CN114215410A - 一种承载-自复位-消能单边滑动装配式钢框架梁柱节点 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种承载‑自复位‑消能单边滑动装配式钢框架梁柱节点，由柱、加劲肋、梁、剪力板、T型斜面板、夹板、盖板、预压组合碟簧构成。T型斜面板、夹板、盖板构成耗能部分，预压组合碟簧构成自复位部分。预压组合碟簧在地震过程中始终处于压缩状态，预压组合碟簧压缩产生的恢复力为节点提供良好的自复位力矩，使节点具有自复位功能，消除节点的残余变形，震后结构功能可快速恢复。斜面之间的相对滑动可有效耗散地震能量，减小主体结构损伤。通过调整斜面倾角、碟簧数量和碟簧组合方式，本发明可根据需求，灵活调整节点在地震作用下的变形能力和耗能能力。节点处构件通过螺栓连接，经现场装配而成，安装简便，施工质量可得到保证。
Description
技术领域
本发明涉及一种承载-自复位-消能单边滑动装配式钢框架梁柱节点，属于建筑结构工程抗震与减震技术领域。
背景技术
梁柱节点是钢框架结构体系中的关键受力部位，传统的钢框架梁柱节点多为全焊接或栓焊连接，在地震中容易发生脆性破坏和产生较大的残余变形。另外，主要抗侧力构件因在地震中耗散大部分地震能量而发生较大的塑性变形，造成震后修复困难，建筑功能中断。
自复位梁柱节点属于可恢复功能结构的一种，通过在节点处设置耗能元件消耗地震能量，主体结构基本保持弹性，并利用自复位元件使节点在震后恢复到初始状态。目前，部分学者利用形状记忆合金和钢绞线提供自复位能力，但前者造价高、力学性能受温度影响大，后者存在预应力损失、弹性变形不足等问题。碟簧具有刚度大、弹性变形大，组合方式灵活、占用空间小、造价低等特点，可作为良好的自复位元件使用。综上，研究一种新型钢框架结构梁柱节点，使其具有良好的耗能能力、自复位能力，且同时具有经济、施工便捷等特点具有重要意义。
发明内容
为了消除钢框架结构梁柱节点的残余变形，有效耗散地震能量，同时还可以降低成本、提高施工进度，本发明提出了一种承载-自复位-消能单边滑动装配式钢框架梁柱节点。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种承载自复位-消能单边滑动装配式钢框架梁柱节点，主要由柱1、加劲肋8、梁2、剪力板3、T型斜面板4、夹板5、盖板6、预压组合碟簧7构成。T型斜面板4、夹板5、盖板6构成耗能部分，预压组合碟簧7构成自复位部分。
柱1翼缘与T型斜面板4和剪力板3连接处，柱1上焊有加劲肋，避免节点域屈服；梁2底端部加工有切角，以防止梁2转动时，底部与柱1发生碰撞；剪力板3与柱1翼缘焊接并与梁2腹板螺栓连接；T型斜面板4的翼缘、腹板分别和柱1翼缘、梁2下翼缘螺栓连接；夹板5与梁2下翼缘螺栓连接；初始状态下，盖板6斜面与T型斜面板4和夹板5啮合，并与梁2下翼缘螺栓连接；预压组合碟簧7安装在梁2下翼缘上方的第一螺栓孔10和第二螺栓孔11处，为节点提供初始刚度，在地震时提供恢复力。
为使所述节点在地震时的工作机制及构件的连接方式更加清晰，现对所述节点所开螺栓孔的形式作出说明：
柱1的翼缘、T型斜面板4的翼缘、梁2的腹板、梁2的下翼缘、夹板5上的螺栓孔均加工为圆孔。
剪力板3上除第一螺栓孔9加工为圆孔外，其余加工为长圆孔，开孔数量与梁2的腹板一致，梁2在地震时剪力板第一螺栓孔9为中心转动，转动不会受到剪力板3阻碍。T型斜面板4的腹板上加工有长圆孔，与梁2下翼缘的第一螺栓孔10连接，使梁2下翼缘可与T型斜面板4相对移动。
盖板6上全为长圆孔，通过T型斜面板4和夹板5、与梁2下翼缘螺栓连接。
该节点在地震下的工作机理为：当地震力达到设计值时，梁2以剪力板3上第一螺栓孔9为转动中心发生顺时针转动或逆时针转动，带动夹板5朝靠近柱1翼缘或远离柱1翼缘的方向运动，使夹板5斜面在盖板6其中一侧斜面上相对滑动，同时夹板5会带动盖板6朝靠近柱1翼缘或远离柱1翼缘的方向移动，使盖板6另一侧斜面与T型斜面板5的斜面产生相对滑动。在斜面之间的相互滑动过程中，通过对几何关系的分析可知，盖板6的水平位移为夹板5水平位移的一半，预压组合碟簧7的进一步压缩量为盖板6与梁2下翼缘间高度的变化，预压组合碟簧7进一步压缩为节点提供足够的恢复力，使节点在震后恢复初始状态，预压组合碟簧7进一步压缩产生的恢复力也使夹板5斜面与盖板6斜面，T型斜面板4斜面与盖板6斜面之间在滑动过程中始终存在法向接触力，斜面之间摩擦耗散地震能量。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
1、预压组合碟簧在地震过程中始终处于压缩状态，预压组合碟簧进一步压缩产生的恢复力为节点提供良好的自复位力矩，使节点具有自复位功能，消除节点的残余变形，震后结构功能可快速恢复。
2、斜面之间的相对滑动可有效耗散地震能量，减小主体结构损伤。
3、通过调整斜面倾角、碟簧数量和碟簧组合方式，本发明可根据需求，灵活调整节点在地震作用下的变形能力和耗能能力。
4、静荷载作用下，预压组合碟簧产生的反力使节点具有较高的初始刚度。
5、节点处构件通过螺栓连接，经现场装配而成，安装简便，施工质量可得到保证。
附图说明
图1是一种承载-自复位-消能单边滑动装配式钢框架梁柱节点整体正视图a、侧视图b及三维图c。
图2是一种承载-自复位-消能单边滑动装配式钢框架梁柱节点梁、柱、剪力板三维图。
图3是一种承载-自复位-消能单边滑动装配式钢框架梁柱节点耗能部件三维图。
图4是单个碟簧三维图。
图5是一种承载-自复位-消能单边滑动装配式钢框架梁柱节点梁顺时针转动时的变形图。
图6是一种承载-自复位-消能单边滑动装配式钢框架梁柱节点梁逆时针转动是的变形图。
图7是一种承载-自复位-消能单边滑动装配式钢框架梁柱节点沿梁长方向的剖面图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细描述，但本发明并不限于以下实施例。
如图1所示，本实施例提供的一种承载-自复位-消能单边滑动装配式钢框架梁柱节点，主要包括主结构、耗能部分和自复位部分。
如图2所示，主结构由梁2、柱1构成，梁2通过焊接在柱1翼缘上的剪力板3与柱1螺栓连接。
如图3所示，耗能部分由T型斜面板4、夹板5、盖板6构成。T型斜面板4的翼缘、腹板分别和柱1翼缘、梁2下翼缘螺栓连接；夹板5与梁2下翼缘螺栓连接；初始状态下，盖板6斜面与T型斜面板4和夹板5啮合，并与梁2下翼缘螺栓连接。变形如图5和6所示，梁2发生转动时会带动夹板5斜面与盖板6斜面相对滑动，夹板5又会带动盖板6与T型斜面板4相对滑动，在斜面的相对滑动中，实现了耗能的目的。
自复位部分由预压组合碟簧7构成，预压组合碟簧7安装在梁2下翼缘上方的第一螺栓孔10和第二螺栓孔11处，静荷载作用下，预压组合碟簧7会为节点提供初始刚度。地震时，由于耗能部分斜面之间的相对滑动，引起预压组合碟簧7的进一步压缩，地震结束后，进一步压缩的预压组合碟簧7为节点提供恢复力，使节点恢复到初始状态。
Claims (5)
1.一种承载自复位-消能单边滑动装配式钢框架梁柱节点，其特征在于：由柱(1)、加劲肋(8)、梁(2)、剪力板(4)、T型斜面板(4)、夹板(5)、盖板(6)、预压组合碟簧(7)构成；T型斜面板(4)、夹板(5)、盖板(6)构成耗能部分，预压组合碟簧(7)构成自复位部分；
柱(1)翼缘与T型斜面板(4)和剪力板(3)连接处，柱(1)上焊有加劲肋，避免节点域屈服；梁(2)底端部加工有切角，以防止梁(2)转动时，底部与柱(1)发生碰撞；剪力板(3)与柱(1)翼缘焊接并与梁(2)腹板螺栓连接；T型斜面板(4)的翼缘、腹板分别和柱(1)翼缘、梁(2)下翼缘螺栓连接；夹板(5)与梁(2)下翼缘螺栓连接；初始状态下，盖板(6)斜面与T型斜面板(4)和夹板(5)啮合，并与梁(2)下翼缘螺栓连接；预压组合碟簧(7)安装在梁(2)下翼缘上方的第一螺栓孔(10)和第二螺栓孔(11)处，为节点提供初始刚度，在地震时提供恢复力。
2.根据权利要求1所述的一种承载自复位-消能单边滑动装配式钢框架梁柱节点，其特征在于：柱(1)的翼缘、T型斜面板(4)的翼缘、梁(2)的腹板、梁(2)的下翼缘、夹板(5)上的螺栓孔均加工为圆孔。
3.根据权利要求1所述的一种承载自复位-消能单边滑动装配式钢框架梁柱节点，其特征在于：剪力板(3)上除第一螺栓孔(9)加工为圆孔外，其余加工为长圆孔，开孔数量与梁(2)的腹板一致，梁(2)在地震时剪力板第一螺栓孔(9)为中心转动，转动不会受到剪力板(3)阻碍；T型斜面板(4)的腹板上加工有长圆孔，与梁(2)下翼缘的第一螺栓孔(10)连接，使梁(2)下翼缘可与T型斜面板(4)相对移动。
4.根据权利要求1所述的一种承载自复位-消能单边滑动装配式钢框架梁柱节点，其特征在于：盖板(6)上全为长圆孔，通过T型斜面板(4)和夹板(5)、与梁(2)下翼缘螺栓连接。
5.根据权利要求1所述的一种承载自复位-消能单边滑动装配式钢框架梁柱节点，其特征在于：当地震力达到设计值时，梁(2)以剪力板(3)上第一螺栓孔(9)为转动中心发生顺时针转动或逆时针转动，带动夹板(5)朝靠近柱(1)翼缘或远离柱(1)翼缘的方向运动，使夹板(5)斜面在盖板(6)其中一侧斜面上相对滑动，同时夹板(5)会带动盖板(6)朝靠近柱(1)翼缘或远离柱(1)翼缘的方向移动，使盖板(6)另一侧斜面与T型斜面板(5)的斜面产生相对滑动；在斜面之间的相互滑动过程中，通过对几何关系的分析可知，盖板(6)的水平位移为夹板(5)水平位移的一半，预压组合碟簧(7)的进一步压缩量为盖板(6)与梁(2)下翼缘间高度的变化，预压组合碟簧(7)进一步压缩为节点提供足够的恢复力，使节点在震后恢复初始状态，预压组合碟簧(7)进一步压缩产生的恢复力也使夹板(5)斜面与盖板(6)斜面，T型斜面板(4)斜面与盖板(6)斜面之间在滑动过程中始终存在法向接触力，斜面之间摩擦耗散地震能量。
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