CN115075389A - 梁翼缘环形套板节点连接结构及其装配方法 - Google Patents
梁翼缘环形套板节点连接结构及其装配方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种梁翼缘环形套板节点连接结构,包括竖向设置的方管柱和横梁,所述方管柱上水平设有上下两个环形套板,在两个所述环形套板之间的方管柱上设有挂板,横梁的内端分别伸入两个所述环形套板之间并与挂板固定连接,横梁的内端分别与两个环形套板固定连接,相邻两个所述横梁之间固定连接。采用本发明的显著效果是,结构整体性能好、强度高、抗震性能好、节点处刚度大,受力性能好、传力可靠;构件加工方便、吊装方便、施工速度快。
Description
技术领域
本发明涉及装配式钢结构建筑,具体涉及一种梁翼缘环形套板节点连接结构以及装配方法。
背景技术
传统建筑主体钢框架采用的钢梁、钢柱在现场进行组装,多采用焊接或栓焊连接方式,具有平面设计多样、整体性能好、容许误差大等优点,但钢梁吊装就位后需要通过安装螺栓或是设置支撑进行固定,然后对翼缘进行焊接连接,工种多工序复杂,施工速度慢。随着建筑工业化的进程逐渐加快,传统采用焊接或栓焊连接的钢结构的弊端亦日益显著,诸如施工周期长、焊接受天气影响大等。
此外,传统钢结构连接节点在钢柱内设置有内隔板,在钢柱外设置有连接钢梁用的钢牛腿,这种连接节点存在加工制作复杂、生产成本高、运输时由于存在钢牛腿导致构件堆放不规整、单车运输构件少、吊装不方便等问题。
发明内容
针对上述现有技术的不足,本发明所要解决的技术问题是:如何提供一种抗震性能和梁柱整体性能好、构造简单、制作便捷、吊装方便、全螺栓装配连接的钢梁腹板搁置式节点连接结构。具体技术方案如下:
一种梁翼缘环形套板节点连接结构,包括竖向设置的方管柱和四根水平设置的横梁,四根所述横梁以所述方管柱为中心呈星型发散状设置,四根所述横梁分别与所述方管柱四个方向的外壁对应,所述横梁的内端分别与所述方管柱对应的外壁连接,其要点是:所述方管柱上水平设有两个环形套板,两个所述环形套板上下正对设置,所述环形套板的套设于所述方管柱上,在两个所述环形套板之间设有四个挂板,四个所述挂板分别位于所述方管柱四个方向的外壁,四个所述挂板分别与四根所述横梁对应,所述横梁的内端分别伸入两个所述环形套板之间,所述横梁的内端与对应的所述挂板固定连接,所述横梁的内端分别与两个所述环形套板固定连接,相邻两个所述横梁之间固定连接。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为本发明的爆炸图;
图3为正向端板21、盖板23、侧向端板24和横梁2的连接关系示意图;
图4为图3的k部放大图;
图5为采用本发明方案的梁柱结构示意图;
图6为采用本发明方案的装配式建筑梁柱框架结构示意图;
图7为实施例1的新型节点的有限元模型图;
图8为实施例1的新型节点的节点细部有限元模型图;
图9为对实施例1的新型节点进行单调位移加载后的位移云图;
图10为对实施例1的新型节点进行单调位移加载后连接两个侧向端板24的螺栓的应力云图;
图11为对实施例1的新型节点进行单调位移加载后的梁柱结构应力云图;
图12为对实施例1的新型节点进行单调位移加载后的方管柱1结构应力云图;
图13为对实施例1的新型节点进行单调位移加载后的横梁2的应力云图;
图14为对比节点的结构示意图;
图15为对比节点的爆炸图;
图16为对新型节点和对比节点分别进行单调位移加载后,仿真得到的荷载-位移曲线图;
图17为现有节点的结构示意图;
图18为现有节点的有限元模型图;
图19为现有节点的节点细部有限元模型图;
图20为对新型节点和现有节点分别进行单调位移加载后,仿真得到的荷载-位移曲线图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
实施例1:
如图1到图4所示,一种梁翼缘环形套板节点连接结构,包括竖向设置的方管柱1和四根水平设置的横梁2,四根所述横梁2以所述方管柱1为中心呈星型发散状设置,四根所述横梁2分别与所述方管柱1四个方向的外壁对应,所述横梁2的内端分别与所述方管柱1对应的外壁连接,
所述方管柱1上水平设有两个环形套板12,两个所述环形套板12上下正对设置,所述环形套板12的套设于所述方管柱1上,在两个所述环形套板12之间设有四个挂板11,四个所述挂板11分别位于所述方管柱1四个方向的外壁,四个所述挂板11分别与四根所述横梁2对应,所述横梁2的内端分别伸入两个所述环形套板12之间,所述横梁2的内端与对应的所述挂板11固定连接,所述横梁2的内端分别与两个所述环形套板12固定连接,相邻两个所述横梁2之间固定连接。
作为一种具体的实施方式,在所述横梁2的内端设有两个水平的盖板23,两个所述盖板23上下正对设置,两个所述盖板23与两个所述环形套板12一一对应,所述盖板23与对应的所述环形套板12之间通过若干螺栓连接固定。
作为一种更具体的实施例,在每个所述横梁2的内端设有一个竖向的正向端板21,所述正向端板21与所述方管柱1对应的外壁平行并贴合,在所述正向端板21背向所述方管柱1的侧面固定有两个正对且平行设置的夹板22,两个所述夹板22竖向设置,两个所述夹板22之间形成挂靠槽,在所述正向端板21上设有与所述挂靠槽贯通的挂靠口2a,所述挂板11穿过所述挂靠口2a后伸入所述挂靠槽内,所述挂板11的两侧侧面分别与两个所述夹板22贴合,在所述挂板11和两个所述夹板22上对应设有若干螺栓孔,所述挂板11和两个所述夹板22通过螺栓连接固定,相邻两根所述横梁2之间连接固定。
作为一种更具体的实施例,所述正向端板21的两个竖向侧边分别连接有侧向端板24,所述侧向端板24竖向设置,所述侧向端板24的内侧竖向边与所述正向端板21对应的竖向侧边固定连接,所述侧向端板24的外侧竖向边背向所述方管柱1延伸,所述侧向端板24与对应的所述正向端板21之间呈135°钝角连接,相邻两个所述横梁2的侧向端板24相互抵靠,相互抵靠的两个所述侧向端板24上贯穿有若干螺孔,相互抵靠的两个所述侧向端板24之间通过螺栓连接固定;两个所述盖板23的内侧边缘分别与所述方管柱1对应的外壁抵靠,所述正向端板21的上边缘与位于上方的所述盖板23的内侧边缘固定连接,所述正向端板21的下边缘与位于下方的所述盖板23的内侧边缘固定连接;
同一个所述盖板23上分别设有两个旁侧连接边,两个所述旁侧连接边与同一个所述横梁2上的两个所述侧向端板24一一对应,位于上方的所述盖板23的两个所述旁侧连接边分别与对应的两个所述侧向端板24的上边缘固定连接,位于下方的所述盖板23的两个所述旁侧连接边分别与对应的两个所述侧向端板24的下边缘固定连接。
为了便于安装和连接,位于下方的所述环形套板12的内圈与所述方管柱1的外壁固定连接,位于上方的所述环形套板12的内圈连接有顶部套管13,该顶部套管13竖向设置,该顶部套管13套设在所述方管柱1外并与其贴合抵靠,所述顶部套管13的下端与对应的所述环形套板12的内圈固定连接。
而作为更优的选择,所述横梁2包括两个水平设置的翼板,两个所述翼板上下正对设置,两个所述翼板之间连接有竖向设置的腹板,所述翼板和所述腹板均为条形板,所述腹板和两个所述翼板固定连接形成截面呈“H”状的型材;具体的,方管柱1为方钢钢管,“H”状的型材为H型钢;
两个所述翼板与两个所述盖板23一一对应,所述翼板与对应的所述盖板23位于同一水平高度,所述盖板23背向所述方管柱1的边缘与对应的所述翼板的内端边缘连接,所述腹板的内端延伸并抵靠对应的所述正向端板21,所述正向端板21背向所述方管柱1的侧面与对应的所述腹板的内端边缘固定连接;两个所述夹板22分别位于对应的所述腹板的两侧,在所述腹板的内端边缘设有让位缺口2b,该让位缺口2b位于两个所述夹板22之间;所述让位缺口2b延伸出所述腹板的内端边缘,所述让位缺口2b与所述挂靠口2a对应并连通;所述挂靠口2a的上边缘延伸至对应的所述正向端板21的中心处,所述挂靠口2a的下边缘延伸出对应的所述正向端板21的下边缘;位于下方的所述盖板23上设有上下贯通的插入口23a,该插入口23a的内端延伸至对应的所述盖板23的内端边缘,所述插入口23a的内端与所述挂靠口2a连通,所述插入口23a与所述挂靠槽连通;所述让位缺口2b延伸出所述腹板的下侧边缘,所述让位缺口2b与所述插入口23a对应并连通。
所述盖板23呈平板状,所述盖板23包括两个相互连接的等腰梯形板块,两个所述等腰梯形板块的长底边相等并连接,其中一个所述等腰梯形板块的短底边与所述正向端板21连接,另一个所述等腰梯形板块的短底边与所述翼板的内端边缘连接;
其中与所述正向端板21连接的等腰梯形板块为内侧等腰梯形板块,与所述翼板连接的等腰梯形板块为外侧等腰梯形板块,所述内侧等腰梯形板块的短底板的长度等于所述方管柱1的外壁宽度,所述内侧等腰梯形板块的腰长等于所述侧向端板24的宽度,所述外侧等腰梯形板块的短底板的长度等于所述翼板的宽度。
所述环形套板12包括四个环向依次固定连接的固定板,所述固定板与所述盖板23一一对应,所述固定板与所述盖板23的外形一致,即固定板也由两个等腰梯形板组成。
实施例2:
一种实施例1所述的梁翼缘环形套板节点连接结构的装配方法,按以下步骤进行:
步骤一、将所述挂板11和位于下方的所述环形套板12分别焊接固定在所述方管柱1上,形成柱模块,并在所述挂板11上开设螺栓孔;
步骤二、将所述翼板、腹板、正向端板21、侧向端板24和盖板23预制成型,形成梁模块;
步骤三、将所述柱模块和梁模块吊装到位,使梁模块挂靠在对应的所述挂板11上;
步骤四、将所述夹板22放置到位,并将所述夹板22和对应的所述挂板11螺栓连接固定;
将相互抵靠的两个所述侧向端板24螺栓连接固定;
将位于上方的所述环形套板12套装于所述方管柱1上,并将所述环形套板12与所述盖板23螺栓连接固定,形成如图5和图6所示的梁柱/梁柱框架;
还包括步骤五、按照设计要求,向所述方管柱1内灌注混凝土。
仿真模拟试验:
对实施例1的节点连接结构(称为:新型节点)进行有限元分析,有限元模型如图7所示,节点细部有限元模型如图8所示;对其进行单调位移加载,其位移云图如图9所示(为了便于观察,其变形效果放大了5倍),螺栓的应力云图如图10所示,梁柱结构应力云图如图11所示(为了便于观察,其变形效果放大了5倍),方管柱1结构应力云图如图12所示,横梁2的应力云图如图13所示;绘制得到本实施例新型节点的荷载-位移曲线,如图16。
设计有对比节点:对比节点结构与实施例1所述的节点结构的区别仅在于:在所述方管柱1上没有环形套板12和顶部套管13;相应的,在所述盖板23上也没有与环形套板12对应的孔,其结构如图14、15所示。
将对比节点按照对实施例1的节点连接结构进行仿真模拟相同的条件和方法(称为:试验因素一)进行有限元仿真测试,绘制得到对比节点的荷载-位移曲线如图16。
通过图16可以看出,在相同加载位移情况下,本发明采用的新型节点的承载力明显高于对比节点的承载力。
现有节点:如图17所示,一种现有的梁柱连接节点,包括一个竖向设置的方管柱1和四根水平设置的横梁,四根所述横梁2以所述方管柱1为中心呈星型发散状设置,四根所述横梁2分别与所述方管柱1四个方向的外壁对应,所述横梁2的内端分别与所述方管柱1对应的外壁连接,所述横梁2也为H型钢,其两个翼板上下正对设置,两个所述翼板之间连接有竖向设置的腹板,所述横梁2的内端与所述方管柱1对应的外壁焊接。
将现有节点和新型节点在相同的条件和方法下进行有限元分析,现有节点的有限元模型如图18所示,节点细部有限元模型如图19所示;绘制得到现有节点和新型节点的荷载-位移曲线如图20所示。
从图20可以看出:在相同加载位移情况下,新型节点的承载力明显高于现有节点的承载力。
结合图16和图20可以看出,本发明采用的新型节点的承载力明显高于对比节点的承载力,更高于现有节点的承载力。
有益效果:采用本发明的技术方案,具有不止如下技术优势:
①、方管柱制作时无需在其内部设置隔板,且方管柱外壁设置的挂板尺寸较小,制作方便;
②、横梁吊装后可直接卡入到挂板上搁置,无需设置支撑,便于临时固定;
③、临时固定后,挂板与夹板进行螺栓固定连接,节点抗剪传力直接,受力性能好;
④、正向端板和侧向端板连接形成盾型板结构,四根横梁吊装完成后,盾型板可沿方管柱四周将其包裹,节点处刚度大,连接整体性能好;
⑤、相邻横梁通过侧向端板上的螺栓连接,连接构造和安装工序简单,传力可靠;
⑥、结构整体性能好、强度高、抗震性能好、构件加工方便、吊装方便、施工速度快。
⑦、方管柱、盖板和环形套板螺栓连接固定,连接构造和安装工序简单,传力可靠。
最后需要说明的是,上述描述仅仅为本发明的优选实施例,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下,可以做出多种类似的表示,这样的变换均落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种梁翼缘环形套板节点连接结构,包括竖向设置的方管柱(1)和四根水平设置的横梁(2),四根所述横梁(2)以所述方管柱(1)为中心呈星型发散状设置,四根所述横梁(2)分别与所述方管柱(1)四个方向的外壁对应,所述横梁(2)的内端分别与所述方管柱(1)对应的外壁连接,其特征在于:所述方管柱(1)上水平设有两个环形套板(12),两个所述环形套板(12)上下正对设置,所述环形套板(12)套设于所述方管柱(1)上,在两个所述环形套板(12)之间设有四个挂板(11),四个所述挂板(11)分别位于所述方管柱(1)四个方向的外壁,四个所述挂板(11)分别与四根所述横梁(2)对应,所述横梁(2)的内端分别伸入两个所述环形套板(12)之间,所述横梁(2)的内端与对应的所述挂板(11)固定连接,所述横梁(2)的内端分别与两个所述环形套板(12)固定连接,相邻两个所述横梁(2)之间固定连接。
2.根据权利要求1所述的梁翼缘环形套板节点连接结构,其特征在于:在所述横梁(2)的内端设有两个水平的盖板(23),两个所述盖板(23)上下正对设置,两个所述盖板(23)与两个所述环形套板(12)一一对应,所述盖板(23)与对应的所述环形套板(12)之间通过若干螺栓连接固定。
3.根据权利要求2所述的梁翼缘环形套板节点连接结构,其特征在于:在每个所述横梁(2)的内端设有一个竖向的正向端板(21),所述正向端板(21)与所述方管柱(1)对应的外壁平行并贴合,在所述正向端板(21)背向所述方管柱(1)的侧面固定有两个正对且平行设置的夹板(22),两个所述夹板(22)竖向设置,两个所述夹板(22)之间形成挂靠槽,在所述正向端板(21)上设有与所述挂靠槽贯通的挂靠口(2a),所述挂板(11)穿过所述挂靠口(2a)后伸入所述挂靠槽内,所述挂板(11)的两侧侧面分别与两个所述夹板(22)贴合,在所述挂板(11)和两个所述夹板(22)上对应设有若干螺栓孔,所述挂板(11)和两个所述夹板(22)通过螺栓连接固定,相邻两根所述横梁(2)之间连接固定。
4.根据权利要求3所述的梁翼缘环形套板节点连接结构,其特征在于:所述正向端板(21)的两个竖向侧边分别连接有侧向端板(24),所述侧向端板(24)竖向设置,所述侧向端板(24)的内侧竖向边与所述正向端板(21)对应的竖向侧边固定连接,所述侧向端板(24)的外侧竖向边背向所述方管柱(1)延伸,所述侧向端板(24)与对应的所述正向端板(21)之间呈135°钝角连接,相邻两个所述横梁(2)的侧向端板(24)相互抵靠,相互抵靠的两个所述侧向端板(24)上贯穿有若干螺孔,相互抵靠的两个所述侧向端板(24)之间通过螺栓连接固定。
5.根据权利要求4所述的梁翼缘环形套板节点连接结构,其特征在于:两个所述盖板(23)的内侧边缘分别与所述方管柱(1)对应的外壁抵靠,所述正向端板(21)的上边缘与位于上方的所述盖板(23)的内侧边缘固定连接,所述正向端板(21)的下边缘与位于下方的所述盖板(23)的内侧边缘固定连接;
同一个所述盖板(23)上分别设有两个旁侧连接边,两个所述旁侧连接边与同一个所述横梁(2)上的两个所述侧向端板(24)一一对应,位于上方的所述盖板(23)的两个所述旁侧连接边分别与对应的两个所述侧向端板(24)的上边缘固定连接,位于下方的所述盖板(23)的两个所述旁侧连接边分别与对应的两个所述侧向端板(24)的下边缘固定连接。
6.根据权利要求5所述的梁翼缘环形套板节点连接结构,其特征在于:位于下方的所述环形套板(12)的内圈与所述方管柱(1)的外壁固定连接,位于上方的所述环形套板(12)的内圈连接有顶部套管(13),该顶部套管(13)竖向设置,该顶部套管(13)套设在所述方管柱(1)外并与其贴合抵靠,所述顶部套管(13)的下端与对应的所述环形套板(12)的内圈固定连接。
7.根据权利要求6所述的梁翼缘环形套板节点连接结构,其特征在于:所述横梁(2)包括两个水平设置的翼板,两个所述翼板上下正对设置,两个所述翼板之间连接有竖向设置的腹板,所述翼板和所述腹板均为条形板,所述腹板和两个所述翼板固定连接形成截面呈“H”状的型材;
两个所述翼板与两个所述盖板(23)一一对应,所述翼板与对应的所述盖板(23)位于同一水平高度,所述盖板(23)背向所述方管柱(1)的边缘与对应的所述翼板的内端边缘连接,所述腹板的内端延伸并抵靠对应的所述正向端板(21),所述正向端板(21)背向所述方管柱(1)的侧面与对应的所述腹板的内端边缘固定连接。
8.根据权利要求7所述的梁翼缘环形套板节点连接结构,其特征在于:两个所述夹板(22)分别位于对应的所述腹板的两侧,在所述腹板的内端边缘设有让位缺口(2b),该让位缺口(2b)位于两个所述夹板(22)之间;所述让位缺口(2b)延伸出所述腹板的内端边缘,所述让位缺口(2b)与所述挂靠口(2a)对应并连通;
所述挂靠口(2a)的上边缘延伸至对应的所述正向端板(21)的中心处,所述挂靠口(2a)的下边缘延伸出对应的所述正向端板(21)的下边缘;
位于下方的所述盖板(23)上设有上下贯通的插入口(23a),该插入口(23a)的内端延伸至对应的所述盖板(23)的内端边缘,所述插入口(23a)的内端与所述挂靠口(2a)连通,所述插入口(23a)与所述挂靠槽连通;
所述让位缺口(2b)延伸出所述腹板的下侧边缘,所述让位缺口(2b)与所述插入口(23a)对应并连通。
9.根据权利要求4、5、6、7或8所述的梁翼缘环形套板节点连接结构,其特征在于:所述盖板(23)呈平板状,所述盖板(23)包括两个相互连接的等腰梯形板块,两个所述等腰梯形板块的长底边相等并连接,其中一个所述等腰梯形板块的短底边与所述正向端板(21)连接,另一个所述等腰梯形板块的短底边与所述翼板的内端边缘连接;
其中与所述正向端板(21)连接的等腰梯形板块为内侧等腰梯形板块,与所述翼板连接的等腰梯形板块为外侧等腰梯形板块,所述内侧等腰梯形板块的短底板的长度等于所述方管柱(1)的外壁宽度,所述内侧等腰梯形板块的腰长等于所述侧向端板(24)的宽度,所述外侧等腰梯形板块的短底板的长度等于所述翼板的宽度。
10.一种权利要求8所述的梁翼缘环形套板节点连接结构的装配方法,其特征在于按以下步骤进行:
步骤一、将所述挂板(11)和位于下方的所述环形套板(12)分别焊接固定在所述方管柱(1)上,形成柱模块,并在所述挂板(11)上开设螺栓孔;
步骤二、将所述翼板、腹板、正向端板(21)、侧向端板(24)和盖板(23)预制成型,形成梁模块;
步骤三、将所述柱模块和梁模块吊装到位,使梁模块挂靠在对应的所述挂板(11)上;
步骤四、将所述夹板(22)放置到位,并将所述夹板(22)和对应的所述挂板(11)螺栓连接固定;
将相互抵靠的两个所述侧向端板(24)螺栓连接固定;
将位于上方的所述环形套板(12)套装于所述方管柱(1)上,并将所述环形套板(12)与所述盖板(23)螺栓连接固定。
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