CN207812686U - 单边屈曲约束式混凝土柱-钢梁连接节点 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单边屈曲约束式混凝土柱‑钢梁连接节点，属于装配式结构节点领域。所述单边屈曲约束式混凝土柱‑钢梁连接节点包括混凝土柱和钢梁，所述混凝土柱和钢梁的下翼缘之间设置有耗能连接板；耗能连接板包括第一连接板和第二连接板，第一连接板上设置有削弱区，第一连接板和第二连接板之间设有加劲肋；耗能连接板的外侧在削弱区上设有盖板和保证盖板和钢梁之间有间隙的多个垫块，钢梁的腹板两侧对称设置有腹板连接件，腹板连接件为L形。本实用新型在保证节点没有现场湿作业的前提下，提高了节点的延性和耗能能力，抗震性能优越，震后混凝土柱不损坏，只需更换连接部件即可恢复使用，安装方便。

Description

单边屈曲约束式混凝土柱-钢梁连接节点

技术领域

本实用新型涉及装配式结构节点技术领域，特别是指一种单边屈曲约束式混凝土柱-钢梁连接节点。

背景技术

随着装配式建筑的发展，现场湿作业的装配整体式混凝土梁柱节点限制了装配式混凝土结构的快速发展。由于节点区的受力较为复杂，在框架中起着传递、分配内力和保证结构整体性的重要作用，其破坏往往会导致整个框架丧失承载力，甚至结构倒塌，节点震后修复难度较大。

近年来，高层建筑结构以焊接钢管混凝土柱与工形钢梁组成的框架体系在国内已开始应用。目前采用较多的是栓焊混合连接节点，即钢管内在钢梁翼缘高度处焊内隔板，钢梁翼缘与钢管壁焊接以传递梁端弯矩；钢梁腹板与钢管外壁(或预设钢牛腿)用高强度螺栓连接或焊接以传递梁端剪力。这种带内隔板的矩形钢管混凝土柱与工形钢梁的连接构造型式也已被我国《矩形钢管混凝土结构技术规程》列为推荐形式。但是，这种节点存在现场施工焊缝，施工工序多，施焊质量难控制；焊接处存在严重的应力集中，在地震荷载下，焊缝易开裂。

上述不足使该节点的延性和耗能能力大幅下降，抗震性能不佳。而且，若栓焊混合连接节点在地震荷载下上翼缘与钢柱的连接焊缝发生开裂，就需要用切割工具割开节点附近的楼板，再将上翼缘连接焊缝进行补焊，最后将割开的楼板重新浇筑。

实用新型内容

本实用新型提供一种单边屈曲约束式混凝土柱-钢梁连接节点，在保证节点没有现场湿作业的前提下，提高了节点的延性和耗能能力，抗震性能优越，震后混凝土柱不损坏，只需更换连接部件即可恢复使用，安装方便。

为解决上述技术问题，本实用新型提供技术方案如下：

一种单边屈曲约束式混凝土柱-钢梁连接节点，包括混凝土柱和钢梁，所述混凝土柱和钢梁的下翼缘之间设置有耗能连接板，其中：

所述混凝土柱的截面为矩形，所述混凝土柱上设置有外包钢管，所述钢梁的下翼缘上设置有多个第一螺栓孔；

所述耗能连接板包括与所述钢梁连接的水平方向的第一连接板和位于所述第一连接板端部的竖直方向的第二连接板，所述第一连接板的中部两侧均设置有切口形成削弱区，所述耗能连接板为T形或L形，所述第一连接板和第二连接板之间设置有加劲肋，所述第一连接板上设置有多个与所述第一螺栓孔配合的第二螺栓孔，所述第二连接板上设置有与所述混凝土柱连接的多个第三螺栓孔；

所述耗能连接板的外侧在所述削弱区上设置有盖板，所述盖板与钢梁的翼缘连接，所述盖板与钢梁的翼缘之间设置有多个垫块，所述垫块的厚度大于所述耗能连接板的第一连接板的厚度；

所述钢梁的腹板两侧对称设置有腹板连接件，所述腹板连接件为L形，所述腹板连接件包括用于与所述钢梁的腹板连接的第五连接板和位于所述第五连接板的端部的竖直方向的第六连接板，所述腹板连接件的折角处设置有第一水平加劲肋和第二水平加劲肋，所述第五连接板上设置有多个第九螺栓孔，所述第六连接板上设置有多个第十螺栓孔，所述第九螺栓孔和第十螺栓孔均为圆孔，所述钢梁的腹板上还设置有多个用于与所述第九螺栓孔相配合的第十一螺栓孔，所述第十一螺栓孔为竖向长圆孔。

进一步的，所述混凝土柱的外包钢管上设置有第二T形连接板，所述第二T形连接板的腹板与外包钢管焊接，所述第二T形连接板的翼缘上设置有用于与所述钢梁的上翼缘和耗能连接板连接的第六螺栓孔。

进一步的，所述第二T形连接板上设置有加劲肋板。

进一步的，所述混凝土柱的外包钢管上设置有用于与所述钢梁的上翼缘和耗能连接板连接的第七螺栓孔。

进一步的，所述外包钢管内预埋有内丝套筒或圆钢管。

进一步的，当混凝土柱的外包钢管上设置有第二T形连接板时，所述第二T形连接板与所述钢梁的接合处设置有剪力板，，所述剪力板的一端焊接在所述第二T形连接板上；

当外包钢管内预埋有内丝套筒或圆钢管时，所述外包钢管上焊接有剪力板，所述剪力板的一端焊接在外包钢管上；

所述剪力板为直钢板，所述剪力板上下排布有多个用于与所述钢梁的腹板连接的第八螺栓孔，多个第八螺栓孔的中间一个为圆孔，其余为沿钢梁跨度方向的长圆孔。

进一步的，所述外包钢管内部隔一定距离设置有两块肋板，两块肋板分别与所述钢梁的上翼缘以及所述耗能连接板处于同一水平面上，所述肋板的中部设置有中心孔洞，缘边处设置有用于混凝土柱中钢筋穿设的边缘孔洞。

进一步的，所述中心孔洞的直径为所述混凝土柱截面尺寸的1/3-1/2。

进一步的，所述垫块的数量为四块，所述垫块的厚度比所述第一连接板的厚度大1-2mm。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型的单边屈曲约束式混凝土柱-钢梁连接节点，在制作之前时，首先预制外包钢管、钢梁、耗能连接板、盖板和垫块，并在上述构件上开设相应的螺栓孔；

制作时，外包钢管内设置纵筋和箍筋，随后浇筑混凝土，养护拆模完成预制混凝土柱的加工，随后将钢梁、耗能连接板分别与混凝土柱进行连接，耗能连接板通过高强螺栓分别与钢梁的下翼缘连接，之后在耗能连接板的削弱区搁置垫块，完成盖板与钢梁下翼缘的连接，整个混凝土柱-钢梁节点连接完毕。

本实用新型的单边屈曲约束式混凝土柱-钢梁连接节点，预制混凝土、钢梁、耗能连接板、盖板、垫块均可以在工厂预制，在施工现场只需要通过螺栓就可以完成安装，施工现场不需要任何混凝土湿作业，安装方便。经过试验验证，此节点明显提高了节点的延性和变形能力，抗震性能优越。

当节点产生层间位移时，节点部位出现塑性铰，塑性铰会被限制在耗能连接板的削弱区，实现塑性铰的位置可控。同时经过合理的设计，使得耗能连接板的削弱区出现塑性铰时，混凝土柱以及外包的钢管、钢梁都始终保持弹性工作状态，使得塑性铰出现的时机可控，节点整体实现了通过耗能连接板的变形而不是混凝土的压碎性破坏或者钢梁的屈服变形来实现节点的耗能，最终节点承载力的下降是由于耗能连接板达到极限承载力之后被拉断，而不是混凝土柱或钢梁发生破坏，实现了损伤可控。震后只要通过更换耗能连接板就可以实现对节点的修复工作，试验验证，三个工人更换一套新的耗能连接板只需要30-40分钟的时间，施工方便快捷，实现了对预制混凝土梁柱的重复使用，达到了可更换的目的；

与现有混凝土梁柱节点对比，本实用新型的单边屈曲约束式混凝土柱-钢梁连接节点没有任何的现场湿作业，实现了全装配，采用腹板连接件和耗能连接板来承受梁端的轴力和弯矩。在发生地震时，在地震的反复荷载下，混凝土梁柱连接节点的损伤将集中在耗能连接板上，耗能连接板的削弱区发生塑性变形，而其他部分均保持弹性，以此达到了损伤控制的目的。当需要更换或修复耗能连接板时无需破拆楼板，因此更换和修复时更易于施工，并且混凝土梁柱不发生破坏，实现了反复使用。此外，当地震过后，由于连接节点的损伤主要集中在耗能连接板上，可以很容易地观察耗能连接板的损伤情况，有利于鉴定人员准确评估连接节点震后的损伤并选择合理的修复方法，在对耗能连接板进行更换时，无需破坏混凝土梁柱的主体结构，更换方便快捷。此节点实现了对预制混凝土梁柱节点的全装配，并且通过对耗能连接板削弱区的屈曲约束大大提高了节点的抗震性能。

综上所述，单边屈曲约束式混凝土柱-钢梁连接节点，有着很好的节点延性以及耗能能力，抗震性能优越；地震之后混凝土柱不发生破坏，只需要更换耗能连接板即可重复利用，并且没有现场湿作业，安装方便。

附图说明

图1为本实用新型的单边屈曲约束式混凝土柱-钢梁连接节点的结构示意图；

图2为图1的另一视角图；

图3为本实用新型的单边屈曲约束式混凝土柱-钢梁连接节点的耗能连接板为T形时的结构示意图；

图4为本实用新型的单边屈曲约束式混凝土柱-钢梁连接节点的耗能连接板为L形时的结构示意图；

图5为本实用新型的单边屈曲约束式混凝土柱-钢梁连接节点的第二T形连接板的结构示意图；

图6为本实用新型的单边屈曲约束式混凝土柱-钢梁连接节点的肋板的结构示意图；

图7为本实用新型的单边屈曲约束式混凝土柱-钢梁连接节点的外包钢管的结构示意图一；

图8为图7中外包钢管内预埋的内丝套筒的结构示意图；

图9为本实用新型的单边屈曲约束式混凝土柱-钢梁连接节点的外包钢管的结构示意图二；

图10为图9中外包钢管内预埋的圆钢管的结构示意图；

图11为本实用新型的单边屈曲约束式混凝土柱-钢梁连接节点的腹板连接件的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本实用新型提供一种单边屈曲约束式混凝土柱-钢梁连接节点，如图1～图11所示，包括混凝土柱1和钢梁2，混凝土柱1和钢梁2的下翼缘之间设置有耗能连接板3，其中：

混凝土柱1的截面为矩形，混凝土柱1上设置有外包钢管1-1，钢梁2的下翼缘上均设置有多个第一螺栓孔；

耗能连接板3可以为T形或L形，如图3所示，耗能连接板3为T形时，耗能连接板3包括与钢梁2螺栓连接的水平方向的第一连接板3-1和位于第一连接板3-1端部的竖直方向的第二连接板3-2，第一连接板3-1的中部两侧均设置有切口形成削弱区3-3，第一连接板3-1和第二连接板3-2之间设置有加劲肋3-4，第一连接板3-1上设置有多个与第一螺栓孔配合的第二螺栓孔3-5，第二连接板3-2上设置有与混凝土柱1连接的多个第三螺栓孔3-6，优选的，第一连接板3-1与钢梁2的翼缘之间通过至少六颗交错布置的高强螺栓连接，第二连接板3-2与预制的混凝土柱之间通过至少四颗高强螺栓连接；

如图4所示，耗能连接板3为L形时，耗能连接板3包括与钢梁2螺栓连接的水平方向的第一连接板3-1’和位于第一连接板3-1’端部的竖直方向的第二连接板3-2’，第一连接板3-1’的中部两侧均设置有切口形成削弱区3-3’，第一连接板3-1’和第二连接板3-2’之间设置有加劲肋3-4’，第一连接板3-1’上设置有多个与第一螺栓孔配合的第二螺栓孔3-5’，第二连接板3-2’上设置有与混凝土柱1连接的多个第三螺栓孔3-6’。

耗能连接板3的外侧在削弱区3-3或3-3’上设置有为耗能连接板3的削弱提供屈曲约束的盖板5，盖板5通过高强螺栓与钢梁2的翼缘连接，并且该高强螺栓穿过削弱区3-3或3-3’的切口，盖板5与钢梁2的翼缘之间设置有多个垫块6，垫块6的厚度大于耗能连接板3的第一连接板3-1或3-1’的厚度，保证盖板5和钢梁2的翼缘之间的间隙，给削弱区3-3或3-3’留出变形空间；

钢梁2的腹板两侧对称设置有腹板连接件10，如图11所示，腹板连接件10为L形，腹板连接件10包括用于与钢梁2的腹板连接的第五连接板10-1和位于第五连接板10-1的端部的竖直方向的第六连接板10-2，腹板连接件10的折角处设置有第一水平加劲肋10-3和第二水平加劲肋10-4，第五连接板10-1上设置有多个第九螺栓孔10-5，第六连接板10-2上设置有多个第十螺栓孔10-6，第九螺栓孔10-5和第十螺栓孔10-6均为圆孔，钢梁2的腹板上还设置有多个用于与第九螺栓孔10-5相配合的第十一螺栓孔2-1，第十一螺栓孔2-1为竖向长圆孔。

本实用新型的单边屈曲约束式混凝土柱-钢梁连接节点，在制作之前时，首先预制外包钢管、钢梁、耗能连接板、盖板和垫块，并在上述构件上开设相应的螺栓孔；

制作时，外包钢管内设置纵筋和箍筋，随后浇筑混凝土，养护拆模完成预制混凝土柱的加工，随后将钢梁、耗能连接板分别与混凝土柱进行连接，耗能连接板通过高强螺栓分别与钢梁的下翼缘连接，之后在耗能连接板的削弱区搁置垫块，完成盖板与钢梁下翼缘的连接，整个混凝土柱-钢梁节点连接完毕。

本实用新型的单边屈曲约束式混凝土柱-钢梁连接节点，预制混凝土、钢梁、耗能连接板、盖板、垫块均可以在工厂预制，在施工现场只需要通过螺栓就可以完成安装，施工现场不需要任何混凝土湿作业，安装方便。经过试验验证，此节点明显提高了节点的延性和变形能力，抗震性能优越。

当节点产生层间位移时，节点部位出现塑性铰，塑性铰会被限制在耗能连接板的削弱区，实现塑性铰的位置可控。同时经过合理的设计，使得耗能连接板的削弱区出现塑性铰时，混凝土柱以及外包的钢管、钢梁都始终保持弹性工作状态，使得塑性铰出现的时机可控，节点整体实现了通过耗能连接板的变形而不是混凝土的压碎性破坏或者钢梁的屈服变形来实现节点的耗能，最终节点承载力的下降是由于耗能连接板达到极限承载力之后被拉断，而不是混凝土柱或钢梁发生破坏，实现了损伤可控。震后只要通过更换耗能连接板就可以实现对节点的修复工作，试验验证，三个工人更换一套新的耗能连接板只需要30-40分钟的时间，施工方便快捷，实现了对预制混凝土梁柱的重复使用，达到了可更换的目的；

与现有混凝土梁柱节点对比，本实用新型的单边屈曲约束式混凝土柱-钢梁连接节点没有任何的现场湿作业，实现了全装配，采用腹板连接件和耗能连接板来承受梁端的轴力和弯矩。在发生地震时，在地震的反复荷载下，混凝土梁柱连接节点的损伤将集中在耗能连接板上，耗能连接板的削弱区发生塑性变形，而其他部分均保持弹性，以此达到了损伤控制的目的。当需要更换或修复耗能连接板时无需破拆楼板，因此更换和修复时更易于施工，并且混凝土梁柱不发生破坏，实现了反复使用。此外，当地震过后，由于连接节点的损伤主要集中在耗能连接板上，可以很容易地观察耗能连接板的损伤情况，有利于鉴定人员准确评估连接节点震后的损伤并选择合理的修复方法，在对耗能连接板进行更换时，无需破坏混凝土梁柱的主体结构，更换方便快捷。此节点实现了对预制混凝土梁柱节点的全装配，并且通过对耗能连接板削弱区的屈曲约束大大提高了节点的抗震性能。

综上所述，单边屈曲约束式混凝土柱-钢梁连接节点，有着很好的节点延性以及耗能能力，抗震性能优越；地震之后混凝土柱不发生破坏，只需要更换耗能连接板即可重复利用，并且没有现场湿作业，安装方便。

进一步的，如图5所示，混凝土柱1的外包钢管1-1上优选设置有第二T形连接板7，第二T形连接板7的腹板与外包钢管1-1焊接，第二T形连接板7的翼缘上设置有用于与钢梁2的上翼缘和耗能连接板连接的第六螺栓孔7-1，第六螺栓孔7-1的数量为至少八颗，与钢梁2的上翼缘和耗能连接板连接时均为至少四颗。

进一步的，第二T形连接板7上设置有加劲肋板7-2，防止第二T形连接板的翼缘发生屈曲。

优选的，如图7-图10所示，混凝土柱1的外包钢管1-1上也可以设置有用于与钢梁的上翼缘和耗能连接板连接的第七螺栓孔1-2，钢梁的上翼缘和耗能连接板可以直接与外包钢管1-1连接。

优选的，外包钢管1-1内可以预埋有内丝套筒1-3或圆钢管1-4，如图7、图8所示，当外包钢管1-1内预埋内丝套筒1-3时，首先将内丝套筒1-3焊接定位，之后在外包钢管1-1内浇筑混凝土，养护拆模之后到现场安装时，采用高强螺栓穿过外包钢管1-1的第七螺栓孔1-2与内丝套筒连接；

如图9、图10所示，当外包钢管1-1内预埋圆钢管1-4时，首先将圆钢管1-4焊接定位，之后在外包钢管1-1内浇筑混凝土，养护拆模之后到现场安装时，可以通过长螺杆穿过第七螺栓孔1-2与圆钢管1-4连接。

本实用新型的腹板连接件的第五连接板可以通过第一组高强螺栓或者通过销轴与钢梁2的腹板连接，腹板连接件10的第六连接板可以通过第二组高强螺栓与第二T形连接板7的腹板连接，也可以通过第二组高强螺栓与内丝套筒1-3连接，还可以通过长螺杆与混凝土柱连接。其中，用于连接的第一组高强螺栓和第二组高强螺栓可以是单个的螺栓，也可以是栓群。为了避免钢梁的腹板发生第九螺栓孔的孔壁的承压破坏，可以通过围焊钢板的形式局部加厚第九螺栓孔周围的钢梁腹板。

为提高强度，第二T形连接板7与钢梁2的接合处设置有剪力板8，剪力板8为直钢板，剪力板8的一端焊接在第二T形连接板7上，剪力板8上下排布有多个用于与钢梁2的腹板连接的第八螺栓孔，多个第八螺栓孔的中间一个为圆孔，其余为沿钢梁2跨度方向的长圆孔。值得注意的是，当钢梁的上翼缘和耗能连接板直接与外包钢管1-1连接而没有第二T形连接板7时，剪力板8的一端则焊接在外包钢管1-1上。

作为本实用新型的一种改进，如图6-图10所示，外包钢管1-1内部隔一定距离设置有两块肋板1-5，两块肋板1-5分别与钢梁的上翼缘和耗能连接板处于同一水平面上，两块肋板1-5的距离可以根据钢梁的上翼缘和耗能连接板之间的距离确定，一方面可以增加外包钢管1-1和混凝土柱1之间的锚固，另一方面增加了节点核心区的刚度，肋板1-5的中部优选设置有中心孔洞1-6，方便混凝土柱1内的混凝土的浇筑和振捣密实，边缘处设置有用于混凝土柱1中钢筋穿设的边缘孔洞1-7，优选的，中心孔洞1-6的直径为混凝土柱1分的截面尺寸的1/3-1/2。

另外，垫块6的数量优选为四块，两两位于削弱段的两侧，垫块6的厚度比第一连接板3-1的厚度大1-2mm。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种单边屈曲约束式混凝土柱-钢梁连接节点，其特征在于，包括混凝土柱和钢梁，所述混凝土柱和钢梁的下翼缘之间设置有耗能连接板，其中：

所述混凝土柱的截面为矩形，所述混凝土柱上设置有外包钢管，所述钢梁的下翼缘上设置有多个第一螺栓孔；

所述耗能连接板包括与所述钢梁连接的水平方向的第一连接板和位于所述第一连接板端部的竖直方向的第二连接板，所述第一连接板的中部两侧均设置有切口形成削弱区，所述耗能连接板为T形或L形，所述第一连接板和第二连接板之间设置有加劲肋，所述第一连接板上设置有多个与所述第一螺栓孔配合的第二螺栓孔，所述第二连接板上设置有与所述混凝土柱连接的多个第三螺栓孔；

所述耗能连接板的外侧在所述削弱区上设置有盖板，所述盖板与钢梁的翼缘连接，所述盖板与钢梁的翼缘之间设置有多个垫块，所述垫块的厚度大于所述耗能连接板的第一连接板的厚度；

所述钢梁的腹板两侧对称设置有腹板连接件，所述腹板连接件为L形，所述腹板连接件包括用于与所述钢梁的腹板连接的第五连接板和位于所述第五连接板的端部的竖直方向的第六连接板，所述腹板连接件的折角处设置有第一水平加劲肋和第二水平加劲肋，所述第五连接板上设置有多个第九螺栓孔，所述第六连接板上设置有多个第十螺栓孔，所述第九螺栓孔和第十螺栓孔均为圆孔，所述钢梁的腹板上还设置有多个用于与所述第九螺栓孔相配合的第十一螺栓孔，所述第十一螺栓孔为竖向长圆孔。

2.根据权利要求1所述的单边屈曲约束式混凝土柱-钢梁连接节点，其特征在于，所述混凝土柱的外包钢管上设置有第二T形连接板，所述第二T形连接板的腹板与外包钢管焊接，所述第二T形连接板的翼缘上设置有用于与所述钢梁的上翼缘和耗能连接板连接的第六螺栓孔。

3.根据权利要求2所述的单边屈曲约束式混凝土柱-钢梁连接节点，其特征在于，所述第二T形连接板上设置有加劲肋板。

4.根据权利要求1所述的单边屈曲约束式混凝土柱-钢梁连接节点，其特征在于，所述混凝土柱的外包钢管上设置有用于与所述钢梁的上翼缘和耗能连接板连接的第七螺栓孔。

5.根据权利要求4所述的单边屈曲约束式混凝土柱-钢梁连接节点，其特征在于，所述外包钢管内预埋有内丝套筒或圆钢管。

6.根据权利要求3或5所述的单边屈曲约束式混凝土柱-钢梁连接节点，其特征在于，当混凝土柱的外包钢管上设置有第二T形连接板时，所述第二T形连接板与所述钢梁的接合处设置有剪力板，所述剪力板的一端焊接在所述第二T形连接板上；

当外包钢管内预埋有内丝套筒或圆钢管时，所述外包钢管上焊接有剪力板，所述剪力板的一端焊接在外包钢管上；

所述剪力板为直钢板，所述剪力板上下排布有多个用于与所述钢梁的腹板连接的第八螺栓孔，多个第八螺栓孔的中间一个为圆孔，其余为沿钢梁跨度方向的长圆孔。

7.根据权利要求1-5任一所述的单边屈曲约束式混凝土柱-钢梁连接节点，其特征在于，所述外包钢管内部隔一定距离设置有两块肋板，两块肋板分别与所述钢梁的上翼缘以及所述耗能连接板处于同一水平面上，所述肋板的中部设置有中心孔洞，缘边处设置有用于混凝土柱中钢筋穿设的边缘孔洞。

8.根据权利要求7所述的单边屈曲约束式混凝土柱-钢梁连接节点，其特征在于，所述中心孔洞的直径为所述混凝土柱截面尺寸的1/3-1/2。

9.根据权利要求8所述的单边屈曲约束式混凝土柱-钢梁连接节点，其特征在于，所述垫块的数量为四块，所述垫块的厚度比所述第一连接板的厚度大1-2mm。