屈曲約束鋼結構梁柱連接節點和鋼結構建筑的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種屈曲約束鋼結構梁柱連接節點和鋼結構建筑，屬于建筑鋼結構領域，所述屈曲約束鋼結構梁柱連接節點包括鋼梁和鋼柱，所述鋼梁和鋼柱的接合處設置有翼緣連接板，所述翼緣連接板的一端連接所述鋼梁的翼緣，另一端連接所述鋼柱的翼緣，所述翼緣連接板的中部為削弱區。與現有技術相比，本實用新型在不額外增大鋼柱的截面的同時，提高了節點的延性和耗能能力，抗震性能優越；地震后鋼梁和鋼柱不損壞，只需更換或修復翼緣連接板即可重復使用；并且安裝方便。
【專利說明】
屈曲約束鋼結構梁柱連接節點和鋼結構建筑
技術領域
[0001]本實用新型涉及建筑鋼結構領域，特別是指一種屈曲約束鋼結構梁柱連接節點和鋼結構建筑。
【背景技術】
[0002]在多、高層房屋鋼結構體系中，框架結構是最基本的單元。在框架結構中，鋼梁和鋼柱的連接節點(本專利稱為鋼結構梁柱連接節點)往往是影響框架力學性能的關鍵。它同時受到軸力、彎矩和剪力的作用，如圖10所示，N為軸力，M為彎矩，V為剪力，傳力機制復雜，因此是結構設計的重點和難點。
[0003]目前我國常用的鋼結構梁柱連接節點一般是栓焊混合連接節點。栓焊混合連接節點是最常見的連接方式，鋼梁翼緣與鋼柱翼緣用全熔透焊縫連接，鋼梁腹板用摩擦型高強螺栓與焊于鋼柱翼緣上的連接板相連。這種節點的焊接處存在嚴重的應力集中。在地震荷載下，塑性鉸在鋼梁端部(焊縫處)出現，焊縫易開裂，使節點的延性和耗能能力大幅下降，抗震能力不好。
[0004]在栓焊混合連接節點的端部加設蓋板或加腋，就可以形成端部加強型節點。該節點能使塑性鉸不在構造復雜、應力集中的鋼梁端部位置出現，而向外移，有利于抗震性能改善。但端部加強會額外增加鋼梁的抗彎能力，為滿足“強柱弱梁”的抗震要求，需要額外增大鋼柱的截面。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型要解決的技術問題是提供一種屈曲約束鋼結構梁柱連接節點和鋼結構建筑，本實用新型在不額外增大鋼柱的截面的同時，提高了節點的延性和耗能能力，抗震性能優越;地震后鋼梁和鋼柱不損壞，只需更換或修復翼緣連接板即可重復使用;并且安裝方便。
[0006]為解決上述技術問題，本實用新型提供技術方案如下:
[0007]—方面，提供一種屈曲約束鋼結構梁柱連接節點，包括鋼梁和鋼柱，所述鋼梁和鋼柱的接合處設置有翼緣連接板，所述翼緣連接板的一端連接所述鋼梁的翼緣，另一端連接所述鋼柱的翼緣，所述翼緣連接板的中部為削弱區。
[0008]進一步的，所述翼緣連接板為T型芯板或L型芯板，包括水平設置的第一連接板，所述第一連接板的末端連接有豎向設置并與所述第一連接板垂直的第二連接板，所述第一連接板與所述鋼梁的翼緣連接，所述第二連接板與所述鋼柱的翼緣連接，所述削弱區位于所述第一連接板上。
[0009]進一步的，所述第一連接板中部兩側有切槽/切口，形成削弱區；或者，所述第一連接板中部開有長孔，形成削弱區。
[0010]進一步的，所述第一連接板和第二連接板的連接處設置有豎向加勁肋，所述第一連接板通過第一組螺栓與所述鋼梁的翼緣連接，所述第二連接板通過第二組螺栓與所述鋼柱的翼緣連接，所述第一組螺栓和第二組螺栓為摩擦型高強螺栓。
[0011]進一步的，所述第一連接板的外側在所述削弱區的上方設置有蓋板，所述蓋板通過第三組螺栓與所述鋼梁的翼緣連接，其中，所述第三組螺栓穿過所述切槽/切口或長孔。
[0012]進一步的，所述第一連接板沿著從內到外的方向，其截面面積逐漸增大，所述第一連接板厚度為6?30mm，寬度為80?400mm，長度不超過1000mm;所述蓋板的厚度為6?34mm，寬度為80?400mm，長度不超過1000mm。
[0013]進一步的，所述鋼梁和鋼柱的接合處還設置有剪力板，所述剪力板為T型鋼板、L型鋼板或I型直鋼板，其中:
[0014]所述T型鋼板或L型鋼板包括豎向設置的第三連接板，所述第三連接板的末端連接有與所述第三連接板垂直并豎向設置的第四連接板，所述第三連接板預先焊接在所述鋼柱的翼緣上，或者所述第三連接板與所述鋼柱的翼緣通過第四組螺栓連接，所述第四連接板與所述鋼梁的腹板通過第五組螺栓連接；
[0015]所述I型直鋼板的一端預先焊接在所述鋼柱的翼緣上，另一端與所述鋼梁的腹板通過第五組螺栓連接；
[0016]所述第四組螺栓和第五組螺栓為高強螺栓。
[0017]進一步的，所述第四連接板上開有至少三個上下排布的第五組螺栓孔，中間的螺栓孔為圓孔，上方和下方的兩個螺栓孔為沿鋼梁跨度方向的長圓孔。
[0018]進一步的，所述鋼柱的腹板兩側設置有豎向加勁鋼板，所述鋼柱的兩個翼緣之間設置有水平加勁肋。
[0019 ]另一方面，提供一種鋼結構建筑，包括上述屈曲約束鋼結構梁柱連接節點。
[0020]本實用新型具有以下有益效果:
[0021 ]本實用新型中，在鋼梁受到應力時，若出現塑性鉸，則塑性鉸會被約束在翼緣連接板的削弱區，使得塑性鉸出現的位置可控，并且通過合理的設計，使得翼緣連接板的削弱區出現塑性鉸時，鋼梁和鋼柱還保持彈性，使得塑性鉸出現的時機可控;這就避免塑性鉸出現在應力集中嚴重的鋼梁和鋼柱的連接處(鋼梁的端部)，并使得在節點工作過程中鋼梁和鋼柱始終保持彈性，在不額外增大鋼柱的截面的情況下，提高了節點的延性和耗能能力，抗震性能優越。并且地震后翼緣連接板損壞時，鋼梁和鋼柱仍處于彈性狀態，只需更換或修復翼緣連接板，該節點仍能重復使用。
[0022]進一步的，本實用新型的屈曲約束鋼結構梁柱連接節點在施工時，只需要將翼緣連接板的兩端分別與鋼梁和鋼柱的翼緣連接即可，安裝方便。
[0023]綜上所述，本實用新型的屈曲約束鋼結構梁柱連接節點在不額外增大鋼柱的截面的同時，提高了節點的延性和耗能能力，抗震性能優越;地震后鋼梁和鋼柱不損壞，只需更換或修復翼緣連接板即可重復使用;并且安裝方便。
【附圖說明】
[0024]圖1為本實用新型的屈曲約束鋼結構梁柱連接節點的一個實施例的結構示意圖；
[0025]圖2為本實用新型中的翼緣連接板的實施例1的示意圖；
[0026]圖3為本實用新型中的翼緣連接板的實施例2的示意圖；
[0027]圖4為本實用新型中的翼緣連接板的實施例3的示意圖；
[0028]圖5為本實用新型中的翼緣連接板的實施例4的示意圖；
[0029]圖6為本實用新型中的翼緣連接板的實施例5的示意圖；
[0030]圖7為本實用新型中的翼緣連接板的實施例6的示意圖；
[0031]圖8為本實用新型中的翼緣連接板的實施例7的示意圖；
[0032]圖9為本實用新型中的剪力板的一個實施例的不意圖；
[0033]圖10為鋼結構梁柱連接節點的受力原理圖。
【具體實施方式】
[0034]為使本實用新型要解決的技術問題、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。
[0035]—方面，本實用新型實施例提供一種屈曲約束鋼結構梁柱連接節點，如圖1至圖9所示，包括鋼梁I和鋼柱2，鋼梁和鋼柱優選為H型鋼，鋼梁I和鋼柱2的接合處設置有翼緣連接板3，優選有兩塊，翼緣連接板3的一端連接鋼梁I的翼緣11，另一端連接鋼柱2的翼緣21，翼緣連接板3的中部為削弱區33。
[0036]本實用新型實施例的屈曲約束鋼結構梁柱連接節點中，翼緣連接板主要承受軸力和彎矩，同時承受一部分剪力。
[0037]本實用新型實施例具有以下有益效果:
[0038]本實用新型實施例中，在鋼梁受到應力時，若出現塑性鉸，則塑性鉸會被約束在翼緣連接板的削弱區，使得塑性鉸出現的位置可控，并且通過合理的設計，使得翼緣連接板的削弱區出現塑性鉸時，鋼梁和鋼柱還保持彈性，使得塑性鉸出現的時機可控;這就避免塑性鉸出現在應力集中嚴重的鋼梁和鋼柱的連接處(鋼梁的端部)，并使得在節點工作過程中鋼梁和鋼柱始終保持彈性，在不額外增大鋼柱的截面的情況下，提高了節點的延性和耗能能力，抗震性能優越。并且地震后翼緣連接板損壞時，鋼梁和鋼柱仍處于彈性狀態，只需更換或修復翼緣連接板，該節點仍能重復使用。
[0039]進一步的，本實用新型實施例的屈曲約束鋼結構梁柱連接節點在施工時，只需要將翼緣連接板的兩端分別與鋼梁和鋼柱的翼緣連接即可，安裝方便。
[0040]綜上所述，本實用新型實施例的屈曲約束鋼結構梁柱連接節點在不額外增大鋼柱的截面的同時，提高了節點的延性和耗能能力，抗震性能優越;地震后鋼梁和鋼柱不損壞，只需更換或修復翼緣連接板即可重復使用;并且安裝方便。
[0041]本實用新型實施例中，翼緣連接板可以有多種結構，優選的，翼緣連接板3為T型芯板或L型芯板，圖2至圖8給出了 T型芯板的多種結構，L型芯板類似，T型芯板包括水平設置的第一連接板31，第一連接板31的末端連接有豎向設置并與第一連接板31垂直的第二連接板32，第一連接板31與鋼梁I的翼緣11連接，第二連接板32與鋼柱2的翼緣21連接，削弱區33位于第一連接板31上。
[0042]T型芯板或L型芯板結構簡單，方便制作，并且安裝方便。
[0043]在T型芯板或L型芯板上的削弱區可以通過各種方式制得，優選的，在第一連接板31中部兩側有切槽/切口 331，形成削弱區33;或者，在第一連接板31中部開有長孔332，形成削弱區33 ο通過切槽/切口或開長孔的方式得到削弱區，這種方法簡單方便，并且削弱區削弱到何種程度很容易計算出來。
[0044]進一步的，第一連接板31和第二連接板32的連接處設置有豎向加勁肋34，增加連接處的強度，第一連接板31通過第一組螺栓311與鋼梁的翼緣11連接，第一連接板31上開有第一組螺栓孔312，第二連接板32通過第二組螺栓321與鋼柱2的翼緣連接，第二連接板2上開有第二組螺栓孔322，第一組螺栓311和第二組螺栓312優選為摩擦型高強螺栓。
[0045]摩擦型高強螺栓能夠保證節點的連接強度，還能避免螺栓孔受壓變形，影響鋼柱和鋼梁的二次使用，此外，削弱區能降低柱面彎矩，避免第二組摩擦型高強螺栓受拉破壞。
[0046]本實用新型實施例中的翼緣連接板通過摩擦型高強螺栓與鋼梁和鋼柱連接，可拆卸，翼緣連接板可在工廠預制，并能在現場快速拼裝，避免現場施工焊縫，大幅加快施工進度，縮減工人用量，符合建筑工業化要求。
[0047]上述的實施例中，優選第一連接板31沿著從內到外的方向(圖2中箭頭方向)，其截面面積逐漸增大，改善第一連接板的受力，這里給出翼緣連接板的幾個實施例:
[0048]實例1:如圖2所示，第一連接板的端部采用擴大截面形式，第一連接板的削弱區采用圓弧和直線混合切割的方式，第一組螺栓孔錯列布置。
[0049]實例2:如圖3所示，第一連接板的端部采用不擴大截面形式，第一連接板的削弱區采用圓弧和直線混合切割的方式，第一組螺栓孔并列布置。
[0050]實例3:如圖4所示，第一連接板的端部采用不擴大截面形式，第一連接板的削弱區采用直線切割的方式，第一組螺栓孔并列布置。
[0051]實例4:如圖5所示，第一連接板的端部采用不擴大截面形式，第一連接板的削弱區采用圓弧切割的方式，第一組螺栓孔并列布置。
[0052]實例5:如圖6所示，第一連接板的端部采用不擴大截面形式，第一連接板的削弱區采用梯形切割的方式，第一組螺栓孔并列布置。
[0053]實例6:如圖7所示，第一連接板的端部采用不擴大截面形式，第一連接板的削弱區采用長圓孔的開孔方式，第一組螺栓孔并列布置。
[0054]實例7:如圖8所示，第一連接板的端部采用不擴大截面形式，第一連接板的削弱區采用長條孔的開孔方式，第一組螺栓孔并列布置。
[0055]作為本實用新型實施例的一種改進，第一連接板31的外側在削弱區33的上方設置有蓋板4(蓋板至少覆蓋削弱區)，蓋板4通過第三組螺栓41，第三組螺栓優選為普通螺栓，與鋼梁I的翼緣11連接，蓋板4上開有第三組螺栓孔42，并且，第三組螺栓41穿過第三組螺栓孔42和切槽/切口 331或長孔332，并連接鋼梁的翼緣。
[0056]蓋板和鋼梁的翼緣對第一連接板的削弱區起到屈曲約束作用，使削弱區在受拉和受壓下均能進入材料的屈服狀態，并避免削弱區的剛度和承載力的急劇降低;使得節點耗能能力更優異、延性好、滯回曲線飽滿。
[0057]本實用新型實施例中，蓋板通過第三組螺栓與鋼梁的翼緣連接時，不需要在削弱區上額外打孔(額外打孔會使得計算好的削弱區的屈服極限發生變化，使得塑性鉸出現的時機不好掌握)，只需要將第三組螺栓穿過削弱區的切槽/切口或長孔即可，并且長孔與第三組螺栓是過盈配合，保證削弱區在受拉和受壓下均能順利進入材料的屈服狀態(若是與第三組螺栓直徑相同的圓孔的話，那么在第三組螺栓的作用下，蓋板、第一連接板和鋼梁的翼緣緊密結合，成為一個整體，削弱區不容易進入屈服狀態)。
[0058]并且，在第一連接板與蓋板之間、第一連接板與鋼梁的翼緣之間根據實際要求可以添加潤滑劑或其它柔性材料。
[0059]上述的各個實施例中，第一連接板和蓋板的厚度根據實際情況決定，這里給出一個實施例:第一連接板厚度為6?30mm，寬度為80?400mm，長度不超過1000mm;蓋板的厚度為6?34mm，寬度為80?400mm，長度不超過1000mm。
[0060]上述的翼緣連接板能夠很好地承受軸力和彎矩，但是只能承受一部分剪力，為此，在鋼梁I和鋼柱2的接合處還可以設置有剪力板5，剪力板主要承受剪力，同時承受一部分彎矩和軸力，剪力板5優選為T型鋼板、L型鋼板或I型直鋼板(圖9給出了 L型鋼板的結構，T型鋼板和I型直鋼板類似)，其中:
[0061 ] T型鋼板或L型鋼板包括豎向設置的第三連接板51，第三連接板51的末端連接有與第三連接板51垂直并豎向設置的第四連接板52，第三連接板51可以預先焊接在鋼柱2的翼緣21上，也可以與鋼柱2的翼緣21通過第四組螺栓(未畫出)連接，第四連接板52與鋼梁I的腹板12通過第五組螺栓53連接。
[0062]I型直鋼板的一端預先焊接在鋼柱2的翼緣21上，另一端與鋼梁I的腹板12通過第五組螺栓53連接。
[0063]為了進一步加強節點的連接強度，第四組螺栓和第五組螺栓53優選為高強螺栓。
[0064]剪力板能夠更好地改善節點的受力，并且L型鋼板、T型鋼板和I型直鋼板的剪力板結構簡單，加工制造方便，安裝快速。
[0065]進一步的，第四連接板52上開有至少三個上下排布的第五組螺栓孔，其中，中間的螺栓孔54為圓孔，上方和下方的兩個螺栓孔55為沿鋼梁I跨度方向的長圓孔。長圓孔能夠防止節點大變形轉動時，第五組螺栓受到的剪力驟然增大，保護第五組螺栓。
[0066]為了增加鋼柱的受力性能，鋼柱2的腹板22兩側設置有豎向加勁鋼板23，鋼柱2的兩個翼緣21之間設置有水平加勁肋24，水平加勁肋優選與鋼梁的翼緣平齊。
[0067]另一方面，本實用新型提供一種鋼結構建筑，包括上述的屈曲約束鋼結構梁柱連接節點。本實用新型的鋼結構建筑在不額外增大鋼柱的截面的同時，提高了節點的延性和耗能能力，抗震性能優越;地震后鋼梁和鋼柱不損壞，只需更換或修復翼緣連接板即可重復使用;并且安裝方便。
[0068]以上所述是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型所述原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
【主權項】
1.一種屈曲約束鋼結構梁柱連接節點，包括鋼梁和鋼柱，其特征在于，所述鋼梁和鋼柱的接合處設置有翼緣連接板，所述翼緣連接板的一端連接所述鋼梁的翼緣，另一端連接所述鋼柱的翼緣，所述翼緣連接板的中部為削弱區。2.根據權利要求1所述的屈曲約束鋼結構梁柱連接節點，其特征在于，所述翼緣連接板為T型芯板或L型芯板，包括水平設置的第一連接板，所述第一連接板的末端連接有豎向設置并與所述第一連接板垂直的第二連接板，所述第一連接板與所述鋼梁的翼緣連接，所述第二連接板與所述鋼柱的翼緣連接，所述削弱區位于所述第一連接板上。3.根據權利要求2所述的屈曲約束鋼結構梁柱連接節點，其特征在于，所述第一連接板中部兩側有切槽/切口，形成削弱區;或者，所述第一連接板中部開有長孔，形成削弱區。4.根據權利要求3所述的屈曲約束鋼結構梁柱連接節點，其特征在于，所述第一連接板和第二連接板的連接處設置有豎向加勁肋，所述第一連接板通過第一組螺栓與所述鋼梁的翼緣連接，所述第二連接板通過第二組螺栓與所述鋼柱的翼緣連接，所述第一組螺栓和第二組螺栓為摩擦型高強螺栓。5.根據權利要求3或4所述的屈曲約束鋼結構梁柱連接節點，其特征在于，所述第一連接板的外側在所述削弱區的上方設置有蓋板，所述蓋板通過第三組螺栓與所述鋼梁的翼緣連接，其中，所述第三組螺栓穿過所述切槽/切口或長孔。6.根據權利要求5所述的屈曲約束鋼結構梁柱連接節點，其特征在于，所述第一連接板沿著從內到外的方向，其截面面積逐漸增大，所述第一連接板厚度為6?30mm，寬度為80?400mm，長度不超過100mm;所述蓋板的厚度為6?34mm，寬度為80?400mm，長度不超過100mm07.根據權利要求5所述的屈曲約束鋼結構梁柱連接節點，其特征在于，所述鋼梁和鋼柱的接合處還設置有剪力板，所述剪力板為T型鋼板、L型鋼板或I型直鋼板，其中: 所述T型鋼板或L型鋼板包括豎向設置的第三連接板，所述第三連接板的末端連接有與所述第三連接板垂直并豎向設置的第四連接板，所述第三連接板預先焊接在所述鋼柱的翼緣上，或者所述第三連接板與所述鋼柱的翼緣通過第四組螺栓連接，所述第四連接板與所述鋼梁的腹板通過第五組螺栓連接； 所述I型直鋼板的一端預先焊接在所述鋼柱的翼緣上，另一端與所述鋼梁的腹板通過第五組螺栓連接； 所述第四組螺栓和第五組螺栓為高強螺栓。8.根據權利要求7所述的屈曲約束鋼結構梁柱連接節點，其特征在于，所述第四連接板上開有至少三個上下排布的第五組螺栓孔，中間的螺栓孔為圓孔，上方和下方的兩個螺栓孔為沿鋼梁跨度方向的長圓孔。9.根據權利要求8所述的屈曲約束鋼結構梁柱連接節點，其特征在于，所述鋼柱的腹板兩側設置有豎向加勁鋼板，所述鋼柱的兩個翼緣之間設置有水平加勁肋。10.—種鋼結構建筑，其特征在于，包括權利要求1-9任一所述的屈曲約束鋼結構梁柱連接節點。
【文檔編號】E04B1/98GK205475732SQ201620110097
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年2月3日
【發明人】侯和濤, 劉翔, 曲冰, 邱燦星, 仇錦, 羅建良
【申請人】山東大學