一种装配式钢结构的梁翼缘削弱型节点

技术领域

本发明涉及钢结构节点领域，具体的说是一种装配式钢结构的梁翼缘削弱型节点。

背景技术

钢结构广泛应用于建筑结构领域，特别是高层、大跨结构。钢材有强度高、韧性强、自重轻、造价低的优势，钢结构是可回收材料，绿色环保。装配式钢结构没有现场现浇节点，安装速度更快，施工质量更容易得到保证，在国家大力推行建筑节能与绿色建筑的背景下，装配式建筑进入新的发展阶段。

装配式钢框架结构的梁柱节点构造是钢框架结构设计的一项重要内容。1994年美国北岭地震及1995年日本阪神地震发现栓焊节点的梁下翼缘与柱翼缘焊接部位普遍发生脆性断裂，二十多年来，国内外学者对钢框架梁柱节点的抗震性能进行了大量的理论分析、试验研究和数值模拟，提出了许多能够实现塑性铰外移的新型梁柱节点形式。其中梁端加强型节点，虽然梁截面能够得到充分发挥，但为了不违背强柱弱梁的基本原则，必须加大柱的截面，而狗骨削弱型节点的加工要求高。因此研发出一种耗能能力强的钢框架梁柱开孔削弱型节点并实现可装配化、震后更换耗能梁段即可实现节点功能恢复，是本领域技术人员急需解决的问题。

申请人此前申请了一件公开号为CN219240849U，专利名称为一种装配式钢结构震后可替换的梁翼缘开孔削弱型节点的实用新型专利，具体公开了钢柱、支座段钢梁、耗能段钢梁和普通段钢梁，耗能段钢梁的两端分别与支座段钢梁和普通段钢梁可拆卸连接，支座段钢梁的另一端固定在钢柱上。在该实用新型中支座段钢梁与钢柱采用焊接的方式，焊接过程提前在工厂内进行，即支座段钢梁需提前焊接在钢柱上，因此在后期钢柱转运的过程中，可能会造成支座段钢梁受到撞击受损变形，且支座钢梁与钢柱的焊接处如若由于地震而造成损坏，则不宜更换。

发明内容

本发明旨在提供一种装配式钢结构的梁翼缘削弱型节点，以解决焊接式的支座钢梁可能会在转运过程中受到损坏且不易更换的技术问题。

为了解决以上技术问题，本发明采用的具体方案为：一种装配式钢结构的梁翼缘削弱型节点，包括钢柱、耗能段钢梁与普通段钢梁，钢柱、耗能段钢梁和普通段钢梁均为H型钢，其特征在于：耗能段钢梁一端通过上下设置的两个剖分T型钢连接在钢柱上，另一端与普通段钢梁连接；

剖分T型钢的翼缘通过螺栓连接在钢柱翼缘的外侧，剖分T型钢的腹板通过螺栓与耗能段钢梁对应的翼缘连接；剖分T型钢的腹板和翼缘之间固定有肋板，肋板板面垂直于T型钢的腹板和翼缘，且肋板板面宽度沿耗能段钢梁的长度方向减小；

耗能段钢梁和普通段钢梁端部相抵，耗能段钢梁的两个翼缘与普通段钢梁的两个翼缘通过盖板可拆卸连接，耗能段钢梁的腹板与普通段钢梁的腹板通过拼接板可拆卸连接；

耗能段钢梁的两个翼缘上位于剖分T型钢和盖板之间的区域设置有钢梁孔，耗能段钢梁两个翼缘的钢梁孔上下对应，钢梁孔为长圆孔，且长圆孔的长度方向与耗能段钢梁的长度方向一致。

作为上述技术方案的进一步优化，钢梁孔的数量为两个并关于耗能段钢梁的腹板对称布置。

作为上述技术方案的进一步优化，钢梁孔的长径与短径之比为5:1～7:1。

作为上述技术方案的进一步优化，钢梁孔的长径与短径之比为5:1。

作为上述技术方案的进一步优化，肋板的板面与耗能段钢梁的腹板板面共面。

作为上述技术方案的进一步优化，肋板边部不超过剖分T型钢的翼缘和腹板。

作为上述技术方案的进一步优化，钢柱的两个翼缘之间设置有加劲肋，加劲肋垂直于钢柱的翼缘以及腹板，并与钢柱的翼缘以及腹板焊接，加劲肋为两层并分别与耗能段钢梁的两个翼缘共面，每一层设置两个位于钢柱腹板两侧的加劲肋。

作为上述技术方案的进一步优化，耗能段钢梁的翼缘、普通段钢梁的翼缘和盖板之间通过螺栓连接，耗能段钢梁的腹板、普通段钢梁的腹板和拼接板之间均通过螺栓连接。

作为上述技术方案的进一步优化，螺栓为摩擦型高强度螺栓。

作为上述技术方案的进一步优化，钢柱、耗能段钢梁和普通段钢梁均为热轧H型钢。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明将钢柱和耗能段钢梁之间通过剖分T型钢螺栓连接，无需再在钢柱上焊接支座钢梁，减小了的转运过程中钢柱受损的潜在隐患，并且耗能段钢梁开孔削弱梁截面，使得塑性变形发生在削弱处，但是T型钢处仍有可能被破坏，为了避免这种破坏，将肋板焊接在剖分T型钢上以加强节点，使得在地震作用下，钢梁的塑性变形主要集中在耗能段钢梁翼缘开孔截面上，对梁柱节点区形成了保护，从而达到“强节点弱构件”的抗震性能要求，若进行震后修复，可仅更换已发生塑性变形的耗能段钢梁，不影响其他构件。

传统的梁翼缘削弱型节点多为骨形节点，这种节点需要对钢梁翼缘进行曲线切割，工艺较为复杂，而采用本发明的梁翼缘开孔节点，且将钢梁孔设置为长圆孔，长圆孔比常见的圆孔更具可变性和调整性，通常可以更容易的适应不同的制造和装配要求，钢结构中隅撑的安装更方便，此外若钢梁孔设计为圆孔，则一般需开三个圆孔，而长圆孔开设一个即可，在施工工艺方面更简单。

本发明的节点构造加工简单，仅剖分T型钢与肋板需要焊接，其他只需要采用高强度螺栓拼接，保证了焊缝质量，降低了施工难度，在梁上下翼缘开孔削弱的同时加强了梁柱节点，更能保证梁柱节点处的承载力；耗能段钢梁翼缘上开设的孔洞，可作为隅撑的连接使用，从而确保钢梁受压区的整体稳定，也可方便设备管线在不同楼层之间进行穿越。

本发明的节点构造结构受力明确，传力简单，承载力强，便于施工及应用，提高了建筑结构的装配化以及拼装速度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为钢梁孔为长圆孔时，数值模拟得到的梁翼缘削弱型节点塑性应变分布图；

图3为钢梁孔为长圆孔时，梁翼缘削弱型节点荷载—位移滞回曲线图；

图4为钢梁孔为圆形时，数值模拟得到的梁翼缘削弱型节点塑性应变分布图；

图5为钢梁孔为圆形时，数值模拟得到的梁翼缘削弱型节点荷载—位移滞回曲线图；

图6为对比例的结构示意图；

附图标记：1、钢柱，2、加劲肋，3、剖分T型钢，4、肋板，5、耗能段钢梁，6、普通段钢梁，7、钢梁孔，8、盖板，9、拼接板，10、螺栓。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细阐述，本发明以下实施例中未详细记载和公开的部分，均应理解为本领域技术人员所知晓或应当知晓的现有技术。

如图1所示，本发明公开了一种装配式钢结构的梁翼缘削弱型节点，包括钢柱1、顺次连接的耗能段钢梁5与普通段钢梁6。

钢柱1、耗能段钢梁5和普通段钢梁6均为H型热轧钢，均包括腹板和相对设置的翼缘。在本实施例中，钢柱1竖向设置，因此钢柱1的腹板竖向分布，翼缘分为左翼缘和右翼缘(图1所示方向)；耗能段钢梁5和普通段钢梁6均横向设置，即耗能段钢梁5和普通段钢梁6位于同一直线且该直线与钢柱1垂直，耗能段钢梁5和普通段钢梁6的腹板板面为竖向分布，翼缘分为上翼缘和下翼缘。剖分T型钢3包括翼缘和垂直固定在翼缘上的腹板，以将翼缘分为位于腹板上下两侧的两部分。

耗能段钢梁5远离普通段钢梁6的一端通过剖分T型钢3连接在钢柱1上。剖分T型钢3的数量为两个并上下分布，与耗能段钢梁5的上翼缘和下翼缘对应设置。剖分T型钢3的翼缘开设有螺栓孔，钢柱1的右翼缘上开设有螺栓孔，剖分T型钢3翼缘与钢柱1翼缘螺栓孔的尺寸、数量及排列均相同，剖分T型钢3的翼缘通过螺栓10连接在钢柱1右翼缘的外侧。

剖分T型钢3的腹板横向设置并与耗能段钢梁5的翼缘所在平面平行，上方剖分T型钢3的腹板位于耗能段钢梁5的上翼缘上方，下方剖分T型钢3的腹板位于耗能段钢梁5的下翼缘下方。两个剖分T型钢3的腹板上均开设有螺栓孔，耗能段钢梁5的上翼缘、下翼缘也开设有螺栓孔，且剖分T型钢3的腹板和耗能段钢梁5翼缘上的螺栓孔尺寸、数量及排列均相同，上下两个剖分T型钢3的腹板通过螺栓与耗能段钢梁5的上、下翼缘连接。

每个剖分T型钢3的腹板和翼缘之间固定有肋板4，肋板4均垂直于剖分T型钢3的腹板和翼缘。肋板4用全熔透坡口焊缝连于剖分T型钢3的腹板，切角在焊缝交接处，为施焊方便，肋板4需做尺寸为30mm的切角，肋板4边部不超过剖分T型钢3的翼缘和腹板。所述肋板4的板面与耗能段钢梁5的腹板板面共面，肋板4板面宽度沿耗能段钢梁5的长度方向减小，可以引导钢梁的塑性变形向远离钢柱1的方向集中。

耗能段钢梁5和普通段钢梁6尺寸相同，两者在连接时，端部相抵，耗能段钢梁5的上翼缘和普通段钢梁6的上翼缘齐平，并通过盖板8连接，耗能段钢梁5的下翼缘和普通段钢梁6的下翼缘齐平，并通过另一盖板8连接。盖板8上分布有至少两排沿盖板长度间隔排布的螺栓孔，两排螺栓孔关于耗能段钢梁5或普通段钢梁6的腹板对称部分，耗能段钢梁5和普通段钢梁6上对应的翼缘上设置有关于其腹板对称的螺栓孔，盖板8上的螺栓孔和耗能段钢梁5以及普通段钢梁6上的螺栓孔一一对应，并采用螺栓10固定连接。

对于耗能段钢梁5的腹板和普通段钢梁6的腹板，通过一块拼接板9进行连接。通过螺栓10将拼接板9和相应的腹板连接。拼接板9也可以设置为两块并对称设置在耗能段钢梁5腹板和普通段钢梁6腹板的两侧，腹板夹于两块拼接板9之间，增强耗能段钢梁5和普通段钢梁6节点处的强度。

通过盖板8、拼接板9螺栓连接的方式，能够维持耗能段钢梁5和普通段钢梁6之间的牢固程度，使该节点受力时，塑性绞移至耗能段钢梁5的翼缘，形变部位主要发生在耗能段，在地震受损时，仅将耗能段钢梁5进行更换即可。

需要说明的是，本发明中所采用的螺栓10均为摩擦型高强度螺栓，摩擦型高强度螺栓为市售产品，在此不再赘述。

钢柱1的两个翼缘之间设置有加劲肋2，加劲肋2垂直于钢柱1的翼缘以及腹板，并与钢柱1的翼缘以及腹板焊接，加劲肋2为两层并分别与耗能段钢梁5的两个翼缘共面，每一层设置两块位于钢柱1腹板两侧的加劲肋2。

耗能段钢梁5的上翼缘和下翼缘位于剖分T型钢3和盖板8之间的区域分布有钢梁孔7，钢梁孔7的数量为两个，并关于耗能段钢梁5的腹板对称布置，耗能段钢梁5的两个翼缘的钢梁孔7上下对应布置。

钢梁孔7为长圆孔，且长圆孔的长度方向与耗能段钢梁5的长度方向一致，钢梁孔7的长径与短径之比为5:1～7:1。

这种将钢梁孔7开设为长圆孔的设置方式，既能够使节点的塑性绞外移，又减少了钢梁孔7的开设数量，施工方式更为简便。

本实施例中在耗能段钢梁5的上翼缘和下翼缘上分别设置有两个钢梁孔7，每个钢梁孔7的尺寸相同，钢梁孔7的长径与短径之比为5:1。

图2、3分别为对本实施例中节点结构进行数值模拟得到的梁翼缘削弱型节点塑性应变分布图和梁翼缘削弱型节点荷载—位移滞回曲线图。

对比例

如图6所示，对比例与本发明的主体结构相同，区别之处在于在本发明基础上，将钢梁孔7设置为大小相同的圆孔。

如图4、5所示为将对比例进行数值模拟得到梁翼缘削弱型节点塑性应变分布图和梁翼缘削弱型节点荷载—位移滞回曲线图。

经过图2-3和图4-5的对比，可知当钢梁孔7设置为长圆孔时，节点塑性应变主要分布在了耗能段钢梁，长圆孔的滞回曲线比圆孔滞回曲线更加饱满，说明长圆孔的耗能能力更好，长圆孔的设置更有助于塑性绞外移，钢梁的塑性变形主要集中在耗能段钢梁翼缘开孔截面上，对梁柱节点区形成了保护，从而达到“强节点弱构件”的抗震性能要求，若进行震后修复，可仅更换已发生塑性变形的耗能段钢梁，不影响其他构件。此外，将钢梁孔7设置为长圆孔，相较于对比例中设置三个圆形孔的方式，在施工工艺上也得到了简化，施工方式更为简单，利于在实际工程中的应用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。