CN113882505A - 一种带阻尼器的易修复装配式钢结构梁柱节点及安装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带阻尼器的易修复装配式钢结构梁柱节点及安装方法,包括矩形钢管混凝土(CFST)柱、H型钢梁、连接件和弯曲型阻尼器,所述连接件包括柱端贴板连接件、梁端槽钢连接件、螺栓和销轴,柱端贴板连接件焊接于柱两侧,梁端槽钢连接件焊接于H型钢梁上、下翼缘和腹板端部,柱端贴板连接件与梁端槽钢连接件通过销轴连接,梁端上、下侧各设置一个弯曲型阻尼器,两端分别与柱端贴板连接件和H型钢梁翼缘连接。节点在柱端仅通过两块侧板连接,便于弯曲型阻尼器的更换,同时加工制作及现场安装均非常方便。销轴与弯曲型阻尼器共同工作,实现了承载、耗能、易修复三种功能的有机结合。
Description
技术领域
本发明建筑工程技术领域,特别是一种带阻尼器的易修复装配式钢结构梁柱节点及安装方法。
背景技术
装配式钢结构具有结构自重轻、截面尺寸小、抗震性能好、施工速度快、绿色可回收、构件更换维修方便等优点,是我国大力推广的一种结构形式。可恢复功能结构是指地震后不需修复或稍加修复即可恢复其使用功能的结构。装配式钢结构节点往往采用现场螺栓拼接的方式,便于在节点部位设置可更换耗能部件,形成既有良好耗能性能又可快速修复的节点。采用了这种耗能良好且易修复的装配式节点的钢结构,地震时通过节点耗能可获得良好的减震效果,降低结构造价,地震后更换耗能部件即可快速恢复使用功能,大大降低修复成本,具有非常广阔的应用前景。
矩形钢管混凝土(CFST)柱承压能力强,截面宽度可以与填充墙厚度相同,隐藏在墙体内部,不影响室内空间;H型钢梁抗弯性能好;矩形CFST柱与H型钢梁组成的钢框架结构,可广泛应用于各种高层装配式钢结构住宅体系中。
但由于矩形CFST柱是闭口实心断面,采用普通的高强螺栓与H型钢梁连接时无法从柱内部进行操作,造成设计和施工上的困难,因此目前还很缺乏简单高效的矩形CFST柱与H型钢梁的装配式节点形式,严重阻碍了装配式钢结构住宅体系的推广应用。研发施工方便、造价经济、抗震性能好、震后修复快的节点连接形式,对高层装配式钢结构住宅的推广应用有重要意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足,而提供一种带阻尼器的易修复装配式钢结构梁柱节点及安装方法,本发明节点梁端剪力通过销轴传递至柱端贴板,梁端弯矩通过与上、下翼缘连接的弯曲型阻尼器传递至柱端贴板,改变耗能板形式和弯折角度即可改变传递弯矩的大小。地震时,通过弯曲型阻尼器耗散地震能量,其余部位均保持弹性;地震后,若弯曲型阻尼器塑性变形过大,可进行快速拆卸、更换,实现结构功能的快速恢复。节点具备承载、耗能、易修复三种特性,同时节点在柱端仅通过两块侧板连接,加工制作及现场安装均非常方便。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:
一种带阻尼器的易修复装配式钢结构梁柱节点,包括矩形CFST柱、H型钢梁、柱端贴板连接件、梁端槽钢连接件、弯曲型阻尼器和销轴;矩形CFST柱的两侧分别焊接有一块柱端贴板连接件,柱端贴板连接件部分焊接于矩形CFST柱上,梁端槽钢连接件为条形槽状,梁端槽钢连接件的槽口包裹于H型钢梁的端部;梁端槽钢连接件位于两块柱端贴板连接件之间,柱端贴板连接件未焊接部分和梁端槽钢连接件上开设有对应的销轴孔;柱端贴板连接件与梁端槽钢连接件通过销轴穿过销轴孔连接,H型钢梁通过销轴于两个柱端贴板连接件之间转动;两个柱端贴板连接件与H型钢梁的上、下部各设置有一个弯曲型阻尼器。
作为本发明的进一步优选,所述弯曲型阻尼器为S形弯曲阻尼器。
作为本发明的进一步优选,所述S形弯曲阻尼器的弯曲角度为90度。
作为本发明的进一步优选,所述S形弯曲阻尼器的弯曲角度为60度。
作为本发明的进一步优选,所述弯曲型阻尼器为U形弯曲阻尼器。
作为本发明的进一步优选,所述 U形弯曲阻尼器的凸面朝向矩形CFST柱。
作为本发明的进一步优选,S形弯曲阻尼器与梁端槽钢连接件留有节点转动所需的间隙。
作为本发明的进一步优选,U形弯曲阻尼器与矩形CFST柱留有变形所需的空间。
作为本发明的进一步优选,S形弯曲阻尼器端部留有缺口。
一种带阻尼器的易修复装配式钢结构梁柱节点安装方法,步骤(1):将柱端贴板连接件焊接于矩形CFST柱两侧,将梁端槽钢连接件的槽口包裹于H型钢梁的端部;步骤(2):柱端贴板连接件与梁端槽钢连接件通过销轴进行连接;步骤(3):弯曲型阻尼器两端分别与柱端贴板连接件和H型钢梁通过高强螺栓连接,完成节点安装;地震时,节点塑性损伤集中在弯曲型阻尼器部位,地震后节点修复时,销轴具有足够的承载能力,无需拆卸钢梁,仅需更换螺栓连接的弯曲型阻尼器,实现节点修复。
本发明具有如下有益效果:
1.本发明的梁端剪力通过销轴传递至柱端贴板,梁端弯矩通过与上、下翼缘连接的弯曲型阻尼器传递至柱端贴板,改变耗能板形式和弯折角度即可改变传递弯矩的大小,节点形式简洁、受力清晰;
2.本发明地震时弯曲型阻尼器通过塑性变形耗能,耗能性能良好,梁、柱构件和其余连接件在地震时保持弹性,弯曲型阻尼器采用螺栓连接,地震后受损的弯曲型阻尼器可方便地进行拆除和更换,实现结构功能的快速恢复;
3.本发明的H型钢梁及其配件与矩形CFST柱仅通过柱两侧贴板连接,弯曲型阻尼器和H型钢梁均从上方直接就位安装,现场只需进行全螺栓拼接,加工制作及现场安装均非常方便;
4.本发明的节点形式简洁、受力清晰,具备承载、耗能、易修复三种特性,且加工制作及现场安装均非常方便,能够减轻结构震害,降低震后修复成本,可广泛应用于各种矩形CFST柱H型钢梁框架结构中。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图;
图2是本发明实施例1的结构分解示意图;
图3是本发明梁柱连接件示意图;
图4是本发明实施例1的主视图;
图5是本发明实施例1的俯视图;
图6是本发明实施例1的侧视图;
图7是本发明实施例1的弯曲型阻尼器示意图;
图8是本发明实施例2的结构示意图;
图9是本发明实施例2的结构分解示意图;
图10是本发明实施例2的主视图;
图11是本发明实施例2的弯曲型阻尼器示意图;
图12是本发明实施例3的结构示意图;
图13是本发明实施例3的结构分解示意图;
图14是本发明实施例3的主视图;
图15是本发明实施例3的俯视图;
图16是本发明实施例3的弯曲型阻尼器示意图;
图17是本发明节点的弯矩-转角曲线。
其中有:1.矩形CFST柱;2.H型钢梁;3.柱端贴板连接件;4.梁端槽钢连接件; 5.销轴孔;6.高强螺栓孔;7.销轴;8.高强螺栓;9.弯曲型阻尼器;10.阻尼器连接侧板;11.弯曲耗能板。
具体实施方式
下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明的描述中,需要理解的是,术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”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和简化描述,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,“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度,因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案,并不限制本发明的保护范围。
如图1-17所示,一种带阻尼器的易修复装配式钢结构梁柱节点,包括矩形CFST柱1、H型钢梁2、柱端贴板连接件3、梁端槽钢连接件4、弯曲型阻尼器9、销轴7和高强螺栓8。
矩形CFST柱1的两侧分别焊接有一块柱端贴板连接件3,柱端贴板连接件3部分焊接于矩形CFST柱1上,梁端槽钢连接件4为条形槽状,梁端槽钢连接件4的槽口包裹于H型钢梁2的端部。
梁端槽钢连接件4位于两块柱端贴板连接件3之间,柱端贴板连接件3未焊接部分和梁端槽钢连接件4上开设有对应的销轴孔5;柱端贴板连接件3与梁端槽钢连接件4通过销轴7穿过销轴孔5连接,H型钢梁2通过销轴7于两个柱端贴板连接件3之间转动;两个柱端贴板连接件3与H型钢梁2的上、下部各设置有一个弯曲型阻尼器9。
弯曲型阻尼器9包括阻尼器连接侧板10和弯曲耗能板11;阻尼器连接侧板10为两块,设置于弯曲耗能板11一端的两侧,且弯曲耗能板11一端的阻尼器连接侧板10和柱端贴板连接件3都设置有对应的高强螺栓孔6;弯曲耗能板11另一端的阻尼器连接侧板10和H型钢梁2上端都设置有对应的高强螺栓孔6;高强螺栓8穿过高强螺栓孔6使弯曲型耗能板连接于柱端贴板连接件3和H型钢梁2上。
实施例1
如图1-7所示,所述弯曲型阻尼器9为S形弯曲阻尼器,弯曲耗能板11为S形耗能板,弯曲角度为90度。S形耗能板设有阻尼器连接侧板10的一端留有缺口。方便高强螺栓8安装。阻尼器连接侧板10与梁端槽钢连接件4留有节点转动所需的间隙。
实施例2
如图8-11所示,所述弯曲型阻尼器9为S形弯曲阻尼器,弯曲耗能板11为S形耗能板,弯曲角度为60度。S形耗能板设有阻尼器连接侧板10的一端留有缺口,方便高强螺栓8安装。阻尼器连接侧板10与梁端槽钢连接件4留有节点转动所需的间隙。
实施例3
如图12-16所示,所述弯曲型阻尼器9为U形弯曲阻尼器,弯曲耗能板11为U形耗能板,U形耗能板的圆弧凸面朝向矩形CFST柱1。U形耗能板与矩形CFST柱1留有变形所需的空间,阻尼器连接侧板10仅与U形耗能板的一端焊接。
一种带阻尼器的易修复装配式钢结构梁柱节点安装方法,步骤(1):将柱端贴板连接件3焊接于矩形CFST柱1两侧,梁端槽钢连接件4焊接于H型钢梁2的上翼缘、下翼缘和腹板端部;
步骤(2):柱端贴板连接件3与梁端槽钢连接件4通过销轴7进行连接;
步骤(3):弯曲型阻尼器9两端分别与柱端贴板连接件3和H型钢梁2通过高强螺栓8连接,完成节点安装;地震时,节点塑性损伤集中在弯曲型阻尼器9部位,地震后节点修复时,销轴7具有足够的承载能力,无需拆卸钢梁,仅需更换螺栓连接的弯曲型阻尼器9,实现节点修复。
通过上述的三个实施例,柱端贴板连接件3和梁端槽钢连接件4通过销轴7连接,使得梁端可以发生转动,当节点梁端发生转动时,弯曲型阻尼器9的一端与柱端贴板连接件3连接固定不动,另一端与H型钢梁2的翼缘连接随之移动,当阻尼器屈服时开始进行塑性耗能;震后可对螺栓连接的弯曲型阻尼器9进行快速拆卸及更换,实现结构功能易修复效果。
图17所示为本发明实施例1、实施例2和实施例3中记载的三种节点的弯矩—转角曲线图,表明节点具有良好的延性和塑性耗能能力。如图所示,三种节点的受力原理虽然相同,但由于采用的弯曲型阻尼器9不同,因此转动刚度和抗弯承载能力也不同,采用S形耗能板的节点抗弯承载力高于采用U型耗能板的节点,S型耗能板的弯折角度越小,即两肢之间的弯曲段越平缓,对应的节点抗弯承载力越高,因此,根据抗弯承载力和转动刚度的不同需求可选择不同形式的弯曲耗能板11及弯折角度。
以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种等同变换,这些等同变换均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种带阻尼器的易修复装配式钢结构梁柱节点,其特征在于:包括矩形CFST柱(1)、H型钢梁(2)、柱端贴板连接件(3)、梁端槽钢连接件(4)、弯曲型阻尼器(9)和销轴(7);
矩形CFST柱(1)的两侧分别焊接有一块柱端贴板连接件(3),柱端贴板连接件(3)部分焊接于矩形CFST柱(1)上,梁端槽钢连接件(4)为条形槽状,梁端槽钢连接件(4)的槽口包裹于H型钢梁(2)的端部;
梁端槽钢连接件(4)位于两块柱端贴板连接件(3)之间,柱端贴板连接件(3)未焊接部分和梁端槽钢连接件(4)上开设有对应的销轴孔(5);柱端贴板连接件(3)与梁端槽钢连接件(4)通过销轴(7)穿过销轴孔(5)连接,H型钢梁(2)通过销轴(7)于两个柱端贴板连接件(3)之间转动;两个柱端贴板连接件(3)与H型钢梁(2)的上、下部各设置有一个弯曲型阻尼器(9)。
2.根据权利要求1所述的一种带阻尼器的易修复装配式钢结构梁柱节点,其特征在于:所述弯曲型阻尼器(9)为S形弯曲阻尼器。
3.根据权利要求2所述的一种带阻尼器的易修复装配式钢结构梁柱节点,其特征在于:所述S形弯曲阻尼器的弯曲角度为90度。
4.根据权利要求2所述的一种带阻尼器的易修复装配式钢结构梁柱节点,其特征在于:所述S形弯曲阻尼器的弯曲角度为60度。
5.根据权利要求1所述的一种带阻尼器的易修复装配式钢结构梁柱节点,其特征在于:所述弯曲型阻尼器(9)为U形弯曲阻尼器。
6.根据权利要求5所述的一种带阻尼器的易修复装配式钢结构梁柱节点,其特征在于:所述 U形弯曲阻尼器的凸面朝向矩形CFST柱(1)。
7.根据权利要求2所述的一种带阻尼器的易修复装配式钢结构梁柱节点,其特征在于:S形弯曲阻尼器与梁端槽钢连接件(4)留有节点转动所需的间隙。
8.根据权利要求5所述的一种带阻尼器的易修复装配式钢结构梁柱节点,其特征在于:U形弯曲阻尼器与矩形CFST柱(1)留有变形所需的空间。
9.根据权利要求2所述的一种带阻尼器的易修复装配式钢结构梁柱节点,其特征在于:S形弯曲阻尼器端部留有缺口。
10.一种基于权利要求1-9任一项所述的一种带阻尼器的易修复装配式钢结构梁柱节点安装方法,其特征在于:
步骤(1):将柱端贴板连接件(3)焊接于矩形CFST柱(1)两侧,将梁端槽钢连接件(4)的槽口包裹于H型钢梁(2)的端部;
步骤(2):柱端贴板连接件(3)与梁端槽钢连接件(4)通过销轴(7)进行连接;
步骤(3):弯曲型阻尼器(9)两端分别与柱端贴板连接件(3)和H型钢梁(2)通过高强螺栓(8)连接,完成节点安装;地震时,节点塑性损伤集中在弯曲型阻尼器(9)部位,地震后节点修复时,销轴(7)具有足够的承载能力,无需拆卸钢梁,仅需更换螺栓连接的弯曲型阻尼器(9),实现节点修复。
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