CN114108819A - 一种新型自复位钢结构梁柱节点 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型自复位钢结构梁柱节点，属于建筑技术领域，其包括钢柱，所述钢柱的右侧面与钢梁的左侧面搭接，所述钢梁内壁的上下两表面分别搭接有两个下垫板，所述钢梁的上下两表面分别搭接有两个平钢板。通过设置角钢、复位筋和第一滑孔，其平钢板与角钢之间需要克服相互接触的静摩擦力，当静摩擦力变为动摩擦时，其同步受到若干个复位筋的拉力，使其若干个复位筋受到较大拉力的过程中出现一定程度的形变状态，形成阻尼进行耗能，当震动结束时，复位筋长度开始复位，这种方式能够实现在较大震动幅度的下的整体稳定，使其能够实现自主耗能，以及主动复位，保障结构良好抗震性能的同时不会有部件出现金属疲劳及损伤。
Description
技术领域
本发明属于建筑技术领域，具体为一种新型自复位钢结构梁柱节点。
背景技术
早期抗震工程研究主要侧重于如何减少大震下的建筑物倒塌和人员伤亡，即“大震不倒”设防目标。但多次震害表明结构在地震作用下由于丧失正常使用功能而造成的经济损失问题愈来愈突出，建筑物内部装修、非结构部件及室内重要装置设备等费用往往超过建筑物的结构成本。由此引起了抗震工程领域专家及学者对现有结构抗震设计方法的反思，力求提高建筑结构的抗震性能，使结构在地震中不仅保护人们的生命安全，且将经济损失降到最小。如何设计出一种在地震中不发生影响正常使用功能的破坏或震后可以快速恢复的结构，将成为地震工程界的重要研究方向。
自复位结构是一种基于性能化设计理念的新型结构体系，旨在减小结构在地震中的响应及地震后的残余变形，其受力特点是在外力撤去后，结构的顶点侧向位移能够逐渐恢复到零，结构在往复荷载作用下的滞回曲线近似呈“旗帜”型。相比于传统结构，自复位结构通过放松结构特定关键部位的连接约束，在大震作用下，节点约束被放松的构件发生摇摆或开合，并在摇摆或开合界面设置耗能阻尼器以耗散地震能量，使结构破坏发生在便于替换的耗能阻尼器上。
一般建筑物在遭到较大的震动后，如出现明显的变形或主要受力构件遭受一定程度的损坏，使其震后修复时更换的成本居高不下，甚至导致其使用功能难以完全恢复进而失去了修复价值，因而控制建筑结构震后残余变形和保证结构主要受力构件不出现破坏是提高其抗震性能和降低震后修复成本的关键。
发明内容
(一)解决的技术问题
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种新型自复位钢结构梁柱节点，解决了建筑物在遭遇大地震后，一旦出现明显的残余变形或主要受力构件遭受严重破坏，将明显加大震后修复难度和修复成本，甚至导致其使用功能不满足而失去了修复继续使用的价值的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种新型自复位钢结构梁柱节点，包括钢柱，所述钢柱的右侧面与钢梁的左侧面搭接，所述钢梁内壁的上下两表面分别搭接有两个下垫板，所述钢梁的上下两表面分别搭接有两个平钢板，所述平钢板的上表面与角钢的下表面搭接，所述角钢的上表面设置有上垫板，所述上垫板的上表面开设有若干个上端孔，所述角钢的下表面开设有若干个滑孔，所述平钢板的上表面开设有若干个第二滑孔，所述下垫板的上表面开设有若干个下端孔，对应上端孔、第一滑孔、第二滑孔和下端孔的内壁滑动连接有同一个复位筋，所述钢梁的内壁卡接有两个端板，所述钢柱的左侧面搭接有两个限位板，所述钢柱内壁的左右两侧面滑动连接有若干个预应力筋。
作为本发明的进一步方案：所述端板与对应限位板相远离的一面均通过若干个夹具与对应若干个预应力筋的两端卡接。
作为本发明的进一步方案：所述钢梁的上下两表面均设置有凸楞，所述平钢板位于对应凸楞的内壁。
作为本发明的进一步方案：所述角钢的左侧面通过若干个高强螺栓与钢梁内壁的右侧面固定连接。
作为本发明的进一步方案：所述复位筋的上下两端分别卡接有卡具且两端卡具分别位于上端孔与下端孔之间。
作为本发明的进一步方案：所述复位筋滑动连接在通孔的内壁，所述通孔开设在钢梁的表面。
作为本发明的进一步方案：所述角钢内壁的下表面开设有凹槽，所述上垫板位于凹槽的内壁。
作为本发明的进一步方案：所述复位筋采用SMA形状记忆合金。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、该新型自复位钢结构梁柱节点，通过设置角钢、上垫板、下垫板、平钢板、复位筋和第一滑孔，在使用时，随着钢柱与钢梁受到震动作用的过程中，其角钢上方凹槽内部的上垫板与对应的下垫板通过卡具卡接的若干复位筋，使其若干个复位筋在拉力作用下，其平钢板与角钢之间需要克服相互接触的静摩擦力，当静摩擦力变为动摩擦时，其同步受到若干个复位筋的拉力，使其若干个复位筋受到较大拉力的过程中出现一定程度的形变状态，使其钢梁与钢柱之间开始随着剧烈的震动出现以一侧为支点的往复抖动，使其钢梁在抖动的过程中，通过表面的角钢与平钢板之间进行往复的摩擦，形成阻尼进行耗能，同步的角钢受往复力出现屈服变形，进行形变状态的二次耗能，当震动结束时，复位筋长度开始复位，使其拉力的作用下，角钢与平钢板复位即可，这种方式能够实现在较大震动幅度的下的整体稳定，使其能够实现自主耗能，以及主动复位，保障结构良好抗震性能的同时不会有部件出现金属疲劳及损伤。
2、该新型自复位钢结构梁柱节点，通过设置限位板、预应力筋、端板和加劲肋，在使用时，钢柱受到钢梁的作用力位置，其内部设置的加劲肋能够保持区域的加强，使其具备更好的强度，同时在钢梁与钢柱受到震动出现往复摆动时，其预应力筋以拉力抗衡作用力，使其钢柱与钢梁之间能够保持更为稳固的连接，同时针对于复位筋的摆动幅度，其预应力筋能够对其最大摆动幅度进行配合限制，使其保持一定幅度的摆动状态，起到整体结构加强的同时，对其起到一个摆动状态限制保护的效果，且能够辅助震后的自复位更为快速。
附图说明
图1为本发明立体的结构示意图；
图2为本发明正视的剖面结构示意图；
图3为本发明角钢正视的剖面结构示意图；
图4为本发明平钢板立体的炸开结构示意图；
图5为本发明钢柱的立体结构示意图；
图中：1钢柱、2钢梁、3平钢板、4下垫板、5角钢、6上垫板、7复位筋、8上端孔、9凹槽、10第一滑孔、11第二滑孔、12通孔、13下端孔、14凸楞、15高强螺栓、16限位板、17端板、18预应力筋、19加劲肋。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
如图1-5所示，本发明提供一种技术方案：一种新型自复位钢结构梁柱节点，包括钢柱1，钢柱1的右侧面与钢梁2的左侧面搭接，钢梁2内壁的上下两表面分别搭接有两个下垫板4，钢梁2的上下两表面分别搭接有两个平钢板3，平钢板3的上表面与角钢5的下表面搭接，角钢5的上表面设置有上垫板6，上垫板6的上表面开设有若干个上端孔8，角钢5的下表面开设有若干个滑孔，平钢板3的上表面开设有若干个第二滑孔11，下垫板4的上表面开设有若干个下端孔13，对应上端孔8、第一滑孔10、第二滑孔11和下端孔13的内壁滑动连接有同一个复位筋7，钢梁2的内壁卡接有两个端板17，钢柱1的左侧面搭接有两个限位板16，钢柱1内壁的左右两侧面滑动连接有若干个预应力筋18。
本发明采用铰接节点连接方式即钢柱1与钢梁2通过角钢5的连接结构，在大震作用下，钢梁2与钢柱1组合而成的梁柱节点发生开合过程，节点开合使设置在H型钢梁2上的平钢板3与角钢5接触面发生相对运动，此过程摩擦耗散一部分地震能量，同时SMA线材被拉长耗散一部分能量，SMA材料是一种超弹性材料，材料拉长压缩后能恢复到初始状态，是一种具有良好的耗能和复位性能材料。地震后，平钢板3和角钢5在SMA材料超弹性作用下恢复到初始状态，同时开合梁柱节点在预应力筋18的作用下恢复到初始状态，H型钢梁2和H型钢柱1在大震过程中没有发生破坏，对结构震后修复带来巨大的方便。
当型钢梁2向下摆动的过程中，角钢5和平钢板3克服静摩擦转向滑动摩擦状态，此时复位筋7同时也拉长，复位筋7在初始状态下的形状记忆合金有预拉力，起到压紧连接的作用，当拉长一定程度后，角钢5受到的拉力达到了屈服强度，角钢5的转角处开始屈服变形，此时为第二阶段耗能，然后地震方向改变后，钢梁2开始往上运动复位，此过程主要是预应力筋18提供很大复位力，使钢梁2贴合钢柱1，回到初始状态，此时形状记忆合金复位筋7是使角钢5和平钢板3的复位。
具体的，如图1和图2所示，端板17与对应限位板16相远离的一面均通过若干个夹具与对应若干个预应力筋18的两端卡接，角钢5的左侧面通过若干个高强螺栓15与钢梁2内壁的右侧面固定连接，复位筋7采用SMA形状记忆合金。
通过设置预应力筋18，预应力筋18能够保持钢柱1与钢梁2之间补强，同时两端设置的夹具能够保持其处于稳定的固定，通过设置复位筋7，复位筋7采用的SMA形状记忆合金，其能够在受力出现形状变化时能够保持较快的复位效果。
具体的，如图3和图4所示，钢梁2的上下两表面均设置有凸楞14，平钢板3位于对应凸楞14的内壁，复位筋7的上下两端分别卡接有卡具且两端卡具分别位于上端孔8与下端孔13之间，复位筋7滑动连接在通孔12的内壁，通孔12开设在钢梁2的表面，角钢5内壁的下表面开设有凹槽9，上垫板6位于凹槽9的内壁。
通过设置平钢板3，平钢板3设置在钢梁2表面设置的凸楞14内部，使其凸楞14抑制平钢板3相对钢梁2的滑动，平钢板3和角钢5表面分别开设的第一滑孔10和第二滑孔11，以保证SMA线材在内部能够自由拉伸和压缩，通过设置通孔12，通孔12随着钢梁2位移的过程中能够保持作用到复位筋7，使其复位筋7能够随着形变受力，并移动在第一滑孔10和第二滑孔11内，其拉力传递到两端的上端孔8和下端孔13内部。
本发明的工作原理为：
S1、在使用时，随着钢柱1与钢梁2受到震动作用的过程中，其角钢5上方凹槽9内部的上垫板6与对应的下垫板4通过卡具卡接的若干复位筋7，使其若干个复位筋7在拉力作用下，其平钢板3与角钢5之间需要克服相互接触的静摩擦力；
S2、当静摩擦力变为动摩擦时，其同步受到若干个复位筋7的拉力，使其若干个复位筋7受到较大拉力的过程中出现一定程度的形变状态，使其钢梁2与钢柱1之间开始随着剧烈的震动出现以一侧为支点的往复抖动，使其钢梁2在抖动的过程中，通过表面的角钢5与平钢板3之间进行往复的摩擦，形成阻尼进行耗能，当震动结束时，复位筋7长度开始复位，使其拉力的作用下，角钢5与平钢板3复位即可；
S3、同步的钢柱1受到钢梁2的作用力位置，其内部设置的加劲肋19保持区域加强，同时在钢梁2与钢柱1受到震动出现往复摆动时，其预应力筋18以拉力抗衡作用力，保持钢柱1与钢梁2之间限位，针对于复位筋7的摆动幅度，其预应力筋18对其最大摆动幅度进行配合限制，使其保持一定幅度的摆动状态，对其进行摆动状态下的限制保护，直至震动结束复位即可。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (8)
1.一种新型自复位钢结构梁柱节点，包括钢柱(1)，其特征在于：所述钢柱(1)的右侧面与钢梁(2)的左侧面搭接，所述钢梁(2)内壁的上下两表面分别搭接有两个下垫板(4)，所述钢梁(2)的上下两表面分别搭接有两个平钢板(3)，所述平钢板(3)的上表面与角钢(5)的下表面搭接，所述角钢(5)的上表面设置有上垫板(6)，所述上垫板(6)的上表面开设有若干个上端孔(8)，所述角钢(5)的下表面开设有若干个滑孔，所述平钢板(3)的上表面开设有若干个第二滑孔(11)，所述下垫板(4)的上表面开设有若干个下端孔(13)，对应上端孔(8)、第一滑孔(10)、第二滑孔(11)和下端孔(13)的内壁滑动连接有同一个复位筋(7)，所述钢梁(2)的内壁卡接有两个端板(17)，所述钢柱(1)的左侧面搭接有两个限位板(16)，所述钢柱(1)内壁的左右两侧面滑动连接有若干个预应力筋(18)。
2.根据权利要求1所述的一种新型自复位钢结构梁柱节点，其特征在于：所述端板(17)与对应限位板(16)相远离的一面均通过若干个夹具与对应若干个预应力筋(18)的两端卡接。
3.根据权利要求1所述的一种新型自复位钢结构梁柱节点，其特征在于：所述钢梁(2)的上下两表面均设置有凸楞(14)，所述平钢板(3)位于对应凸楞(14)的内壁。
4.根据权利要求1所述的一种新型自复位钢结构梁柱节点，其特征在于：所述角钢(5)的左侧面通过若干个高强螺栓(15)与钢梁(2)内壁的右侧面固定连接。
5.根据权利要求1所述的一种新型自复位钢结构梁柱节点，其特征在于：所述复位筋(7)的上下两端分别卡接有卡具且两端卡具分别位于上端孔(8)与下端孔(13)之间。
6.根据权利要求1所述的一种新型自复位钢结构梁柱节点，其特征在于：所述复位筋(7)滑动连接在通孔(12)的内壁，所述通孔(12)开设在钢梁(2)的表面。
7.根据权利要求1所述的一种新型自复位钢结构梁柱节点，其特征在于：所述角钢(5)内壁的下表面开设有凹槽(9)，所述上垫板(6)位于凹槽(9)的内壁。
8.根据权利要求1所述的一种新型自复位钢结构梁柱节点，其特征在于：所述复位筋(7)采用SMA形状记忆合金。
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