CN113931308A - 可修复、易替换并可实现自复位的装配式钢结构梁柱节点 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可修复、易替换并可实现自复位的装配式钢结构梁柱节点，包括矩形管柱、混凝土、托板组件、工字梁和倒U形盖板；托板组件包括水平托板和位于水平托板两侧的竖向侧板；工字梁的下翼板端部放置在水平托板上，倒U形盖板扣在两个竖向侧板和工字梁的上翼板端部外侧；工字梁的下翼板端部、上翼板端部之间连接有若干根形状记忆合金竖筋，每根形状记忆合金竖筋的两端均通过螺栓结构分别与倒U形盖板封闭端和水平托板连接；竖向侧板和/或倒U形盖板的侧板上开设有多个竖向螺栓长孔，竖向侧板和倒U形盖板的侧板通过穿设在每个竖向螺栓长孔内的高强螺栓连接。
Description
技术领域
本发明涉及建筑工程技术领域，具体的说，涉及了一种可修复、易替换并可实现自复位的装配式钢结构梁柱节点。
背景技术
目前，国家大力推行装配化建造技术，与钢筋混凝土结构相比，钢结构以轻质高强、韧性好、抗震性能优良、装配化程度高等优势而备受青睐。梁柱节点在装配式钢结构中占有重要的地位，节点的特性直接影响到结构的安全性和可靠性，其抗震性能决定其实际应用的广泛性。
传统意义上的钢结构建筑中，较常用的是通过焊接方式对梁柱进行连接，由于环境和施工水平等因素，焊缝质量难以稳定控制，地震作用下焊缝容易发生损伤或破坏，节点装配化水平低，震后修复难度大。因此研究一种抗震性能优良和基本或完全装配化的节点有着极其重要的意义。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种装配简单、抗震性能好、耗能能力强、震后容易修复的可修复、易替换并可实现自复位的装配式钢结构梁柱节点。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种可修复、易替换并可实现自复位的装配式钢结构梁柱节点，包括竖向设置的矩形管柱、填充在所述矩形管柱内的混凝土、托板组件、工字梁和倒U形盖板；所述托板组件焊接在所述矩形管柱外侧，所述托板组件包括水平托板和位于所述水平托板两侧的竖向侧板；所述工字梁的下翼板端部放置在所述水平托板上，所述倒U形盖板扣在两个所述竖向侧板和所述工字梁的上翼板端部外侧；所述工字梁的下翼板端部、上翼板端部之间连接有若干根形状记忆合金竖筋，每根所述形状记忆合金竖筋的两端均通过螺栓结构分别与所述倒U形盖板封闭端和所述水平托板连接；所述竖向侧板和/或所述倒U形盖板的侧板上开设有多个竖向螺栓长孔，所述竖向侧板和所述倒U形盖板的侧板通过穿设在每个所述竖向螺栓长孔内的高强螺栓连接。
基于上述，所述形状记忆合金竖筋共设置有四根，四根所述形状记忆合金竖筋对称分布在所述工字梁的腹板两侧，同侧的两根所述形状记忆合金竖筋一前一后布置。
基于上述，所述水平托板包括两块从中间断开的断头板，所述断头板的外端与所述竖向侧板连接，所述竖向侧板底端伸出所述断头板设置，所述竖向侧板和所述断头板组成T型板。
基于上述，所述矩形管柱内焊接有两个竖向内隔板，两个所述竖向内隔板分别与两个所述竖向侧板处于同一平面上，两个所述竖向内隔板的顶端与两个所述竖向侧板的顶端平齐设置。
基于上述，所述倒U型盖板采用的钢材强度低于所述工字梁以及所述托板组件采用的钢材强度。
基于上述，所述工字梁为端部截面大、中间截面小的变截面梁，所述工字梁的截面变化处为平滑过渡设置。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明通过在所述矩形管柱外侧焊接所述托板组件，使所述工字梁的下翼板端部能够放置在所述水平托板上，所述倒U形盖板倒扣于两个所述通体板部上部和所述工字梁的上翼板端部外侧，并通过螺栓结构将其安装在一起，这样不仅避免了梁柱直接连接以及复杂的节点形式，而且具有良好的地震抵御能力，有效防止由于地震作用导致的弯剪破坏，具体地，穿设在所述竖向螺栓长孔内的高强螺栓在竖直方向上具有一定的自由度，在地震过程中，可依靠螺栓杆在所述竖向螺栓长孔内的滑移，摩擦耗能，若干所述形状记忆合金竖筋使所述工字梁的端部变形后具有一定的自回复能力，两者相结合，可有效抵抗小震或者中震破坏，轻微变形后还可自动回复至震前状态。
进一步地，四根所述形状记忆合金竖筋对称分布，连线组成四边形，使各处作用力趋于平均，提高自回复能力；所述竖向侧板和所述断头板组成T型板，两块所述T型板组成所述托板组件，这样便于批量生产，有助于降低生产成本。
进一步地，两个所述竖向内隔板的设置，有利于所述矩形管柱内混凝土浇筑得更加密实；所述倒U型盖板采用低强度钢材，在大震作用下，所述形状记忆合金竖筋首先屈服参与耗能，继续增大，所述倒U型盖板能够先行破坏，最大限度的消耗地震能量，从而保证其他构件的完整性，震后仅需对破坏件进行更换、维修即可；所述工字梁的端部采用扩大截面的方式，可以进一步提高节点的刚度。
附图说明
图1是本发明中可修复、易替换并可实现自复位的装配式钢结构梁柱节点的俯视图。
图2是本发明中可修复、易替换并可实现自复位的装配式钢结构梁柱节点的正面视图。
图3是本发明中可修复、易替换并可实现自复位的装配式钢结构梁柱节点的侧视图。
图中：1. 矩形管柱；2. T型板；3. 工字梁；4. 倒U形盖板；5. 竖向内隔板；6. 高强螺栓；7. 形状记忆合金竖筋；8. 竖向螺栓长孔；21. 竖向侧板；22. 断头板；31. 下翼板；32. 上翼板；33. 腹板。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
如图1-3所示，一种可修复、易替换并可实现自复位的装配式钢结构梁柱节点，包括竖向设置的矩形管柱1、填充在所述矩形管柱1内的混凝土、两个T型板2、工字梁3和倒U形盖板4；所述T型板2具体包括断头板22和连接在断头板22外端的竖向侧板21，竖向侧板21底端伸出所述断头板22设置，两块T型板2的断头板22相对设置、并处于同一水平面上，使得两块断头板22组成水平托板，两个T型板2焊接在矩形管柱1外侧的预定位置，组成托板组件；其它实施例中也可以采用整体结构的托板组件，也能够起到相同的作用，但两个T型板2拼接的方式，可使生产更容易，生产成本更低。
所述工字梁3的下翼板31端部放置在所述水平托板上，所述倒U形盖板4扣在两个所述竖向侧板21和所述工字梁3的上翼板32端部外侧；所述工字梁3的下翼板31端部、上翼板32端部之间连接有四根形状记忆合金竖筋7，每根所述形状记忆合金竖筋7的两端均通过螺栓结构分别与所述倒U形盖板4封闭端和所述水平托板连接，形状记忆合金竖筋7能够在所述工字梁3端部变形后，提供了一个回复力；所述竖向侧板21和/或所述倒U形盖板4的侧板上开设有多个竖向螺栓长孔8，所述竖向侧板21和所述倒U形盖板4的侧板通过穿设在每个所述竖向螺栓长孔8内的高强螺栓6连接，竖向螺栓长孔8为螺栓杆提供了一定的上下自由度。
其中，四根所述形状记忆合金竖筋7对称分布在所述工字梁3的腹板33两侧，同侧的两根所述形状记忆合金竖筋7一前一后布置，连线组成四边形，使各处作用力趋于平均，从而提高自回复能力。
为了进一步提高节点刚度，所述工字梁3为端部截面大、中间截面小的变截面梁，所述工字梁3的截面变化处为平滑过渡设置。
为了提高所述混凝土的密实性，所述矩形管柱1内焊接有两个竖向内隔板5，两个所述竖向内隔板5分别与两个所述通体板部21处于同一平面上，两个所述竖向内隔板5的顶端与两个所述通体板部21的顶端平齐设置；使用时，两个所述竖向内隔板5将矩形管柱1分割为3个空间，减小了每个浇筑空间的横截面积，从而使混凝土更加密实。
为了在地震时优先保证其它结构件的完整性，所述倒U型盖板4采用的钢材强度低于所述工字梁3以及所述托板组件采用的钢材强度；这样在地震作用下倒U型盖板4能够先行破坏，最大限度的消耗地震能量。
工作原理：
在所述矩形管柱1外侧焊接两个所述T型板2，使所述工字梁3的下翼板31端部能够放置在两个所述断头板22上，所述倒U形盖板4倒扣于两个所述竖向侧板21外部和所述工字梁3的上翼板32端部外侧，通过所述螺栓结构将所述T型板2、所述倒U形盖板4和所述工字梁3可拆卸地连接在一起，这样不仅避免了梁柱直接连接以及复杂的节点形式，而且具有良好的地震抵御能力。具体地，该节点在地震中拥有三道防线：（1）当发生小震或者中震时，穿设在所述竖向螺栓长孔8内的高强螺栓6在竖直方向上具有一定的自由度，可依靠螺栓杆在所述竖向螺栓长孔8内的滑移，摩擦耗能，震后，还可以利用所述形状记忆合金竖筋7实现自动复位，使节点轻微变形后可自动回复至震前状态；（2）大震作用下，所述形状记忆合金竖筋7首先屈服，参与耗能；（3）随着地震程度的持续增大，所述倒U形盖板4由于强度较小，会首先被破坏，参与耗能，从而保证其他结构件的完整性，震后只需要更换被破坏的倒U形盖板4即可完成维修。
该可拆卸、易替换的装配式钢结构梁柱节的施工方法包括以下步骤：
（1）将竖向内隔板5竖向焊接在矩形管柱1内，并与T型板2预定位置、高度等同，将T型板2焊接在矩形管柱1的预定位置；
（2）将工字梁3的下翼板31搁置在断头板22上，并将倒U型盖板4扣在上翼板32和两个竖向侧板21外侧；
（3）安装四根形状记忆合金竖筋7，将下翼板31、上翼板32、断头板22和倒U型盖板4连接在一起，具体在形状记忆合金竖筋7两端设置外螺纹，通过高强螺母快速安装；
（4）安装竖向侧板21和倒U型盖板4的侧板之间的高强螺栓6；
（5）在矩形管柱1内浇筑混凝土。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (6)
1.一种可修复、易替换并可实现自复位的装配式钢结构梁柱节点，其特征在于：包括竖向设置的矩形管柱、填充在所述矩形管柱内的混凝土、托板组件、工字梁和倒U形盖板；所述托板组件焊接在所述矩形管柱外侧，所述托板组件包括水平托板和位于所述水平托板两侧的竖向侧板；所述工字梁的下翼板端部放置在所述水平托板上，所述倒U形盖板扣在两个所述竖向侧板和所述工字梁的上翼板端部外侧；所述工字梁的下翼板端部、上翼板端部之间连接有若干根形状记忆合金竖筋，每根所述形状记忆合金竖筋的两端均通过螺栓结构分别与所述倒U形盖板封闭端和所述水平托板连接；所述竖向侧板和/或所述倒U形盖板的侧板上开设有多个竖向螺栓长孔，所述竖向侧板和所述倒U形盖板的侧板通过穿设在每个所述竖向螺栓长孔内的高强螺栓连接。
2.根据权利要求1所述的可修复、易替换并可实现自复位的装配式钢结构梁柱节点，其特征在于：所述形状记忆合金竖筋共设置有四根，四根所述形状记忆合金竖筋对称分布在所述工字梁的腹板两侧，同侧的两根所述形状记忆合金竖筋一前一后布置。
3.根据权利要求2所述的可修复、易替换并可实现自复位的装配式钢结构梁柱节点，其特征在于：所述水平托板包括两块从中间断开的断头板，所述断头板的外端与所述竖向侧板连接，所述竖向侧板底端伸出所述断头板设置，所述竖向侧板和所述断头板组成T型板。
4.根据权利要求1-3任一项所述的可修复、易替换并可实现自复位的装配式钢结构梁柱节点，其特征在于：所述矩形管柱内焊接有两个竖向内隔板，两个所述竖向内隔板分别与两个所述竖向侧板处于同一平面上，两个所述竖向内隔板的顶端与两个所述竖向侧板的顶端平齐设置。
5.根据权利要求4所述的可修复、易替换并可实现自复位的装配式钢结构梁柱节点，其特征在于：所述倒U型盖板采用的钢材强度低于所述工字梁以及所述托板组件采用的钢材强度。
6.根据权利要求1、2、3和5任一项所述的可修复、易替换并可实现自复位的装配式钢结构梁柱节点，其特征在于：所述工字梁为端部截面大、中间截面小的变截面梁，所述工字梁的截面变化处为平滑过渡设置。
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