CN114215213A - 一种消能型梁柱节点 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种消能型梁柱节点，包括钢柱和钢梁，钢梁包括中间梁段和用于与钢柱焊接连接的短梁段，中间梁段和短梁段之间设有空隙，中间梁段的腹板和短梁段的腹板通过转动摩擦耗能阻尼器连接，中间梁段的翼缘板和短梁段的翼缘板通过连接板和/或阻尼器连接。短梁段和中间梁段通过转动摩擦耗能阻尼器连接，在较小的地震作用下，梁柱节点不发生转动，节点处仅发生弹性变形；在强震作用下，梁柱节点发生转动，转动摩擦耗能阻尼器的摩擦界面形成转动摩擦力，进而耗散地震能量，使梁柱节点内的主体梁柱构件基本保持弹性，提高了强震下的抗震性能，有效地降低了梁柱节点的损伤。

Description

一种消能型梁柱节点
技术领域
本发明涉及抗震技术领域，更具体地说，涉及一种消能型梁柱节点。
背景技术
早期抗震工程对传统钢框架结构的设计多遵循“强节点弱构件”抗震设计思路，但仍可能无法避免节点在强震时产生应力集中和磁性破坏等问题，例如，上世纪90年代的Northridge地震和Kobe地震中，大量钢结构的梁柱焊接节点出现了脆性破坏。
综上所述，如何提高节点处的抗震性能、降低强震对节点的损伤，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种消能型梁柱节点，钢梁的中间梁段和短梁段之间设有转动摩擦耗能阻尼器，可在梁柱节点发生转动时形成转动摩擦力、耗散地震能量，进而降低强震对梁柱节点的损伤和破坏。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种消能型梁柱节点，包括钢柱和钢梁，所述钢梁包括中间梁段和用于与所述钢柱焊接连接的短梁段，所述中间梁段和所述短梁段之间设有空隙，所述中间梁段的腹板和所述短梁段的腹板通过转动摩擦耗能阻尼器连接，所述中间梁段的翼缘板和所述短梁段的翼缘板通过连接板和/或阻尼器连接。
优选的，所述转动摩擦耗能阻尼器包括转动摩擦铰、两块腹板连接板和两块摩擦片，所述腹板连接板和所述摩擦片对称设置于所述中间梁段的腹板的两侧；
所述腹板连接板和所述摩擦片二者的一端通过具有预压力的高强螺栓与所述短梁段的腹板连接，另一端通过所述转动摩擦铰与所述中间梁段的腹板连接；
所述中间梁段的腹板设有至少一排平行于梁轴的腰型孔，所述腹板连接板设有与所述腰型孔一一对应的圆孔，所述高强螺栓依次穿过一侧所述腹板连接板的所述圆孔、所述中间梁段的所述腰型孔和另一侧的所述腹板连接板的所述圆孔；
所述腰型孔的短边尺寸大于所述高强螺栓的螺杆直径2mm，所述腰型孔的长边尺寸大于所述高强螺栓的允许滑移位移。
优选的，所述转动摩擦铰包括销轴和与所述销轴螺纹配合的紧固螺母，所述销轴贯通所述腹板连接板、所述摩擦片以及所述中间梁段的腹板设置。
优选的，所述高强螺栓沿所述短梁段的腹板的长度方向均匀分布，所述高强螺栓沿所述短梁段的腹板的高度方向均匀分布。
优选的，所述中间梁段的上翼缘板和所述短梁段的上翼缘板通过所述连接板连接，所述中间梁段的所述上翼缘板和所述连接板、所述短梁段的上翼缘板和所述连接板均通过高强螺栓连接。
优选的，所述阻尼器包括环形阻尼器、X型阻尼器或三角形阻尼器。
优选的，所述短梁段的下翼缘板设有悬挑板，所述中间梁段的下翼缘板和所述悬挑板之间设有所述阻尼器。
优选的，所述短梁段的下翼缘板和所述中间梁段的下翼缘板二者的下方设有所述连接板，所述短梁段的下翼缘板和所述中间梁段的下翼缘板中的至少一者与所述连接板之间设有所述阻尼器。
优选的，所述中间梁段的下翼缘板的上方设有所述连接板，所述中间梁段的下翼缘板和所述连接板通过高强螺栓连接，所述短梁段的下翼缘板和所述连接板之间设有所述阻尼器。
本发明提供的消能型梁柱节点在较小的地震作用下，梁柱节点不发生转动，节点处仅发生弹性变形；在强震作用下，梁柱节点发生转动，转动摩擦耗能阻尼器的摩擦界面形成转动摩擦力，进而耗散地震能量，使梁柱节点内的主体梁柱构件基本保持弹性，提高了强震下的抗震性能，有效地降低了梁柱节点的损伤。
同时，中间梁段的翼缘板和短梁段的翼缘板可通过阻尼器连接，强震时阻尼器配合转动摩擦耗能阻尼器共同参与耗能，进一步减轻了梁柱节点在强震作用下的损伤和破坏。
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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的消能型梁柱节点的具体实施例一的结构示意图；
图2为本发明所提供的消能型梁柱节点的具体实施例二的结构示意图；
图3为本发明所提供的消能型梁柱节点的具体实施例三的结构示意图；
图4为中间梁段、短梁段和转动摩擦耗能阻尼器的装配示意图。
图1-图4中：
1为钢柱、2为钢梁、21为中间梁段、22为短梁段、3为转动摩擦耗能阻尼器、31为腹板连接板、32为摩擦片、33为销轴、34为紧固螺母、4为阻尼器、5为连接板、6为高强螺栓、7为悬挑板、8为加劲肋、9为加强板。
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。
本发明的核心是提供一种消能型梁柱节点，钢梁的中间梁段和短梁段之间设有转动摩擦耗能阻尼器，可在梁柱节点发生转动时形成转动摩擦力、耗散地震能量，进而降低强震对梁柱节点的损伤和破坏。
请参考图1-图4，图1为本发明所提供的消能型梁柱节点的具体实施例一的结构示意图；图2为本发明所提供的消能型梁柱节点的具体实施例二的结构示意图；图3为本发明所提供的消能型梁柱节点的具体实施例三的结构示意图；图4为中间梁段、短梁段和转动摩擦耗能阻尼器的装配示意图。
本发明提供的消能型梁柱节点，包括钢柱1和钢梁2，钢梁2包括中间梁段21和用于与钢柱1焊接连接的短梁段22，中间梁段21和短梁段22之间设有空隙，中间梁段21的腹板和短梁段22的腹板通过转动摩擦耗能阻尼器3连接，中间梁段21的翼缘板和短梁段22的翼缘板通过连接板5和/或阻尼器4连接。
请参考图1-图3，短梁段22焊接于钢柱1的翼缘上，为了增强梁柱节点的强度，优选的，钢柱1的腹板焊接有与短梁段22的翼缘板齐平的加劲肋8。
中间梁段21和两侧的短梁段22共同组成了钢梁2，中间梁段21的长度、短梁段22的长度以及中间梁段21和短梁段22之间的空隙宽度根据实际施工中的梁柱节点设计强度等计算确定。在某一具体实施例中，中间梁段21和短梁段22之间的空隙宽度设置为30mm。
强震时，梁柱节点发生转动，与钢柱1焊接连接的短梁段22与中间梁段21发生相对转动，使得连接二者腹板的转动摩擦耗能阻尼器3产生转动摩擦力、耗散地震能量。转动摩擦耗能阻尼器3的种类、尺寸以及转动摩擦耗能阻尼器3与钢梁2的连接方式根据实际施工需要确定，在此不再赘述。
为了增强中间梁段21和短梁段22的连接强度，中间梁段21的翼缘板和短梁段22的翼缘板之间设有连接板5和/或阻尼器4。
连接板5和阻尼器4的设置方式和设置位置不限，可以是连接板5横跨中间梁段21的翼缘板和短梁段22的翼缘板，并通过高强螺栓6分别与中间梁段21的翼缘板、短梁段22的翼缘板连接，如图1所示；也可以是连接板5与中间梁段21的翼缘板和短梁段22的翼缘板中的一者接触并连接，与另一者通过阻尼器4或工字钢、钢管等连接件连接，如图3所示；还可以是连接板5平行中间梁段21的翼缘板、短梁段22的翼缘板设置，连接板5的两端均通过阻尼器4或工字钢、钢管等连接件连接，如图2所示。
除增强连接强度外，阻尼器4可配合转动摩擦耗能阻尼器3对地震能量进行耗散，进一步减轻地震时梁柱节点的损伤。
阻尼器4可以包括环形阻尼器、X型阻尼器或三角形阻尼器等，阻尼器4的具体种类、尺寸和数量根据实际施工的设计减震要求确定，在此不再赘述。
在本实施例中，与钢柱1焊接的短梁段22和中间梁段21通过转动摩擦耗能阻尼器3连接，在较小的地震作用下，梁柱节点不发生转动，节点处仅发生弹性变形；在强震作用下，梁柱节点发生转动，转动摩擦耗能阻尼器3的摩擦界面形成转动摩擦力，进而耗散地震能量，使梁柱节点内的主体梁柱构件基本保持弹性，提高了强震下的抗震性能，有效地降低了梁柱节点的损伤。
同时，中间梁段21的翼缘板和短梁段22的翼缘板可通过阻尼器4连接，强震时阻尼器4配合转动摩擦耗能阻尼器3共同参与耗能，进一步减轻了梁柱节点在强震作用下的损伤和破坏。
优选的，请参考图1-图3，中间梁段21的上翼缘板和短梁段22的上翼缘板通过连接板5连接，中间梁段21的上翼缘板和连接板5、短梁段22的上翼缘板和连接板5均通过高强螺栓6连接，以增强中间梁段21和短梁段22的连接强度。
在上述实施例的基础上，对转动摩擦耗能阻尼器3的结构进行限定，请参考图4，转动摩擦耗能阻尼器3包括转动摩擦铰、两块腹板连接板31和两块摩擦片32，腹板连接板31和摩擦片32对称设置于中间梁段21的腹板的两侧；腹板连接板31和摩擦片32二者的一端通过具有预压力的高强螺栓6与短梁段22的腹板连接，另一端通过转动摩擦铰与中间梁段21的腹板连接；中间梁段21的腹板设有至少一排平行于梁轴的腰型孔，腹板连接板31设有与腰型孔一一对应的圆孔，高强螺栓6依次穿过腹板连接板31的圆孔、中间梁段21的腹板的腰型孔和另一侧的腹板连接板31的圆孔；腰型孔的短边尺寸大于高强螺栓6的螺栓直径2mm，腰型孔的长边尺寸大于高强螺栓6的允许滑动位移。
需要进行说明的是，此处的梁轴指中间梁段21的腹板的轴线，也即钢梁2的轴线。
其中，腹板连接板31用于连接中间梁段21的腹板和短梁段22的腹板，腹板连接板31的长度根据中间梁段21与短梁段22的空隙宽度、转动摩擦铰的尺寸以及高强螺栓6的尺寸和数量等因素确定。
摩擦片32用于在转动时产生转动摩擦力、阻碍中间梁段21和短梁段22的相对转动，以对地震能量进行耗散，摩擦片32的种类、形状、尺寸和设置位置等根据实际施工需要确定，在此不再赘述。
转动摩擦铰则提供了短梁段22相对中间梁段21转动的转轴，优选的，请参考图4，转动摩擦铰包括销轴33和与销轴33螺纹配合的紧固螺母34，销轴33贯通腹板连接板31、摩擦片32以及中间梁段21的腹板设置。
销轴33的材质和尺寸根据转动摩擦铰的设计强度计算确定，以免强震时销轴33承受的扭转应力过强发生断裂；紧固螺母34的尺寸根据销轴33的尺寸确定。
高强螺栓6用于连接腹板连接板31和短梁段22的腹板，并在梁端剪力过大时承受剪力载荷，其具体尺寸、数量、分布和预压力值需要根据转动摩擦耗散阻尼器3和短梁段22的设计连接强度计算确定。
为了满足高强螺栓6转动和承受剪力载荷的需要，中间梁段21的腹板的螺栓连接孔设置为腰型孔。
优选的，可以设置高强螺栓6沿短梁段22的腹板的长度方向均匀分布，高强螺栓6沿短梁段22的腹板的高度方向均匀分布，以使短梁段22各点受力相对均匀。
在本实施例中，转动摩擦耗能阻尼器3一端通过转动摩擦铰与中间梁段21转动连接，另一端通过高强螺栓6与短梁段22固定连接，强震时短梁段22通过转动摩擦铰相对中间梁段21转动，同时二者的相对转动使得摩擦片32与腹板连接板31、中间梁段21的腹板之间产生转动摩擦力、对振动能量进行耗散。
在本发明的某一具体实施例中，请参考图1，短梁段22的下翼缘板设有悬挑板7，中间梁段21的下翼缘板和悬挑板7之间设有阻尼器4。
优选的，短梁段22的腹板和悬挑板7之间设有加强板9，短梁段22的腹板与加强板9、加强板9与悬挑板7均为焊接连接，以增强悬挑板7和短梁段22之间的连接强度。
加强板9的形状、尺寸和连接位置根据实际施工中短梁段22的尺寸、悬挑板7伸出短梁段22的长度等因素确定。
在本发明的另一具体实施例中，请参考图2，短梁段22的下翼缘板和中间梁段21的下翼缘板二者的下方设有连接板5，短梁段22的下翼缘板和中间梁段21的下翼缘板中的至少一者与连接板5之间设有阻尼器4。
阻尼器4通过高强螺栓6与下翼缘板、连接板5固定连接，此外，阻尼器4也可以替换为工字梁、钢管等连接件。
在本发明的又一具体实施例中，请参考图3，中间梁段21的下翼缘板的上方设有连接板5，中间梁段21的下翼缘板和连接板5通过高强螺栓6连接，短梁段22的下翼缘板和连接板5之间设有阻尼器4。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
以上对本发明所提供的消能型梁柱节点进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种消能型梁柱节点，包括钢柱(1)和钢梁(2)，其特征在于，所述钢梁(2)包括中间梁段(21)和用于与所述钢柱(1)焊接连接的短梁段(22)，所述中间梁段(21)和所述短梁段(22)之间设有空隙，所述中间梁段(21)的腹板和所述短梁段(22)的腹板通过转动摩擦耗能阻尼器(3)连接，所述中间梁段(21)的翼缘板和所述短梁段(22)的翼缘板通过连接板(5)和/或阻尼器(4)连接。
2.根据权利要求1所述的消能型梁柱节点，其特征在于，所述转动摩擦耗能阻尼器(3)包括转动摩擦铰、两块腹板连接板(31)和两块摩擦片(32)，所述腹板连接板(31)和所述摩擦片(32)对称设置于所述中间梁段(21)的腹板的两侧；
所述腹板连接板(31)和所述摩擦片(32)二者的一端通过具有预压力的高强螺栓(6)与所述短梁段(22)的腹板连接，另一端通过所述转动摩擦铰与所述中间梁段(21)的腹板连接；
所述中间梁段(21)的腹板设有至少一排平行于梁轴的腰型孔，所述腹板连接板(31)设有与所述腰型孔一一对应的圆孔，所述高强螺栓(6)依次穿过一侧所述腹板连接板(31)的所述圆孔、所述中间梁段(21)的所述腰型孔和另一侧的所述腹板连接板(31)的所述圆孔；
所述腰型孔的短边尺寸大于所述高强螺栓(6)的螺杆直径2mm，所述腰型孔的长边尺寸大于所述高强螺栓(6)的允许滑移位移。
3.根据权利要求2所述的消能型梁柱节点，其特征在于，所述转动摩擦铰包括销轴(33)和与所述销轴(33)螺纹配合的紧固螺母(34)，所述销轴(33)贯通所述腹板连接板(31)、所述摩擦片(32)以及所述中间梁段(21)的腹板设置。
4.根据权利要求2所述消能型梁柱节点，其特征在于，所述高强螺栓(6)沿所述短梁段(22)的腹板的长度方向均匀分布，所述高强螺栓(6)沿所述短梁段(22)的腹板的高度方向均匀分布。
5.根据权利要求1-4任一项所述的消能型梁柱节点，其特征在于，所述中间梁段(21)的上翼缘板和所述短梁段(22)的上翼缘板通过所述连接板(5)连接，所述中间梁段(21)的所述上翼缘板和所述连接板(5)、所述短梁段(22)的上翼缘板和所述连接板(5)均通过高强螺栓(6)连接。
6.根据权利要求1-4任一项所述的消能型梁柱节点，其特征在于，所述阻尼器(4)包括环形阻尼器、X型阻尼器或三角形阻尼器。
7.根据权利要求6所述的消能型梁柱节点，其特征在于，所述短梁段(22)的下翼缘板设有悬挑板(7)，所述中间梁段(21)的下翼缘板和所述悬挑板(7)之间设有所述阻尼器(4)。
8.根据权利要求6所述的消能型梁柱节点，其特征在于，所述短梁段(22)的下翼缘板和所述中间梁段(21)的下翼缘板二者的下方设有所述连接板(5)，所述短梁段(22)的下翼缘板和所述中间梁段(21)的下翼缘板中的至少一者与所述连接板(5)之间设有所述阻尼器(4)。
9.根据权利要求6所述消能型梁柱节点，其特征在于，所述中间梁段(21)的下翼缘板的上方设有所述连接板(5)，所述中间梁段(21)的下翼缘板和所述连接板(5)通过高强螺栓(6)连接，所述短梁段(22)的下翼缘板和所述连接板(5)之间设有所述阻尼器(4)。
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