本發(fā)明涉及鋼框架結(jié)構(gòu)的梁柱連接節(jié)點，具體涉及一種可用于實際工程且在震后具有自復(fù)位能力的鋼框架梁柱節(jié)點。

背景技術(shù)：

地震是一種突發(fā)性自然災(zāi)害，目前人類仍無法準(zhǔn)確預(yù)測。地震往往會給人類帶來巨大災(zāi)難，導(dǎo)致高額財產(chǎn)損失、大量人員傷亡和建筑物損毀等。隨著抗震技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)已實現(xiàn)“大震不倒”的抗震設(shè)防目標(biāo)，但傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)均都通過主要抗側(cè)力構(gòu)件的塑性變形來耗散地震輸入能量，其會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在震后出現(xiàn)過大的塑性變形，致使建筑物的正常使用功能中斷。此外，由于結(jié)構(gòu)出現(xiàn)過大的殘余變形，給震后修復(fù)工作帶著巨大技術(shù)困難，產(chǎn)生高昂維修費用。因此，開發(fā)殘余變形小、具有自復(fù)位功能、易于修復(fù)的新型抗側(cè)力結(jié)構(gòu)尤為必要。

目前，抗彎鋼框架仍是鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用最為廣泛的結(jié)構(gòu)類型之一，如能實現(xiàn)梁柱連接節(jié)點的復(fù)位功能即可實現(xiàn)鋼框架結(jié)構(gòu)的震后自復(fù)位。因此，國內(nèi)外許多學(xué)者對具有自復(fù)位功能的梁柱連接節(jié)點進(jìn)行了探索研究，已有的部分發(fā)明是通過設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼絞線內(nèi)置于鋼梁內(nèi)部，且錨固于鋼梁腹板的加勁肋上，地震作用時鋼梁與鋼柱之間的接觸面張開，通過處于彈性狀態(tài)的預(yù)應(yīng)力鋼絞線的拉伸提供復(fù)位力。為增加節(jié)點的耗能能力，還會并聯(lián)一些摩擦耗能裝置。此外，也有部分發(fā)明直接采用sma制作連接螺栓，并通過sma螺栓的拉伸提供復(fù)位。但上述發(fā)明用于實現(xiàn)復(fù)位的鋼絞線中存在較大的預(yù)應(yīng)力，往往會導(dǎo)致鋼梁中用于錨固鋼絞線的加勁肋彎曲變形過大，致使其預(yù)應(yīng)力損失較多。依賴sma螺栓提供復(fù)位的節(jié)點，由于sma螺栓長度有限，節(jié)點的其他部件均處于彈性狀態(tài)致使此類節(jié)點的轉(zhuǎn)動能力或變形能力較小。因此，本發(fā)明致力于提出一種具有較大轉(zhuǎn)動能力、且震后可復(fù)位的新型梁柱連接節(jié)點。通過在傳統(tǒng)四角鋼連接節(jié)點的基礎(chǔ)上，在距離鋼柱外側(cè)表面一定距離處，將沿側(cè)面帶凹槽的u型鋼板焊接于鋼梁翼緣表面，并將形狀記憶合金束sma纏繞在固定裝置的凹槽中，為提高形狀記憶合金束sma的耐久性，可將彈簧管套于形狀記憶合金束sma的外側(cè)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種耗能優(yōu)良、復(fù)位能力好、sma用量少且可控、性能穩(wěn)定的新型自復(fù)位鋼框架梁柱連接節(jié)點。該節(jié)點由連接鋼梁與鋼柱的多塊角鋼提供耗能，由繞纏在固定鋼梁翼緣外側(cè)表面的u形鋼板的形狀記憶合金束sma實現(xiàn)復(fù)位功能。

為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種自復(fù)位鋼框架梁柱連接節(jié)點，該梁柱連接節(jié)點包括鋼柱，所述鋼柱的兩側(cè)分別與第一鋼梁和第二鋼梁刨平頂緊，所述鋼柱與第一鋼梁的上翼緣夾角處及下翼緣夾角處分別安裝第一耗能裝置，所述鋼柱與第二鋼梁的上翼緣夾角處及下翼緣夾角處分別安裝第二耗能裝置，所述鋼柱與第一鋼梁的腹板及第二鋼梁的腹板之間分別安裝第三耗能裝置，所述第一鋼梁和第二鋼梁的上翼緣之間設(shè)有施加預(yù)應(yīng)力的第一復(fù)位裝置，所述第一鋼梁和第二鋼梁的下翼緣之間設(shè)有施加預(yù)應(yīng)力的第二復(fù)位裝置，所述第一復(fù)位裝置和第二復(fù)位裝置對第一鋼梁和第二鋼梁的上翼緣及下翼緣構(gòu)成組合預(yù)應(yīng)力達(dá)到初始預(yù)設(shè)狀態(tài)。

進(jìn)一步的，所述第一耗能裝置由第一翼緣角鋼和第二翼緣角鋼組成，所述第一翼緣角鋼通過高強螺栓安裝在鋼柱與第一鋼梁的上翼緣夾角處，所述第二翼緣角鋼通過高強螺栓安裝在鋼柱與第一鋼梁的下翼緣夾角處，所述第二耗能裝置由第三翼緣角鋼和第四翼緣角鋼組成，所述第三翼緣角鋼通過高強螺栓安裝在鋼柱與第二鋼梁的上翼緣夾角處，所述第四翼緣角鋼通過高強螺栓安裝在鋼柱與第二鋼梁的下翼緣夾角處，所述第三耗能裝置由第一腹板角鋼、第二腹板角鋼、第三腹板角鋼和第四腹板角鋼組成，所述第一腹板角鋼和第二腹板角鋼通過高強螺栓分別安裝在鋼柱與第一鋼梁的兩側(cè)腹板之間，所述第三腹板角鋼和第四腹板角鋼通過高強螺栓分別安裝在鋼柱與第二鋼梁的兩側(cè)腹板之間。

進(jìn)一步的，所述第一復(fù)位裝置包括帶凹槽的第一u形鋼板和第二u形鋼板，所述第一u形鋼板和第二u形鋼板分別安裝在第一鋼梁和第二鋼梁的上翼緣，在所述第一u形鋼板和第二u形鋼板之間通過相應(yīng)的凹槽纏繞有第一形狀記憶合金束，所述第一形狀記憶合金束對第一u形鋼板和第二u形鋼板直接施加預(yù)應(yīng)力，所述第二復(fù)位裝置包括帶凹槽的第三u形鋼板和第四u形鋼板，所述第三u形鋼板和第四u形鋼板分別安裝在第一鋼梁和第二鋼梁的下翼緣，在所述第三u形鋼板和第四u形鋼板之間通過相應(yīng)的凹槽纏繞有第二形狀記憶合金束，所述第二形狀記憶合金束對第三u形鋼板和第四u形鋼板直接施加預(yù)應(yīng)力。

進(jìn)一步的，所述第一形狀記憶合金束穿過第一翼緣角鋼、第三翼緣角鋼和鋼柱預(yù)留的孔洞，所述第二形狀記憶合金束穿過第二翼緣角鋼、第四翼緣角鋼和鋼柱預(yù)留的孔洞。

進(jìn)一步的，所述第一u形鋼板和第三u形鋼板通過焊接方式分別固定在第一鋼梁的上翼緣和下翼緣，所述第二u形鋼板和第四u形鋼板通過焊接方式分別固定在第二鋼梁的上翼緣和下翼緣。

進(jìn)一步的，所述第一形狀記憶合金束和第二形狀記憶合金束的長度由鋼柱與第一鋼梁及第二鋼梁的連接節(jié)點的最大轉(zhuǎn)角確定，所述第一形狀記憶合金束和第二形狀記憶合金束的用量由鋼柱與第一鋼梁及第二鋼梁的連接節(jié)點的滯回特征確定。

進(jìn)一步的，所述第一u形鋼板、第二u形鋼板、第三u形鋼板和第四u形鋼板上的凹槽沿自身u形側(cè)面設(shè)置。

進(jìn)一步的，所述第一u形鋼板、第二u形鋼板、第三u形鋼板和第四u形鋼板上設(shè)有保護(hù)套。

進(jìn)一步的，所述第一形狀記憶合金束和第二形狀記憶合金束上套接有彈簧管。

本發(fā)明的有益效果是:

本發(fā)明的自復(fù)位鋼框架梁柱節(jié)點，不僅耗能優(yōu)良、復(fù)位能力好、形狀記憶合金束（sma）用量可控，而且因為形狀記憶合金束（sma）繞纏在鋼梁上、下翼緣外側(cè)表面的u形鋼板上，u形鋼板面內(nèi)剛度大且不會發(fā)生軸向變形，從而保證節(jié)點力學(xué)性能穩(wěn)定；因連接節(jié)點的梁柱接觸面可張開，節(jié)點產(chǎn)生轉(zhuǎn)角，利用頂?shù)滓砭壗卿摷案拱咫p角鋼的耗能，避免了鋼梁、鋼柱等主要部件的破壞，且震后破壞易于更換；通常梁柱四角鋼節(jié)點的彎矩-轉(zhuǎn)角滯回曲線嚴(yán)重捏縮，可設(shè)置較少用量的形狀記憶合金束（sma）即可實現(xiàn)節(jié)點的自復(fù)位功能，降低了用于實現(xiàn)復(fù)位的形狀記憶合金束（sma）用量；此外，傳統(tǒng)梁柱四角鋼連接的轉(zhuǎn)動變形能力大，形狀記憶合金束（sma）的長度可根據(jù)節(jié)點最大容許轉(zhuǎn)角確定；因此，本發(fā)明是一種具有復(fù)位功能、sma束用量較少、節(jié)點轉(zhuǎn)動能力較大的延性梁柱連接節(jié)點，可用于地震設(shè)防區(qū)的抗彎鋼框架結(jié)構(gòu)中，具有廣泛的工程應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的自復(fù)位鋼框架梁柱連接節(jié)點的三維結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明的自復(fù)位鋼框架梁柱連接節(jié)點的各組成部件三維結(jié)構(gòu)圖；

圖3是本發(fā)明的自復(fù)位鋼框架梁柱連接節(jié)點的梁柱接觸面脫開時的示意圖。

圖中標(biāo)號說明：1、鋼柱，2、第一鋼梁，3、第二鋼梁，4、第三u形鋼板，5、第四u形鋼板，6、第一u形鋼板，7、第二u形鋼板，8、第一形狀記憶合金束，9、第二形狀記憶合金束，10-37、高強螺栓，38、第三腹板角鋼，39、第四腹板角鋼，40、第一腹板角鋼，41、第二腹板角鋼，42、第三翼緣角鋼，43、第四翼緣角鋼，44、第一翼緣角鋼，45、第二翼緣角鋼，46、角焊縫。

具體實施方式

下面將參考附圖并結(jié)合實施例，來詳細(xì)說明本發(fā)明。

參照圖1至圖3所示，一種自復(fù)位鋼框架梁柱連接節(jié)點，該梁柱連接節(jié)點包括鋼柱1，所述鋼柱1的兩側(cè)分別與第一鋼梁2和第二鋼梁3刨平頂緊，所述鋼柱1與第一鋼梁2的上翼緣夾角處及下翼緣夾角處分別固接有第一耗能裝置，所述鋼柱1與第二鋼梁3的上翼緣夾角處及下翼緣夾角處分別固接有第二耗能裝置，所述鋼柱1與第一鋼梁2的腹板及第二鋼梁3的腹板之間分別固接有第三耗能裝置，所述第一鋼梁2和第二鋼梁3的上翼緣之間設(shè)有施加預(yù)應(yīng)力的第一復(fù)位裝置，所述第一鋼梁2和第二鋼梁3的下翼緣之間設(shè)有施加預(yù)應(yīng)力的第二復(fù)位裝置，所述第一復(fù)位裝置和第二復(fù)位裝置對第一鋼梁2和第二鋼梁3的上翼緣及下翼緣構(gòu)成組合預(yù)應(yīng)力達(dá)到初始預(yù)設(shè)狀態(tài)。

所述第一耗能裝置由第一翼緣角鋼44和第二翼緣角鋼45組成，所述第一翼緣角鋼44通過高強螺栓固定在鋼柱1與第一鋼梁2的上翼緣夾角處，所述第二翼緣角鋼45通過高強螺栓固定在鋼柱1與第一鋼梁2的下翼緣夾角處，所述第二耗能裝置由第三翼緣角鋼42和第四翼緣角鋼43組成，所述第三翼緣角鋼42通過高強螺栓固定在鋼柱1與第二鋼梁3的上翼緣夾角處，所述第四翼緣角鋼43通過高強螺栓固定在鋼柱1與第二鋼梁3的下翼緣夾角處，所述第三耗能裝置由第一腹板角鋼40、第二腹板角鋼41、第三腹板角鋼38和第四腹板角鋼39組成，所述第一腹板角鋼40和第二腹板角鋼41通過高強螺栓分別固定在鋼柱1與第一鋼梁2的兩側(cè)腹板之間，所述第三腹板角鋼38和第四腹板角鋼39通過高強螺栓分別固接在鋼柱1與第二鋼梁3的兩側(cè)腹板之間。

所述第一復(fù)位裝置包括帶凹槽的第一u形鋼板6和第二u形鋼板7，所述第一u形鋼板6和第二u形鋼板7分別固接在第一鋼梁2和第二鋼梁3的上翼緣，在所述第一u形鋼板6和第二u形鋼板7之間通過相應(yīng)的凹槽纏繞有第一形狀記憶合金束8，所述第一形狀記憶合金束8對第一u形鋼板6和第二u形鋼板7直接施加預(yù)應(yīng)力，所述第二復(fù)位裝置包括帶凹槽的第三u形鋼板4和第四u形鋼板5，所述第三u形鋼板4和第四u形鋼板5分別固接在第一鋼梁2和第二鋼梁3的下翼緣，在所述第三u形鋼板4和第四u形鋼板5之間通過相應(yīng)的凹槽纏繞有第二形狀記憶合金束9，所述第二形狀記憶合金束9對第三u形鋼板4和第四u形鋼板5直接施加預(yù)應(yīng)力。

所述第一形狀記憶合金束8穿過第一翼緣角鋼44、第三翼緣角鋼42和鋼柱1預(yù)留的孔洞，所述第二形狀記憶合金束9穿過第二翼緣角鋼45、第四翼緣角鋼43和鋼柱1預(yù)留的孔洞。

所述第一u形鋼板6和第三u形鋼板4通過焊接方式分別固定在第一鋼梁2的上翼緣和下翼緣，所述第二u形鋼板7和第四u形鋼板5通過焊接方式分別固定在第二鋼梁3的上翼緣和下翼緣。

所述第一形狀記憶合金束8和第二形狀記憶合金束9的長度由鋼柱1與第一鋼梁2及第二鋼梁3的連接節(jié)點的最大轉(zhuǎn)角確定，所述第一形狀記憶合金束8和第二形狀記憶合金束9的用量由鋼柱1與第一鋼梁2及第二鋼梁3的連接節(jié)點的滯回特征確定。

所述第一u形鋼板6、第二u形鋼板7、第三u形鋼板4和第四u形鋼板5上的凹槽沿自身u形側(cè)面設(shè)置。

所述第一u形鋼板6、第二u形鋼板7、第三u形鋼板4和第四u形鋼板5上設(shè)有保護(hù)套。

所述第一形狀記憶合金束8和第二形狀記憶合金束9上套接有彈簧管。

本發(fā)明原理

參照圖1所示，正常使用狀態(tài)下，由第三腹板角鋼38，第四腹板角鋼39，第一腹板角鋼40，第二腹板角鋼41，第三翼緣角鋼42，第四翼緣角鋼43，第一翼緣角鋼44和第二翼緣角鋼45構(gòu)成的連接角鋼提供抗彎承載力和轉(zhuǎn)動剛度。

參照圖3所示，遭受地震作用時，第一鋼梁2上翼緣與鋼柱1的接觸面張開，第二鋼梁3下翼緣與鋼柱1的接觸面張開，第三腹板角鋼38，第四腹板角鋼39，第一腹板角鋼40，第二腹板角鋼41，第三翼緣角鋼42，第四翼緣角鋼43，第一翼緣角鋼44和第二翼緣角鋼45開始變形并且耗能，第一形狀記憶合金束8和第二形狀記憶合金束9伸長；在地震過后，本發(fā)明的梁柱連接節(jié)點在第一形狀記憶合金束8和第二形狀記憶合金束9恢復(fù)力的作用下，恢復(fù)到初始位置，實現(xiàn)復(fù)位功能；僅安裝第三腹板角鋼38，第四腹板角鋼39，第一腹板角鋼40，第二腹板角鋼41，第三翼緣角鋼42，第四翼緣角鋼43，第一翼緣角鋼44和第二翼緣角鋼45的梁柱連接節(jié)點在往復(fù)荷載作用下，節(jié)點反復(fù)張開、閉合，通過上述各個連接角鋼的塑性變形產(chǎn)生耗能，同時形成的彎矩—轉(zhuǎn)角滯回曲線的一、三象限較為飽滿，二、四象限較為捏縮；當(dāng)在四個u形鋼板上繞纏形狀記憶合金束后，由于形狀記憶合金束始終處于受拉狀態(tài)，利用形狀記憶合金束的超彈性能產(chǎn)生恢復(fù)力，可形成在一、三象限具有明顯旗幟形特征的滯回曲線；通過優(yōu)化各個連接角鋼截面和形狀記憶合金束用量，在滿足連接節(jié)點應(yīng)有的抗彎承載力的前提下，獲得形狀記憶合金束用量最少、卸載后殘余變形幾乎為零，梁柱連接節(jié)點滯回曲線具有理想的旗幟型滯回特征，既節(jié)約了形狀記憶合金束的用量，又實現(xiàn)了良好的復(fù)位功能。

此外，需要說明的是，除非特別說明或者指出，否則說明書中的術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等描述僅僅用于區(qū)分說明書中的各個組件、元素、步驟等，而不是用于表示各個組件、元素、步驟之間的邏輯關(guān)系或者順序關(guān)系等。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。