CN203878773U - 一种可变刚度的耗能钢结构梁柱节点 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种适用于各种钢柱的可变刚度耗能钢结构梁柱节点。其梁柱节点处钢梁翼缘和腹板至少一面分别设有钢梁翼缘连接板和钢梁腹板连接板；钢梁翼缘连接板和钢梁腹板连接板上分别设有若干个条形螺栓孔和弧形螺栓孔；钢梁翼缘和腹板上分别设置相应数量的标准螺栓孔；钢梁翼缘和腹板与所述的钢梁翼缘连接板和钢梁腹板连接板采用高强度螺栓连接，钢梁翼缘连接板和钢梁腹板连接板与钢柱焊接连接。本实用新型梁柱节点在罕遇地震下，梁端可在一定角度内双向转动，产生摩擦耗能作用，起到提高结构抗震性能的目的。正常条件下，该节点具有足够的承载能力和刚度，保证正常使用功能。通过改变钢梁翼缘连接螺栓的数量或性能等级，实现节点可变刚度要求。

Description

一种可变刚度的耗能钢结构梁柱节点

技术领域

 本实用新型涉及一种建筑结构中钢梁与钢柱的连接节点，特别是涉及一种适用于各种钢柱结构的可变刚度的耗能钢结构梁柱节点。

背景技术

钢结构由于其具有的轻质高强，材质均匀，施工安装便捷，建设周期短等优点被广泛应用于高层建筑、大跨建筑和工业建筑等，是目前应用非常广泛的建筑结构形式之一。此外，随着我国工业化水平的不断发展，结构用钢材的质量不断提高，成本不断下降，同时随着城镇化建设的迅速发展，加之大中型城市建筑用地的日趋紧张，高层和超高层钢结构建筑必将得到更加广泛的发展。

然而，我国是个地震多发的国家，对于建筑结构的抗震性能要求较高，尤其是高层和超高层建筑的抗震问题更为突出。因此，对钢结构体系的抗震性能研究具有十分重要的工程实践意义和社会经济效益。

目前我国建筑结构的抗震设计原则是“小震不坏、中震可修、大震不倒”小震不坏是指多遇地震烈度作用下结构保持弹性工作；中震可修是指发生相当于本地区设防烈度地震时，结构的塑性变形不大且震后不需要修复或局部修复后可继续使用；大震不倒是指当遭受高于本地区抗震设防烈度预估的罕遇地震时结构不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。

显然，如实现“大震不倒”的目标，建筑结构必须具有一定的变形耗能能力，尤其是对于建筑结构的梁柱节点处，应保证变形耗能集中区域应发生在梁端而不是柱端，否则易使结构变为机构而导致结构整体倒塌。

钢结构的梁柱节点是钢结构设计中的关键问题之一，梁柱节点不但要在钢梁和钢柱或型钢组合柱两种构件之间可靠传递弯矩和剪力，而且为满足“大震不倒”的抗震要求，还应具备足够的变形耗能能力。事实上，梁柱节点处受力复杂，其设计和施工难度大，过去国内外的钢结构梁柱节点一般按照“强节点弱杆件”的设计原则，将梁柱节点做成刚性连接或铰接，其连接方式一般分为焊接节点、螺栓连接节点和栓焊混合连接节点。以上常用的连接方法和构造在实际工程应用中难以确保节点处具有可控的变形耗能能力，无法准确实现变形耗能区域一定出现在梁端的设计要求。此外，由于焊缝、高强螺栓等本身的塑性变形能力较差，极易导致节点处变形不足，使节点处过早发生断裂破坏。因此研究具有良好抗震性能的钢结构新型梁柱节点连接形式，提高钢结构的抗震性能具有广泛的应用价值和现实意义。

发明内容

本实用新型针对上述存在的技术问题，提供一种结构合理、成本低的钢梁和钢柱的连接节点形式，用于调节节点处梁端连接刚度的大小，实现摩擦耗能的作用，达到提高结构抗震性能目的的一种可变刚度的耗能钢结构梁柱节点。

为了实现上述目的本实用新型解决技术问题的技术方案是：

一种可变刚度的耗能钢结构梁柱节点，包括：钢柱、钢梁、连接板件以及高强度螺栓，其钢柱和钢梁节点处的钢梁翼缘和钢梁腹板至少一面分别设有钢梁翼缘连接板和钢梁腹板连接板；所述的钢梁翼缘连接板和钢梁腹板连接板上分别设有若干个条形螺栓孔和弧形螺栓孔；所述的钢梁翼缘和钢梁腹板上分别相应设有若干个标准螺栓孔；所述的钢梁翼缘和钢梁腹板与所述的钢梁翼缘连接板和钢梁腹板连接板通过高强度螺栓固连，钢梁翼缘通过焊在钢柱上的钢梁翼缘连接板与钢柱固连；钢梁腹板通过焊在钢柱上的钢梁腹板连接板与钢柱固连。

所述的钢梁为工字形钢梁。

所述的钢柱为工字形钢柱、箱形钢柱、箱形钢管混凝土组合柱、圆管钢柱或钢管混凝土组合柱中的任意一种形式。

所述的钢柱的适配位置设有若干钢柱加劲肋。

所述的钢柱和钢梁节点为钢柱一面设有钢梁、钢柱相对面分别设有钢梁、钢柱三面分别设有钢梁以及钢柱两个相对面分别设有钢梁中的任意一种形式。

所述的弧形螺栓孔设于相同圆心的各同心圆的适配位置上，且弧形螺栓孔所处同心圆的圆心为梁端转动中心。

所述的条形螺栓孔沿钢梁跨度方向平行设置。

所述的条形螺栓孔和弧形螺栓孔的长度按结构所能允许的最大变形计算确定。

所述的钢梁翼缘连接板和钢梁腹板连接板的尺寸和所述的高强度螺栓数量及性能等级按设计所需承载力和刚度要求计算确定。

本实用新型的内容在于从构造角度出发，钢梁翼缘和钢梁腹板通过采用钢梁翼缘连接板和钢梁腹板连接板与钢柱连接，钢梁翼缘连接板和钢梁腹板连接板分别与钢柱焊接，钢梁翼缘连接板和钢梁腹板连接板与钢梁翼缘和钢梁腹板采用高强度螺栓摩擦型连接，以满足结构正常使用过程中的承载力、刚度和耐久性的要求。特别是本实用新型将梁柱节点处钢梁翼缘和钢梁腹板的钢梁翼缘连接板和钢梁腹板连接板上的螺栓孔设计为条形和弧形螺栓孔，在罕遇地震作用下，节点处梁端可发生一定角度的双向转动，转动过程中钢梁翼缘连接板与钢梁翼缘之间发生摩擦滑移耗能作用，钢梁腹板连接板与钢梁腹板之间产生转动摩擦耗能作用，消耗地震作用能量，实现强柱弱梁的效果，降低了地震作用下结构倒塌的可能性，达到提高结构抗震性能的目的。在无震和小震作用下，该节点连接能够保持足够的强度及刚度，保证结构的正常使用功能。

同时，通过调整钢梁翼缘连接螺栓的数量或性能等级，可人为控制梁端能够承受的弯矩大小，从而实现可变刚度节点的要求。对于本实用新型节点连接构造,当钢梁腹板连接螺栓转动到弧形螺栓孔极限位置或钢梁翼缘连接螺栓滑移到条形螺栓孔极限位置时，每个螺栓的受力性能将变为一般的高强度螺栓承压型连接，因此，每个高强度螺栓的极限承载力并未变化，从而保证结构对强度储备的要求。此外，由于建筑结构在大震作用下的最大允许变形是有要求的，因此，条形和弧形螺栓孔的长度不会太大，不会对螺栓的排列造成过大影响。

本实用新型与现有技术相比具有下列优点和效果：

1．本实用新型的钢梁和钢柱的节点连接形式，可实现节点摩擦转动耗能，可人为调整节点连接刚度的大小；

2．本实用新型的钢梁和钢柱的节点连接形式，可按结构设计需要确定其承载能力和刚度，不会影响结构的正常使用功能；

3．本实用新型的钢梁和钢柱的节点连接形式，没有额外增加特殊的连接板件和材料，其制作工艺简单，造价低廉；

4．本实用新型的钢梁和钢柱的节点连接形式，可采用不同的翼缘连接螺栓群和腹板连接螺栓群的灵活组合设置，以达到不同的设计要求目标，使用方便；

5．本实用新型的钢梁和钢柱的节点连接形式，施工工艺简单，没有特殊的技术要求。

附图说明

图1是本实用新型的一种工字形钢梁柱节点连接形式的结构示意图；

图2是本实用新型图1的俯视结构示意图；

图3 是本实用新型一种工字形钢梁箱形钢柱节点连接形式的结构示意图；

图4是本实用新型图3的俯视结构示意图；

图5 是本实用新型一种工字形钢梁圆管钢柱节点连接形式的结构示意图；

图6是本实用新型图5的俯视结构示意图。

图中零件：钢柱1，钢柱加劲肋2，钢梁腹板连接板3，垫片4，高强度螺栓5，钢梁翼缘连接板6，钢梁7，弧形螺栓孔8，条形螺栓孔9。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行进一步详细说明，但本实用新型的保护范围不受具体的实施例所限制，以权利要求书为准。另外，以不违背本实用新型技术方案的前提下，对本实用新型所作的本领域普通技术人员容易实现的任何改动或改变都将落入本实用新型的权利要求范围之内。

实施例1：

如图1、2所示的本实用新型的一种工字形钢梁柱节点连接形式，包括工字形钢柱1、钢柱加劲肋2，钢梁腹板连接板3，垫片4，高强度螺栓5，钢梁翼缘连接板6，工字形钢梁7，弧形螺栓孔8，条形螺栓孔9。其工字形钢柱1和钢梁7节点为钢柱1两个对称面分别设有钢梁7的形式，梁柱节点处的钢梁翼缘和钢梁腹板的一面分别设有钢梁翼缘连扳6和钢梁腹板连接板3；钢梁翼缘连接板6和钢梁腹板连接板3上分别设有若干个条形螺栓孔9和弧形螺栓孔8；所述的条形螺栓孔9沿钢梁7跨度方向平行设置，所述的弧形螺栓孔8设于相同圆心的各同心圆的适配位置上，且弧形螺栓孔8所处同心圆的圆心为梁端转动中心。钢梁翼缘和钢梁腹板上分别相应设有若干个标准螺栓孔；所述的钢梁翼缘和钢梁腹板与所述的钢梁翼缘连接板6和钢梁腹板连接板3通过高强度螺栓5及垫片4，且穿过相应的条形螺栓孔9、弧形螺栓孔8和标准螺栓孔相固连，梁柱节点的钢梁翼缘通过焊在钢柱上的钢梁翼缘连接板6与钢柱1固连，钢梁腹板通过焊在钢柱上的钢梁腹板连接板3与钢柱1固连。所述的工字形钢柱1与工字形钢梁7的钢梁翼缘连接板6的焊接连接处均设有钢柱加劲肋2。所述的条形螺栓孔9和弧形螺栓孔8的长度按结构所能允许的最大变形计算确定。所述的钢梁翼缘连接板6和钢梁腹板连接板3的尺寸和所述的高强度螺栓5数量及性能等级按设计所需承载力和刚度要求计算确定。

实施例2：

如图3、4所示的本实用新型的一种工字形钢梁箱形钢柱节点连接形式，包括箱形钢柱1、工字形钢梁7以及高强度螺栓5，箱形钢柱1内部在与钢梁腹板连接板3和与钢梁翼缘连接板6的焊接部位均设有钢柱纵向和横向加劲肋2。其它同实施例1，不再赘述。

实施例3：

如图3、4所示的本实用新型的一种工字形钢梁圆管钢柱节点连接形式，包括圆管钢柱1、工字形钢梁7以及高强度螺栓5，圆管钢柱1内部在与钢梁腹板连接板3和与钢梁翼缘连接板6的焊接部位均设有钢柱纵向和横向加劲肋2。其它同实施例1，不再赘述。

实施例4：

本实用新型的一种工字形钢梁柱节点连接形式，包括工字形钢柱1、工字形钢梁7以及高强度螺栓5，其钢柱1和钢梁7节点为钢柱1两相邻面分别设有钢梁7的形式，梁柱节点处的钢梁翼缘和钢梁腹板的两面分别设有钢梁翼缘连扳6和钢梁腹板连接板3。其它同实施例1，不再赘述。

实施例5：

本实用新型的一种工字形钢梁箱形钢管混凝土组合柱节点连接形式，包括箱形钢管混凝土组合柱1、工字形钢梁7以及高强度螺栓5，箱形钢管混凝土组合柱1内部在与钢梁腹板连接板3和与钢梁翼缘连接板6的焊接部位均设有钢柱纵向和横向加劲肋2，梁柱节点处箱形钢管混凝土组合柱的一面设有钢梁7的形式。其它同实施例1，不再赘述。

实施例6：

本实用新型的一种工字形钢梁钢管混凝土组合柱节点连接形式，包括钢管混凝土组合柱1、工字形钢梁7以及高强度螺栓5，钢管混凝土组合柱1，内部在与钢梁腹板连接板3和与钢梁翼缘连接板6的焊接部位均设有钢柱纵向和横向加劲肋2，梁柱节点处钢管混凝土组合柱1的三面设有钢梁7的形式。其它同实施例1，不再赘述。

本实用新型具体制作时，首先确定连接板件的材质，钢梁翼缘连接板6和钢梁腹板连接板3的材质宜与钢梁的材质相同。按结构设计所需的节点抗弯和抗剪承载力，以及节点设计所需的连接刚度计算确定连接钢梁翼缘和钢梁腹板分别所需的连接用高强度螺栓5的数量和性能等级。按节点允许转动的最大角度确定连接板件条形螺栓孔9和弧形螺栓孔8的长度。按螺栓数量、螺栓孔长度确定钢梁翼缘连接板6和钢梁腹板连接板3的平面尺寸。钢梁翼缘连接板6和钢梁腹板连接板3的厚度应按照其连接螺栓群的强度承载力或所连接翼缘和腹板的承载力，按等强原则确定。钢梁的翼缘或腹板设置标准螺栓孔，螺帽下设置垫圈或垫板。采用高强度螺栓连接，连接板件与钢梁翼缘或钢梁腹板接触面进行设计所需的表面处理措施，以增大钢梁翼缘或钢梁腹板与钢梁翼缘连接板6和钢梁腹板连接板3接触面的抗滑移系数。

Claims (9)

1. 一种可变刚度的耗能钢结构梁柱节点，包括：钢柱（1）、钢梁（7）以及高强度螺栓（5），其特征在于：钢柱（1）和钢梁（7）节点处的钢梁翼缘和钢梁腹板至少一面分别设有钢梁翼缘连接板（6）和钢梁腹板连接板（3）；所述的钢梁翼缘连接板（6）和钢梁腹板连接板（3）上分别设有若干个条形螺栓孔（9）和弧形螺栓孔（8）；所述的钢梁翼缘和钢梁腹板上分别相应设有若干个标准螺栓孔；所述的钢梁翼缘和钢梁腹板与所述的钢梁翼缘连接板（6）和钢梁腹板连接板（3）通过高强度螺栓（5）固连，梁柱节点的钢梁翼缘通过焊在钢柱上的钢梁翼缘连接板（6）与钢柱（1）固连，梁柱节点的钢梁腹板通过焊在钢柱上的钢梁腹板连接板（3）与钢柱（1）固连。

2. 根据权利要求1所述的一种可变刚度的耗能钢结构梁柱节点，其特征在于：所述的钢梁（7）为工字形钢梁。

3.根据权利要求1所述的一种可变刚度的耗能钢结构梁柱节点，其特征在于：所述的钢柱（1）为工字形钢柱、箱形钢柱、箱形钢管混凝土组合柱、圆管钢柱或钢管混凝土组合柱中的任意一种形式。

4.根据权利要求1或3所述的一种可变刚度的耗能钢结构梁柱节点，其特征在于：所述的钢柱（1）的适配位置设有若干钢柱加劲肋（2）。

5.根据权利要求1所述的一种可变刚度的耗能钢结构梁柱节点，其特征在于：所述的钢柱（1）和钢梁（7）节点为钢柱（1）一面设有钢梁（7）、钢柱（1）对称面分别设有钢梁（7）、钢柱（1）三面分别设有钢梁（7）或钢柱（1）两个对称面分别设有钢梁（7）中的任意一种形式。

6.根据权利要求1所述的一种可变刚度的耗能钢结构梁柱节点，其特征在于：所述的弧形螺栓孔（8）设于相同圆心的各同心圆的适配位置上，且弧形螺栓孔（8）所处同心圆的圆心为梁端转动中心。

7.根据权利要求1所述的一种可变刚度的耗能钢结构梁柱节点，其特征在于：所述的条形螺栓孔（9）沿钢梁（7）跨度方向平行设置。

8.根据权利要求1所述的一种可变刚度的耗能钢结构梁柱节点，其特征在于：所述的条形螺栓孔（9）和弧形螺栓孔（8）的长度按结构所能允许的最大变形计算确定。

9.根据权利要求1所述的一种可变刚度的耗能钢结构梁柱节点，其特征在于：所述的钢梁翼缘连接板（6）和钢梁腹板连接板（3）的尺寸和所述的高强度螺栓（5）数量及性能等级按设计所需承载力和刚度要求计算确定。