專利名稱：采用形狀記憶合金螺栓的鋼管柱-h形梁節(jié)點的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于建筑工程技術領域，涉及一種鋼管柱-H形梁節(jié)點，尤其涉及一種適用于對抗震自回復性能要求較高的鋼框架結構和鋼管混凝土框架結構。
背景技術：
近年來，形狀記憶合金材料的超彈性特性已經得到研究人員的重視，國內外也已經有一些學者通過設計一種含形狀記憶合金螺桿的H形梁-H形柱節(jié)點來實現(xiàn)節(jié)點的自回復。但是，含形狀記憶合金螺栓的圓管柱-H形鋼梁節(jié)點的研究目前還是一片空白。在前述的含形狀記憶合金螺桿的H形梁-H形柱節(jié)點中，螺桿的長細比比較大，受壓容易屈曲的問題始終沒有得到有效解決，從而限制了其在工程上的應用；而使用長度相對短的螺栓來連接梁柱端板，可以很好地解決受壓屈曲的問題。另一方面可以通過擰緊螺帽的方式來施加預拉力，操作非常方便。同時，這種方式節(jié)省了材料，考慮到形狀記憶合金材料的成本，螺栓較之螺桿可以在造價上具有更大的優(yōu)勢，更適用于工程應用。但是，國內外基于這方面的研究的節(jié)點形式主要是H形柱-H形梁節(jié)點，而在鋼管柱-H形鋼梁節(jié)點(尤其是圓管柱-H形鋼梁節(jié)點)引入形狀記憶合金部件目前仍未有人涉足去研究。但是在實際工程中，鋼管柱-H形鋼梁連接的節(jié)點有著大量的應用，因此對含形狀記憶合金螺栓的鋼管柱-H形鋼梁節(jié)點的研究具有很強的實際意義。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種將大尺寸形狀記憶合金構件應用于鋼框架結構中的鋼管柱-H形梁連接節(jié)點。為了達到上述目的，本發(fā)明的解決方案是:一種采用形狀記憶合金螺栓的鋼管柱-H形梁節(jié)點，包括柱端組件、梁端組件、柱連接端板、梁連接端板和形狀記憶合金螺栓；其中，所述柱端組件為包含有管柱的連接組件，與所述柱連接端板相連；所述梁端組件為包含有H形梁的連接組件，與所述梁連接端板相連；所述柱連接端板與所述梁連接端板通過所述形狀記憶合金螺栓相連。所述柱端組件由外環(huán)板或者內隔板與管柱連接構成。所述外環(huán)板或者內隔板中含有與所述管柱截面形狀相同的通孔，所述管柱焊接于所述通孔中。所述管柱為圓管柱或者方管柱。所述形狀記憶合金螺栓位于所述梁連接端板和所述柱連接端板上梁翼外側的位置。所述節(jié)點還包括位于所述梁連接端板和所述柱連接端板上梁翼內側位置的鋼螺栓。所述形狀記憶合金螺栓包括螺桿、螺帽和墊圈；所述螺桿的加工原材料為直徑大于或等于12_的形狀記憶合金棒材；優(yōu)選的，所述形狀記憶合金棒材的直徑為19_ ;所述螺帽和所述墊圈的原材料為鋼材；優(yōu)選的，所述螺帽和所述墊圈的原材料為45號鋼或20錳欽砸鋼。所述螺帽、墊圈以及螺栓均經熱處理得到；優(yōu)選的，所述螺桿的熱處理過程為在高溫400°C保溫30分鐘至一個小時后水淬。所述螺桿所使用的形狀記憶合金材料的奧氏體相變完成溫度低于環(huán)境溫度。在所述梁連接端板和所述柱連接端板的兩端均設有加勁肋。由于采用上述方案，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的鋼管柱-H形梁節(jié)點具有自回復能力，當外載荷卸除后可以回復到初始位置，殘余變形很小，增強了該節(jié)點的智能性；此夕卜，由于該節(jié)點中管柱與外環(huán)板、外環(huán)板與柱端連接端板、H形梁與梁端連接端板的焊接工作以及梁連接端板和柱連接端板的開螺孔工作等均可直接在工廠完成，現(xiàn)場使用螺栓連接即可，因此該節(jié)點的安裝和修復都十分方便快捷，可適用于多高層鋼框架結構和鋼管混凝土框架結構。


圖1本發(fā)明實施例中含形狀記憶合金螺栓的圓管柱-H形鋼梁節(jié)點的主視圖；圖2本發(fā)明實施例中含形狀記憶合金螺栓的圓管柱-H形鋼梁節(jié)點的俯視圖；圖3本發(fā)明實施例中含形狀記憶合金螺栓的圓管柱-H形鋼梁節(jié)點的螺栓的平面圖；圖4本發(fā)明實施例中梁柱連接端板的平面圖。其中:1、外環(huán)板；2、圓管柱；3、第一加勁肋；4、第一形狀記憶合金螺栓；5、第二加勁肋；6、第一鋼螺栓；7、柱連接端板；8、梁連接端板；9、第三加勁肋；10、第二鋼螺栓；11、第四肋板；12、第二形狀記憶合金螺栓；13、H形梁；14、第三形狀記憶合金螺栓；15、螺帽；16、墊片；17、螺桿；18、第一形狀記憶合金螺栓開孔；19、第一鋼螺栓開孔；20、第二鋼螺栓開孔；21、第二形狀記憶合金螺栓開孔；22、第三形狀記憶合金螺栓開孔；23、第三鋼螺栓開孔；24、第四鋼螺栓開孔；25、第四形狀記憶合金螺栓開孔。
具體實施例方式以下結合附圖所示實施例對本發(fā)明作進一步的說明。本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術的不足，并考慮到圓管柱-H形梁節(jié)點對延性、耗能、剛度的需求，將大尺寸形狀記憶合金構件應用于鋼框架結構中鋼管柱-H形梁的連接，形成一種具有自回復能力和耗能能力的圓管柱-H形梁連接節(jié)點，圖1所示為其主視圖，圖2所示為其俯視圖。本發(fā)明中包含形狀記憶合金螺栓的鋼管柱-H形梁節(jié)點包括柱端組件、梁端組件、柱連接端板7、梁連接端板8和形狀記憶合金螺栓。其中，柱端組件為包含有管柱2的組件，與柱連接端板7相連；梁端組件為包含有H形梁的組件，與梁連接端板8相連；柱連接端板7與梁連接端板8中有對應的安裝孔，通過在其中裝入形狀記憶合金螺栓將柱端組件和梁端組件連接錨固，從而實現(xiàn)了鋼管柱2和H形梁13的連接。這里梁連接端板8和柱連接端板7的接觸面需要作磨砂處理，以使得接觸面摩擦系數(shù)滿足設計要求。柱端組件由外環(huán)板I或者內隔板與管柱相連構成，管柱可以是圓管柱2和方管柱，外環(huán)板I或者內隔板中含有以圓管柱2或者方管柱的截面配合圓形或者方形的通孔，管柱焊接在外環(huán)板I或內隔板的通孔中；而柱連接端板7在外環(huán)板I或內隔板與梁端組件相連的一側與之相連。梁端組件可以是H形梁13本身，在其與柱端組件相連的一側與梁連接端板8相連。從圖1和圖2中可以看出，該節(jié)點在主視圖所示側包含兩個形狀記憶合金螺栓，分別為第一形狀記憶合金螺栓4和第二形狀記憶合金螺栓12，對應的在梁連接端板8和柱連接端板7中這一側有兩組對應的安裝孔，分別為第一形狀記憶合金螺栓開孔18孔和第二形狀記憶合金螺栓開孔21，如圖4所示。在該主視圖所示側面的背面，在梁連接端板8和柱連接端板7中的同一高度上同樣包含兩組對應的安裝孔和兩個形狀記憶合金螺栓，分別為第三形狀記憶合金螺栓開孔22和第四形狀記憶合金螺栓開孔25以及第三形狀記憶合金螺栓14和第四形狀記憶合金螺栓。為了防止梁連接端板8與柱連接端板7翹曲，在靠近梁連接端板8和柱連接端板7的兩側各設有一片加勁肋，如圖1所示的第一加勁肋3、第二加勁肋5、第三加勁肋9和第四加勁肋11。本發(fā)明中形狀記憶合金螺栓位于梁連接端板8和柱連接端板7上靠近梁翼外側的位置，由于形狀記憶合金材料本身的超彈性特征，這些螺栓具有自回復能力，用以抵抗鋼梁傳遞過來的彎矩。為了增強本發(fā)明節(jié)點的耗能能力，該鋼管柱-H形梁節(jié)點中還包含鋼螺栓。對應的，在柱連接端板7和梁連接端板8上設有用于安裝鋼螺栓的安裝孔，位于梁連接端板8和柱連接端板7上靠近梁翼內側的位置，如圖1中第一鋼螺栓6和第二鋼螺栓10。在地震波等外力沖擊下，允許鋼螺栓部分被破壞，在修復過程中只需安裝新的鋼螺栓即可。外環(huán)板I或內隔板是本發(fā)明的關鍵構件之一，其厚度可稍微高于梁翼緣厚度。本發(fā)明中所用形狀記憶合金螺栓包括螺桿17、螺帽15和墊圈16，如圖3所示。其中，螺桿17由大直徑形狀記憶合金加工而成；螺帽和墊圈用抗拉強度很高的鋼材(如45號鋼或20錳鈦硼鋼)制作，且都要經過熱處理以提高其強度。螺桿17對熱處理工藝有更高的要求，一般需要在高溫400°C保溫30分鐘至一個小時后進行水淬。為了保證螺桿17具有超彈性，螺桿17所使用的形狀記憶合金材料的奧氏體相變完成溫度應低于環(huán)境溫度。螺桿的預拉力通過擰緊螺栓來實現(xiàn)。本發(fā)明的鋼管柱-H形梁節(jié)點中，管柱與外環(huán)板I或內隔板的焊接、外環(huán)板I或內隔板與柱連接端板7的焊接、H形梁13與梁連接端板8的焊接、梁連接端板8與柱連接端板7的開螺栓孔等工作直接在工廠完成，在現(xiàn)場只需通過形狀記憶合金螺栓和鋼螺栓來連接梁連接端板8和柱連接端板7即可?，F(xiàn)場連接的連接順序為:先連接鋼螺栓，再連接形狀記憶合金螺栓；從而即可實現(xiàn)梁柱的組裝，形成框架結構體系。上述的對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發(fā)明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施例，本領域技術人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應該在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種采用形狀記憶合金螺栓的鋼管柱-H形梁節(jié)點，其特征在于:包括柱端組件、梁端組件、柱連接端板、梁連接端板和形狀記憶合金螺栓； 其中，所述柱端組件為包含有管柱的連接組件，與所述柱連接端板相連；所述梁端組件為包含有H形梁的連接組件，與所述梁連接端板相連； 所述柱連接端板與所述梁連接端板通過所述形狀記憶合金螺栓相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的采用形狀記憶合金螺栓的鋼管柱-H形梁節(jié)點，其特征在于:所述柱端組件由外環(huán)板或者內隔板與管柱連接構成。
3.根據(jù)權利要求2所述的采用形狀記憶合金螺栓的鋼管柱-H形梁節(jié)點，其特征在于:所述外環(huán)板或者內隔板中含有與所述管柱截面形狀相同的通孔，所述管柱焊接于所述通孔中。
4.根據(jù)權利要求2所述的采用形狀記憶合金螺栓的鋼管柱-H形梁節(jié)點，其特征在于:所述管柱為圓管柱或者方管柱。
5.根據(jù)權利要求1所述的采用形狀記憶合金螺栓的鋼管柱-H形梁節(jié)點，其特征在于:所述形狀記憶合金螺栓位于所述梁連接端板和所述柱連接端板上梁翼外側的位置。
6.根據(jù)權利要求1所述的采用形狀記憶合金螺栓的鋼管柱-H形梁節(jié)點，其特征在于:所述節(jié)點還包括位于所述梁連接端板和所述柱連接端板上梁翼內側位置的鋼螺栓。
7.根據(jù)權利要求1所述的采用形狀記憶合金螺栓的鋼管柱-H形梁節(jié)點，其特征在于:所述形狀記憶合金螺栓包括螺桿、螺帽和墊圈； 所述螺桿的加工原材料為直徑大于或等于12mm的形狀記憶合金棒材；優(yōu)選的，所述形狀記憶合金棒材的直徑為19_ ； 所述螺帽和所述墊圈的原材料為鋼材；優(yōu)選的，所述螺帽和所述墊圈的原材料為45號鋼或20錳鈦硼鋼。
8.根據(jù)權利要求7所述的采用形狀記憶合金螺栓的鋼管柱-H形梁節(jié)點，其特征在于:所述螺帽、墊圈以及螺栓均經熱處理得到；優(yōu)選的，所述螺桿的熱處理過程為在高溫400°C保溫30分鐘至一個小時后水淬。
9.根據(jù)權利要求7所述的采用形狀記憶合金螺栓的鋼管柱-H形梁節(jié)點，其特征在于:所述螺桿所使用的形狀記憶合金材料的奧氏體相變完成溫度低于環(huán)境溫度。
10.根據(jù)權利要求1所述的采用形狀記憶合金螺栓的鋼管柱-H形梁節(jié)點，其特征在于:在所述梁連接端板和所述柱連接端板的兩端均設有加勁肋。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用形狀記憶合金螺栓的鋼管柱-H形梁節(jié)點，屬于建筑工程技術領域。該節(jié)點包括柱端組件、梁端組件、柱連接端板、梁連接端板和形狀記憶合金螺栓；其中，柱端組件為包含有管柱的連接組件，與柱連接端板相連；梁端組件為包含有H形梁的連接組件，與梁連接端板相連；柱連接端板與梁連接端板通過形狀記憶合金螺栓相連。本發(fā)明節(jié)點具有自回復能力，當外載荷卸除后可以回復到初始位置；此外，由于該節(jié)點中管柱與外環(huán)板、外環(huán)板與柱端連接端板、H形梁與梁端連接端板的焊接工作以及梁連接端板和柱連接端板的開螺孔工作等均可直接在工廠完成，現(xiàn)場使用螺栓連接即可，因此該節(jié)點的安裝和修復都十分方便快捷。
文檔編號E04B1/58GK103216010SQ20131010599
公開日2013年7月24日 申請日期2013年3月28日 優(yōu)先權日2013年3月28日
發(fā)明者王偉, 邵紅亮, 陳以一 申請人:同濟大學