專利名稱：一種通過角鋼連接的高延性鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及土木建筑技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種通過角鋼連接的高延性鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點。
背景技術(shù)：
良好的延性是保證結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震作用下不發(fā)生倒塌破壞的關(guān)鍵因素，而節(jié)點的延性是影響結(jié)構(gòu)整體延性的一個關(guān)鍵因素。在1994年美國的Northridge (北嶺)地震之前， 栓焊連接(翼緣焊接、腹板螺栓連接)是鋼框架結(jié)構(gòu)梁柱連接節(jié)點普遍采用的形式。然而在 1994年美國的Northridge (北嶺)地震和1995年日本的阪神地震中，曾經(jīng)被認(rèn)為具有良好抗震性能的鋼框架發(fā)生了不少的破壞，其中絕大多數(shù)破壞為梁柱栓焊連接節(jié)點處的脆性斷裂(即焊接部位發(fā)生脆性破壞)。為了提高連接節(jié)點的延性，震后美國、日本等國家對鋼框架梁柱連接節(jié)點的抗震性能以及延性性能等開展了大量的研究工作，提出了多種改進(jìn)的新型節(jié)點形式。這類新型節(jié)點的研究思路基本一致，都是將鋼梁端部塑性鉸外移到距柱面一定距離的梁上，從而避免節(jié)點發(fā)生脆性破壞，達(dá)到“強(qiáng)節(jié)點弱構(gòu)件”的抗震設(shè)計原則。根據(jù)塑性鉸外移形式的不同可將其分為兩大類一類是削弱型節(jié)點，如狗骨式節(jié)點(在梁的上下翼緣靠近節(jié)點處進(jìn)行截面削弱)和鋼梁根部腹板開孔型節(jié)點；另一類為加強(qiáng)型節(jié)點，如加腋型節(jié)點、擴(kuò)翼型節(jié)點、蓋板式節(jié)點等。然而根據(jù)已有研究結(jié)果表明削弱型節(jié)點在一定程度上使得梁承載力有所降低，而且梁柱翼緣根部的連接焊縫仍然是削弱型節(jié)點的薄弱位置，焊縫質(zhì)量直接影響到節(jié)點延性的充分發(fā)揮；而加強(qiáng)型節(jié)點由于會在原有焊接節(jié)點區(qū)域內(nèi)增加板件的焊縫，從而導(dǎo)致連接部位殘余應(yīng)力情況變得更為嚴(yán)重，特別是當(dāng)焊縫質(zhì)量不高時，有可能非但不能提高節(jié)點的延性、而且還會加劇節(jié)點發(fā)生脆性破壞(^燕，郁有升，王悅，劉秀麗.鋼框架翼緣削弱型和擴(kuò)翼型節(jié)點受力性能研究.力學(xué)與實踐，2010. 32(1): 46-53. [2]郁有升，王燕.鋼框架梁翼緣削弱型節(jié)點力學(xué)性能的試驗研究[J].工程力學(xué)，2009. 26(2): 168-175. [3]，楊娜，楊慶山.翼緣削弱型鋼框架梁柱節(jié)點的性能研究綜述[J].工程力學(xué)，2004，21(1): 61-66. )0此外，上述塑性鉸外移型節(jié)點還存在震后維修困難或維修費(fèi)用昂貴等缺點(由于此時鋼梁已發(fā)生了嚴(yán)重的變形)。利用摩擦型高強(qiáng)螺栓在長圓螺栓孔中的摩擦滑動提高節(jié)點延性是一種全新的研究思路。同濟(jì)大學(xué)馬人樂教授等人(與yU矢，楊陽，陳橋生等.長圓孔變型性高強(qiáng)螺栓節(jié)點抗震性能試驗研究/77-建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2009，30 (I): 101-106、將該思路應(yīng)用于帶懸臂梁段的鋼結(jié)構(gòu)梁柱剛接節(jié)點的鋼梁拼接處(如圖I所示)，并申請了相關(guān)的專利(專#號. 200820150748. X, 200810040509. J)。該節(jié)點的長圓孔設(shè)置在鋼梁翼緣和腹板的拼接處，而鋼梁根部與鋼柱的連接依然是采用焊縫連接，因此在罕遇地震作用下，當(dāng)鋼梁拼接處的轉(zhuǎn)動范圍超出其極限轉(zhuǎn)動能力時，仍有可能會引起鋼梁根部和鋼柱的焊接脆性破壞。為了彌補(bǔ)目前已有鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點的不足，本實用新型在半剛性螺栓連接的基礎(chǔ)上提出了一種通過角鋼連接的高延性鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點。發(fā)明內(nèi)容為了進(jìn)一步提高鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點的延性，同時避免在H型鋼梁或鋼柱上發(fā)生焊接脆性破壞的可能，本實用新型提供了一種通過角鋼連接的高延性鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點。本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種通過角鋼連接的高延性鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點，包括鋼柱和H型鋼梁、翼緣角鋼、腹板角鋼、翼緣鋼墊板、腹板鋼墊板、水平加勁肋和若干摩擦型高強(qiáng)度螺栓，其特征在于所述H型鋼梁的上、下翼緣板均通過翼緣角鋼、翼緣鋼墊板和摩擦型高強(qiáng)度螺栓與鋼柱連接，所述H型鋼梁腹板經(jīng)腹板角鋼、腹板鋼墊板和摩擦型高強(qiáng)度螺栓與鋼柱連接，與H型鋼梁連接的翼緣角鋼分肢和腹板角鋼分肢上的螺栓孔均為長圓孔，位于鋼柱和H型鋼梁連接處的鋼柱內(nèi)部設(shè)置有水平加勁肋，所述H型鋼梁的端頭與鋼柱之間留有空隙。進(jìn)一步地，所述水平加勁肋設(shè)置在垂直于鋼柱翼緣的翼緣角鋼分肢的延長線方向上，所述水平加勁肋的厚度與垂直鋼柱翼緣的翼緣角鋼分肢的厚度相等，所述水平加勁肋與鋼柱翼緣和鋼柱腹板之間采用坡口全熔透焊縫焊接。進(jìn)一步地，所述水平加勁肋的中軸線與垂直鋼柱翼緣的翼緣角鋼分肢的中軸線對準(zhǔn)。進(jìn)一步地，用于連接腹板角鋼與H型鋼梁腹板的摩擦型高強(qiáng)度螺栓設(shè)置在遠(yuǎn)離H 型鋼梁腹板中軸線的位置上。進(jìn)一步地，所述摩擦型高強(qiáng)度螺栓沿H型鋼梁腹板的上下邊緣單排設(shè)置。進(jìn)一步地，所述長圓孔的擴(kuò)孔方向均與H型鋼梁縱向中軸線平行，所述長圓孔的中軸線與所用的摩擦型高強(qiáng)度螺栓的中軸線相重合。進(jìn)一步地，所述H型鋼梁腹板的一側(cè)面或兩側(cè)面同時經(jīng)腹板角鋼、腹板鋼墊板和摩擦型高強(qiáng)度螺栓與鋼柱連接。進(jìn)一步，所述所有角鋼與H型鋼梁相連分肢上的螺栓孔均為由原來半徑為R的常規(guī)螺栓圓孔(圖2)擴(kuò)大成長度為2R+d的長圓孔(圖3)，長圓孔的擴(kuò)孔方向均與H型鋼梁縱向中軸線平行，而其余螺栓孔均為常規(guī)螺栓圓孔?？傊?，本實用新型的特征在于H型鋼梁上、下翼緣板通過翼緣角鋼、翼緣鋼墊板和摩擦型高強(qiáng)度螺栓與鋼柱翼緣連接，并在垂直鋼柱翼緣的翼緣角鋼分肢處設(shè)置柱內(nèi)水平加勁肋，水平加勁肋應(yīng)與垂直鋼柱翼緣的翼緣角鋼分肢等厚，水平加勁肋與鋼柱翼緣和腹板之間宜采用坡口全熔透焊縫焊接，水平加勁肋的中軸線應(yīng)與垂直鋼柱翼緣的翼緣角鋼分肢的中軸線對準(zhǔn)。H型鋼梁腹板通過單(雙)腹板角鋼、腹板鋼墊板和摩擦型高強(qiáng)度螺栓與鋼柱翼緣板連接。所述所有角鋼與H型鋼梁相連分肢上的螺栓孔均為由原來半徑為R的常規(guī)螺栓圓孔(圖2)擴(kuò)大成長度為2R+d的長圓孔(圖3)，長圓孔的擴(kuò)孔方向均與H型鋼梁縱向中軸線平行，而其余螺栓孔均為常規(guī)螺栓圓孔。為了保證梁端具有良好的轉(zhuǎn)動能力，所述 H型鋼梁腹板上的連接高強(qiáng)度螺栓位置宜遠(yuǎn)離H型鋼梁腹板的中軸線，并盡可能沿H型鋼梁腹板上下邊緣單排設(shè)置。為了保證H型鋼梁具有最大的滑移空間，所述長圓孔的中軸線應(yīng)與所用的摩擦型高強(qiáng)度螺栓的中軸線相重合。本實用新型的通過角鋼連接的高延性鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點的施工方法，按以下步驟進(jìn)[0018](I)在鋼柱上確定翼緣角鋼的連接位置，并在鋼柱內(nèi)部的相應(yīng)位置處設(shè)置柱內(nèi)水平加勁肋，水平加勁肋與鋼柱翼緣和腹板之間宜采用坡口全熔透焊縫焊接，水平加勁肋的中軸線應(yīng)與垂直鋼柱翼緣的翼緣角鋼分肢的中軸線對準(zhǔn)；(2)分別通過摩擦型高強(qiáng)度螺栓將上、下翼緣角鋼開有常規(guī)螺栓圓孔的分肢連接在鋼柱翼緣的相應(yīng)位置處；(3)將H型鋼梁插入上、下翼緣角鋼之間，并通過摩擦型高強(qiáng)度螺栓將H型鋼梁的上、下翼緣板分別與上、下翼緣角鋼開有長圓孔的分肢和翼緣鋼墊板進(jìn)行連接；在連接過程中應(yīng)使摩擦型高強(qiáng)度螺栓的中軸線與翼緣角鋼分肢上的長圓孔中軸線保持重合；(4)通過摩擦型高強(qiáng)度螺栓將腹板角鋼上開有常規(guī)螺栓圓孔的分肢與鋼柱翼緣連接，而將腹板角鋼上開有長圓孔的另一分肢與H型鋼梁腹板通過摩擦型高強(qiáng)度螺栓和腹板鋼墊板進(jìn)行連接。在上述步驟(I)中，所述水平加勁肋與鋼柱的焊接工藝在工廠進(jìn)行。在上述步驟(4)中，用于連接腹板角鋼與H型鋼梁腹板的摩擦型高強(qiáng)度螺栓設(shè)置在遠(yuǎn)離H型鋼梁腹板中軸線的位置上，所述摩擦型高強(qiáng)度螺栓沿H型鋼梁腹板的上下邊緣單排設(shè)置。在上述步驟(3)和(4)中，所述長圓孔的擴(kuò)孔方向均與鋼梁縱向中軸線平行，所述長圓孔的中軸線與所用的摩擦型高強(qiáng)度螺栓的中軸線相重合。本實用新型的有益效果是，該新型鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點不但可以通過H型鋼梁上、下翼緣板及腹板上的摩擦型高強(qiáng)度螺栓在長圓螺栓孔中的摩擦滑動進(jìn)行變形和耗能，而且還可以通過角鋼的變形進(jìn)一步提高節(jié)點的延性變形能力和耗能能力，因此該新型鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點在罕遇地震作用下具有很強(qiáng)的延性變形能力和良好的耗能能力；同時由于該節(jié)點在梁柱構(gòu)件上均未出現(xiàn)連接焊縫，因此也就避免了罕遇地震作用下H型鋼梁或鋼柱在節(jié)點區(qū)域發(fā)生脆性破壞的可能；此外，該節(jié)點還具有施工方便且震后修復(fù)工作簡單快捷且修復(fù)成本低廉等優(yōu)點。

圖I是帶懸臂梁段全螺栓拼接的鋼結(jié)構(gòu)梁柱剛接節(jié)點結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是常規(guī)螺栓圓孔結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是長圓孔的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本實用新型實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是圖4的I-I剖視圖。圖6是圖4的II-II剖視圖。圖7是圖4的III-III剖視圖。圖中I.鋼柱，2. H型鋼梁，3.翼緣角鋼，4.翼緣鋼墊板，5.腹板角鋼，6.腹板鋼墊板，7.摩擦型高強(qiáng)度螺栓，8.水平加勁肋，9.常規(guī)螺栓圓孔，10.長圓孔。
具體實施方式
為讓本實用新型的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合附圖，
5作詳細(xì)說明如下。如附圖4所示，本實用新型的一種通過角鋼連接的高延性鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點，包括鋼柱I和H型鋼梁2、翼緣角鋼3、腹板角鋼5、翼緣鋼墊板4、腹板鋼墊板6、水平加勁肋8和若干摩擦型高強(qiáng)度螺栓7，其特征在于所述H型鋼梁2的上、下翼緣板均通過翼緣角鋼3、 翼緣鋼墊板4和摩擦型高強(qiáng)度螺栓7與鋼柱I連接，所述H型鋼梁2腹板經(jīng)腹板角鋼5、腹板鋼墊板6和摩擦型高強(qiáng)度螺栓7與鋼柱I連接，與H型鋼梁2連接的翼緣角鋼3分肢和腹板角鋼5分肢上的螺栓孔均為長圓孔10，位于鋼柱I和H型鋼梁2連接處的鋼柱I內(nèi)部設(shè)置有水平加勁肋8，所述H型鋼梁2的端頭與鋼柱I之間留有空隙。進(jìn)一步地，所述水平加勁肋8設(shè)置在垂直于鋼柱翼緣的翼緣角鋼分肢的延長線方向上，所述水平加勁肋8的厚度與垂直鋼柱翼緣的翼緣角鋼分肢的厚度相等，所述水平加勁肋8與鋼柱翼緣和鋼柱腹板之間采用坡口全熔透焊縫焊接。進(jìn)一步地，所述水平加勁肋8的中軸線與垂直鋼柱翼緣的翼緣角鋼分肢的中軸線對準(zhǔn)。進(jìn)一步地，用于連接腹板角鋼5與H型鋼梁腹板的摩擦型高強(qiáng)度螺栓7設(shè)置在遠(yuǎn)離H型鋼梁腹板中軸線的位置上。進(jìn)一步地，所述摩擦型高強(qiáng)度螺栓7沿H型鋼梁腹板的上下邊緣單排設(shè)置。進(jìn)一步地，所述長圓孔10的擴(kuò)孔方向均與H型鋼梁2縱向中軸線平行，所述長圓孔10的中軸線與所用的摩擦型高強(qiáng)度螺栓7的中軸線相重合。進(jìn)一步地，所述H型鋼梁2腹板的一側(cè)面或兩側(cè)面同時經(jīng)腹板角鋼5、腹板鋼墊板 6和摩擦型高強(qiáng)度螺栓7與鋼柱I連接。本實用新型的施工方法首先在鋼柱I上確定翼緣角鋼3的連接位置，并在相應(yīng)位置處設(shè)置柱內(nèi)水平加勁肋8 (圖4、圖5)，水平加勁肋8與鋼柱翼緣和腹板之間宜采用坡口全熔透焊縫焊接，水平加勁肋8的中軸線應(yīng)與垂直鋼柱翼緣的翼緣角鋼分肢的中軸線對準(zhǔn) (圖4)，上述有關(guān)水平加勁肋8的焊接工藝一般宜在工廠進(jìn)行；然后，分別通過摩擦型高強(qiáng)度螺栓7將上、下翼緣角鋼3開有常規(guī)螺栓圓孔9的分肢連接在鋼柱翼緣的相應(yīng)位置處；接著，將H型鋼梁2插入兩個翼緣角鋼3之間，并分別通過摩擦型高強(qiáng)度螺栓7將H型鋼梁2 的上、下翼緣板與上、下翼緣角鋼3開有長圓孔的分肢和翼緣鋼墊板4進(jìn)行連接；在連接過程中應(yīng)使摩擦型高強(qiáng)度螺栓7的中軸線與翼緣角鋼3分肢上的長圓孔10中軸線保持重合 (圖4);最后，將腹板角鋼5開有常規(guī)螺栓圓孔9的分肢與鋼柱翼緣連接，而開有長圓孔10 的另一角鋼分肢則與H型鋼梁腹板通過摩擦型高強(qiáng)度螺栓7和腹板鋼墊板6進(jìn)行連接，此時H型鋼梁腹板上的連接螺栓位置宜遠(yuǎn)離H型鋼梁腹板的中軸線，并沿H型鋼梁腹板上、下邊緣單排設(shè)置，同樣，此時H型鋼梁腹板上的摩擦型高強(qiáng)度螺栓的中軸線應(yīng)與腹板角鋼5上的長圓孔10中軸線保持重合。當(dāng)H型鋼梁腹板采用單角鋼連接無法滿足傳遞剪力的要求時，可改為雙角鋼連接，其連接方法與單角鋼情形相同。本實用新型的鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點設(shè)計原則如下第一階段在常規(guī)設(shè)計荷載(包括地震荷載、風(fēng)荷載等)作用下，按最不利荷載組合設(shè)計值進(jìn)行設(shè)計。該階段必須保證鋼梁上的摩擦型高強(qiáng)度螺栓不發(fā)生滑移；翼緣角鋼和腹板角鋼處于彈性狀態(tài)；鋼柱上的摩擦型高強(qiáng)度螺栓不超過承載力設(shè)計值。[0046]第二階段按基于極限強(qiáng)度最小值的連接最大承載力進(jìn)行驗算，彎矩設(shè)計值取 1.21^(1^為鋼梁的全塑性彎矩值)，剪力設(shè)計值取1.3(21^/1) (I為鋼梁的凈跨度)。該階段允許鋼梁上的摩擦型高強(qiáng)度螺栓發(fā)生滑移并且與孔壁接觸，但必須保證摩擦型高強(qiáng)度螺栓或孔壁接觸處的板件不發(fā)生破壞；允許翼緣角鋼和腹板角鋼進(jìn)入彈塑性或塑性狀態(tài)，但不允許發(fā)生破壞；保證鋼柱上的摩擦型高強(qiáng)度螺栓不發(fā)生破壞。當(dāng)然，本實用新型中的鋼柱并不局限于本實施例中的H型鋼柱，對于箱形和十字形等截面的鋼柱亦同樣適用。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，凡依本實用新型申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本實用新型的涵蓋范圍。
權(quán)利要求1.一種通過角鋼連接的高延性鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點，包括鋼柱和H型鋼梁、翼緣角鋼、腹板角鋼、翼緣鋼墊板、腹板鋼墊板、水平加勁肋和若干摩擦型高強(qiáng)度螺栓，其特征在于所述H 型鋼梁的上、下翼緣板均通過翼緣角鋼、翼緣鋼墊板和摩擦型高強(qiáng)度螺栓與鋼柱連接，所述 H型鋼梁腹板經(jīng)腹板角鋼、腹板鋼墊板和摩擦型高強(qiáng)度螺栓與鋼柱連接，與H型鋼梁連接的翼緣角鋼分肢和腹板角鋼分肢上的螺栓孔均為長圓孔，位于鋼柱和H型鋼梁連接處的鋼柱內(nèi)部設(shè)置有水平加勁肋，所述H型鋼梁的端頭與鋼柱之間留有空隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種通過角鋼連接的高延性鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點，其特征在于 所述水平加勁肋設(shè)置在垂直于鋼柱翼緣的翼緣角鋼分肢的延長線方向上，所述水平加勁肋的厚度與垂直鋼柱翼緣的翼緣角鋼分肢的厚度相等，所述水平加勁肋與鋼柱翼緣和鋼柱腹板之間采用坡口全熔透焊縫焊接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種通過角鋼連接的高延性鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點，其特征在于 所述水平加勁肋的中軸線與垂直鋼柱翼緣的翼緣角鋼分肢的中軸線對準(zhǔn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種通過角鋼連接的高延性鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點，其特征在于 用于連接腹板角鋼與H型鋼梁腹板的摩擦型高強(qiáng)度螺栓設(shè)置在遠(yuǎn)離H型鋼梁腹板中軸線的位置上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種通過角鋼連接的高延性鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點，其特征在于 所述摩擦型高強(qiáng)度螺栓沿H型鋼梁腹板的上下邊緣單排設(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種通過角鋼連接的高延性鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點，其特征在于 所述長圓孔的擴(kuò)孔方向均與H型鋼梁縱向中軸線平行，所述長圓孔的中軸線與所用的摩擦型高強(qiáng)度螺栓的中軸線相重合。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種通過角鋼連接的高延性鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點，其特征在于 所述H型鋼梁腹板的一側(cè)面或兩側(cè)面同時經(jīng)腹板角鋼、腹板鋼墊板和摩擦型高強(qiáng)度螺栓與鋼柱連接。
專利摘要本實用新型涉及一種通過角鋼連接的高延性鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點，其特征在于所述H型鋼梁的上、下翼緣板均通過翼緣角鋼、翼緣鋼墊板和摩擦型高強(qiáng)度螺栓與鋼柱連接，所述H型鋼梁腹板經(jīng)腹板角鋼、腹板鋼墊板和摩擦型高強(qiáng)度螺栓與鋼柱連接，與H型鋼梁連接的翼緣角鋼分肢和腹板角鋼分肢上的螺栓孔均為長圓孔，位于鋼柱和H型鋼梁連接處的鋼柱內(nèi)部設(shè)置有水平加勁肋，所述H型鋼梁的端頭與鋼柱之間留有空隙。該節(jié)點具有很強(qiáng)的延性變形能力和良好的耗能能力；同時由于該節(jié)點在梁柱構(gòu)件上均未出現(xiàn)連接焊縫，因此也就避免了罕遇地震作用下鋼梁或鋼柱在節(jié)點區(qū)域發(fā)生脆性破壞的可能；此外，該節(jié)點還具有施工方便且震后修復(fù)工作簡單快捷且修復(fù)成本低廉等優(yōu)點。
文檔編號E04B1/98GK202347664SQ20112045009
公開日2012年7月25日 申請日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月15日
發(fā)明者陳寶春, 黃冀卓 申請人:福州大學(xué)