本發(fā)明屬于土木工程領(lǐng)域，涉及一種翼緣摩擦型形狀記憶合金桿自復(fù)位鋼框架梁-中柱節(jié)點(diǎn)。

背景技術(shù)：

地震給人類帶來極其嚴(yán)重的災(zāi)難。傳統(tǒng)的抗震設(shè)計(jì)采用的是延性設(shè)計(jì)方法，即在地震作用下，通過結(jié)構(gòu)部分構(gòu)件的提前屈服和破壞，但整體不喪失功能，依靠構(gòu)件的塑性變形來耗散大部分的地震能量，從而達(dá)到主體結(jié)構(gòu)安全的目的。

梁柱節(jié)點(diǎn)作為框架結(jié)構(gòu)中重要的組成部分，對結(jié)構(gòu)的可恢復(fù)功能具有很大的影響。隨著基于性能抗震設(shè)計(jì)理念的發(fā)展，通過控制結(jié)構(gòu)的震后殘余變形，提高結(jié)構(gòu)的可恢復(fù)性功能需求已逐漸被國內(nèi)外學(xué)者所關(guān)注和研究。目前，自復(fù)位梁柱節(jié)點(diǎn)形式主要以后張預(yù)應(yīng)力體系為主，即通過在梁柱節(jié)點(diǎn)中引入后張預(yù)應(yīng)力技術(shù)或形狀記憶合金材料，將梁、柱構(gòu)件裝配成整體，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的可恢復(fù)功能。相比后張預(yù)應(yīng)力技術(shù)中用到的預(yù)應(yīng)力筋和鋼絞線，形狀記憶合金具有優(yōu)越的超彈性性能和一定的耗能能力。因此，形狀記憶合金桿自復(fù)位梁柱節(jié)點(diǎn)利用形狀記憶合金桿提供的回復(fù)力，使結(jié)構(gòu)在震后恢復(fù)到初始狀態(tài)；同時，節(jié)點(diǎn)中設(shè)置耗能構(gòu)件，以耗散地震對結(jié)構(gòu)輸入的能量；因此，主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件在地震中發(fā)生彈性變形，而耗能構(gòu)件和形狀記憶合金桿發(fā)生非彈性變形；

然而，在現(xiàn)有的形狀記憶合金桿自復(fù)位梁柱節(jié)點(diǎn)中，形狀記憶合金桿常被設(shè)置于梁上下翼緣外側(cè)，這對節(jié)點(diǎn)處的樓板布置造成不便，同時有可能使梁受壓翼緣側(cè)形狀記憶合金桿出現(xiàn)受壓屈曲現(xiàn)象，從而使節(jié)點(diǎn)性能退化；另外耗能構(gòu)件的選擇和設(shè)置，對節(jié)點(diǎn)的耗能貢獻(xiàn)以及節(jié)點(diǎn)性能的穩(wěn)定性具有很大的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問題：本發(fā)明的目的在于提升節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定耗能能力和自復(fù)位性能，克服因形狀記憶合金桿布置在梁翼緣外側(cè)造成的樓板布置不便，以及梁翼緣局部屈曲變形的不足。提供一種有效增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)耗能能力和自復(fù)位性能，提高構(gòu)件可更換性的翼緣摩擦型形狀記憶合金桿自復(fù)位鋼框架梁-中柱節(jié)點(diǎn)。

技術(shù)方案：本發(fā)明的翼緣摩擦型形狀記憶合金桿自復(fù)位鋼框架梁-中柱節(jié)點(diǎn)，包括中柱、兩根分別位于中柱兩側(cè)的梁、橫穿過中柱的形狀記憶合金桿、位于梁翼緣內(nèi)側(cè)的l型支架、位于梁翼緣外側(cè)的摩擦耗能器；摩擦耗能器包括設(shè)置在梁翼緣外側(cè)的鋼板、填充于鋼板和梁翼緣之間的耗能摩擦片、穿過梁翼緣將鋼板、耗能摩擦片、l型支架連接在一起的高強(qiáng)螺栓。形狀記憶合金桿的兩端分別與一根梁中的l型支架連接。

本發(fā)明的一種優(yōu)選方案中，形狀記憶合金桿通過設(shè)置在其端部的張拉螺母和固定螺母與l型支架連接，并通過調(diào)節(jié)張拉螺母和固定螺母，對形狀記憶合金桿施加預(yù)應(yīng)變。

進(jìn)一步的，本發(fā)明中，形狀記憶合金桿ni-ti的組成成分鎳鈦ni-ti比重應(yīng)近似相同，且其相變溫度af應(yīng)低于常溫，以保證形狀記憶合金桿處于奧氏體狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)材料的超彈性性能。

本發(fā)明的一種優(yōu)選方案中，l型支架與梁翼緣焊接，并在l型支架兩側(cè)分別設(shè)置一個與梁軸線平行的加勁肋，所述加勁肋與l型支架和梁翼緣焊接。

本發(fā)明的一種優(yōu)選方案中，耗能摩擦片采用非石棉材料。

本發(fā)明的一種優(yōu)選方案中，中柱內(nèi)設(shè)置有與梁的翼緣在同一水平高度處的柱翼緣加勁肋，并在中柱的翼緣和梁翼緣交接處設(shè)置墊塊，所述墊塊與中柱翼緣外側(cè)焊接，且墊塊不與l型支架連接。

本發(fā)明的一種優(yōu)選方案中，梁腹板中間設(shè)置有剪切板，所述剪切板一側(cè)與中柱翼緣焊接，另一側(cè)通過抗剪螺栓與梁腹板連接，在梁腹板相應(yīng)位置處開設(shè)有長條形槽口，所述抗剪螺栓安裝在長條形槽口中。

本發(fā)明的一種優(yōu)選方案中，梁為工字型鋼梁。

本發(fā)明的鋼框架梁-中柱節(jié)點(diǎn)，適用于提高工程結(jié)構(gòu)自復(fù)位性能和耗能能力的鋼框架結(jié)構(gòu)，通過合理地設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，在保證主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件處于彈性狀態(tài)的基礎(chǔ)上，以解決樓板布置不便、梁翼緣局部屈曲變形的困難，提高節(jié)點(diǎn)構(gòu)件的可更換性，同時也提升節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定耗能能力和自復(fù)位性能。

有益效果：本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本技術(shù)方案中形狀記憶合金桿位于上下梁翼緣內(nèi)側(cè)，一方面有效地解決了梁柱節(jié)點(diǎn)處樓板布置的不便，另一方面有利于形狀記憶合金桿和l型支架的安裝、拆卸和更換。同時，在上下梁翼緣外側(cè)均設(shè)置摩擦耗能器，既體現(xiàn)了構(gòu)件布置的對稱性，有利于結(jié)構(gòu)合理受力，又顯著地提高了節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定耗能能力。其次，摩擦耗能器體現(xiàn)了梁翼緣加強(qiáng)板的作用，防止梁端翼緣發(fā)生局部屈曲變形。

(2)本技術(shù)方案能夠有效控制鋼框架梁柱節(jié)點(diǎn)的殘余變形。當(dāng)結(jié)構(gòu)承受強(qiáng)烈地震作用時，梁柱將產(chǎn)生較大的相對轉(zhuǎn)動，致使節(jié)點(diǎn)處梁柱屈服，產(chǎn)生無法自動恢復(fù)的累積塑性變形。當(dāng)形狀記憶合金桿布置在梁上下翼緣內(nèi)側(cè)時，梁柱節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動過程中，形狀記憶合金桿始終處于受拉狀態(tài)，不會發(fā)生受壓屈曲的情況；充分利用形狀記憶合金桿優(yōu)越的超彈性，為梁柱節(jié)點(diǎn)提供較大且穩(wěn)定的回復(fù)力，顯著地減小結(jié)構(gòu)的殘余變形，從而降低結(jié)構(gòu)震后修復(fù)的成本和難度。

(3)本技術(shù)方案能夠有效地減小地震時主要構(gòu)件的非彈性變形。對于傳統(tǒng)的鋼框架梁柱節(jié)點(diǎn)，其梁柱節(jié)點(diǎn)通常為剛接，當(dāng)結(jié)構(gòu)在地震作用下發(fā)生側(cè)向變形時，不可避免地在梁柱節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生塑性鉸，使得結(jié)構(gòu)震后的維修費(fèi)用和難度均較高。本技術(shù)方案的梁柱節(jié)點(diǎn)均采用半剛性連接，節(jié)點(diǎn)彎矩主要由形狀記憶合金桿和摩擦耗能器承擔(dān)。地震時，摩擦耗能器和形狀記憶合金桿吸收絕大部分的地震能量，而主要構(gòu)件無明顯的非彈性變形，這樣可有效減小結(jié)構(gòu)震后修復(fù)的成本，且只需形狀記憶合金桿克服摩擦耗能器的塑性變形便能使節(jié)點(diǎn)完全自復(fù)位。

(4)本技術(shù)方案能夠顯著提高鋼框架梁柱節(jié)點(diǎn)的耗能能力。非石棉材料具有性能穩(wěn)定，摩擦噪聲小等優(yōu)點(diǎn)，在梁翼緣和鋼板之間填充一定的厚度的非石棉摩擦片，通過高強(qiáng)螺栓將三者組合成摩擦耗能器。地震中，摩擦耗能器作為節(jié)點(diǎn)耗能的最大貢獻(xiàn)者，消耗絕大部分地震能量，從而增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的耗能能力。由于在梁上下翼緣外側(cè)均設(shè)有摩擦耗能器，極大地提高了鋼框架梁柱節(jié)點(diǎn)的耗能能力。

(5)本技術(shù)方案構(gòu)造簡單，制作方便，非常適合工業(yè)化的生產(chǎn)和制造。由于其加工工藝與傳統(tǒng)的自定心鋼框架梁柱節(jié)點(diǎn)類似，廠家無需作較大的調(diào)整便能進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，從而降低了制造的難度和成本，具有較高的價格競爭力。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的鋼框架梁-中柱節(jié)點(diǎn)示意圖；

圖2為本發(fā)明的a-a剖面節(jié)點(diǎn)示意圖；

圖3為本發(fā)明的b-b剖面節(jié)點(diǎn)示意圖；

圖4為本發(fā)明的c-c剖面節(jié)點(diǎn)示意圖；

圖5為本發(fā)明的d-d剖面節(jié)點(diǎn)示意圖；

圖6為本發(fā)明的摩擦耗能器側(cè)視圖；

圖中有：梁1、中柱2、形狀記憶合金桿3、剪切板4、腹板抗剪螺栓5、l型支架6、柱翼緣加勁肋7、梁翼緣加勁肋8、墊板9、高強(qiáng)螺栓11、固定螺母12、張拉螺母13、耗能摩擦片14、鋼板15。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說明。

如圖1、2、3所示，本發(fā)明的翼緣摩擦型形狀記憶合金桿自復(fù)位鋼框架梁-中柱節(jié)點(diǎn)，包括一中柱2、兩根位于中柱2兩側(cè)的梁1、橫穿過中柱2的形狀記憶合金桿3、位于梁1翼緣內(nèi)側(cè)的l型支架6、位于梁1腹板中間位置的剪切板4，位于梁1翼緣外側(cè)的摩擦耗能器；摩擦耗能器包括設(shè)置在梁翼緣外側(cè)的鋼板15、填充于所述鋼板15和梁1翼緣之間的耗能摩擦片14、穿過梁1翼緣將所述鋼板15、耗能摩擦片14、l型支架6連接在一起的高強(qiáng)螺栓11。形狀記憶合金桿3的兩端分別與一根梁1中的l型支架6連接。

如圖1、2所示，形狀記憶合金桿3與l型支架6，通過調(diào)節(jié)l型支架6兩側(cè)的張拉螺母13和固定螺母12實(shí)現(xiàn)連接，并對形狀記憶合金桿3施加預(yù)應(yīng)變；形狀記憶合金桿3的組成成分鎳鈦ni-ti比重應(yīng)近似相同，且其相變溫度af應(yīng)低于常溫，以保證形狀記憶合金桿處于奧氏體狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)材料的超彈性性能。如圖1、2、3所示，l型支架6與梁1翼緣焊接，并在l型支架6兩側(cè)分別設(shè)置一道與梁1軸線平行的加勁肋8，一加勁肋8與l型支架6和梁1翼緣焊接，另一加勁肋8與l型支架6焊接。

如圖1所示，中柱2內(nèi)設(shè)置與梁1翼緣在同一水平高度處的中柱翼緣加勁肋7，并在中柱2翼緣和梁1翼緣交接處設(shè)置墊塊9，所述墊塊9與中柱2翼緣外側(cè)焊接，且墊塊9不與l型支架6連接。

如圖1、2、3所示，剪切板4一側(cè)與中柱2翼緣焊接，另一側(cè)通過抗剪螺栓5與梁1腹板連接，且梁1腹板相應(yīng)位置處開設(shè)有長條形槽口，抗剪螺栓安裝在長條形槽口中，主要是為了適應(yīng)抗剪螺栓5在節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動過程中的滑移。

綜合上述技術(shù)方案和附圖詳述本發(fā)明的實(shí)施步驟：

步驟(1)對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析，計(jì)算節(jié)點(diǎn)所需腹板高強(qiáng)螺栓5型號和個數(shù)、腹板螺栓5孔直徑、形狀記憶合金桿3的直徑和數(shù)量等參數(shù)；

步驟(2)在工廠內(nèi)加工生產(chǎn)中柱2、梁1；中柱2設(shè)計(jì)位置焊接剪切板4、柱翼緣加勁肋7，并在中柱2翼緣設(shè)計(jì)位置開設(shè)孔洞，以便形狀記憶合金桿3穿過和錨固；

步驟(3)在梁1翼緣設(shè)計(jì)位置處開設(shè)梁翼緣高強(qiáng)螺栓11孔，將l型支架6與梁1翼緣內(nèi)側(cè)進(jìn)行焊接，并在l型支架6兩側(cè)分別焊接加勁肋8；梁1腹板在設(shè)計(jì)位置開設(shè)長條形螺栓孔，內(nèi)側(cè)進(jìn)行摩擦處理；

步驟(4)對形狀記憶合金桿3進(jìn)行熱處理和訓(xùn)練，使其具有穩(wěn)定的力學(xué)性能；然后利用普通車削技術(shù)，將形狀記憶合金桿3加工成標(biāo)準(zhǔn)試件，并在兩端錨固段車螺紋；

步驟(5)將梁1起吊到安裝位置，將梁1腹板插入焊接在中柱2翼緣前后側(cè)的剪切板4之間，安裝腹板抗剪螺栓5。

步驟(6)將鋼板15和耗能摩擦片14貼在一起，然后通過高強(qiáng)螺栓11，對高強(qiáng)螺栓11施加設(shè)計(jì)預(yù)緊力，將鋼板15和耗能摩擦片14，以及梁1翼緣外側(cè)連接在一起。

步驟(7)將形狀記憶合金桿3穿過中柱2翼緣孔，兩端分別連接到中柱2兩側(cè)梁1上的l型支架6，安裝固定螺母12，再調(diào)節(jié)張拉螺母13和固定螺母12，使形狀記憶合金桿3張拉到設(shè)計(jì)初始狀態(tài)。

本發(fā)明的翼緣摩擦型形狀記憶合金桿自復(fù)位鋼框架梁-中柱節(jié)點(diǎn)，在風(fēng)荷載或多遇地震作用下，節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動位移較小，形狀記憶合金桿3發(fā)生較小的拉伸變形；梁1翼緣外側(cè)摩擦耗能器中高強(qiáng)螺栓11出現(xiàn)滑動，使得耗能摩擦片14與梁1翼緣外側(cè)發(fā)生摩擦耗能，是節(jié)點(diǎn)耗散地震能量的主要貢獻(xiàn)部分；在中震或大震作用下，梁1、中柱2相對轉(zhuǎn)動位移較大，形狀記憶合金桿3發(fā)生較大的拉伸變形，于是形狀記憶合金桿3進(jìn)入相變階段，甚至達(dá)到應(yīng)變強(qiáng)化段，與摩擦耗能器共同耗散地震能量；而利用形狀記憶合金桿3較大的回復(fù)力，節(jié)點(diǎn)便能實(shí)現(xiàn)自復(fù)位性能。

本技術(shù)方案中的l型支架6和形狀記憶合金桿3均布置在梁1翼緣內(nèi)側(cè)，不僅在受力上充分發(fā)揮了形狀記憶合金桿3的受拉性能，而且避免了因形狀記憶合金桿3和l型支架6布置在梁1翼緣外側(cè)造成的樓板布置不便的困難，增強(qiáng)了構(gòu)件的可更換性；其次，l型支架6的設(shè)置加強(qiáng)了形狀記憶合金桿3與梁1端的錨固作用；同時，l型支架6和梁1翼緣摩擦耗能器也間接發(fā)揮梁1翼緣加強(qiáng)板的作用，加強(qiáng)了梁1翼緣防止局部屈曲變形的能力；在梁1上下翼緣外側(cè)設(shè)置摩擦耗能器，極大地提升了節(jié)點(diǎn)的耗能能力。

上述實(shí)施例僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和等同替換，這些對本發(fā)明權(quán)利要求進(jìn)行改進(jìn)和等同替換后的技術(shù)方案，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。