一種通過下翼緣連接的雙側(cè)板節(jié)點及裝配方法
【專利摘要】一種通過下翼緣連接的雙側(cè)板節(jié)點及裝配方法，包括設(shè)置在多腔鋼管混凝土組合柱兩側(cè)的鋼板，兩個鋼板底部之間通過邊底板相連；鋼梁上翼緣設(shè)置有上蓋板，鋼梁下翼緣底部開設(shè)有通孔，鋼梁下翼緣設(shè)置在邊底板上，上蓋板與鋼板相連，鋼梁的腹板兩側(cè)對稱設(shè)置有連接角鋼。本發(fā)明多腔鋼管混凝土柱與鋼梁雙側(cè)板剛性連接節(jié)點連接方式以及傳力方式獨特，由于梁端與柱壁分離和全高度側(cè)板的使用。梁、柱之間的物理隔離改變了傳統(tǒng)節(jié)點的傳力路徑，消除了三軸應(yīng)力集中，不僅能使塑性鉸由節(jié)點處外移到梁上，而且消除了傳統(tǒng)節(jié)點柱翼緣撕裂破壞和節(jié)點轉(zhuǎn)動能力對柱腹板薄弱板區(qū)的依賴的缺陷。
【專利說明】
一種通過下翼緣連接的雙側(cè)板節(jié)點及裝配方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種建筑工程技術(shù)領(lǐng)域的多腔鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)，具體涉及一種通過下翼緣連接的雙側(cè)板節(jié)點及裝配方法。
【背景技術(shù)】
[0002]多腔鋼管混凝土組合柱組合結(jié)構(gòu)體系作為一種新型的鋼管混凝土組合柱結(jié)構(gòu)體系解決了住宅體系中柱腳外凸的問題，同時這種新型結(jié)構(gòu)體系充分發(fā)揮了鋼管和混凝土兩種材料的長處，具有承載力高、塑性和韌性好、施工方便等優(yōu)點。
[0003]目前我國《矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(GECS159:2004)提供的用于鋼管混凝土組合柱鋼梁節(jié)點主要由內(nèi)隔板式、外環(huán)板式等形式的節(jié)點。但到目前為止，現(xiàn)有技術(shù)中鋼管混凝土組合柱與鋼梁節(jié)點連接存在以下不足:
[0004](I)內(nèi)隔板式節(jié)點中的內(nèi)隔板與梁的翼緣在同一水平面內(nèi)時，節(jié)點滿足剛性節(jié)點的要求，但這種節(jié)點當(dāng)管柱邊較長時才能使用。因為當(dāng)邊長較小時不僅焊接困難，而且將妨礙管內(nèi)混凝土澆筑，另外梁翼緣與內(nèi)隔板在柱壁同一處兩側(cè)熔透焊縫，鋼材產(chǎn)生較大焊接殘余應(yīng)力，使得節(jié)點處的鋼材容易產(chǎn)生分層或脆性破壞。
[0005](2)影響建筑外觀和使用。如外環(huán)板節(jié)點，該節(jié)點施工簡單、傳力明確，并不受鋼管邊長的限制，但需要足夠大的水平環(huán)板保證節(jié)點的強度，用鋼量比內(nèi)隔板節(jié)點大。并應(yīng)用于邊角柱時，水平環(huán)板不僅妨礙墻板的安裝，而且造成加強環(huán)突出建筑立面，使得室內(nèi)外節(jié)點處有凸角，影響觀感，需要靠裝飾或吊頂來解決。
[0006](3)節(jié)點力學(xué)性能和施工的簡易性、經(jīng)濟性不能兩全。在實際應(yīng)用中，有些節(jié)點類型力學(xué)性能較好，節(jié)點的整體剛度也好，但材料用量大，施工復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種通過下翼緣連接的雙側(cè)板節(jié)點及裝配方法，通過采用梁端與柱壁緣分離和全高度側(cè)板，滿足“強柱弱梁，強節(jié)點弱構(gòu)件”的設(shè)計原則，節(jié)點構(gòu)造簡單，傳力明確，裝配程度高。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)。
[0009]—種通過下翼緣連接的雙側(cè)板節(jié)點，包括設(shè)置在多腔鋼管混凝土組合柱兩側(cè)的鋼板，兩個鋼板底部之間通過邊底板相連;鋼梁上翼緣設(shè)置有上蓋板，鋼梁下翼緣底部開設(shè)有通孔，鋼梁下翼緣設(shè)置在邊底板上，上蓋板與鋼板相連，鋼梁的腹板兩側(cè)對稱設(shè)置有連接角鋼。
[0010]所述多腔鋼管混凝土組合柱包括位于兩端的暗柱，兩個暗柱之間設(shè)置有相平行的腹板，腹板之間通過隔板連接。
[0011 ]所述鋼板通過焊縫設(shè)置在多腔鋼管混凝土組合柱上。
[0012]所述上蓋板通過角焊縫與鋼板連接。
[0013]所述邊底板通過角焊縫與鋼板連接。
[0014]每個鋼板上均開設(shè)有定位開孔，連接角鋼上開設(shè)有孔，通過螺栓將鋼板和連接角鋼固定。
[0015]所述鋼梁為工字鋼梁。
[0016]所述邊底板上開設(shè)有螺紋孔，鋼梁下翼緣上開設(shè)有螺紋孔，邊底板和鋼梁下翼緣通過螺栓連接。
[0017]—種通過下翼緣連接的雙側(cè)板節(jié)點的裝配方法，先將鋼板通過焊縫固定在多腔鋼管混凝土組合柱兩側(cè)，再于鋼板底部設(shè)置邊底板，邊底板將鋼板連接，得到預(yù)制好的多腔鋼管混凝土組合柱;在工字鋼梁上翼緣上設(shè)置上蓋板，將兩根連接角鋼設(shè)置在工字鋼梁腹板處，并在工字鋼梁下翼緣開設(shè)螺紋孔，得到預(yù)制好的鋼梁;然后將預(yù)制好的多腔鋼管混凝土組合柱和鋼梁運輸?shù)浆F(xiàn)場，將混凝土澆筑于多腔鋼管混凝土組合柱內(nèi)，再將預(yù)制好的鋼梁從上向下吊裝到節(jié)點區(qū)域，使得工字鋼梁下翼緣與邊底板接觸，采用螺栓將連接角鋼與鋼板固定，再采用螺栓將邊底板與工字鋼梁下翼緣連接，將上蓋板與鋼板通過焊接連接，完成裝配。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:
[0019](I)本發(fā)明通過邊底板將設(shè)置在組合柱兩側(cè)的鋼板底部相連，在鋼梁上翼緣設(shè)置上蓋板，在鋼梁下翼緣開設(shè)孔，通過上蓋板與鋼板連接，鋼梁下翼緣設(shè)置在邊底板上，多腔鋼管混凝土柱與鋼梁雙側(cè)板剛性連接節(jié)點連接方式以及傳力方式獨特，由于梁端與柱壁分離和全高度側(cè)板的使用。梁、柱之間的物理隔離改變了傳統(tǒng)節(jié)點的傳力路徑，消除了三軸應(yīng)力集中，不僅能使塑性鉸由節(jié)點處外移到梁上，而且消除了傳統(tǒng)節(jié)點柱翼緣撕裂破壞和節(jié)點轉(zhuǎn)動能力對柱腹板薄弱板區(qū)的依賴的缺陷。滿足“強柱弱梁，強節(jié)點弱構(gòu)件”的設(shè)計及原則。
[0020](2)由于全高度雙側(cè)板(即鋼板)的使用，多腔鋼管混凝土組合柱身保持完整性，使得鋼管內(nèi)混凝土澆筑更加方便，容易保證節(jié)點域混凝土的澆筑質(zhì)量。
[0021](3)由于鋼梁只通過上蓋板、邊底板以及連接角鋼將彎矩剪力傳遞給雙側(cè)板(即鋼板)，使得鋼梁可以與柱端分離，減少了鋼梁的凈跨，可以一定程度上降低鋼梁的高度，滿足住宅用戶對住宅功能的需求。
[0022](4)本發(fā)明的節(jié)點裝配化程度高，多腔鋼管混凝土組合柱、鋼板、鋼梁、上蓋板、邊底板和連接角鋼均可在工廠預(yù)制完成，減少安裝的焊接工作量，現(xiàn)場安裝只需定位裝配。節(jié)點形式簡單，裝配化程度高，安裝方便快捷。由于現(xiàn)場安裝時避免采用傳統(tǒng)的熔透焊，傳統(tǒng)熔透焊容易使鋼材產(chǎn)生較大焊接殘余應(yīng)力，使得節(jié)點處的鋼材容易產(chǎn)生分層或脆性破壞。
[0023]本發(fā)明節(jié)點現(xiàn)場安裝時采用角焊縫連接，焊縫質(zhì)量容易保證，節(jié)點連接可靠。
[0024]進一步的，由于鋼板與鋼管混凝土組合柱只在外柱壁通過焊縫連接，鋼管混凝土內(nèi)部沒有焊縫，與傳統(tǒng)節(jié)點相比，該節(jié)點構(gòu)造簡單，受力合理。
【附圖說明】
[0025]圖1為預(yù)制多腔鋼管混凝土組合柱的示意圖；
[0026]圖2為預(yù)制鋼梁的示意圖。
[0027]圖3為本發(fā)明的裝配示意圖。
[0028]圖4為梁上下翼緣屈服示意圖。
[0029]圖5為梁端出現(xiàn)塑性鉸示意圖。
[0030]圖6為蓋板破壞示意圖。
[0031]圖7為最終破壞示意圖。
[0032]圖8為滯回曲線圖。
[0033]圖中，I為多腔鋼管混凝土組合柱，2為鋼梁，3為鋼板，4為上蓋板，5為邊底板，6為連接角鋼，7為螺栓。
【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明:本實施例在本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
[0035]參見圖3，本發(fā)明包括設(shè)置在多腔鋼管混凝土組合柱兩側(cè)的鋼板3，即2個鋼板設(shè)置在多腔鋼管混凝土組合柱兩側(cè)，兩個鋼板3底部通過邊底板5相連，并且邊底板5的一端與多腔鋼管混凝土組合柱接觸;上蓋板4、邊底板5均通過角焊縫與鋼板3連接，并且鋼板3通過焊縫設(shè)置在多腔鋼管混凝土組合柱上。
[0036]鋼梁上翼緣設(shè)置有上蓋板4，上蓋板4通過角焊縫與鋼板3連接，鋼梁下翼緣底部開設(shè)有通孔，鋼梁下翼緣設(shè)置在邊底板5上，上蓋板4兩側(cè)與鋼板3相連，鋼梁的腹板處對稱設(shè)置有連接角鋼6，即鋼梁的腹板一側(cè)設(shè)置一個連接角鋼6，每個連接角鋼6上開設(shè)有孔，每個鋼板3上開設(shè)有定位開孔，將連接角鋼6通過螺栓與鋼板3固定。本發(fā)明中鋼梁通過上蓋板、第一加強肋連接于多腔鋼管混凝土組合柱兩側(cè)的鋼板3的外伸端。
[0037]本發(fā)明中多腔鋼管混凝土組合柱包括位于兩端的暗柱，兩個暗柱之間設(shè)置有相平行的腹板，腹板之間通過隔板連接，混凝土澆筑其中。
[0038]所述鋼梁為工字鋼梁，并且鋼梁的端部設(shè)置有加勁肋。
[0039]上述一種通過下翼緣連接的雙側(cè)板節(jié)點的裝配方法，參見圖1，預(yù)先在鋼板按照設(shè)計定位開孔，再將鋼板3通過焊縫固定在多腔鋼管混凝土組合柱兩側(cè)，再于每個鋼板底部設(shè)置邊底板5，邊底板5將多腔鋼管混凝土組合柱兩側(cè)的鋼板連接，得到預(yù)制好的多腔鋼管混凝土組合柱;參見圖2，先在連接角鋼6上開設(shè)孔洞，再將上蓋板4設(shè)置在工字鋼梁上翼緣上，在工字鋼梁下翼緣上開設(shè)螺紋孔，將兩根連接角鋼6設(shè)置在工字鋼梁腹板處，得到預(yù)制好的鋼梁；參見圖3，然后將預(yù)制好的多腔鋼管混凝土組合柱和鋼梁運輸?shù)浆F(xiàn)場，將混凝土澆筑于多腔鋼管混凝土組合柱內(nèi)，再將預(yù)制好的鋼梁從上向下吊裝到節(jié)點區(qū)域，使得工字鋼梁下翼緣與邊底板5接觸，采用螺栓7將連接角鋼6與鋼板3固定，再采用螺栓7將工字鋼梁下翼緣與邊底板5固定，將上蓋板4與兩側(cè)的鋼板相連，完成裝配。
[0040]本發(fā)明中可以在工廠預(yù)制完成鋼板按照定位焊接于多腔鋼管混凝土組合柱兩側(cè)，并在兩個鋼板3底部設(shè)置邊底板，通過邊底板將兩個鋼板相連。在工廠內(nèi)先預(yù)制鋼梁、上蓋板和連接角鋼，然后再于工廠內(nèi)將上蓋板按照設(shè)計尺寸焊接于鋼梁上翼緣和按照設(shè)計尺寸在鋼梁下翼緣開設(shè)螺紋孔，將連接角鋼按照定位尺寸焊接在鋼梁腹板處，上述過程均是在工廠中提前預(yù)制好的，節(jié)省了現(xiàn)場制作的不便，提高了效率。現(xiàn)場安裝時，將鋼梁自上而下吊裝定位于節(jié)點區(qū)域，連接角鋼和多腔鋼管混凝土組合柱兩側(cè)的鋼板通過安裝螺絲連接，固定鋼梁的位置。
[0041]本發(fā)明節(jié)點有兩大創(chuàng)新:梁端與柱壁緣分離和全高度側(cè)板的使用。梁、柱之間的物理隔離改變了傳統(tǒng)節(jié)點的傳力路徑，消除了三軸應(yīng)力集中，不僅能使塑性鉸由節(jié)點處外移到梁上，而且消除了傳統(tǒng)節(jié)點柱翼緣撕裂破壞和節(jié)點轉(zhuǎn)動能力對柱腹板薄弱板區(qū)的依賴的缺陷。滿足“強柱弱梁，強節(jié)點弱構(gòu)件”的設(shè)計及原則。同時節(jié)點可以分為2部分分別在工廠預(yù)制完成，現(xiàn)場安裝只需簡單裝配，節(jié)點構(gòu)造簡單裝配化程度高。
[0042]下面對本發(fā)明的破壞模式和節(jié)點的抗震性能進行說明。
[0043]現(xiàn)以多腔鋼管混凝土組合柱一鋼梁U形剛接節(jié)點為列說明新型節(jié)點的力學(xué)性能。利用ABAQUS軟件對節(jié)點進行有限元分析，節(jié)點柱為200x600的多腔鋼管混凝土組合柱，梁采用H350xl50x6xl0的焊接工字鋼，節(jié)點處雙側(cè)板以及蓋板厚度均與梁翼緣同厚。有限元分析結(jié)果如下。
[0044]1.破壞模式
[0045]本發(fā)明的多腔鋼管混凝土組合柱一鋼梁剛性連接節(jié)點，由于采用多腔鋼管混凝土組合柱，鋼管對混凝土有較強的約束作用，柱身整體的承載力以及延性均比較好，實現(xiàn)了強柱弱梁，強節(jié)點弱構(gòu)件的設(shè)計要求。本發(fā)明的連接節(jié)點的破壞順序如圖4-7所示。(I)當(dāng)水平外力作用時，節(jié)點區(qū)域梁端上下翼緣首先進入塑性，而蓋板和側(cè)板除了少部分應(yīng)力集中區(qū)域屈服外，其余大部分區(qū)域鋼材仍處于彈性階段(如圖4所示)。(2)隨著外力增大，梁端先于其他部分首先出現(xiàn)塑性鉸(如圖5所示)，此時蓋板部分區(qū)域鋼材屈服進入塑性階段，而側(cè)板除少部分應(yīng)力集中區(qū)域外，大部分區(qū)域鋼材仍處于彈性階段。(3)由于鋼材材料的強化作用，當(dāng)外力荷載持續(xù)增大時，蓋板兩側(cè)與側(cè)板連接區(qū)域鋼板剪切屈服，鋼材進入塑性發(fā)展階段，此時節(jié)點側(cè)板大部分區(qū)域仍處于彈性階段，只有少部分應(yīng)力集中處鋼板屈服(如圖6所示)。(4)如圖7所示，隨著荷載的不斷增加，結(jié)構(gòu)最終破壞，此時梁端上下翼緣屈曲，而側(cè)板仍只有部分進入塑性階段，節(jié)點區(qū)域的側(cè)板大部分仍處于彈性階段。
[0046]2.節(jié)點的抗震性能
[0047]根據(jù)抗震概念設(shè)計原則，結(jié)構(gòu)應(yīng)具備多道抗震設(shè)防線，避免因部分構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整體體系破壞，同時也要求結(jié)構(gòu)應(yīng)具備必要的強度、良好的變形能力和耗能能力。本發(fā)明的剛性連接節(jié)點，采用柱與梁端隔離的方式，通過全高度側(cè)板以及蓋板構(gòu)成的節(jié)點連接件來傳遞梁端彎矩以及剪力。
[0048]由于上述的破壞順序，當(dāng)?shù)卣鹱饔脮r，梁端首先出現(xiàn)塑性鉸，消耗一定的地震能量，之后蓋板剪切屈服，進一步耗散地震能量，最終破壞時，節(jié)點區(qū)域側(cè)板只是部分屈服進入塑性，大部分仍處于彈性階段。整體結(jié)構(gòu)滿足“強柱弱梁，強節(jié)點弱構(gòu)件”的設(shè)計原則。
[0049]延性是指結(jié)構(gòu)或破壞之前，其承載力無顯著降低的條件下經(jīng)受非彈性變形能力，在結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計中，延性指標(biāo)是一個重要特性。多腔鋼管混凝土組合柱一鋼梁U形剛接節(jié)點的層間位移角為7%—10% ,滿足我國規(guī)范要求。
[0050]當(dāng)結(jié)構(gòu)處于地震作用時，結(jié)構(gòu)有一個能量吸收和耗散的持續(xù)過程。當(dāng)結(jié)構(gòu)進入彈塑性狀態(tài)時，其抗震性能主要取決于構(gòu)件耗能能力。滯回曲線中加載階段曲線所包圍的面積可以反映結(jié)構(gòu)吸收能量的大小;而卸載時的曲線與加載時曲線所包圍的面積即為耗散能量。這些能量是通過材料的內(nèi)摩阻或局部損傷而將能量變?yōu)闊崮苌⑹У娇臻g中去。散失的能量越多，結(jié)構(gòu)破壞的可能性越小。由于上述的節(jié)點破壞順序，梁端以及蓋板先后耗散大量地震能量，最終保證節(jié)點的具有較好的耗能能力。如圖8所示，節(jié)點的滯回曲線飽滿，沒有明顯的捏縮現(xiàn)象，耗散大量地震能量，節(jié)點的耗能能力好，具有較強的抗震性能。
【主權(quán)項】
1.一種通過下翼緣連接的雙側(cè)板節(jié)點，其特征在于，包括設(shè)置在多腔鋼管混凝土組合柱兩側(cè)的鋼板(3)，兩個鋼板(3)底部之間通過邊底板(5)相連;鋼梁上翼緣設(shè)置有上蓋板(4)，鋼梁下翼緣底部開設(shè)有通孔，鋼梁下翼緣設(shè)置在邊底板(5)上，上蓋板(4)與鋼板(3)相連，鋼梁的腹板兩側(cè)對稱設(shè)置有連接角鋼(6)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過下翼緣連接的雙側(cè)板節(jié)點，其特征在于，所述多腔鋼管混凝土組合柱包括位于兩端的暗柱，兩個暗柱之間設(shè)置有相平行的腹板，腹板之間通過隔板連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過下翼緣連接的雙側(cè)板節(jié)點，其特征在于，所述鋼板(3)通過焊縫設(shè)置在多腔鋼管混凝土組合柱上。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過下翼緣連接的雙側(cè)板節(jié)點，其特征在于，所述上蓋板(4)通過角焊縫與鋼板(3)連接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過下翼緣連接的雙側(cè)板節(jié)點，其特征在于，所述邊底板(5)通過角焊縫與鋼板(3)連接。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過下翼緣連接的雙側(cè)板節(jié)點，其特征在于，每個鋼板(3)上均開設(shè)有定位開孔，連接角鋼(6)上開設(shè)有孔，通過螺栓(7)將鋼板和連接角鋼固定。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過下翼緣連接的雙側(cè)板節(jié)點，其特征在于，所述鋼梁為工字鋼梁。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過下翼緣連接的雙側(cè)板節(jié)點，其特征在于，所述邊底板(5)上開設(shè)有螺紋孔，鋼梁下翼緣上開設(shè)有螺紋孔，邊底板和鋼梁下翼緣通過螺栓連接。9.一種通過下翼緣連接的雙側(cè)板節(jié)點的裝配方法，其特征在于，先將鋼板(3)通過焊縫固定在多腔鋼管混凝土組合柱兩側(cè)，再于鋼板底部設(shè)置邊底板(5)，邊底板(5)將鋼板連接，得到預(yù)制好的多腔鋼管混凝土組合柱;在工字鋼梁上翼緣上設(shè)置上蓋板(4)，將兩根連接角鋼(6)設(shè)置在工字鋼梁腹板處，并在工字鋼梁下翼緣開設(shè)螺紋孔，得到預(yù)制好的鋼梁;然后將預(yù)制好的多腔鋼管混凝土組合柱和鋼梁運輸?shù)浆F(xiàn)場，將混凝土澆筑于多腔鋼管混凝土組合柱內(nèi)，再將預(yù)制好的鋼梁從上向下吊裝到節(jié)點區(qū)域，使得工字鋼梁下翼緣與邊底板(5)接觸，采用螺栓(7)將連接角鋼(6)與鋼板(3)固定，再采用螺栓(7)將邊底板(5)與工字鋼梁下翼緣連接，將上蓋板(4)與鋼板通過焊接(3)連接，完成裝配。
【文檔編號】E04B1/58GK105863080SQ201610343483
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月20日
【發(fā)明人】薛強, 郝際平, 樊春雷, 孫曉嶺, 陳永昌, 劉斌, 黃育琪, 王磊, 劉瀚超, 何夢楠, 尹偉康, 張峻銘, 趙子健
【申請人】西安建筑科技大學(xué)