CN112049243A - 设置过渡连接件的自复位钢框架梁柱连接节点及施工方法 - Google Patents

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Abstract

设置过渡连接件的自复位钢框架梁柱连接节点及施工方法，该节点包括H型钢柱、工字型钢梁、过渡连接件、形状记忆合金连接盖板、自复位拉索单元、摩擦耗能元件、弹性耗能元件以及高强螺栓。过渡连接件与工字型钢梁通过拉索单元相连，过渡连接件与悬臂梁腹板通过高强螺栓相连，过渡连接件与工字型钢梁连接位置设有摩擦耗能元件、弹性耗能元件和橡胶垫块，悬臂梁和工字型钢梁翼缘通过形状记忆合金连接盖板连接。本发明无需对钢柱穿孔，不会削弱柱体强度，工厂内将预应力张拉就位，现场只需安装相应螺栓，无需张拉预应力，实现了全装配化；具有构造简单，工业化程度高，预应力精度高，人力成本低，高耗能，自复位等优点。

Description

设置过渡连接件的自复位钢框架梁柱连接节点及施工方法
技术领域
本发明涉及设置过渡连接件的全装配化自复位钢框架梁柱连接节点技术，属于结构工程技术领域。
背景技术
随着城市化建设不断加快，建筑技术领域的发展和建筑工业化要求不断提高，在建设中污染问题以及成本的各方面考虑，建筑趋于工业化，装配式建筑不断涌现，而装配式节点连节的可靠性和便利性是影响装配式建筑安全应用和快速发展的关键。
建筑结构设计要求“强结点弱构件”，梁柱节点设计不合理将直接导致结构在地震荷载作用下建筑结构受损甚至倒塌，危机人们的生命及财产。现有许多装配式节点设置在柱翼缘处，梁柱之间直接采用螺栓连接，对柱体造成一定的削弱，现有研究表明，焊接是梁柱之间最可靠柱连接方式。近年来，可恢复功能的结构成为近年来成为国际地震工程领域的研究热点，地震后无需修复或稍加修复即可使结构恢复其使用功能，与传统装配式结构相比，自复位结构在装配式的基础上考虑损伤控制和震后经济损失，不仅能够满足“小震不坏，中震可修，大震不倒”的要求，而且在地震中保护人们的生命财产安全，震后也能很快恢复其使用功能的特征。
现有的自复位拉索单元以及螺栓连接对柱穿孔导致柱体削弱、震后结构变形不可恢复、机构耗能低以及现场安装高空张拉预应力困难和精度低。
发明内容
本发明的目的是提供一种设置过渡连接件的自复位钢框架梁柱连接节点及施工方法。
本发明是设置过渡连接件的自复位钢框架梁柱连接节点及施工方法，设置过渡连接件的自复位钢框架梁柱连接节点，包括H型钢柱1、工字型钢梁2、过渡连接件3、形状记忆合金连接盖板5、拉索单元4、高强螺栓一9和高强螺栓二10高强限位螺栓11；所述过渡连接件3通过拉索单元4与工字型钢梁2连接，拉索两端分别通过预应力锚具锚固在过渡连接件的端板3-2和工字型钢梁锚固板2-1处；所述过渡连接件的左连接板3-1通过高强螺栓一9与悬臂段腹板相连，右连接板3-3通过高强限位螺栓11与钢梁腹板相连，连接板3-3内侧与工字型钢梁腹板间有摩擦耗能元件8，并且工字型钢梁端部与端板3-2之间设置有弹性耗能元件6和橡胶垫块7；所述悬臂钢梁翼缘和工字型钢梁翼缘通过高强螺栓二10和形状记忆合金连接盖板5相连。
本发明的设置过渡连接件的自复位钢框架梁柱连接节点的施工方法，其步骤为：
步骤（1）根据具体工程的设计尺寸，在工厂预制完成各个元件，对各个金属元件做防锈处理；将弹性耗能元件6通过焊接或锚固的方式固定在端板相应位置处，橡胶垫块7采用粘结的方式固定在端板右侧与钢梁腹板对应位置处，摩擦耗能元件8采用粘结的方式固定在端板右连接板内侧与钢梁腹板接触的位置，将工字型钢梁2梁端长螺栓孔2-3与固定有弹性耗能元件6、橡胶垫块7和摩擦耗能元件8的过渡连接件3长螺栓孔3-5通过高强限位螺栓11临时固定；
步骤（2）张拉预应力：将预应力钢绞线穿过工字型钢梁锚固板2-1和过渡连接件的端板3-2，在预制工厂通过预应力张拉机具，按具体工程设计需要张拉预应力至设计值，通过预应力锚固件锚固预应力筋，完成预应力张拉，实现钢梁2和过渡连接件3的模块连接和预制；
步骤（3）将钢梁2和过渡连接件3的连接模块和其他元件运送至现场，通过高强螺栓9将下翼缘形状记忆合金连接盖板和悬臂下翼缘固定，作为钢梁2现场组装的临时支撑；
步骤（4）将钢梁2和过渡连接件3的模块吊装就位，通过高强螺栓10，将左连接件板3-1和带悬臂段的钢柱1固定；
步骤（5）安装螺栓9，组装钢梁上翼缘形状记忆合金连接盖板5，再次校正核查各个螺栓，确保螺栓拧紧到位，安装完成后对节点再做整体防锈处理；
步骤（6）避免钢结构在火灾中迅速升温发生形变塌落，需对结构做防火处理，采用外包层法，或者充水冷却法，或者屏蔽法，或者胀大材料法，或选用绝热、耐火材料，降低热量传递的速度推延钢结构温升、强度变弱的时间。
本发明的有益之处是：1、本发明为加强节点强度，使塑性铰外移，将节点设置在钢梁反弯点处，并且该节点在施工现场只需安装高强螺栓，无需现场张拉预应力，实现全装配化；过渡连接件3和工字型钢梁2通过拉索单元两端施加预应力在工厂内拼装在一起，其预应力精度高，且在现场只需通过高强螺栓群一10将过渡连接件右连接板3-1和悬臂梁腹板相连，悬臂梁与工字型钢梁翼缘通过形状记忆合金连接盖板5相连，螺栓紧固方便，施工速快，质量高，适应装配式的发展。
2、本发明的过渡连接件3包括左连接板3-1、端板3-2、右连接板3-3及横向加劲肋3-4，工厂整体预制，整体强度强，在工厂通过拉索单元4与工字型钢梁2连接，连接板3-1对称布置在悬臂梁腹板两侧，现场通过高强螺栓一9将两侧连接板3-1和悬臂梁腹板相连，实现节点的全装配，无需现场张拉预应力，安装便捷，受力明确。
3、本发明连接件3的右连接板3-2内测布置有橡胶垫块7和摩擦耗能元件8，端板3-2相应位置布置有弹性耗能元件6，以提高节点耗能能力；摩擦耗能元件可选用黄铜片、软钢等；弹性耗能元件可选用碟簧、螺旋弹簧、橡胶弹簧或其任意组合等；并且弹性耗能元件和橡胶垫块能很好的保护钢梁端部不受破坏。
4、本发明钢梁端部相应位置开有长螺栓孔2-3，过渡连接件右连接板设有长螺栓孔3-5，在钢梁受力转动过程中两个长螺栓孔错动相交，为节点在地震作用下的旋转变形提供足够的耗能空间，保证在转动过程中高强螺栓11不会因为螺栓孔空间不足或尺寸不合理影响节点性能。
5、本发明的拉索单元4可选用具有弹性恢复力的元件或可提供预应力的元件或二者的组合，元件选择灵活，通过张拉预应力，为结构节点提供很好的恢复能力。
6、本发明的H型钢柱1一侧翼缘焊接有悬臂梁段，无需对柱体开孔，减少对柱体的削弱。
7、本发明采用形状记忆合连接盖板5作为耗能元件，通过高强螺栓10梁端分别固定在悬臂梁和钢梁2翼缘处并且设置弧形伸长区，为节点提供充足的伸缩空间，在小震荷载作用下不但可以实现耗能，震后可以恢复原有的形状，大震荷载作用下，若形状记忆合金连接盖板达到塑性损坏，只需更换连接板即可使结构恢复正常使用，降低了震后修复成本，是钢结构发展的新方向。
附图说明
图1是本发明的三维图，图2是本发明的现场安装图，图3是本发明的正视图，图4是本发明的过渡连接件、弹性耗能元件以及摩擦耗能元件三维图，图5是本发明的弹性元件示意图，图6是本发明的翼缘盖板形式三维图。
具体实施方式
本发明是设置过渡连接件的自复位钢框架梁柱连接节点及施工方法，设置过渡连接件的自复位钢框架梁柱连接节点，包括H型钢柱1、工字型钢梁2、过渡连接件3、形状记忆合金连接盖板5、拉索单元4、高强螺栓一9和高强螺栓二10高强限位螺栓11；所述过渡连接件3通过拉索单元4与工字型钢梁2连接，拉索两端分别通过预应力锚具锚固在过渡连接件的端板3-2和工字型钢梁锚固板2-1处；所述过渡连接件的左连接板3-1通过高强螺栓一9与悬臂段腹板相连，右连接板3-3通过高强限位螺栓11与钢梁腹板相连，连接板3-3内侧与工字型钢梁腹板间有摩擦耗能元件8，并且工字型钢梁端部与端板3-2之间设置有弹性耗能元件6和橡胶垫块7；所述悬臂钢梁翼缘和工字型钢梁翼缘通过高强螺栓二10和形状记忆合金连接盖板5相连。
所述的H型钢柱1包含一个悬臂梁段，悬臂梁段焊接在H型钢柱的一侧翼缘处，悬臂梁腹板和上下翼缘均开有螺栓孔。
所述的过渡连接件3包括左连接板3-1、端板3-2、右连接板3-3及横向加劲肋3-4；所述端板3-2和右连接板3-3之间焊接横向加劲肋3-4，横向加劲肋用于加强端板的强度，右连接板3-3相应位置开有长螺栓孔3-5，且其内侧设有摩擦耗能元件8，端板右侧与钢梁腹板对应位置设有弹性耗能元件6和橡胶垫块7，弹性耗能元件可通过焊接或锚固的方式固定在端板相应位置处，橡胶垫块可采用粘结的方式固定在端板右侧与钢梁腹板对应位置处。
所述的弹性耗能元件6选用碟簧，或者螺旋弹簧，或者橡胶弹簧，或其任意组合。
所述的拉索单元4选用具有弹性恢复力的元件或可提供预应力的元件或二者的组合元件。
所述的拉索单元4选用具有弹性恢复力的元件或可提供预应力的元件或二者的组合元件是形状记忆合金铜芯棒，或者预应力钢绞线，或者二者的结合，其数量根据具体工程需要计算选取。
所述的工字型钢梁2对称焊接锚固板2-1和横向加劲肋2-2，且在钢梁端部相应位置开有长螺栓孔2-3；所述锚固板用于锚固拉索另一端锚固件，横向加劲肋用于加强锚固板强度。
所述的形状记忆合金连接盖板5中部设置圆弧形伸长区。
本发明的设置过渡连接件的自复位钢框架梁柱连接节点的施工方法，其步骤为：
步骤（1）根据具体工程的设计尺寸，在工厂预制完成各个元件，对各个金属元件做防锈处理；将弹性耗能元件6通过焊接或锚固的方式固定在端板相应位置处，橡胶垫块7采用粘结的方式固定在端板右侧与钢梁腹板对应位置处，摩擦耗能元件8采用粘结的方式固定在端板右连接板内侧与钢梁腹板接触的位置，将工字型钢梁2梁端长螺栓孔2-3与固定有弹性耗能元件6、橡胶垫块7和摩擦耗能元件8的过渡连接件3长螺栓孔3-5通过高强限位螺栓11临时固定；
步骤（2）张拉预应力：将预应力钢绞线穿过工字型钢梁锚固板2-1和过渡连接件的端板3-2，在预制工厂通过预应力张拉机具，按具体工程设计需要张拉预应力至设计值，通过预应力锚固件锚固预应力筋，完成预应力张拉，实现钢梁2和过渡连接件3的模块连接和预制；
步骤（3）将钢梁2和过渡连接件3的连接模块和其他元件运送至现场，通过高强螺栓9将下翼缘形状记忆合金连接盖板和悬臂下翼缘固定，作为钢梁2现场组装的临时支撑；
步骤（4）将钢梁2和过渡连接件3的模块吊装就位，通过高强螺栓10，将左连接件板3-1和带悬臂段的钢柱1固定；
步骤（5）安装螺栓9，组装钢梁上翼缘形状记忆合金连接盖板5，再次校正核查各个螺栓，确保螺栓拧紧到位，安装完成后对节点再做整体防锈处理；
步骤（6）避免钢结构在火灾中迅速升温发生形变塌落，需对结构做防火处理，采用外包层法，或者充水冷却法，或者屏蔽法，或者胀大材料法，或选用绝热、耐火材料，降低热量传递的速度推延钢结构温升、强度变弱的时间。
以下给出本发明的具体实施方式，需要说明的是本发明并不局限具体的实例，凡在申请技术基础做的等同变换均属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明的设置过渡连接件的自复位钢框架梁柱连接节点，包括H型钢柱1、工字型钢梁2、过渡连接件3、形状记忆合金连接盖板5、拉索单元4、高强螺栓一9和高强螺栓二10、高强限位螺栓11；所述过渡连接件3通过拉索单元4与工字型钢梁2连接，拉索两端分别锚固在过渡连接件的端板3-2和工字型钢梁锚固板2-1处；所述过渡连接件的左连接板3-1通过高强螺栓一9与悬臂段腹板相连，右连接板3-3通过高强限位螺栓11与钢梁腹板相连，连接板3-3内侧与工字型钢梁腹板间有摩擦耗能元件8，并且工字型钢梁端部与端板3-2之间设置有弹性耗能元件6和橡胶垫块7；所述悬臂钢梁翼缘和工字型钢梁翼缘通过高强螺栓二10和形状记忆合金连接盖板5相连。
现场安装过程中，可先将悬臂梁下翼缘和形状记忆合金连接盖板5相连，将工字型钢梁2放在连接好的下翼缘形状记忆合金盖板5上，作为临时支撑，再安装悬臂梁腹板和左连接板3-1处的高强螺栓一9，最后安装上翼缘处的形状记忆合金连接盖板5。
如图2所示，悬臂梁段焊接于H型钢柱1一侧翼缘处。悬臂梁腹板和翼缘均开有相应成排螺栓孔，本发明无需在柱翼缘处开孔，不会对柱体强度等造成影响。
如图2所示，工字型钢梁连接端腹板处焊接有锚固板2-1和横向加劲肋2-2，形成强节点域，提高节点强度，保证预应力的强度；钢梁翼缘相应位置处开有成排螺栓孔，用于连接耗能元件。
如图4所示，过渡连接件3由左连接板3-1、端板3-2、右连接板3-3及横向加劲肋3-4焊接成一个整体；横向加劲肋使得过渡连接件强度增大，保证过渡连接件强度，防止在预应力作用下过渡连接件先屈服造成预应力损失。
如图5所示，拉索单元4可选用具有弹性恢复力的元件或可提供预应力的元件或二者的组合，可选多种样式，根据实际需要和加工技术具体选择。
如图6所示，为形状记忆合金连接盖板5，通过形状记忆合金的自动恢复原有形状的特性，小地震荷载作用后，可恢复到原有形状，无需更换任何元件，仍可继续使用，作为连接处的耗能元件，实现循环耗能；同时在盖板中部也可以设置狗骨消弱区，使该区域在地震荷载作用下首先形成塑性铰；大地震作用下，若盖板屈服，无法恢复原来的形状，只需更换连接盖板，即可继续使用。

Claims (9)

1.设置过渡连接件的自复位钢框架梁柱连接节点，其特征在于，该节点包括H型钢柱（1）、工字型钢梁（2）、过渡连接件（3）、形状记忆合金连接盖板（5）、拉索单元（4）、高强螺栓一（9）和高强螺栓二（10）高强限位螺栓（11）；所述过渡连接件（3）通过自复位拉索单元（4）与工字型钢梁（2）连接，拉索两端分别通过预应力锚具锚固在过渡连接件的端板（3-2）和工字型钢梁锚固板（2-1）处；所述过渡连接件的左连接板（3-1）通过高强螺栓一（9）与悬臂段腹板相连，右连接板（3-3）通过高强限位螺栓（11）与钢梁腹板相连，连接板（3-3）内侧与工字型钢梁腹板间有摩擦耗能元件（8），并且工字型钢梁端部与端板（3-2）之间设置有弹性耗能元件（6）和橡胶垫块（7）；所述悬臂钢梁翼缘和工字型钢梁翼缘通过高强螺栓二（10）和形状记忆合金连接盖板（5）相连。
2.根据权利要求1所述的设置过渡连接件的自复位钢框架梁柱连接节点，其特征在于：所述的H型钢柱（1）包含一个悬臂梁段，悬臂梁段焊接在H型钢柱的一侧翼缘处，悬臂梁腹板和上下翼缘均开有螺栓孔。
3.根据权利要求1所述的设置过渡连接件的自复位钢框架梁柱连接节点，其特征在于：所述的过渡连接件（3）包括左连接板（3-1）、端板（3-2）、右连接板（3-3）及横向加劲肋（3-4）；所述端板（3-2）和右连接板（3-3）之间焊接横向加劲肋（3-4），横向加劲肋用于加强端板的强度，右连接板（3-3）相应位置开有长螺栓孔（3-5），且其内侧设有摩擦耗能元件（8），端板右侧与钢梁腹板对应位置设有弹性耗能元件（6）和橡胶垫块（7），弹性耗能元件可通过焊接或锚固的方式固定在端板相应位置处，橡胶垫块可采用粘结的方式固定在端板右侧与钢梁腹板对应位置处。
4.根据权利要求1所述的设置过渡连接件的自复位钢框架梁柱连接节点，其特征在于：所述的弹性耗能元件（6）选用碟簧，或者螺旋弹簧，或者橡胶弹簧，或其任意组合。
5.根据权利要求1所述的设置过渡连接件的自复位钢框架梁柱连接节点，其特征在于：所述的拉索单元（4）选用具有弹性恢复力的元件或可提供预应力的元件或二者的组合元件。
6.根据权利要求5所述的设置过渡连接件的自复位钢框架梁柱连接节点，其特征在于：所述的拉索单元（4）选用具有弹性恢复力的元件或可提供预应力的元件或二者的组合元件是形状记忆合金铜芯棒，或者预应力钢绞线，或者二者的结合，其数量根据具体工程需要计算选取。
7.根据权利要求1所述的设置过渡连接件的自复位钢框架梁柱连接节点，其特征在于：所述的工字型钢梁（2）对称焊接锚固板（2-1）和横向加劲肋（2-2），且在钢梁端部相应位置开有长螺栓孔（2-3）；所述锚固板用于锚固拉索另一端锚固件，横向加劲肋用于加强锚固板强度。
8.根据权利要求1所述的设置过渡连接件的自复位钢框架梁柱连接节点，其特征在于：所述的形状记忆合金连接盖板（5）中部设置圆弧形伸长区。
9.权利要求1所述的设置过渡连接件的自复位钢框架梁柱连接节点的施工方法，其特征在于，其步骤为：
步骤（1）根据具体工程的设计尺寸，在工厂预制完成各个元件，对各个金属元件做防锈处理；将弹性耗能元件（6）通过焊接或锚固的方式固定在端板相应位置处，橡胶垫块（7）采用粘结的方式固定在端板右侧与钢梁腹板对应位置处，摩擦耗能元件（8）采用粘结的方式固定在端板右连接板内侧与钢梁腹板接触的位置，将工字型钢梁（2）梁端长螺栓孔（2-3）与固定有弹性耗能元件（6）、橡胶垫块（7）和摩擦耗能元件（8）的过渡连接件（3）长螺栓孔（3-5）通过高强限位螺栓（11）临时固定；
步骤（2）张拉预应力：将预应力钢绞线穿过工字型钢梁锚固板（2-1）和过渡连接件的端板（3-2），在预制工厂通过预应力张拉机具，按具体工程设计需要张拉预应力至设计值，通过预应力锚固件锚固预应力筋，完成预应力张拉，实现钢梁（2）和过渡连接件（3）的模块连接和预制；
步骤（3）将钢梁（2）和过渡连接件（3）的连接模块和其他元件运送至现场，通过高强螺栓（9）将下翼缘形状记忆合金连接盖板和悬臂下翼缘固定，作为钢梁（2）现场组装的临时支撑；
步骤（4）将钢梁（2）和过渡连接件（3）的模块吊装就位，通过高强螺栓（10），将左连接件板（3-1）和带悬臂段的钢柱（1）固定；
步骤（5）安装螺栓（9），组装钢梁上翼缘形状记忆合金连接盖板（5），再次校正核查各个螺栓，确保螺栓拧紧到位，安装完成后对节点再做整体防锈处理；
步骤（6）避免钢结构在火灾中迅速升温发生形变塌落，需对结构做防火处理，采用外包层法，或者充水冷却法，或者屏蔽法，或者胀大材料法，或选用绝热、耐火材料，降低热量传递的速度推延钢结构温升、强度变弱的时间。
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