CN211714184U - 一种新型耗能钢框架节点 - Google Patents

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张震
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Abstract

本实用新型涉及一种新型耗能钢框架节点,包括钢柱、钢梁,钢柱、钢梁连接处的节点域内设有高强度铝合金支架,高强度铝合金支架位于钢柱内;高强度铝合金支架包括内方形框以及设置于内方形框四边的外支撑板,且内方形框的每个边均设有1个外支撑板;内方形框的横向板长度l a与横向的外支撑板长度l c相同,且内方形框的横向板长度l a、横向的外支撑板长度l c均为钢柱的柱长h w 的0.25~0.30倍;通过本实用新型,本实用新型在原有节点的基础上采用了在节点域内焊接高强度铝合金加固的设计方法,以减少扩翼处塑性铰的应力集中,帮助塑性铰更好地外移,充分发挥钢材的延性性能,以达到“强柱弱梁”、“强节点弱构件”的设计宗旨,更好地提高了结构的延性和抗震性能。

Description

一种新型耗能钢框架节点
技术领域
本实用新型涉及一种钢框架节点设计,尤其是采用扩翼型节点域内加固实现塑性铰外移的新型耗能钢框架节点。
背景技术
梁柱连接处节点在钢框架设计中占有举足轻重的地位,它直接关系到整个结构的安全性、可靠性及经济指标等。因此,对于钢结构建筑来说,对钢结构梁柱连接处节点力学性能和抗震性能的研究,防止节点在地震作用下发生脆性断裂破坏和其它方式的破坏,改良节点的抗震性能是很有必要的。强震作用下钢结构框架破坏或倒塌的最直接原因是大量梁柱节点和部分构件发生屈服、屈曲、破坏,使钢框架恢复力退化,产生无法恢复的塑性变形,再加上P-Δ效应,导致结构失去承受竖向荷载的能力,发生部分动力失稳,局部乃至整体倒塌。基于此现象,研究人员提出改善钢框架梁柱节点抗震性能的基本途径是将塑性铰外移。通过对钢梁截面进行加强或削弱,迫使塑性铰先在梁上产生,并远离梁端部,从而避免在梁柱节点焊缝处过早产生裂缝而发生脆断破坏,使梁端塑性变形在削弱区或加强区的位置出现并扩展,充分发挥钢材的延性性能,以达到“强节点弱构件”的设计宗旨。基于塑性铰外移的思想,近年来研究成果主要集中于加强型和削弱型两种新型延性节点,在加强型节点中,凹弧扩翼型节点凭借其耗散能力强、更好的塑性铰外移能力得到了很多关注。
实用新型内容
本实用新型的目的是减少扩翼型钢框架梁柱节点在地震作用下塑性铰的应力集中、延性不足等问题,提出一种新型耗能钢框架节点,在钢框架扩翼型节点的节点域内采用高强度铝合金加固的措施,提高节点延性性能及更好地实现塑性铰外移的节点域内焊接高强度铝合金的加固节点。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的,一种新型耗能钢框架节点,包括钢柱、钢梁,其特征是:所述钢柱、钢梁连接处的节点域内设有高强度铝合金支架,高强度铝合金支架位于钢柱内,并与钢柱的钢柱腹板固定接触,钢柱腹板的上部、下部分别设有上方加劲肋和下方加劲肋,钢管置于上方加劲肋、下方加劲肋之间;
所述高强度铝合金支架包括内方形框以及设置于内方形框四边的外支撑板,且内方形框的每个边均设有1个外支撑板;内方形框由两个横向板、两个竖向板围合组成;
内方形框的横向板长度与横向的外支撑板长度相同,且内方形框的横向板长度、横向的外支撑板长度均为钢柱的柱长的0.25~0.30倍;且左边的横向的外支撑板一端与内方形框固定,另一端与钢柱的左钢柱翼缘固定;右边的横向的外支撑板一端与内方形框固定,另一端与钢柱的右钢柱翼缘固定;
内方形框的竖向板长度与竖向的外支撑板长度相同,且内方形框的竖向板长度与竖向的外支撑板长度均为钢柱的腹板高的0.10~0.15倍;且上边的竖向的外支撑板一端与内方形框固定,另一端与上方加劲肋固定;下边的竖向的外支撑板一端与内方形框固定,另一端与下方加劲肋固定;
内方形框的厚度与外支撑板的厚度相同,内方形框的厚度与外支撑板的厚度均为钢柱的腹板厚度的1.10~1.20倍。
所述钢柱、钢梁均依据《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)、《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ 99-2015)、《钢结构设计规范》(GB 50017-2017)设计。
所述钢柱、钢梁所用的钢材为Q235热轧H型钢。
与钢柱相连接的钢梁的上翼缘、下翼缘上均设置扩翼;
所述扩翼上设置若干个打孔节点,扩翼上的若干个打孔节点沿着塑性铰外移路线均匀分布。
所述钢梁的腹板上设有抗剪板,抗剪板一侧与钢柱焊接固定,抗剪板采用螺纹旋紧的方式固定于钢梁的腹板上。
本实用新型结构科学合理,通过本实用新型,针对钢框架在地震作用下存在的节点易发生脆性断裂破坏和其它方式的破坏及梁柱端塑性铰延性不足等问题,提出一种在钢框架扩翼型节点的节点域内采用高强度铝合金加固的措施,通过高强度铝合金的固定支架来分散梁端应力集中现象,本实用新型由普通钢梁、普通钢柱、节点域内焊接的高强度铝合金支架组成;普通钢梁和普通钢柱为采用《钢结构设计标准》GB50017-2017设计的梁和柱。扩翼型梁端打孔节点为采用在扩翼处合理打孔的节点,其特征在于沿着塑性铰外移路线均匀分布。
有益效果:原有的钢框架梁端凹弧扩翼型节点使得塑性铰先在梁上产生,并远离梁端部,从而避免在梁柱节点焊缝处过早产生裂缝而发生脆断破坏,使梁端塑性变形的位置出现并扩展。本实用新型在原有节点的基础上采用了在节点域内焊接高强度铝合金加固的设计方法,以减少扩翼处塑性铰的应力集中,帮助塑性铰更好地外移,充分发挥钢材的延性性能,以达到“强柱弱梁”、“强节点弱构件”的设计宗旨,更好地提高了结构的延性和抗震性能,增强了原有扩翼型节点在框架中的抗震能力。
附图说明
图1是本实用新型专利的框架平面图。
图中,1、2、3、4分别为框架几种不同位置处的扩翼型梁端节点;
图2是图1中1处的扩翼型节点域。
图3是图1中2处的扩翼型节点域。
图4是图1中3处的扩翼型节点域。
图5是图1中4处的扩翼型节点域。
图6是图1中A-A位置处的截面图。
图7是图1中B-B位置处的截面图。
图8是图1中C-C位置处的截面图。
图9是图1中1处节点平面图。
图10是图1中1处节点平面图。
图中:11钢柱、11-1钢柱腹板、11-2左钢柱翼缘、11-3右钢柱翼缘、22钢梁、22-1扩翼、22-2抗剪板、22-3打孔节点、33高强度铝合金支架、33-1内方形框、33-2外支撑板、33-3上方加劲肋、33-4下方加劲肋。
具体实施方式
下面通过实施例,并结合附图,对本实用新型的技术方案作进一步的具体说明。
一种新型耗能钢框架节点,包括钢柱11、钢梁22,在所述钢柱11、钢梁22连接处的节点域内设置高强度铝合金支架33,高强度铝合金支架33位于钢柱11内,并与钢柱11的钢柱腹板11-1固定接触,钢柱腹板11-1的上部、下部分别设有上方加劲肋33-3和下方加劲肋33-4,钢管3置于上方加劲肋33-3、下方加劲肋33-4。
高强度铝合金支架33包括内方形框33-1以及设置于内方形框33-1四边的外支撑板33-2,且内方形框33-1的每个边均设置1个外支撑板33-2;内方形框33-1由两个横向板、两个竖向板围合组成。
如图9中,内方形框33-1的横向板长度设为l a,横向的外支撑板33-2长度设为l c,钢柱11的柱长设为h w ,内方形框33-1的竖向板长度设为l b,外支撑板33-2长度设为l d,钢柱11的腹板高设为h b,外支撑板33-2的厚度设为d1,内方形框33-1的厚度设为d2,钢柱11的腹板厚度设为t;则:
内方形框33-1的横向板长度l a与横向的外支撑板33-2长度l c相同,且内方形框33-1的横向板长度l a、横向的外支撑板33-2长度l c均为钢柱11的柱长h w 的0.25~0.30倍;且左边的横向的外支撑板33-2一端与内方形框33-1固定,另一端与钢柱11的左钢柱翼缘11-2固定;右边的横向的外支撑板33-2一端与内方形框33-1固定,另一端与钢柱11的右钢柱翼缘11-3固定。
内方形框33-1的竖向板长度l b与竖向的外支撑板33-2长度l d相同,且内方形框33-1的竖向板长度l b与竖向的外支撑板33-2长度l d均为钢柱11的腹板高h b的0.10~0.15倍;且上边的竖向的外支撑板33-2一端与内方形框33-1固定,另一端与上方加劲肋33-3固定;下边的竖向的外支撑板33-2一端与内方形框33-1固定,另一端与下方加劲肋33-4固定。
内方形框33-1的厚度d2与外支撑板33-2的厚度d1相同,内方形框33-1的厚度d2与外支撑板33-2的厚度d1均为钢柱11的腹板厚度t的1.10~1.20倍。
进一步的,钢柱11、钢梁22均依据《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)、《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ 99-2015)、《钢结构设计规范》(GB 50017-2017)设计。钢柱11、钢梁22所用的钢材为Q235热轧H型钢。与钢柱11相连接的钢梁22的上翼缘、下翼缘上均设置扩翼22-1;在扩翼22-1上设置若干个打孔节点22-3,扩翼22-1上的若干个打孔节点22-3沿着塑性铰外移路线均匀分布。在钢梁22的腹板上设置抗剪板22-2,抗剪板22-2一侧与钢柱11焊接固定,抗剪板22-2采用螺纹旋紧的方式固定于钢梁22的腹板上。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,如改变加固形状等,但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了凹弧扩翼型、节点域加固等术语,但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质;把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

Claims (5)

1.一种新型耗能钢框架节点,包括钢柱(11)、钢梁(22),其特征是:所述钢柱(11)、钢梁(22)连接处的节点域内设有高强度铝合金支架(33),高强度铝合金支架(33)位于钢柱(11)内,并与钢柱(11)的钢柱腹板(11-1)固定接触,钢柱腹板(11-1)的上部、下部分别设有上方加劲肋(33-3)和下方加劲肋(33-4),钢管(3)置于上方加劲肋(33-3)、下方加劲肋(33-4)之间;
所述高强度铝合金支架(33)包括内方形框(33-1)以及设置于内方形框(33-1)四边的外支撑板(33-2),内方形框(33-1)的每个边均设有1个外支撑板(33-2);内方形框(33-1)由两个横向板、两个竖向板围合组成;
内方形框(33-1)的横向板长度与横向的外支撑板(33-2)长度相同,且内方形框(33-1)的横向板长度、横向的外支撑板(33-2)长度均为钢柱(11)的柱长的0.25~0.30倍;且左边的横向的外支撑板(33-2)一端与内方形框(33-1)固定,另一端与钢柱(11)的左钢柱翼缘(11-2)固定;右边的横向的外支撑板(33-2)一端与内方形框(33-1)固定,另一端与钢柱(11)的右钢柱翼缘(11-3)固定;
内方形框(33-1)的竖向板长度与竖向的外支撑板(33-2)长度相同,且内方形框(33-1)的竖向板长度与竖向的外支撑板(33-2)长度均为钢柱(11)的腹板高的0.10~0.15倍;且上边的竖向的外支撑板(33-2)一端与内方形框(33-1)固定,另一端与上方加劲肋(33-3)固定;下边的竖向的外支撑板(33-2)一端与内方形框(33-1)固定,另一端与下方加劲肋(33-4)固定;
内方形框(33-1)的厚度与外支撑板(33-2)的厚度相同,内方形框(33-1)的厚度与外支撑板(33-2)的厚度均为钢柱(11)的腹板厚度的1.10~1.20倍。
2.根据权利要求1所述的一种新型耗能钢框架节点,其特征是:所述钢柱(11)、钢梁(22)均依据《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010、《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99-2015、《钢结构设计规范》GB 50017-2017设计。
3.根据权利要求1所述的一种新型耗能钢框架节点,其特征是:所述钢柱(11)、钢梁(22)所用的钢材为Q235热轧H型钢。
4.根据权利要求1所述的一种新型耗能钢框架节点,其特征是:与钢柱(11)相连接的钢梁(22)的上翼缘、下翼缘上均设置扩翼(22-1);
所述扩翼(22-1)上设置若干个打孔节点(22-3),扩翼(22-1)上的若干个打孔节点(22-3)沿着塑性铰外移路线均匀分布。
5.根据权利要求1所述的一种新型耗能钢框架节点,其特征是:钢梁(22)的腹板上设有抗剪板(22-2),抗剪板(22-2)一侧与钢柱(11)焊接固定,抗剪板(22-2)采用螺纹旋紧的方式固定于钢梁(22)的腹板上。
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