全性得到了研究者的广泛关注。通常建筑结构在服役期间可能会遭受地震、连续倒塌、飓风及火灾等，其中地震和连续倒塌是影响钢框架结构安全性的主要灾害，因而，如何减少局部破坏对整体结构的影响，并防止结构因局部破坏而导致连续性倒塌，得到了研究者们的高度重视。
连续倒塌是指结构在正常使用条件下，由于偶然事件的发生，引起结构发生初始局部损伤，并且这种损伤向其它部位传播，最终引起与初始局部损伤不成比例的大面积破坏甚至结构整体性倒塌破坏。连续倒塌一旦发生，将造成严重的生命财产损失，并产生恶劣的社会影响。
梁柱的节点连接技术是装配式钢框架结构体系中最核心的技术，其连接构造及节点性能对整个体系的性能起到十分重要的控制作用，因此，节点是钢框架结构抵抗偶然荷载、冲击荷载的软肋，一旦节点丧失承载能力则必将导致结构倒塌。但是，现有的梁柱节点结构在特殊荷载作用下的安全储备较低，一旦遭受爆炸、地震或交通工具撞击等特殊荷载的作用时，极易造成关键承重柱或关键节点承载能力的丧失，进而引发连续性倒塌。在结构的抗连续倒塌设计中，当竖向承重构件破坏后，梁柱节点都扮演着十分重要的角色。因此对已有连接节点和新建连接节点的抗连续倒塌加固措施变得十分重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种提升梁柱节点抗倒塌能力的结构，以解决上述现有技术存在的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种提升梁柱节点抗倒塌能力的结构，包括立柱和若干横梁；
所述横梁的端部与所述立柱的侧面固接；
所述横梁上设置有若干加强板，所述加强板的一端与所述立柱的侧面固接，所述加强板的另一端与所述横梁固接；
所述横梁包括垂直固接的翼缘和腹板；所述加强板与所述翼缘固接；若干所述加强板分别对称设置在所述腹板的两侧；所述加强板为弹性板。
优选的，所述加强板包括相互固接的第一板和第二板，所述第一板的一端与所述立柱固接，所述第一板的另一端与所述第二板一体成型，所述第二板的端面与所述翼缘固接。
优选的，所述第一板与所述立柱采用对接焊固定，所述第二板的端面与所述翼缘采用槽焊固定。
优选的，所述第一板为波纹板或弹簧折板中的一种。
优选的，所述加强板的数量为四个，四个所述加强板分别对称设置在所述腹板的两侧。
优选的，所述翼缘包括平行设置的第一翼缘和第二翼缘，所述腹板垂直固定在所述第一翼缘和所述第二翼缘之间；位于所述腹板同一侧的两个所述第二板分别与所述第一翼缘和所述第二翼缘固接。
优选的，位于所述腹板同一侧的两个所述第二板关于所述腹板的中线对称设置；与所述第一翼缘固接的两个第二板关于所述腹板对称；与所述第二翼缘固接的两个第二板关于所述腹板对称。
优选的，所述立柱与所述横梁的连接形式为全焊或栓焊中的一种。
本发明公开了以下技术效果：本发明公开一种提升梁柱节点抗倒塌能力的结构，在具体操作时，在横梁的翼缘处设置有带弹性的加强板，该加强板可以起到二次连接的作用，当横梁端与立柱连接处受拉翼缘发生断裂后，加强板替代其继续承担荷载，防止变形继续加大，以保证节点的承载能力和抗变形能力，直到最终加强板被拉断，继而有效提高梁柱节点的抗倒塌能力，避免节点过早发生破坏；由于加强板具有弹性，在横梁和立柱的连接断开后，加强板继续承担荷载发生变形，被拉直，直到变形极限，降低了梁柱节点连续倒塌的发生的几率，提高了梁柱结构的抗倒塌能力，提高了梁柱结构的安全性。本发明结构简单、使用方便，能有效提高梁柱结构的抗震能力和抗倒塌能力，有效降低梁柱结构连续倒塌的概率，提高梁柱结构的安全性。
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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提升梁柱节点抗倒塌能力的结构全焊波纹板三维图；
图2为本发明提升梁柱节点抗倒塌能力的结构全焊波纹板的主视图；
图3为本发明波纹板的三维图；
图4为本发明全焊波纹板的承载力-位移曲线；
图5为本发明提升梁柱节点抗倒塌能力的结构栓焊波纹板三维图；
图6为本发明提升梁柱节点抗倒塌能力的结构栓焊波纹板主视图；
图7为本发明栓焊波纹板的承载力-位移曲线；
图8为本发明提升梁柱节点抗倒塌能力的结构全焊弹簧折板三维图；
图9为本发明提升梁柱节点抗倒塌能力的结构全焊弹簧折板主视图；
图10为本发明弹簧折板的三维图；
图11为本发明弹簧折板的主视图；
图12为本发明提升梁柱节点抗倒塌能力的结构栓焊弹簧折板三维图；
图13为本发明提升梁柱节点抗倒塌能力的结构栓焊弹簧折板主视图；
图14为本发明栓焊弹簧折板的位移-承载力曲线；
其中，1、立柱；2、横梁；3、加强板；4、加载平台；5、栓接装置；6、工艺孔；201、第一翼缘；202、第二翼缘；203、腹板；301、第一板；302、第二板；401、顶板；402、肘板；501、焊接板；502、栓接板；503、螺栓。
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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图1-14，本发明提供一种提升梁柱节点抗倒塌能力的结构，包括立柱1和若干横梁2；
横梁2的端部与立柱1的侧面固接，横梁2与立柱1使用焊接固定，焊接的形式为全焊，横梁2与立柱1的焊接点开设有工艺孔6，用于焊接时消除应力变形；
横梁2上设置有若干加强板3，加强板3的一端与立柱1的侧面固接，加强板3的另一端与横梁2固接；
横梁2包括垂直固接的翼缘和腹板203；加强板3与翼缘固接；若干加强板3分别对称设置在腹板203的两侧；加强板3为弹性板；
进一步优化方案，加强板3包括相互固接的第一板301和第二板302，其中第一板301为波纹板或弹簧折板；第一板301的一端与立柱1固接，第一板301的另一端与第二板302一体成型，第二板302的端面与翼缘固接；第一板301与立柱1采用对接焊固定，第二板302的端面与翼缘采用槽焊固定；第一板301为波纹板或弹簧折板，立柱1和横梁2发生断裂时，第一板301继续支撑连接立柱1和横梁2，防止发生疗连续倒塌；第一板301受力变形延展，直到变形极限断裂，才会发生断裂；加强了立柱1和横梁2的抗倒塌性；第一板301的延展性增加了其变形极限，当变形量较小时，不会断裂；第一板301为波纹板时，第一板侧截面为带有若干波峰和波谷的波浪形；当第一板301为弹簧折板时，第一板301的截面为折线线性。
进一步优化方案，加强板3的数量为四个，四个加强板3分别对称设置在腹板203的两侧，加强板3设置在腹板203的两侧，每一侧设置两个加强板3。
进一步优化方案，翼缘包括平行设置的第一翼缘201和第二翼缘202，腹板203设置于第一翼缘201和第二翼缘202之间；位于腹板203同一侧的两个第二板302分别与第一翼缘201和第二翼缘202固接；在腹板203同一侧的两个加强板3，一个与第一翼缘201固接，另一个与第二翼缘202固接。
进一步优化方案，位于腹板203同一侧的两个第二板302关于腹板203的中线对称设置；与第一翼缘201固接的两个第二板302关于腹板203对称；与第二翼缘202固接的两个第二板302关于腹板203对称。
进一步的，为了方便进行加载试验，立柱1的顶端设置有用于试验的加载平台4，加载平台4的作用是方便进行加载测试，实际安装时需要取下；加载平台4包括顶板401，顶板401的底面与立柱1的顶端固接，顶板401与底板之间设有若干加强肘板402，加载应力时加载装置的输出端加载在顶板401上，顶板401与立柱1之间的的肘板402用于加强结构强度，防止加载时顶板401和立柱1断裂。
使用方法：
1、当第一板301为波纹板，立柱1与横梁2的焊接形式为全焊时，选用适当尺寸的立柱1和横梁2，本发明选用400mmX400mm的H型钢，为立柱1，横梁2选用2根100mmX200mm的H型钢，横梁2端部的腹板203上开设半径35mm的工艺孔6，然后将横梁2的端部焊接在立柱1的侧壁上；然后选取8块加强板3，加强板3选用厚度为8mm，宽度47mm的金属板，其中一端钢板压制若干弧形，弧形的半径62.5mm，弧度40°，作为第一板301部分，第一板301的长度为200mm，其余钢板作为平板302部分，平板302的长度为50mm，参照附图3所示；将第一板301的一端与立柱1的侧壁焊接，焊接形式为全焊，第二板302的顶面与第一翼缘201或第二翼缘202焊接，焊机形式为槽焊。
加载平台4用于方便对梁柱节点进行加载试验用，使用400mmX400mm的钢板作为顶板401，顶板401的四周与立柱1之间设置肘板402加强结构强度；如果结构用于实际使用，则不需要安装加载平台4；如果用于试验用途，增加加载平台4方便加载。
梁柱结构的结构极限承载力计算：
假设结构的最后的抗力完全由悬链线机制提供，梁柱结构在断裂时刻前，两个横梁2的第一翼缘201和上侧第一板301受拉伸充分伸展,它们的抗拉极限强度(考虑拉断)：
T＝A·fu
梁端转角：
θ＝2Δ/L
其中，为节点竖向位移，L为子结构跨度，
则：
F＝T·sinθ
附图4为全焊波纹板的位移-承载力曲线，其中W-O代表全焊原始试件，W-40代表全焊波纹板加强试件，坐标轴的X轴位梁柱结构的变形位移量，Y轴位梁柱结构的承载力。
2、当立柱1与横梁2的连接形式为栓焊，第一板301为波纹板时，即螺栓503连接和焊接混合使用；立柱1与横梁2之间设有栓接装置5，栓焊相比于全焊，增加了梁柱结构的整体强度。其中栓接装置5的栓接板502和焊接板501呈90°固定，焊接板501与立柱1平行且焊接到立柱1的侧壁，栓接板502与横梁2的腹板203固定，栓接板502和横梁2上开设有若干对应设置的螺栓孔，通过螺栓503固定。
选用适当尺寸的立柱1和横梁2，选用400mmX400mm的H型钢，为立柱1，横梁2选用2根100mmX200mm的H型钢，横梁2端部的腹板203上开设半径35mm的工艺孔6，然后将横梁2的端部焊接在立柱1的侧壁上；然后选取8块加强板3，加强板3选用厚度为8mm，宽度47mm的金属板，其中一端钢板压制若干弧形，弧形的半径62.5mm，弧度40°，作为第一板301部分，第一板301的长度为200mm，其余钢板作为平板302部分，平板302的长度为50mm，参照附图3所示；将第一板301的一端与立柱1的侧壁焊接，焊接形式为全焊，第二板302的顶面与第一翼缘201或第二翼缘202焊接，焊机形式为槽焊。
加载平台4用于方便对梁柱节点进行加载试验用，使用400mmX400mm的钢板作为顶板401，顶板401的四周与立柱1之间设置肘板402加强结构强度；如果结构用于实际使用，则不需要安装加载平台4；如果用于试验用途，增加加载平台4方便加载。
梁柱结构的结构极限承载力计算：
假设结构的最后的抗力完全由悬链线机制提供，梁柱结构在断裂时刻前，两个横梁2的第一翼缘201和上侧第一板301受拉伸充分伸展,它们的抗拉极限强度(考虑拉断)：
T＝A·fu
梁端转角：
θ＝2Δ/L其中，为节点竖向位移，L为子结构跨度，
则：
F＝T·sinθ
附图7为栓焊波纹板的位移-承载力曲线，其中WB-O代表栓焊原始试件，WB-40代表栓焊波纹板加强试件，坐标轴的X轴位梁柱结构的变形位移量，Y轴位梁柱结构的承载力。
3、当立柱1与横梁2的连接形式为全焊，第一板301为弹簧折板时，选用适当尺寸的立柱1和横梁2，本实施例选用400mmX400mm的H型钢，为立柱1，横梁2选用2根100mmX200mm的H型钢，横梁2端部的腹板203上开设半径35mm的工艺孔6，然后将横梁2的端部焊接在立柱1的侧壁上；然后选取8块加强板3，加强板3选用厚度为8mm，宽度47mm的金属板，其中一端金属板压制若干阶梯型，阶梯的高度为8mm-10mm，作为第一板301部分，第一板301的长度为200mm，其余钢板作为平板302部分，平板302的长度为50mm，参照附图10所示；将第一板301的一端与立柱1的侧壁焊接，焊接形式为全焊，第二板302的顶面与第一翼缘201或第二翼缘202焊接，焊机形式为槽焊。
加载平台4用于方便对梁柱节点进行加载试验用，使用400mmX400mm的钢板作为顶板401，顶板401的四周与立柱1之间设置肘板402加强结构强度；如果结构用于实际使用，则不需要安装加载平台4；如果用于试验用途，增加加载平台4方便加载。
4、当立柱1与横梁2的连接形式为栓焊，第一板301为弹簧折板时，即螺栓503连接和焊接混合使用；立柱1与横梁2之间设有栓接装置5，栓焊相比于全焊，增加了梁柱结构的整体强度。其中栓接装置5的栓接板502和焊接板501呈90°固定，焊接板501与立柱1平行且焊接到立柱1的侧壁，栓接板502与横梁2的腹板203固定，栓接板502和横梁2上开设有若干对应设置的螺栓孔，通过螺栓503固定。
选用适当尺寸的立柱1和横梁2，本实施例选用400mmX400mm的H型钢，为立柱1，横梁2选用2根100mmX200mm的H型钢，横梁2端部的腹板203上开设半径35mm的工艺孔6，然后将横梁2的端部焊接在立柱1的侧壁上；然后选取8块加强板3，加强板3选用厚度为8mm，宽度47mm的金属板，其中一端金属板压制若干阶梯型，阶梯的高度为8mm-10mm，作为第一板301部分，第一板301的长度为200mm，其余钢板作为平板302部分，平板302的长度为50mm，参照附图10所示；将第一板301的一端与立柱1的侧壁焊接，焊接形式为全焊，第二板302的顶面与第一翼缘201或第二翼缘202焊接，焊机形式为槽焊。
加载平台4用于方便对梁柱节点进行加载试验用，使用400mmX400mm的钢板作为顶板401，顶板401的四周与立柱1之间设置肘板402加强结构强度；如果结构用于实际使用，则不需要安装加载平台4；如果用于试验用途，增加加载平台4方便加载。
梁柱结构的结构极限承载力计算：
假设结构的最后的抗力完全由悬链线机制提供，梁柱结构在断裂时刻前，两个横梁2的第一翼缘201和上侧第一板301受拉伸充分伸展,它们的抗拉极限强度(考虑拉断)：
T＝A·fu
梁端转角：
θ＝2Δ/L
其中，为节点竖向位移，L为子结构跨度，
则：
F＝T·sinθ
附图14为栓焊弹簧折板的位移-承载力曲线，其中WB-O代表栓焊原始试件，WB-S代表栓焊弹簧折板303加强试件，坐标轴的X轴位梁柱结构的变形位移量，Y轴位梁柱结构的承载力。本发明结构简单、使用方便，通过波纹板能有效提高梁柱结构的抗震能力和抗倒塌能力，有效降低梁柱结构连续倒塌的概率，提高梁柱结构的安全性。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种提升梁柱节点抗倒塌能力的结构，其特征在于：包括立柱(1)和若干横梁(2)；
所述横梁(2)的端部与所述立柱(1)的侧面固接；
所述横梁(2)上设置有若干加强板(3)，所述加强板(3)的一端与所述立柱(1)的侧面固接，所述加强板(3)的另一端与所述横梁(2)固接；
所述横梁(2)包括垂直固接的翼缘和腹板(203)；所述加强板(3)与所述翼缘固接；若干所述加强板(3)分别对称设置在所述腹板(203)的两侧；所述加强板(3)为弹性板；
所述立柱(1)的顶端设置有用于试验的加载平台(4)。
2.根据权利要求1所述的提升梁柱节点抗倒塌能力的结构，其特征在于：所述加强板(3)包括相互固接的第一板(301)和第二板(302)，所述第一板(301)的一端与所述立柱(1)固接，所述第一板(301)的另一端与所述第二板(302)一体成型，所述第二板(302)的端面与所述翼缘固接。
3.根据权利要求2所述的提升梁柱节点抗倒塌能力的结构，其特征在于：所述第一板(301)与所述立柱(1)采用对接焊固定，所述第二板(302)的端面与所述翼缘采用槽焊固定。
4.根据权利要求2所述的提升梁柱节点抗倒塌能力的结构，其特征在于：所述第一板(301)为波纹板或弹簧折板其中的一种。
5.根据权利要求4所述的提升梁柱节点抗倒塌能力的结构，其特征在于：所述加强板(3)的数量为四个，四个所述加强板(3)分别对称设置在所述腹板(203)的两侧。
6.根据权利要求5所述的提升梁柱节点抗倒塌能力的结构，其特征在于：所述翼缘包括平行设置的第一翼缘(201)和第二翼缘(202)，所述腹板(203)垂直固定在所述第一翼缘(201)和所述第二翼缘(202)之间；位于所述腹板(203)同一侧的两个所述第二板(302)分别与所述第一翼缘(201)和所述第二翼缘(202)固接。
7.根据权利要求6所述的提升梁柱节点抗倒塌能力的结构，其特征在于：所述位于所述腹板(203)同一侧的两个所述第二板(302)关于所述腹板(203)的中线对称设置；与所述第一翼缘(201)固接的两个第二板(302)关于所述腹板(203)对称；与所述第二翼缘(202)固接的两个第二板(302)关于所述腹板(203)对称。
8.根据权利要求1所述的提升梁柱节点抗倒塌能力的结构，其特征在于：所述立柱(1)与所述横梁(2)的连接形式为全焊或者栓焊中的一种。
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