CN117966895A - 一种损伤可控的钢结构耗能节点装置及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种损伤可控的钢结构耗能节点装置及施工方法，包括箱型柱以及通过两组连接组件对称安装在箱型柱两侧的工字梁；还包括设置于箱型柱内部的多组耗能组件，耗能组件连接在穿过箱型柱的连接组件上，作为两侧工字梁之间的耗能单元，形成耗能节点，充分利用空间，避免影响整体结构的体积，建筑力学数据清晰易算，耗能传力明确，结构更稳定，施工更方便。

Description

一种损伤可控的钢结构耗能节点装置及施工方法

技术领域

本发明涉及建筑工程技术领域，具体而言，涉及一种损伤可控的钢结构耗能节点装置及施工方法。

背景技术

地震是人类目前所面临的一种破坏力极强且较为主要的突发性自然灾害。在世界钢结构建筑范围中，即使在秉承着“强节点，弱构件”的结构抗震设计下，许多钢结构节点依旧无法承受高级地震作用而造成节点损坏、失效。钢结构节点的耗能作用一直是广泛学者关注的问题。目前世界上主要通过三种技术改善节点的耗能，分别为加强型节点、削弱型节点、可恢复节点。

加强型节点主要针对梁柱节点核心区部位的梁柱翼缘或梁柱腹板部位进行加强，以实现节点的抗震性能提升，此种技术增加了材料的应用，提高了钢结构的造价；削弱型节点主要对节点外侧梁的翼缘、腹板等部位进行尺寸上的削弱，以满足强柱弱梁的抗震设计，此种技术造成一定的钢结构失稳问题，在一些重要结构中不宜进行应用；可恢复节点主要分为自复位结构、摇摆结构、构件可更换结构及附加耗能装置结构。

其中，构件可更换结构具有较好的材料利用效率和拼装的便利性，但由于是通过额外的构件连接，占用空间，会使得建筑整体体积大于原各部件所组成建筑的体积，使得整体建筑体积载荷发生改变，不易计算，可靠性和耐久性需要长期监测和评估。

有鉴于此，申请人在研究了现有的技术后特提出本申请。

发明内容

本发明提供了一种损伤可控的钢结构耗能节点装置及施工方法，旨在改善上述技术问题中的至少一个。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种损伤可控的钢结构耗能节点装置，包括箱型柱以及通过两组连接组件对称安装在所述箱型柱两侧的工字梁；所述连接组件包括两个翼缘连接板和两个焊接钢板，所述焊接钢板平行所述工字梁的翼缘焊接设置在所述箱型柱内侧壁上，所述翼缘连接板穿过所述箱型柱内侧壁并与所述焊接钢板通过螺栓安装固定，所述翼缘连接板位于所述箱型柱的外侧部位与所述工字梁的翼缘通过螺栓安装固定；还包括设置于所述箱型柱内部的多组耗能组件，所述耗能组件包括四根连接件和四个连接座组成的矩形框架，每两根连接件的一端端部通过螺栓连接在一个连接座的两侧，还包括两根耗能件，所述耗能件呈交叉状设置在所述矩形框架的两侧，所述耗能件的端部分别通过所述矩形框架对角处连接座上的螺栓连接安装在所述矩形框架上，所述耗能组件通过四个连接座分别与两侧的两组连接组件固定连接。

作为进一步优化,所述连接组件还包括两个腹板连接板和加固钢板，两个所述腹板连接板穿过所述箱型柱的内侧壁并通过螺栓对称安装在所述工字梁的腹板两侧，所述加固钢板通过螺栓安装在两个所述腹板连接板之间，所述加固钢板位于所述箱型柱内部。

作为进一步优化,所述加固钢板的上下两端分别和上下两侧的焊接钢板紧紧相抵。

作为进一步优化,所述加固钢板为屈服点小于等于Q100的低屈服点钢板。

作为进一步优化,所述耗能件为屈服点小于等于Q100的低屈服点钢板。

作为进一步优化,所述连接件为屈服点大于等于Q355的高屈服点钢板。

作为进一步优化,所述连接件的横截面至少为所述耗能件横截面的两倍，至多为三倍。

作为进一步优化,所述耗能组件通过四个连接座分别焊接设置在两侧所述连接组件的上下两侧焊接钢板上，以进行连接固定。

作为进一步优化,所述耗能组件设置有两组，且对称设置在所述工字梁的腹板轴心线的两侧。

本申请还提供一种根据上述任意一项所述损伤可控的钢结构耗能节点装置的施工方法,包括以下步骤：

步骤1：分别从两侧将翼缘连接板和腹板连接板插入带有预开洞的箱型柱内；

步骤2：将工字梁与翼缘连接板通过螺栓连接，并且将焊接钢板去角焊接于箱型柱内，再将翼缘连接板和焊接钢板通过螺栓连接；

步骤3：将腹板连接板的内外两侧分别与加固钢板和工字梁腹板处通过螺栓进行连接，使得加固钢板侧端与箱型柱内侧壁相抵，上下两侧与焊接钢板相抵；

步骤4；组装耗能组件，将耗能组件的四个连接座分别焊接在两侧连接组件的焊接钢板上，形成耗能节点。

通过采用上述技术方案，本发明可以取得以下技术效果：

本申请提供的一种损伤可控的钢结构耗能节点装置及施工方法，包括箱型柱以及通过两组连接组件对称安装在箱型柱两侧的工字梁；还包括设置于箱型柱内部的多组耗能组件，耗能组件连接在穿过箱型柱的连接组件上，作为两侧工字梁之间的耗能单元，形成耗能节点，以此，当耗能节点受到地震作用传来的力矩和力作用时，由于耗能组件为铰接形式，其将由原来的矩形变形成平行四边形，四条边钢板长度不变且不发生失稳，由中间的低屈服点钢板进行变形耗能，形成“边压边拉”的耗能形式；并且耗能组件设置于箱型柱内利用箱型柱内的空间优势，减少了装置的空间应用，并改善了构件受力状况，整体建筑结构受力清晰明确，并且施工时能通过分别装配的方式进行，提升了施工效率，且施工较为简便，装置损坏后还能快捷更换。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明一种损伤可控的钢结构耗能节点装置的结构示意图；

图2是本发明耗能组件的结构示意图；

图3是本发明的一种损伤可控的钢结构耗能节点施工方法顺序示意图。

图中标记：1、箱型柱；2、工字梁；3、连接组件；4、翼缘连接板；5、焊接钢板；6、腹板连接板；7、加固钢板；8、耗能组件；9、连接件；10、连接座；11、耗能件。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

由图1至图2所示，本发明实施例提供了一种损伤可控的钢结构耗能节点装置，包括箱型柱1以及通过两组连接组件3对称安装在箱型柱1两侧的工字梁2；连接组件3包括两个翼缘连接板4和两个焊接钢板5，焊接钢板5平行工字梁2的翼缘焊接设置在箱型柱1内侧壁上，翼缘连接板4穿过箱型柱1内侧壁并与焊接钢板5通过螺栓安装固定，翼缘连接板4位于箱型柱1的外侧部位与工字梁2的翼缘通过螺栓安装固定；进一步的，连接组件3还包括两个腹板连接板6和加固钢板7，两个腹板连接板6穿过箱型柱1的内侧壁并通过螺栓对称安装在工字梁2的腹板两侧，加固钢板7通过螺栓安装在两个腹板连接板6之间，加固钢板7位于箱型柱1内部。其中，可以知道的是本申请中的各构件皆为钢结构。箱型柱1在连接工字梁2的部位设置有适于翼缘连接板4和腹板连接板6穿过的开口。

优选的，还包括设置于箱型柱1内部的多组耗能组件8，耗能组件8包括四根连接件9和四个连接座10组成的矩形框架，每两根连接件9的一端端部通过螺栓连接在一个连接座10的两侧，并且横向和竖向分别在连接座10的两侧设置两根，还包括两根耗能件11，耗能件11呈交叉状设置在矩形框架的两侧，耗能件11的端部分别通过矩形框架对角处连接座10上的螺栓连接安装在矩形框架上，耗能组件8通过四个连接座10分别与两侧的两组连接组件3固定连接。具体为耗能组件8通过四个连接座10分别焊接设置在两侧连接组件3的上下两侧焊接钢板5上，以进行连接固定。进一步的，在本申请实施例中，加固钢板7为屈服点小于等于Q100的低屈服点钢板，耗能件11为屈服点小于等于Q100的低屈服点钢板，连接件9为屈服点大于等于Q355的高屈服点钢板，连接件9的横截面至少为耗能件11横截面的2~3倍，使其具有足够的刚度，不发生失稳。以此，当受到地震作产生带来的力矩时，由于耗能组件8采用螺栓铰接的形式，其变形能力优异，且耗能组件8的作为矩形框架的连接件9的钢板强度和截面面积远高于中间交叉耗能件11的钢板，基于上述两点条件耗能组件8将由原来的正矩形变形成平行四边形，四边连接件9钢板只做平行转动，由中间耗能件11钢板进行拉压变形，充分发挥低屈服点钢板的耗能能力，形成“边压边拉”的耗能形式，使得建筑节点间的钢结构受力得到消耗避免损伤。并且，由于本申请作为耗能单元的箱型柱1与工字梁2之间的耗能组件8设置在箱型柱1内部，工字梁2的端部紧紧接在箱型柱1的外侧壁上，不会改变工字梁2与箱型柱1组合后形成的建筑框架原本该具有的大小，就不会脱离工字梁2和箱型柱1出厂设置时的载荷指标，整体建筑的体积确定，传力明确，载荷指标清楚，更加稳定。

其中，在翼缘连接板4和腹板连接板6上的螺栓均与箱型柱1侧壁之间具有距离，避免影响力的传递。

优选的,加固钢板7的上下两端分别和上下两侧的焊接钢板5紧紧相抵，以此受到地震作用时，加固钢板7能够进一步产生屈服耗能的作用，使得该节点整体形成双耗能的形式。

其中，作为一种实施方式，在工字梁2和箱型柱1之间可以进一步轻微焊接保证平常时的减震稳定性，又不会影响地震时力矩对节点耗能组件8的屈服消耗。

作为一种优选的实施方式,耗能组件8设置有两组，且对称设置在工字梁2腹板轴心线的两侧，以此整个节点内的各个构件整体上呈现对称的稳定状态，建筑的结构更加稳定。

如图3（按从左往右，从上到下的顺序），本申请还提供一种根据上述所述的损伤可控的钢结构耗能节点装置的施工方法,包括以下步骤：

步骤1：分别从两侧将两组翼缘连接板4和两组腹板连接板6插入带有预开洞的箱型柱1内；

步骤2：将工字梁2与翼缘连接板4通过螺栓连接，并且将焊接钢板5去角焊接于箱型柱1内，再将翼缘连接板4和焊接钢板5通过螺栓连接；

步骤3：将腹板连接板6的内外两侧分别与加固钢板7和工字梁2腹板处通过螺栓进行连接，使得加固钢板7侧端与箱型柱1内侧壁相抵，上下两侧与焊接钢板5相抵；

步骤4；将上述的耗能组件8完成组装后作为该节点的耗能单元，将耗能组件8的四个连接座10分别焊接在两侧连接组件3的焊接钢板5上，形成完整的耗能节点。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。

Claims (10)

1.一种损伤可控的钢结构耗能节点装置，其特征在于，包括箱型柱以及通过两组连接组件对称安装在所述箱型柱两侧的工字梁；所述连接组件包括两个翼缘连接板和两个焊接钢板，所述焊接钢板平行所述工字梁的翼缘焊接设置在所述箱型柱内侧壁上，所述翼缘连接板穿过所述箱型柱内侧壁并与所述焊接钢板通过螺栓安装固定，所述翼缘连接板位于所述箱型柱的外侧部位与所述工字梁的翼缘通过螺栓安装固定；

还包括设置于所述箱型柱内部的多组耗能组件，所述耗能组件包括四根连接件和四个连接座组成的矩形框架，每两根连接件的一端端部通过螺栓连接在一个连接座的两侧，还包括两根耗能件，所述耗能件呈交叉状设置在所述矩形框架的两侧，所述耗能件的端部分别通过所述矩形框架对角处连接座上的螺栓连接安装在所述矩形框架上，所述耗能组件通过四个连接座分别与两侧的两组连接组件固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种损伤可控的钢结构耗能节点装置,其特征在于, 所述连接组件还包括两个腹板连接板和加固钢板，两个所述腹板连接板穿过所述箱型柱的内侧壁并通过螺栓对称安装在所述工字梁的腹板两侧，所述加固钢板通过螺栓安装在两个所述腹板连接板之间，所述加固钢板位于所述箱型柱内部。

3.根据权利要求2所述的一种损伤可控的钢结构耗能节点装置,其特征在于,所述加固钢板的上下两端分别和上下两侧的焊接钢板紧紧相抵。

4.根据权利要求2所述的一种损伤可控的钢结构耗能节点装置,其特征在于,所述加固钢板为屈服点小于等于Q100的低屈服点钢板。

5.根据权利要求1所述的一种损伤可控的钢结构耗能节点装置,其特征在于,所述耗能件为屈服点小于等于Q100的低屈服点钢板。

6.根据权利要求1所述的一种损伤可控的钢结构耗能节点装置,其特征在于,所述连接件为屈服点大于等于Q355的高屈服点钢板。

7.根据权利要求1所述的一种损伤可控的钢结构耗能节点装置,其特征在于,所述连接件的横截面至少为所述耗能件横截面的两倍，至多为三倍。

8.根据权利要求1所述的一种损伤可控的钢结构耗能节点装置,其特征在于,所述耗能组件通过四个连接座分别焊接设置在两侧所述连接组件的上下两侧焊接钢板上，以进行连接固定。

9.根据权利要求1所述的一种损伤可控的钢结构耗能节点装置,其特征在于,所述耗能组件设置有两组，且对称设置在所述工字梁的腹板轴心线的两侧。

10.一种根据权利要求1-9中的任意一项所述损伤可控的钢结构耗能节点装置的施工方法,其特征在于,包括以下步骤：

步骤1：分别从两侧将翼缘连接板和腹板连接板插入带有预开洞的箱型柱内；

步骤2：将工字梁与翼缘连接板通过螺栓连接，并且将焊接钢板去角焊接于箱型柱内，再将翼缘连接板和焊接钢板通过螺栓连接；

步骤3：将腹板连接板的内外两侧分别与加固钢板和工字梁腹板处通过螺栓进行连接，使得加固钢板侧端与箱型柱内侧壁相抵，上下两侧与焊接钢板相抵；

步骤4；组装耗能组件，将耗能组件的四个连接座分别焊接在两侧连接组件的焊接钢板上，形成耗能节点。