CN115075390B - 钢梁端板互连式节点连接结构及其装配方法 - Google Patents

钢梁端板互连式节点连接结构及其装配方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钢梁端板互连式节点连接结构，包括方管柱和四根水平设置的横梁，四根横梁的内端分别设有对接组件，四根横梁的内端分别通过对接组件与方管的外壁连接，对接组件包括一个正向端板和两个盖板，正向端板与方管柱对应的外壁平行并贴合，两个盖板上下正对设置，正向端板背向方管柱的侧面与两个盖板固定连接，正向端板的上部形成上飞板，上飞板位于所有盖板的上方，正向端板的下部形成下飞板，下飞板位于所有盖板的下方；任意相邻两个横梁之间相互固定连接。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

钢梁端板互连式节点连接结构及其装配方法
技术领域
本发明涉及装配式钢结构建筑，具体涉及一种钢梁端板互连式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端板互连式节点连接结构。具体技术方案如下：
一种钢梁端板互连式节点连接结构，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，所述横梁的内端分别设有对接组件，在所述方管柱的四个外壁分别固定有挂板，所述横梁的内端分别通过所述对接组件与对应的所述挂板固定连接，其要点在于：
所述对接组件包括一个竖向设置的正向端板和两个水平设置的盖板，所述正向端板与所述方管柱对应的外壁平行并贴合，两个所述盖板上下正对设置，所述正向端板背向所述方管柱的侧面与两个所述盖板固定连接，所述正向端板的上部形成上飞板，所述上飞板位于所有所述盖板的上方，所述正向端板的下部形成下飞板，所述下飞板位于所有所述盖板的下方；
在所述正向端板上设有与所述挂板相匹配的挂靠口，所述挂板伸入对应的所述挂靠口内，所述挂板与对应的所述横梁的内端通过若干螺栓连接，任意相邻两个所述横梁之间相互固定连接。
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：
图1到图4所示，一种钢梁端板互连式节点连接结构，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，所述横梁2的内端分别设有对接组件，在所述方管柱1的四个外壁分别固定有挂板11，所述横梁2的内端分别通过所述对接组件与对应的所述挂板11固定连接；
所述对接组件包括一个竖向设置的正向端板21和两个水平设置的盖板23，所述正向端板21与所述方管柱1对应的外壁平行并贴合，两个所述盖板23上下正对设置，所述正向端板21背向所述方管柱1的侧面与两个所述盖板23固定连接，所述正向端板21的上部形成上飞板，所述上飞板位于所有所述盖板23的上方，所述正向端板21的下部形成下飞板，所述下飞板位于所有所述盖板23的下方；
在所述正向端板21上设有与所述挂板11相匹配的挂靠口2a，所述挂板11伸入对应的所述挂靠口2a内，在所述正向端板21背向所述方管柱1的侧面还固定有两个正对且平行设置的夹板22，两个所述夹板22之间形成挂靠槽，所述挂靠槽与所述挂靠口2a连通，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。
任意相邻两个所述横梁2之间相互固定连接，具体的实施例是：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，所述侧向端板24的上边缘与所述上飞板的上边缘平齐，所述侧向端板24的下边缘与所述下飞板的下边缘平齐，所述盖板23水平延伸并与所述侧向端板24固定连接，相邻两个所述横梁2的侧向端板24相互抵靠并贴合，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。
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。
作为一种具体的实施方式，所述挂板11竖向设置，所述挂板11垂直于所述方管柱1对应的外壁，所述夹板22竖向设置，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。
实施例2：
一种实施例1所述的钢梁端板互连式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；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：所述正向端板21的上边缘和所述侧向端板24的上边缘分别与上方的所述盖板23的内侧边缘焊接固定，所述正向端板21的下边缘和所述侧向端板24的下边缘分别与所述下方的所述盖板23的内侧边缘焊接固定；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，盾型板高度尺寸可调，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。
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 (7)

1.一种钢梁端板互连式节点连接结构，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，所述横梁（2）的内端分别设有对接组件，在所述方管柱（1）的四个外壁分别固定有挂板（11），所述横梁（2）的内端分别通过所述对接组件与对应的所述挂板（11）固定连接，其特征在于：
所述对接组件包括一个竖向设置的正向端板（21）和两个水平设置的盖板（23），所述正向端板（21）与所述方管柱（1）对应的外壁平行并贴合，两个所述盖板（23）上下正对设置，所述正向端板（21）背向所述方管柱（1）的侧面与两个所述盖板（23）固定连接，所述正向端板（21）的上部形成上飞板，所述上飞板位于所有所述盖板（23）的上方，所述正向端板（21）的下部形成下飞板，所述下飞板位于所有所述盖板（23）的下方；
在所述正向端板（21）上设有与所述挂板（11）相匹配的挂靠口（2a），所述挂板（11）伸入对应的所述挂靠口（2a）内，所述挂板（11）与对应的所述横梁（2）的内端通过若干螺栓连接，任意相邻两个所述横梁（2）之间相互固定连接；
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，所述侧向端板（24）的上边缘与所述上飞板的上边缘平齐，所述侧向端板（24）的下边缘与所述下飞板的下边缘平齐，所述盖板（23）水平延伸并与所述侧向端板（24）固定连接，相邻两个所述横梁（2）的侧向端板（24）相互抵靠并贴合，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。
2.根据权利要求1所述的钢梁端板互连式节点连接结构，其特征在于：在所述正向端板（21）背向所述方管柱（1）的侧面还固定有两个正对且平行设置的夹板（22），两个所述夹板（22）之间形成挂靠槽，所述挂靠槽与所述挂靠口（2a）连通，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。
3.根据权利要求2所述的钢梁端板互连式节点连接结构，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。
4.根据权利要求3所述的钢梁端板互连式节点连接结构，其特征在于：所述挂板（11）竖向设置，所述挂板（11）垂直于所述方管柱（1）对应的外壁，所述夹板（22）竖向设置，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。
5.根据权利要求4所述的钢梁端板互连式节点连接结构，其特征在于：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。
6.根据权利要求3、4或5所述的钢梁端板互连式节点连接结构，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。
7.一种权利要求6所述的钢梁端板互连式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）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。
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