CN215166514U - 基于倒置悬挂连接的震后可更换钢框架耗能梁柱节点 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的基于倒置悬挂连接的震后可更换钢框架耗能梁柱节点，包括钢框架钢柱、悬臂段工字形钢梁、中间段工字形钢梁、倒置悬挂连接件和屈曲约束耗能件，悬臂段工字形钢梁位于钢框架钢柱和中间段工字形钢梁之间，且悬臂段工字形钢梁和中间段工字形钢梁的中轴线对齐；悬臂段工字形钢梁和中间段工字形钢梁之间通过倒置悬挂连接件以及屈曲约束耗能件可拆卸连接。屈曲约束耗能件与悬臂段工字形钢梁连接，整个断口处节点具有很强的抵抗平面外变形能力，能够有效约束悬臂段工字形钢梁和中间段工字形钢梁之间的扭转变形,能够在很大程度上保证耗能梁柱节点在双向地震作用下能够维持平面内工作性能。

Description

基于倒置悬挂连接的震后可更换钢框架耗能梁柱节点

技术领域

本实用新型涉及建筑结构抗震领域，尤其是涉及基于倒置悬挂连接的震后可更换钢框架耗能梁柱节点。

背景技术

建筑钢结构具有轻质高强、易于装配、抗震性能好等特点。然而已有震害表明，传统钢框架梁柱焊接节点在地震中会产生严重的塑性损伤，整体结构产生严重的残余变形，脆性破坏常始于梁翼缘与柱焊接处(如图1)。针对这些问题，传统研究思路主要有两种：(1)改进梁柱节点的焊接构造和焊接工艺以提升其低周疲劳性能；(2)通过加强梁端或削弱梁段(例：“狗骨式”节点，如图(2)转移塑性铰，避免塑性变形和断裂发生在梁柱焊接处。然而传统研究思路具有很大的局限性：基于“防倒塌设计”理念，塑性耗能和损伤仍集中在主体框架上，未考虑震后修复问题。历经多次大震洗礼，国内外土木学者对结构抗震目标有了更明确的认识，“可恢复性设计”正成为抗震设计新理念。

可恢复功能结构是一种新型的减震控制结构，地震后无需修复或者稍加修复就能恢复建筑的使用功能。自提出以来，可恢复功能结构逐渐成为国内外建筑结构抗震研究的热点，其主要实现思路有三种：摇摆结构，自复位结构和可更换构件结构。在大震作用下，可更换构件结构的塑性损伤和耗能集中在可更换构件(通常采用耗能构件)上，主体结构保持弹性，震后只需更换可更换构件即可恢复建筑的使用功能。基于可更换思路，带有可更换耗能连接的钢框架耗能梁柱节点开始受到相关研究人员的关注。赵俊贤等提出的上端悬挂式耗能梁柱节点(赵俊贤,陈若冰,韩伟,杜永山,迟雪晶.震后可替换的上端悬挂式钢框架耗能梁柱节点[P].广东省：CN106320517B,2019-12-03.)采用悬挂连接方式，将塑性铰转移出梁柱焊接处，实现了构件可更换，然而上端悬挂件不仅影响楼板钢筋的布置，悬挂件和楼板之间的约束效应还将引起楼板系统严重开裂。同时，现有的可更换耗能梁柱节点还存在以下问题亟待解决：

(1)节点平面外稳定性。目前的研究主要集中在可更换耗能节点平面内抗震性能的研究，未考虑其在双向地震作用下的工作性能；已有节点多存在抵抗平面外变形能力不足的问题，在遭遇平面外地震作用时，难以维持稳定的工作性能，甚至提前失效导致主体结构提前发生破坏。

(2)节点相关构件占据空间较大，限制其应用于实际工程。相较于传统梁柱节点，可更换耗能梁柱节点为实现其设计目的，相关构件通常占据更大的布置空间，对建筑使用功能和建筑使用空间造成较大影响，并影响楼板钢筋的布置。

为解决上述问题，本实用新型提出一种基于倒置悬挂连接的震后可更换钢框架耗能梁柱节点。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于倒置悬挂连接的震后可更换钢框架耗能梁柱节点，能够在很大程度上保证耗能梁柱节点在双向地震作用下能够维持平面内工作性能，使整体结构在任意方向地震作用下仍能保持良好的抗震性能；并且很好地解决了影响楼板钢筋布置、建筑使用功能的问题。

为达到上述目的，本实用新型提供的基于倒置悬挂连接的震后可更换钢框架耗能梁柱节点，包括钢框架钢柱、悬臂段工字形钢梁、中间段工字形钢梁、倒置悬挂连接件和屈曲约束耗能件，

悬臂段工字形钢梁位于钢框架钢柱和中间段工字形钢梁之间，且悬臂段工字形钢梁和中间段工字形钢梁的中轴线对齐；

悬臂段工字形钢梁和中间段工字形钢梁之间通过倒置悬挂连接件以及屈曲约束耗能件可拆卸连接，其中，倒置悬挂连接件以及屈曲约束耗能件相对设置。

进一步地，倒置悬挂连接件包括拼接钢板和拼接角钢，拼接钢板可拆卸连接在悬臂段工字形钢梁的上翼缘和中间段工字形钢梁的上翼缘上，拼接角钢的水平肢与悬臂段工字形钢梁的上翼缘和中间段工字形钢梁的上翼缘均可拆卸连接，拼接角钢的竖肢与悬臂段工字形钢梁的腹板和中间段工字形钢梁的腹板均可拆卸连接。

进一步地，所述拼接钢板通过高强螺栓与悬臂段工字形钢梁上翼缘和中间段工字形钢梁上翼缘紧固连接，所述拼接角钢包括第一拼接角钢和第二拼接角钢，第一拼接角钢和第二拼接角钢分别对称设置在悬臂段工字形钢梁和中间段工字形钢梁的腹板两侧，并设置在悬臂段工字形钢梁和中间段工字形钢梁上翼缘的下方，第一拼接角钢和第二拼接角钢的水平肢均通过高强螺栓同时与悬臂段工字形钢梁和中间段工字形钢梁的上翼缘以及拼接钢板紧固连接，第一拼接角钢和第二拼接角钢的竖肢均通过高强螺栓与悬臂段工字形钢梁和中间段工字形钢梁的腹板紧固连接。

进一步地，每个屈曲约束耗能件均包括内芯角钢以及分别位于内芯角钢两侧的第一约束角钢和第二约束角钢。所述内芯角钢采用狗骨头形状。

进一步地，所述内芯角钢包裹在第一约束角钢和第二约束角钢中间，沿角钢竖肢和水平肢的厚度方向均留有一定间隙。

进一步地，在第一约束角钢和第二约束角钢之间还设置有限位板。两块限位板分别设置在两块约束角钢的水平肢和竖肢中间。两块限位板分别设置在内芯角钢水平肢外侧和竖肢外侧，并与内芯角钢之间留有一定间隙。

进一步地，所述第一约束角钢和所述第二约束角钢的水平肢与水平肢限位板、悬臂段工字形钢梁的下翼缘通过螺栓紧固连接，所述第一约束角钢和所述第二约束角钢的竖肢与竖肢限位板、悬臂段工字形钢梁的腹板以及与其对称布置的一块屈曲约束耗能件的两块约束角钢的竖肢通过螺栓紧固连接。

所述悬臂段工字形钢梁和中间段工字形钢梁的腹板和下翼缘均设有与螺栓直径匹配的槽孔。所述悬臂段工字形钢梁和中间段工字形钢梁截面尺寸相同。

屈曲约束耗能件有两个，两个所述屈曲约束耗能件分别对称设置在悬臂段工字形钢梁和中间段工字形钢梁的腹板两侧，并设置在悬臂段工字形钢梁和中间段工字形钢梁下翼缘的上方。两个所述屈曲约束耗能件的两端的连接段分别与悬臂段工字形钢梁上的摩擦垫板、中间段工字形钢梁上的摩擦垫板紧固连接，两个所述屈曲约束耗能件的中间段与悬臂段工字形钢梁的腹板、悬臂段工字形钢梁下翼缘和悬臂段工字形钢梁下翼缘上的两块一字形垫板紧固连接。

所述摩擦垫板包括四块水平向摩擦垫板和四块竖向摩擦垫板。四块所述水平向摩擦垫板分别对称设置在悬臂段工字形钢梁腹板两侧的下翼缘上方和中间段工字形钢梁腹板两侧的下翼缘上方；四块所述竖向摩擦垫板分别对称设置在悬臂段工字形钢梁腹板两侧和中间段工资形钢梁腹板两侧。

进一步地，两块所述一字形垫板分别对称设置在悬臂段工字形钢梁的腹板两侧。所述一字型垫板通过角焊缝焊接在悬臂段工字形钢梁的下翼缘上。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)本实用新型提供的基于倒置悬挂连接的震后可更换钢框架耗能梁柱节点在遭遇平面内地震作用时，能够实现小震弹性，并与传统钢框架梁柱节点等刚度；在大震下屈曲约束耗能件屈服耗能，耗能能力高。

(2)屈曲约束耗能件的约束构件和内芯均采用角钢，并将约束构件与悬臂段工字形钢梁紧固连接，整个断口处节点具有很强的抵抗平面外变形能力，能够有效约束悬臂段工字形钢梁和中间段工字形钢梁之间的扭转变形。这使得本实用新型提供的耗能梁柱节点能够在很大程度上保证耗能梁柱节点在双向地震作用下能够维持平面内工作性能。

(3)倒置悬挂连接件和屈曲约束耗能件均设置在悬臂段工字形钢梁和中间段工字形钢梁的内侧，钢梁的上方和下方均伸出空间很小，对楼板钢筋布置、建筑使用功能和建筑使用空间的影响非常小。

(4)本实用新型提供的耗能梁柱节点现场焊接工艺少，屈曲约束耗能件可以在工厂组装好后运到现场与钢梁进行连接，装配性能好。在遭遇大震后，钢框架的损伤主要集中在耗能节点处，只需更换屈曲约束耗能件，而箱形柱、工字形钢梁和倒置悬挂连接件可继续使用，震后修复速度快、修复成本低。

附图说明

图1是传统梁柱节点断裂示意图；

图2是狗骨式梁柱节点示意图；

图3是本实用新型所述的基于倒置悬挂连接的震后可更换钢框架耗能梁柱节点的结构示意图；

图4是图3的A-A剖视图；

图5是图3的B-B剖视图；

图6是图3的C-C剖视图；

图7是图3的D-D剖视图；

图8是基于倒置悬挂连接的震后可更换钢框架耗能梁柱节点组装的第一步和第二步；

图9是基于倒置悬挂连接的震后可更换钢框架耗能梁柱节点组装的第三步和第四步；

图10是去屈曲约束耗能件的组装示意图。

图中，1-钢柱；2-钢梁；3-隔板；4-焊缝断裂处；5-H型钢柱；6-H型钢梁；71-钢框架钢柱；72-悬臂段工字形钢梁；73-中间段工字形钢梁；74-倒置悬挂连接件；741-拼接钢板；7421-第一拼接角钢；7422-第二拼接角钢；751-水平向摩擦垫板；752-竖向摩擦垫板；76-一字形垫板；77-屈曲约束耗能件；771-内芯角钢；7721-第一约束角钢；7722-第二约束角钢；7731-水平肢限位板；7732-竖肢限位板。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

在本说明书中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本说明。在本说明书一个或多个实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

结合图3-图10进行说明，图3是基于倒置悬挂连接的震后可更换钢框架耗能梁柱节点的结构示意图，如图3-图9所示，本发明提供的基于倒置悬挂连接的震后可更换钢框架耗能梁柱节点包括钢框架钢柱71、悬臂段工字形钢梁72、中间段工字形钢梁73、倒置悬挂连接件74、四块水平向摩擦垫板751、四块竖向摩擦垫板752、两块一字形垫板76和两个屈曲约束耗能件77以及若干螺栓。

在本发明其中一个实施例中，所述钢框架钢柱71为箱型柱。

在本发明其中一个实施例中，所述悬臂段工字形钢梁72通过焊缝与钢框架钢柱71刚接；悬臂段工字形钢梁72的中轴线和中间段工字形钢梁73的中轴线对齐，便于两梁段的连接；一个倒置悬挂连接件74设置在悬臂段工字形钢梁72和中间段工字形钢梁73上，并通过多个高强螺栓紧固连接，倒置悬挂连接件74连接悬臂梁段工字形钢梁72和中间段工字形钢梁73，与屈曲约束耗能件77共同传递弯矩和剪力；四块水平向摩擦垫板751通过焊缝连接分别对称固定在悬臂段工字形钢梁72的下翼缘和中间段工字形钢梁73的下翼缘上，其上开设的螺孔与钢梁下翼缘上所开槽孔对齐，由于第一约束角钢7721的存在，梁翼缘和内芯角钢的连接段之间存在间隙，通过设置水平向摩擦垫板可以使屈曲约束耗能件与梁翼缘紧固连接；四块竖向摩擦垫板752通过焊缝连接分别对称固定在悬臂段工字形钢梁72腹板两侧和中间段工字形钢梁73的腹板两侧，其底面均与相应设置的水平向摩擦垫板751的上表面齐平，其上开设的螺孔与钢梁腹板所开槽孔对齐，通过设置竖向摩擦垫板752来填充内芯角钢的连接段和梁翼缘之间的缝隙，使得屈曲约束耗能件与梁翼缘之间的连接更加牢固；两块一字形垫板76通过焊缝连接分别固定在悬臂段工字形钢梁72的腹板两侧，紧贴在悬臂段工字形钢梁72的下翼缘上表面处，使第一约束角钢7721底部与中间段工字形钢梁73的下翼缘之间有足够的间隙，避免断口转动过程中二者发生碰撞；两个屈曲约束耗能件77对称设置在悬臂段工字形钢梁72和中间段工字形钢梁73的腹板两侧，屈曲约束耗能件77的两端通过高强螺栓与四块水平向摩擦垫板751和四块竖向摩擦垫板752固接连接，屈曲约束耗能件77的中间段通过高强螺栓与悬臂段工字形钢梁72固接连接。

在本发明其中一个实施例中，四块水平向摩擦垫板751的上下表面均采用喷砂处理，其摩擦系数不低于0.45。四块竖向摩擦垫板752的上下表面也均采用喷砂处理，其摩擦系数不低于0.45。

在本发明其中一个实施例中，结合图3-图8进行说明，倒置悬挂连接件74包括一块拼接钢板741、一个第一拼接角钢7421和一个第二拼接角钢7422；拼接钢板741设置在悬臂段工字形钢梁72和中间段工字形钢梁73的上翼缘上方，并通过多个高强螺栓紧固连接；第一拼接角钢7421和第二拼接角钢7422对称设置在悬臂段工字形钢梁72腹板和中间段工字形钢梁73的腹板两侧；第一拼接角钢7421和第二拼接角钢7422的水平肢分别通过高强螺栓与悬臂段工字形钢梁72的上翼缘和中间段工字形钢梁73的上翼缘均紧固连接；第一拼接角钢7421的竖肢、第二拼接角钢7422的竖肢和悬臂段工字形钢梁72的腹板以及中间段工字形钢梁73的腹板三通过高强螺栓紧固连接。

在本发明其中一个实施例中，结合图3、图9和图10进行说明，本实施例的一个屈曲约束耗能件77包括一个内芯角钢771、一个第一约束角钢7721、一个第二约束角钢7722、两个限位板(一个水平肢限位板7731和一个竖肢限位板7732)。

内芯角钢771呈两端大中间小的形状，包括位于中间的屈服段、位于两侧的两连接段以及位于屈服段和连接段之间的两过渡段，其中，连接段的截面面积最大，且连接段上开设有连接孔，屈服段的截面面积最小，过渡段为屈服段向连接段的截面面积渐变段。

内芯角钢771夹在第一约束角钢7721和第二约束角钢7722的中间，内芯角钢771屈服段和两端的过渡段应尽量伸入约束角钢772中，避免内芯角钢771的两端在撬动作用下提前屈服退出工作；第一约束角钢7721和第二约束角钢7722水平肢和竖肢肢尖均对齐摆放；水平肢限位板7731设置在第一约束角钢7721和第二约束角钢7722的水平肢中间，并通过焊缝连接和第二约束角钢7722紧固连接，其螺孔与约束角钢772水平肢上开设的螺孔一一对应；竖肢限位板7732设置在第一约束角钢7721和第二约束角钢7722的竖肢中间，并通过焊缝连接和第二约束角钢7722紧固连接，其螺孔与第二约束角钢772竖肢上开设的螺孔一一对应；在第一约束角钢7721、第二约束角钢7722、水平肢限位板7731和竖肢限位板上靠近端部的两侧均开有内螺纹，在屈曲约束耗能件77拼装完成后，通过多个螺杆将第二约束角钢7722、水平肢限位板7731、竖肢限位板7732、第一约束角钢7721固定在一起，便于装配运输，螺杆不穿透第一约束角钢7721，保证现场安装时屈曲约束耗能件77与一字形垫板76和工字梁腹板贴紧；将屈曲约束耗能件77整体运输至施工现场后，采用高强螺栓将其与悬臂段工字形钢梁72和中间段工字形钢梁73紧固连接。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于倒置悬挂连接的震后可更换钢框架耗能梁柱节点，其特征在于：包括钢框架钢柱(71)、悬臂段工字形钢梁(72)、中间段工字形钢梁(73)、倒置悬挂连接件(74)和屈曲约束耗能件(77)，

悬臂段工字形钢梁(72)位于钢框架钢柱(71)和中间段工字形钢梁(73)之间，且悬臂段工字形钢梁(72)和中间段工字形钢梁(73)的中轴线对齐；

悬臂段工字形钢梁(72)和中间段工字形钢梁(73)之间通过倒置悬挂连接件(74)以及屈曲约束耗能件(77)可拆卸连接，其中，倒置悬挂连接件(74)以及屈曲约束耗能件(77)相对设置。

2.根据权利要求1所述的基于倒置悬挂连接的震后可更换钢框架耗能梁柱节点，其特征在于：倒置悬挂连接件(74)包括拼接钢板(741)和拼接角钢，拼接钢板(741)可拆卸连接在悬臂段工字形钢梁(72)的上翼缘和中间段工字形钢梁(73)的上翼缘上，拼接角钢的水平肢与悬臂段工字形钢梁(72)的上翼缘和中间段工字形钢梁(73)的上翼缘均可拆卸连接，拼接角钢的竖肢与悬臂段工字形钢梁(72)的腹板和中间段工字形钢梁(73)的腹板均可拆卸连接。

3.根据权利要求1所述的基于倒置悬挂连接的震后可更换钢框架耗能梁柱节点，其特征在于：所述拼接角钢包括第一拼接角钢(7421)和第二拼接角钢(7422)，第一拼接角钢(7421)和第二拼接角钢(7422)对称设置在悬臂段工字形钢梁(72)的腹板及中间段工字形钢梁(73)的腹板的两侧。

4.根据权利要求1所述的基于倒置悬挂连接的震后可更换钢框架耗能梁柱节点，其特征在于：屈曲约束耗能件(77)包括内芯角钢(771)以及分别位于内芯角钢(771)两侧的第一约束角钢(7721)和第二约束角钢(7722)。

5.根据权利要求4所述的基于倒置悬挂连接的震后可更换钢框架耗能梁柱节点，其特征在于：在第一约束角钢(7721)和第二约束角钢(7722)之间还设置有限位板。

6.根据权利要求5所述的基于倒置悬挂连接的震后可更换钢框架耗能梁柱节点，其特征在于：限位板包括水平肢限位板(7731)和竖肢限位板(7732)，

水平肢限位板(7731)可拆卸位于第一约束角钢(7721)的水平肢和第二约束角钢(7722)的水平肢之间，竖肢限位板(7732)可拆卸位于第一约束角钢(7721)的竖肢和第二约束角钢(7722)的竖肢之间。

7.根据权利要求5所述的基于倒置悬挂连接的震后可更换钢框架耗能梁柱节点，其特征在于：第一约束角钢(7721)、第二约束角钢(7722)和限位板之间通过螺杆连接。

8.根据权利要求1-7任一所述的基于倒置悬挂连接的震后可更换钢框架耗能梁柱节点，其特征在于：在屈曲约束耗能件(77)和悬臂段工字形钢梁(72)的翼缘之间、屈曲约束耗能件(77)和中间段工字形钢梁(73)的翼缘之间均设置有水平向摩擦垫板(751)。

9.根据权利要求8所述的基于倒置悬挂连接的震后可更换钢框架耗能梁柱节点，其特征在于：在屈曲约束耗能件(77)和悬臂段工字形钢梁(72)的腹板之间、屈曲约束耗能件(77)和中间段工字形钢梁(73)的腹板之间均设置有竖向摩擦垫板(752)。

10.根据权利要求8所述的基于倒置悬挂连接的震后可更换钢框架耗能梁柱节点，其特征在于：在屈曲约束耗能件(77)和悬臂段工字形钢梁(72)的翼缘之间设置有垫板(76)。

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