CN109653357B - 一种模块化设计的可恢复功能屈曲约束装配式梁柱组合节点 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种模块化设计的可恢复功能屈曲约束装配式梁柱组合节点，属于结构工程领域。该节点由带法兰盘的圆钢管柱、普通槽型梁、悬臂梁组件、槽型腹板连接件、翼缘连接盖板、垫板、高强螺栓、栓钉以及楼板组成。本发明在保证装配式钢结构模块化施工的前提下，将屈曲约束理念应用于梁柱节点领域，通过翼缘连接盖板内置与槽型腹板连接件的设置，为受压变形后的翼缘连接盖板提供支撑力，对翼缘盖板的屈曲幅值进行有效控制，避免钢构件失稳过早，增加其稳定性。此外，本发明通过悬臂梁组件与普通梁翼缘不等厚、翼缘单盖板连接以及狗骨削弱等措施将塑性铰转移到翼缘连接盖板上，震后仅需更换连接件即可实现结构的功能恢复。

Description

一种模块化设计的可恢复功能屈曲约束装配式梁柱组合节点
技术领域
本专利涉及一种模块化设计的可恢复功能屈曲约束装配式梁柱组合节点装置，属于结构工程技术领域。
背景技术
工业化装配式钢结构是未来高层钢结构住宅发展的必然趋势，是我国实现建筑产业化的必由之路。2016年9月，国务院发文大力发展装配式建筑，10年左右使装配式建筑占比达30％。装配式建筑是建造方式的重大变革，是推进结构性改革和新型城镇化发展的重要举措，完全符合绿色建筑“适用、高效、协调、发展”的内涵。建筑装配化，能规范化各构件，工厂统一规格生产，现场螺栓精准装配，避免由于施工误差引起的建筑材料的消耗，且相对于其他结构形式减轻自重、简化设计从而降低造价；工程的高度组织化，使得机械化作业很大程度替代手工劳动，更能减少相关费用。
目前常见的钢结构梁柱节点在发生地震破坏时塑性铰距柱面较近，容易引起节点域柱腹板受剪屈曲、柱翼缘局部屈曲及梁端屈服，使得主体梁柱均有不同程度的损伤，无法实现震后的更换修复，也无法实现快速装配，施工耗时较长，不适用于装配式建筑。同时，现有的栓焊时节点都是通过加设盖板、加劲肋或边板等梁端加强措施才能达到梁端塑性铰外移的目的，装配件繁多且工序复杂，而施工现场的不稳定因素又会导致施焊质量难以保证。
为克服上述问题，本发明提出了一种模块化设计的可恢复功能屈曲约束装配式梁柱组合节点装置，避免了主体梁柱发生大的塑性变形；连接件和高强螺栓的拆卸和再安装都很方便，有利于震后的快速修复；槽型腹板连接件和翼缘连接板内置的设置方式，为受压变形后的翼缘连接盖板提供支撑力，对翼缘盖板的屈曲幅值进行有效控制，激发其受压屈曲后的承载潜力，避免钢构件失稳过早；同时，工厂加工制成的模块化组合楼板运送至施工现场与带法兰盘的圆钢管柱通过高强螺栓连接组成组合节点，没有繁杂的施工工序，充分发挥了钢结构模块化施工的优势。
本发明采用常见板件通过合理布置即可实现节点的模块化装配以及震后功能的可修复，同时将“屈曲约束”理念引入梁柱节点领域，整体构造巧妙且传力清晰合理，特别适用于钢框架结构住宅，在保证建筑安全性的同时，又能大大提高其经济性与装配效率，可为住宅产业化、建筑装配化提供技术参考。
发明内容
本发明提出一种模块化设计的可恢复功能屈曲约束装配式梁柱组合节点，旨以解决在现有的装配式钢结构体系中装配化程度低、构件失稳破坏早以及震后修复困难等弊端，避免钢材浪费，延长节点使用寿命，提高经济效益，同时也为装配式梁柱节点提供了更多的选择范围。
为实现上述目的，本发明采用如下技术手段：
一种模块化设计的可恢复功能屈曲约束装配式梁柱组合节点，包括两个带法兰盘的圆钢管柱和4个模块化组合楼板组成；所述的模块化组合楼板由2个普通槽型梁、1个悬臂梁组件、4个内置的翼缘连接板、2个槽型腹板连接件、若干垫板、高强螺栓、栓钉及楼板组成；所述的模块化组合楼板均在工厂加工完成，在施工现场与带法兰盘的圆钢管柱通过高强螺栓连接；该梁柱组合节点在保证装配式钢结构模块化施工的前提下，通过加厚悬臂梁组件翼缘厚度实现梁端加强，达到塑性铰外移的目的；组合楼板梁翼缘采用单翼缘盖板连接形式，通过合理参数设计使得塑性破坏发生在拼接区，而在梁柱节点其余部分基本保持弹性，震后只需替换连接装置即可恢复主体结构的使用功能；槽型腹板连接件的设计，利用屈曲约束的理念，旨在当翼缘盖板屈曲后通过与槽型腹板连接件翼缘的接触顶紧可为翼缘盖板提够支撑力，对翼缘盖板的屈曲幅值进行有效控制；该梁柱节点连接装置不仅利用翼缘盖板失稳和可更换的特点，达到塑性铰外移的目的，确保梁柱等主要构件弹性，震后通过更换连接件即可恢复功能；同时又限制翼缘盖板屈曲变形过大，确保节点具有必要的承载力，使该节点具有更优异的承载能力及耗能能力。
所述的悬臂梁组件，其由两个相互垂直的槽钢悬臂梁、1/4短圆钢管柱以及上下1/4法兰盘组成，可在工厂焊接成型，保证其焊缝精度和质量；悬臂梁组件的翼缘厚度与普通槽型梁段厚度之比大于1.3，以增强悬臂梁组件刚度，外移塑性铰，避免悬臂梁组件区域塑性损伤。
所述的槽型腹板连接件结合翼缘连接盖板内置的构造方式为本专利创新点——引入屈曲约束理念；当槽形腹板连接件的翼缘与受压变形的翼缘连接盖板接触顶紧后可为其提供支撑力，对翼缘连接盖板的屈曲幅值进行有效控制，从而改变翼缘连接盖板的屈曲形态，激发其受压屈曲后的承载潜力；腹板连接可使用普通槽钢，也可内填混凝土块增加其翼缘刚度，翼缘盖板与槽型腹板连接件之间的间隙为5-20mm，保证既能使盖板变形，又能限制其变形，既能使盖板屈曲耗能，又能增强其稳定性。
所述的栓钉均匀布置于普通槽型梁中部，长度60-100mm，间距80-150mm，用于加强普通槽型梁和楼板的连接，施工现场可将栓钉先与板钢筋焊接，而后浇筑混凝土，形成组合梁板。
本专利的优点主要表现在以下几个方面：
(1)装配化程度高。本发明所用的预制件均是工厂加工制成，施工现场通过高强螺栓和连接件将模块化组合楼板和带法兰盘的柱拼装，没有过多的构件和复杂的施工工序，充分发挥了钢结构模块化施工的优势；此外整个施工过程均是螺栓连接不涉及现场施焊，大大提高了施工精度和质量。
(2)震后可修复。本发明基于损伤控制理念，通过悬臂梁组件与普通梁翼缘不等厚、翼缘单盖板连接以及狗骨削弱等措施人为控制结构的薄弱区，将塑性铰转移到翼缘连接盖板上，实现螺栓摩擦滑移及连接板塑性变形的双重耗能，确保带悬臂梁组件及普通槽型梁段无损坏或轻微损坏，震后仅需通过更换连接板、高强螺栓等构件即可达到震后可恢复功能的效果，保护人员的生命安全。
(3)改善盖板的屈曲形态，激发节点的承载潜能。本发明将屈曲约束理念引入到梁柱节点领域，通过内置翼缘连接盖板与槽型腹板连接件的设置，为受压变形后的翼缘连接盖板提供支撑力，改变了盖板的屈曲形态，从而激发其受压屈曲后的承载潜能，避免钢构件失稳过早而造成材料的浪费。
附图说明
图1为一种模块化设计的可恢复功能屈曲约束装配式梁柱组合节点的装配三维图；
图2为一种模块化设计的可恢复功能屈曲约束装配式梁柱组合节点的装配拆分图；
图3为一种模块化设计的可恢复功能屈曲约束装配式梁柱组合节点的正视图(侧视图)；
图4为一种模块化设计的可恢复功能屈曲约束装配式梁柱组合节点的俯视图；
图5为该装配式梁柱节点翼缘连接盖板和垫板的示意图；
图6为一种模块化设计的可恢复功能屈曲约束装配式梁柱组合节点四个组合楼板装配图；
图7为一种模块化设计的可恢复功能屈曲约束装配式梁柱组合节点实现装配连接后的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图1～7，详细说明本专利的实施方式。
如图1～7所示，一种模块化设计的可恢复功能屈曲约束装配式梁柱组合节点包括以下部件：
1——带法兰盘的圆钢管柱；
2——槽型梁；
3——悬臂梁组件(其由两个相互垂直的槽钢悬臂梁、1/4短圆钢管柱以及上下1/4法兰盘组成)；
4——槽型腹板连接件；
5——翼缘连接板；
6——垫板；
7——栓钉；
8——楼板。
如图1-7所示，一种模块化设计的可恢复功能屈曲约束装配式梁柱组合节点，包括两个带法兰盘的圆钢管柱1和4个模块化组合楼板组成；所述的模块化组合楼板由2个槽型梁2、1个悬臂梁组件3、4个内置的翼缘连接板5、2个槽型腹板连接件4、若干垫板6、高强螺栓、栓钉7及楼板8组成；所述的悬臂梁组件，由两个相互垂直的槽钢悬臂梁、1/4短圆钢管柱以及上下1/4法兰盘组成，通过焊接成型；该梁柱组合节点在保证装配式钢结构模块化施工的前提下，通过加厚悬臂梁组件翼缘厚度实现梁端加强，达到塑性铰外移的目的，悬臂梁组件的翼缘厚度与槽型梁段翼缘厚度之比控制在1.3-2.0之间；槽型梁与悬臂梁翼缘采用单翼缘连接板连接形式，翼缘连接板布置于梁翼缘内侧，由于翼缘连接板所连接的两侧翼缘厚度不等，需在翼缘连接板与槽型梁翼缘之间设置垫板，使翼缘连接板在安装时两端保持水平；所述的槽型腹板连接件用于连接悬臂梁和槽型梁腹板，在梁的两侧对称布置，其上部水平段与翼缘连接板之间的间隙为5-20mm；所述的栓钉均匀布置于槽型梁中部，长度60-100mm，间距80-150mm，加工时将栓钉先与板钢筋焊接，而后浇筑混凝土，形成组合梁板。所述的模块化组合楼板与带法兰盘的圆钢管柱通过高强螺栓连接。

Claims (2)

1.一种模块化设计的可恢复功能屈曲约束装配式梁柱组合节点，其特征在于：包括2个带法兰盘的圆钢管柱和4个模块化组合楼板；所述的模块化组合楼板由2个槽型梁、1个悬臂梁组件、4个内置的翼缘连接板、2个槽型腹板连接件、若干垫板、高强螺栓、栓钉及楼板组成；所述的可恢复功能屈曲约束装配式梁柱组合节点是一种基于损伤控制理念、可恢复功能理念和屈曲约束理念的梁柱组合节点，该装配式梁柱组合节点采用了槽型腹板连接件和翼缘连接板内置的设置方式，为受压变形后的翼缘连接盖板提供支撑力，对翼缘盖板的屈曲幅值进行有效控制，激发其受压屈曲后的承载潜力；所述的装配式梁柱组合节点在保证装配式钢结构模块化施工的前提下，通过加厚悬臂梁组件翼缘厚度实现梁端加强，利用翼缘盖板失稳和可更换的特点，达到塑性铰外移的目的，确保梁柱处于弹性，震后通过更换连接件即可恢复功能，同时又限制翼缘盖板屈曲变形过大，确保节点具有必要的承载力，使节点具有更优异的承载能力及耗能能力；所述的悬臂梁组件，由两个相互垂直的槽钢悬臂梁、1/4短圆钢管柱以及上下1/4法兰盘组成，通过焊接成型，1/4短圆钢管柱高度与槽钢悬臂梁高相同，1/4法兰盘位于1/4短圆钢管柱两端、相互垂直的两槽钢悬臂梁之间；该梁柱组合节点悬臂梁组件翼缘厚度加厚，悬臂梁组件的翼缘厚度与槽型梁段翼缘厚度之比控制在1.3-2.0之间；槽型梁与悬臂梁翼缘采用单翼缘连接板连接形式，翼缘连接板布置于梁翼缘内侧，由于翼缘连接板所连接的两侧翼缘厚度不等，需在翼缘连接板与槽型梁翼缘之间设置垫板，使翼缘连接板在安装时两端保持水平；所述的槽型腹板连接件用于连接悬臂梁和槽型梁腹板，在梁的两侧对称布置，槽型腹板连接件翼缘部分与翼缘连接板之间的间隙为5-20mm；所述的栓钉均匀布置于槽型梁中部，连接楼板，形成模块化组合楼板；所述的模块化组合楼板与带法兰盘的圆钢管柱通过高强螺栓连接。
2.根据权利要求1所述的一种模块化设计的可恢复功能屈曲约束装配式梁柱组合节点，其特征在于：所述的栓钉长度60-100mm，间距80-150mm，与楼板连接时栓钉先与钢筋焊接，而后浇筑混凝土，形成模块化组合楼板。
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