CN115142597B - 一体化冷弯成型式新型自适应外挂墙板耗能连接节点 - Google Patents

一体化冷弯成型式新型自适应外挂墙板耗能连接节点 Download PDF

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Abstract

一体化冷弯成型式新型自适应外挂墙板耗能连接节点,涉及一种外挂墙板连接节点。本发明连接节点包括固定式承重上节点和耗能下节点,固定式承重上节点连接装配式钢结构的上钢梁和外挂墙板,耗能下节点连接装配式钢结构的下钢梁和外挂墙板;耗能下节点和固定式承重上节点分别通过预埋在外挂墙板内的预埋件与外挂墙板连接。本发明一体化冷弯成型式新型自适应外挂墙板耗能连接节点,用于装配式钢结构外挂墙板的连接,可以自适应地满足于多强度地震作用下装配式钢结构建筑外挂墙板对变形及耗散能量的需求,且具备制作简单、经济实惠等优点。

Description

一体化冷弯成型式新型自适应外挂墙板耗能连接节点
技术领域
本发明涉及一种外挂墙板连接节点。
背景技术
近年来,在我国加速推进绿色建筑与建筑工业化的时代背景下,我国装配式钢结构建筑的生产和安装技术取得了较为迅速的发展。然而,在装配式钢结构住宅的推广应用中还存在很多的问题,其中配套外墙技术与装配式钢结构住宅主体结构的发展不同步显得尤为突出,使得建筑外墙成为装配式钢结构住宅发展的瓶颈。
目前广泛应用于装配式钢结构的外挂墙板通常具备质量大、刚度强等特点,在地震作用下装配式钢结构主体与外挂墙板个体的相对变形和位移相差悬殊,且装配式钢结构主体与外挂墙板之间的刚度不相容可能会加剧墙板连接节点的失效。多次地震震害调查表明,地震作用下外挂墙板是结构体系中极易产生损伤的部位,严重情况下甚至可能产生节点损坏、墙板脱落/坍塌等结构风险,必然会给社会公共安全带来潜在的安全隐患。因此,从提升装配式钢结构体系运营期间的抗震柔韧性出发,急需采取有效的技术手段为装配式钢结构的外挂墙板研发具备结构简单、可自适应变形等优点的高性能连接节点,进而利用外挂墙板为装配式钢结构体系的抗震性能提供的有效贡献。
发明内容
本发明针对上述既有外挂墙板耗能连接节点存在的不足,现提出一体化冷弯成型式新型自适应外挂墙板耗能连接节点,用于装配式钢结构外挂墙板的连接,可以自适应地满足于多强度地震作用下装配式钢结构建筑外挂墙板对变形及耗散能量的需求,且具备制作简单、经济实惠等优点。
为实现上述发明目的,本发明采取的技术方案如下:
本发明一体化冷弯成型式新型自适应外挂墙板耗能连接节点包括固定式承重上节点和耗能下节点,固定式承重上节点设置在耗能下节点的上方,固定式承重上节点连接装配式钢结构的上钢梁和外挂墙板,耗能下节点连接装配式钢结构的下钢梁和外挂墙板;耗能下节点和固定式承重上节点分别通过预埋在外挂墙板内的预埋件与外挂墙板连接;
所述预埋件由预埋内板、预埋外板和数个预埋筋构成,预埋筋两端分别与预埋内板和预埋外板垂直焊接;
所述耗能下节点由H形板一体化冷弯成型,H形板由中部水平的滑动限位板和滑动限位板两侧对称的竖向的双弧形耗能侧板构成,滑动限位板分别和双弧形耗能侧板中部垂直,双弧形耗能侧板上与滑动限位板连接处的上边、下边分别开有弧形缺口,H形板中两个双弧形耗能侧板向滑动限位板的同侧水平折弯,两个双弧形耗能侧板的上部相对水平弯折并焊接形成抗弯支撑板,两个双弧形耗能侧板的下部相对水平弯折形成两个连接固定板,两个连接固定板上开有通孔;两个连接固定板的相对的端面之间设置有间隙;滑动限位板的中心设置有水平的长圆孔;耗能下节点中滑动限位板与预埋件的预埋外板通过高强螺栓连接,预埋外板内侧高强螺栓上设置有螺栓垫板,预埋外板内侧与高强螺栓采用焊接连接,预埋外板外侧和滑动限位板内侧之间的高强螺栓上设置有内侧聚四氟乙烯滑移垫片,滑动限位板外侧高强螺栓上设置有外侧聚四氟乙烯滑移垫片;本发明耗能下节点为激光切割钢板后,通过冷弯弯折并焊接接口制作而成的,滑动限位板上设置的长圆孔与预埋件连接,螺栓在长圆孔内滑动释放外挂墙板变形。所述双弧形耗能侧板根据设计优化得到,利于钢板发生面外弯曲屈服且不会产生较大应力集中。所述抗弯支撑板为钢板弯折后构成的槽型连接,在为节点提供面外抗弯承载力的同时可以承受竖向地震作用。
所述固定式承重上节点由连接角钢和加强肋板构成,两个加强肋板分别设置在连接角钢的两侧、且加强肋板分别与连接角钢的水平肢和竖向肢垂直固接。
本发明的有益效果在于:
1.本发明一体化冷弯成型式新型自适应耗能连接节点具备制作方式便捷、构造简单、更换方便等优点,有利于实现装配式外挂墙板连接体系的工业化生产。
2.本发明一体化冷弯成型式新型自适应耗能连接节点具备耗能形式多样化和地震强度自适应的技术优点,节点自身可根据地震作用的强度等级自动选择对应的工作模式:当结构侧向位移小于节点屈服位移时,节点通过摩擦耗散能量,外挂墙板参与结构受力;结构侧向位移大于节点屈服位移后,螺栓滑动释放外挂墙板与结构的相对变形;结构侧向位移进一步增大时,节点进入塑性耗能阶段,利用外挂墙板参与结构受力的同时保护外挂墙板免受破坏。因此,本发明可以有效地满足地震作用下装配式钢结构外挂墙板的不同变形与位移需求,进而能够提高外挂墙板对装配式钢结构体系抗震性能的抗震贡献。
附图说明
图1为实施例中连接节点整体安装示意图。
图2为实施例中连接节点中预埋件4的结构示意图;
图3为实施例中H形板一体化冷弯成型前的结构示意图,图中虚线为弯折位置;
图4为实施例中H形板一体化冷弯成型后的耗能下节点5的结构示意图;
图5为实施例中固定式承重上节点6的结构示意图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式,还包括各具体实施方式间的任意合理组合。
具体实施方式一:本实施方式一体化冷弯成型式新型自适应外挂墙板耗能连接节点,其特征在于:一体化冷弯成型式新型自适应外挂墙板耗能连接节点包括固定式承重上节点6和耗能下节点5,固定式承重上节点6设置在耗能下节点5的上方,固定式承重上节点6连接装配式钢结构的上钢梁1和外挂墙板3,耗能下节点5连接装配式钢结构的下钢梁2和外挂墙板3;耗能下节点5和固定式承重上节点6分别通过预埋在外挂墙板3内的预埋件4与外挂墙板3连接;
所述预埋件4由预埋内板40、预埋外板41和数个预埋筋42构成,预埋筋42两端分别与预埋内板40和预埋外板41垂直焊接;
所述耗能下节点5由H形板一体化冷弯成型,H形板由中部水平的滑动限位板50和滑动限位板50两侧对称的竖向的双弧形耗能侧板51构成,滑动限位板50分别和双弧形耗能侧板51中部垂直,双弧形耗能侧板51上与滑动限位板50连接处的上边、下边分别开有弧形缺口,H形板中两个双弧形耗能侧板51向滑动限位板50的同侧水平折弯,两个双弧形耗能侧板51的上部相对水平弯折并焊接形成抗弯支撑板52,两个双弧形耗能侧板51的下部相对水平弯折形成两个连接固定板53,两个连接固定板53上开有通孔;两个连接固定板53的相对的端面之间设置有间隙;滑动限位板50的中心设置有水平的长圆孔54;耗能下节点5中滑动限位板50与预埋件4的预埋外板41通过高强螺栓连接,预埋外板41内侧高强螺栓上设置有螺栓垫板,预埋外板41内侧与高强螺栓采用焊接连接,预埋外板41外侧和滑动限位板50内侧之间的高强螺栓上设置有内侧聚四氟乙烯滑移垫片7,滑动限位板50外侧高强螺栓上设置有外侧聚四氟乙烯滑移垫片8;本实施方式耗能下节点5为激光切割钢板后,通过冷弯弯折并焊接接口制作而成的,滑动限位板50上设置的长圆孔54与预埋件4连接,螺栓在长圆孔54内滑动释放外挂墙板3变形。所述双弧形耗能侧板51根据设计优化得到,利于钢板发生面外弯曲屈服且不会产生较大应力集中。所述抗弯支撑板52为钢板弯折后构成的槽型连接,在为节点提供面外抗弯承载力的同时可以承受竖向地震作用。
所述固定式承重上节点6由连接角钢60和加强肋板61构成,两个加强肋板61分别设置在连接角钢60的两侧、且加强肋板61分别与连接角钢60的水平肢和竖向肢垂直固接。
1.本实施方式一体化冷弯成型式新型自适应耗能连接节点具备制作方式便捷、构造简单、更换方便等优点,有利于实现装配式外挂墙板连接体系的工业化生产。
2.本实施方式一体化冷弯成型式新型自适应耗能连接节点具备耗能形式多样化和地震强度自适应的技术优点,节点自身可根据地震作用的强度等级自动选择对应的工作模式:当结构侧向位移小于节点屈服位移时,节点通过摩擦耗散能量,外挂墙板3参与结构受力;结构侧向位移大于节点屈服位移后,螺栓滑动释放外挂墙板3与结构的相对变形;结构侧向位移进一步增大时,节点进入塑性耗能阶段,利用外挂墙板3参与结构受力的同时保护外挂墙板3免受破坏。因此,本实施方式可以有效地满足地震作用下装配式钢结构外挂墙板3的不同变形与位移需求,进而能够提高外挂墙板3对装配式钢结构体系抗震性能的抗震贡献。
具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一不同的是:预埋件4中预埋内板40设置在外挂墙板3内部,预埋外板41设置在外挂墙板3连接节点一侧表面。
具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式一或二不同的是:所述预埋筋42为四根。
具体实施方式四:本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是:所述耗能下节点5中连接固定板53上开有的通孔并通过锚固高强螺栓与下钢梁2上翼缘相连。
具体实施方式五:本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是:固定式承重上节点6中连接角钢60的竖向肢与预埋件4的预埋外板41通过高强螺栓连接。
具体实施方式六:本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是:所述加强肋板61与连接角钢60通过焊接连接。
具体实施方式七:本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是:所述固定式承重上节点6中连接角钢60的竖向肢上开有通孔并通过锚固高强螺栓与上钢梁1的下翼缘相连。
具体实施方式八:本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是:与固定式承重上节点6连接的预埋件4的预埋外板41内侧高强螺栓上设置有螺栓垫板,固定式承重上节点6中连接角钢60的竖向肢外侧的高强螺栓上设置有螺栓垫板。
具体实施方式九:本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是:所述外侧聚四氟乙烯滑移垫片8的厚度取1-2mm。
具体实施方式十:本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是:所述内侧聚四氟乙烯滑移垫片7的厚度取1-2mm。
实施例1:
结合图1~5说明,本实施例一体化冷弯成型式新型自适应外挂墙板耗能连接节点包括固定式承重上节点6和耗能下节点5,固定式承重上节点6设置在耗能下节点5的上方,固定式承重上节点6连接装配式钢结构的上钢梁1和外挂墙板3,耗能下节点5连接装配式钢结构的下钢梁2和外挂墙板3;耗能下节点5和固定式承重上节点6分别通过预埋在外挂墙板3内的预埋件4与外挂墙板3连接;
所述预埋件4由预埋内板40、预埋外板41和数个预埋筋42构成,预埋筋42两端分别与预埋内板40和预埋外板41垂直焊接;预埋件4中预埋内板40设置在外挂墙板3内部,预埋外板41设置在外挂墙板3连接节点一侧表面;所述预埋筋42为四根;
所述耗能下节点5由H形板一体化冷弯成型,H形板由中部水平的滑动限位板50和滑动限位板50两侧对称的竖向的双弧形耗能侧板51构成,滑动限位板50分别和双弧形耗能侧板51中部垂直,双弧形耗能侧板51上与滑动限位板50连接处的上边、下边分别开有弧形缺口,H形板中两个双弧形耗能侧板51向滑动限位板50的同侧水平折弯,两个双弧形耗能侧板51的上部相对水平弯折并焊接形成抗弯支撑板52,两个双弧形耗能侧板51的下部相对水平弯折形成两个连接固定板53,两个连接固定板53上开有通孔;两个连接固定板53的相对的端面之间设置有间隙;滑动限位板50的中心设置有水平的长圆孔54;耗能下节点5中滑动限位板50与预埋件4的预埋外板41通过高强螺栓连接,预埋外板41内侧高强螺栓上设置有螺栓垫板,预埋外板41内侧与高强螺栓采用焊接连接,预埋外板41外侧和滑动限位板50内侧之间的高强螺栓上设置有内侧聚四氟乙烯滑移垫片7,滑动限位板50外侧高强螺栓上设置有外侧聚四氟乙烯滑移垫片8;所述内侧聚四氟乙烯滑移垫片7和外侧聚四氟乙烯滑移垫片8的厚度取2mm。所述耗能下节点5中连接固定板53上开有的通孔并通过锚固高强螺栓与下钢梁2上翼缘相连。
所述固定式承重上节点6由连接角钢60和加强肋板61构成,两个加强肋板61分别设置在连接角钢60的两侧、且加强肋板61分别与连接角钢60的水平肢和竖向肢垂直固接;固定式承重上节点6中连接角钢60的竖向肢与预埋件4的预埋外板41通过高强螺栓连接;所述加强肋板61与连接角钢60通过焊接连接;所述固定式承重上节点6中连接角钢60的竖向肢上开有通孔并通过锚固高强螺栓与上钢梁1的下翼缘相连。与固定式承重上节点6连接的预埋件4的预埋外板41内侧高强螺栓上设置有螺栓垫板,固定式承重上节点6中连接角钢60的竖向肢外侧的高强螺栓上设置有螺栓垫板。
本实施例一体化冷弯成型式新型自适应外挂墙板耗能连接节点在水平地震作用下,当钢结构主体侧向变形较小时,本实施例中一体化冷弯成型式新型自适应耗能连接节点可以通过用于连接预埋件4和耗能下节点5的高强螺栓摩擦耗能,并保持外挂墙板3与新型耗能节点均处于弹性状态;随着地震作用增强,钢结构侧向变形增大,高强螺栓克服摩擦力开始在滑动限位板50的长圆螺栓孔54中滑动,同时新型耗能节点通过下节点滑动限位板50两侧的聚四氟乙烯滑移垫片减小摩擦阻力,释放外挂墙板3相对于钢结构主体结构的变形与位移;当在罕遇地震作用下,用于连接预埋件4和耗能下节点5的高强螺栓滑动受限,摩擦型高强螺栓转变为承压型高强螺栓,栓杆挤压滑动限位板50上的螺栓孔边缘,双弧形耗能侧板51发生弯曲进入塑性耗散能量,在释放外挂墙板3变形的同时进一步提高节点耗能,减少外挂墙板3损伤。此外,在竖向地震作用下,两侧的双弧形耗能侧板51仍然具有较好剪切耗能能力,抗弯支撑板52也可以继续提供节点的抗弯承载力。
综上所述,本发明适用于装配式钢结构建筑配套的外墙连接系统,制作方式简便快速,便于工业化生产,制作成本经济,同时可以适应不同强度的地震作用并进入对应的耗能工作机制,可以有效提高外挂墙板3对结构抗震性能的贡献以及外墙连接装配化生产的效率。

Claims (10)

1.一种一体化冷弯成型式新型自适应外挂墙板耗能连接节点,其特征在于:一体化冷弯成型式新型自适应外挂墙板耗能连接节点包括固定式承重上节点(6)和耗能下节点(5),固定式承重上节点(6)设置在耗能下节点(5)的上方,固定式承重上节点(6)连接装配式钢结构的上钢梁(1)和外挂墙板(3),耗能下节点(5)连接装配式钢结构的下钢梁(2)和外挂墙板(3);耗能下节点(5)和固定式承重上节点(6)分别通过预埋在外挂墙板(3)内的预埋件(4)与外挂墙板(3)连接;
所述预埋件(4)由预埋内板(40)、预埋外板(41)和数个预埋筋(42)构成,预埋筋(42)两端分别与预埋内板(40)和预埋外板(41)垂直焊接;
所述耗能下节点(5)由H形板一体化冷弯成型,H形板由中部水平的滑动限位板(50)和滑动限位板(50)两侧对称的竖向的双弧形耗能侧板(51)构成,滑动限位板(50)分别和双弧形耗能侧板(51)中部垂直,双弧形耗能侧板(51)上与滑动限位板(50)连接处的上边、下边分别开有弧形缺口,H形板中两个双弧形耗能侧板(51)向滑动限位板(50)的同侧水平折弯,两个双弧形耗能侧板(51)的上部相对水平弯折并焊接形成抗弯支撑板(52),两个双弧形耗能侧板(51)的下部相对水平弯折形成两个连接固定板(53),两个连接固定板(53)上开有通孔;两个连接固定板(53)的相对的端面之间设置有间隙;滑动限位板(50)的中心设置有水平的长圆孔(54);耗能下节点(5)中滑动限位板(50)与预埋件(4)的预埋外板(41)通过高强螺栓连接,预埋外板(41)内侧高强螺栓上设置有螺栓垫板,预埋外板(41)内侧与高强螺栓采用焊接连接,预埋外板(41)外侧和滑动限位板(50)内侧之间的高强螺栓上设置有内侧聚四氟乙烯滑移垫片(7),滑动限位板(50)外侧高强螺栓上设置有外侧聚四氟乙烯滑移垫片(8);
所述固定式承重上节点(6)由连接角钢(60)和加强肋板(61)构成,两个加强肋板(61)分别设置在连接角钢(60)的两侧、且加强肋板(61)分别与连接角钢(60)的水平肢和竖向肢垂直固接。
2.根据权利要求1所述的一体化冷弯成型式新型自适应外挂墙板耗能连接节点,其特征在于:预埋件(4)中预埋内板(40)设置在外挂墙板(3)内部,预埋外板(41)设置在外挂墙板(3)连接节点一侧表面。
3.根据权利要求1所述的一体化冷弯成型式新型自适应外挂墙板耗能连接节点,其特征在于:所述预埋筋(42)为四根。
4.根据权利要求1所述的一体化冷弯成型式新型自适应外挂墙板耗能连接节点,其特征在于:所述耗能下节点(5)中连接固定板(53)上开有的通孔并通过锚固高强螺栓与下钢梁(2)上翼缘相连。
5.根据权利要求1所述的一体化冷弯成型式新型自适应外挂墙板耗能连接节点,其特征在于:固定式承重上节点(6)中连接角钢(60)的竖向肢与预埋件(4)的预埋外板(41)通过高强螺栓连接。
6.根据权利要求1所述的一体化冷弯成型式新型自适应外挂墙板耗能连接节点,其特征在于:所述加强肋板(61)与连接角钢(60)通过焊接连接。
7.根据权利要求1所述的一体化冷弯成型式新型自适应外挂墙板耗能连接节点,其特征在于:所述固定式承重上节点(6)中连接角钢(60)的竖向肢上开有通孔并通过锚固高强螺栓与上钢梁(1)的下翼缘相连。
8.根据权利要求1所述的一体化冷弯成型式新型自适应外挂墙板耗能连接节点,其特征在于:与固定式承重上节点(6)连接的预埋件(4)的预埋外板(41)内侧高强螺栓上设置有螺栓垫板,固定式承重上节点(6)中连接角钢(60)的竖向肢外侧的高强螺栓上设置有螺栓垫板。
9.根据权利要求1所述的一体化冷弯成型式新型自适应外挂墙板耗能连接节点,其特征在于:所述外侧聚四氟乙烯滑移垫片(8)的厚度取1-2mm。
10.根据权利要求1所述的一体化冷弯成型式新型自适应外挂墙板耗能连接节点,其特征在于:所述内侧聚四氟乙烯滑移垫片(7)的厚度取1-2mm。
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