一种波纹钢腹板梁钢框架梁柱连接节点及装配方法

摘要

本发明公开了一种波纹钢腹板梁钢框架梁柱连接节点及装配方法，采用箱形柱、过渡梁段和连接梁段结构，过渡梁段的过渡腹板垂直固定于过渡上翼缘和过渡下翼缘板之间，过渡腹板、过渡上翼缘和过渡下翼缘板一端端部与箱形柱外壁固定连接，连接梁段的一端固定有端板，过渡梁段的过渡腹板与端板通过螺栓紧固连接，用过渡梁段和连接梁段进行拼接，形成螺栓连接的拼接安装结构，在设计弯矩作用过渡梁段和连接梁段连接处不发生屈服，在地震作用下，过渡梁段和连接梁段连接处先于主体钢框架发生屈服，用低屈服点钢的高延性和高耗能能力集中损伤于过渡梁段和连接梁段连接处，达到保护主体结构的目的，震后通过更换翼缘屈曲约束装置实现结构功能的快速恢复。

说明书

技术领域

本发明属于建筑工程领域，具体涉及一种波纹钢腹板梁钢框架梁柱连接节点及装配方法。

背景技术

随着城市建设的发展，要求城市建设中形成的建筑体能够使城市自身抵御灾害，并能快速恢复，以保持城市功能正常运行，提升城市的风险防控能力。要实现“可恢复功能抗震城市”这一目标，震后“可恢复功能抗震结构”是亟需解决的关键问题。传统的钢结构体系部分构件在实际工程中广泛应用焊接刚性连接，由于连接的梁翼缘焊缝应力峰值在焊缝的起、灭弧处，更易引起连接在焊缝处的断裂和撕裂，导致连接的塑性转动能力较差，传统钢框架节点梁柱连接焊缝易于破坏，不易实现震后修复。

发明内容

本发明的目的在于提供一种波纹钢腹板梁钢框架梁柱连接节点及装配方法，以克服现有技术的不足。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种波纹钢腹板梁钢框架梁柱连接节点，其包括箱形柱、过渡梁段和连接梁段，过渡梁段包括过渡上翼缘、过渡下翼缘板及过渡腹板，过渡腹板垂直固定于过渡上翼缘和过渡下翼缘板之间，过渡腹板、过渡上翼缘和过渡下翼缘板一端端部与箱形柱外壁固定连接，连接梁段的一端固定有端板，过渡梁段的过渡腹板与端板通过螺栓紧固连接。

进一步的，箱形柱内固定有至少两块横隔板，其中一块横隔板的端面与过渡上翼缘的端面对齐，该横隔板的上表面与过渡上翼缘的上表面平齐；另一块横隔板的端面与过渡下翼缘的端面对齐，该横隔板的下表面与过渡下翼缘的下表面平齐。

进一步的，过渡上翼缘的厚度和过渡下翼缘板的厚度一致，横隔板的厚度大于过渡上翼缘的厚度。

进一步的，横隔板与过渡上翼缘的厚度差为2mm。

进一步的，连接梁段包括连接上翼缘、连接下翼缘板及连接腹板，连接腹板垂直固定于连接上翼缘和连接下翼缘板之间，端板垂直设置于连接上翼缘、连接下翼缘板及连接腹板的端部。

进一步的，连接腹板采用波纹腹板H型钢梁。

进一步的，过渡梁段的翼缘和腹板上均设有螺栓孔，过渡梁段的翼缘与连接梁段的翼缘通过翼缘屈曲约束装置固定连接，翼缘屈曲约束装置包括翼缘连接板和设置于翼缘连接板上的屈曲约束板，翼缘连接板上端位于屈曲约束板两侧分别设有一个端部加厚板。

进一步的，过渡梁段的过渡腹板与端板通过腹板角钢固定连接，过渡腹板两侧分别设有一个腹板角钢，两个腹板角钢对称设置于过渡腹板两侧与端板通过螺栓紧固连接。

进一步的，过渡上翼缘和过渡下翼缘板平行设置，过渡腹板两端分别与过渡上翼缘和过渡下翼缘板焊接。

一种波纹钢腹板梁钢框架梁柱连接节点的装配方法，包括以下步骤：

S1，在箱形柱的节点处采用电渣压力焊的方法固定横隔板，然后将过渡梁段焊接在箱形柱的节点处外侧；

S2，预制连接梁段，在连接梁段端部焊接端板，过渡梁段的翼缘板及腹板、连接梁段的翼缘板及端板上预留螺栓孔；

S3，将过渡梁段与连接梁段采用翼缘屈曲约束装置连接，安装过程中先通过螺栓预紧，将过渡梁段与连接梁段对齐后拧紧，即可完成波纹钢腹板梁钢框架梁柱连接节点的装配。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明一种波纹钢腹板梁钢框架梁柱连接节点，采用箱形柱、过渡梁段和连接梁段结构，过渡梁段包括过渡上翼缘、过渡下翼缘板及过渡腹板，过渡腹板垂直固定于过渡上翼缘和过渡下翼缘板之间，过渡腹板、过渡上翼缘和过渡下翼缘板一端端部与箱形柱外壁固定连接，连接梁段的一端固定有端板，过渡梁段的过渡腹板与端板通过螺栓紧固连接，利用过渡梁段和连接梁段进行拼接，形成螺栓连接的拼接安装结构，在设计弯矩作用过渡梁段和连接梁段连接处不发生屈服，在地震作用下，过渡梁段和连接梁段连接部分先于主体钢框架发生屈服，利用低屈服点钢的高延性和高耗能能力集中损伤于过渡梁段和连接梁段连接处，达到保护主体结构的目的，震后通过更换连接部分实现结构功能的快速恢复。

进一步的，箱形柱内横隔板，横隔板与过渡梁段的翼缘的对齐，能够有效避免主体结构受到作用力的破坏，提高主体结构的连接强度。

进一步的，横隔板的厚度大于过渡上翼缘的厚度，确保箱形柱侧壁结构支撑稳定性。

进一步的，过渡梁段的翼缘与连接梁段的翼缘通过翼缘屈曲约束装置固定连接，翼缘屈曲约束装置的翼缘连接板中间段为低屈服点钢，外围设置有防止内核材料屈曲的约束板件，翼缘连接板上位于屈曲约束板两侧分别设有一个端部加厚板，利用翼缘连接板进行连接，在翼缘连接板中间设置屈曲约束板，在地震作用下，翼缘连接板中间段内核构件先于主体钢框架发生屈服，利用低屈服点钢的高延性和高耗能能力集中损伤于翼缘连接板内核构件，达到保护主体结构的目的，震后通过更换翼缘屈曲约束装置实现结构功能的快速恢复。

一种波纹钢腹板梁钢框架梁柱连接节点的装配方法，可以在工厂预制完成，以保证焊缝质量，运输到现场采用过渡梁段和连接梁段螺栓拼接的方式连接，完成装配，便于工厂加工、现场安装、集中损伤及震后修复，具有良好的全寿命成本效益。

附图说明

图1为本发明实施例中连接节点的装配示意图。

图2为本发明实施例中连接节点拆解结构示意图。

图3为本发明实施例中翼缘屈曲约束装置结构示意图。

图4为本发明实施例中连接节点的荷载破坏示意图。

图5为本发明实施例中连接节点的荷载-位移曲线图。

图中：1-箱形柱、2-过渡梁段、3-连接梁段、4-端板、5-翼缘屈曲约束装置、6-腹板角钢、7-螺栓。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图1～2所示，一种波纹钢腹板梁钢框架梁柱连接节点，其包括箱形柱1、过渡梁段2和连接梁段3，过渡梁段2包括过渡上翼缘、过渡下翼缘板及过渡腹板，过渡腹板垂直固定于过渡上翼缘和过渡下翼缘板之间，过渡腹板、过渡上翼缘和过渡下翼缘板一端端部与箱形柱1外壁固定连接，连接梁段3的一端固定有端板4，过渡梁段2的过渡腹板与端板4通过螺栓紧固连接。

过渡上翼缘和过渡下翼缘板平行设置，过渡腹板两端分别与过渡上翼缘和过渡下翼缘板焊接，过渡腹板沿过渡上翼缘和过渡下翼缘板的几何中心线设置；过渡腹板、过渡上翼缘和过渡下翼缘板一端端部与箱形柱1外壁焊接，形成稳定连接结构。过渡腹板的宽度方向与箱形柱1的高度方向平行。

箱形柱1内固定有至少两块横隔板，其中的两块横隔板分别与过渡梁段2的过渡上翼缘和过渡下翼缘板在同一平面内，即其中一块横隔板的端面与过渡上翼缘的端面对齐，该横隔板的上表面与过渡上翼缘的上表面平齐，另一块横隔板的端面与过渡下翼缘的端面对齐，该横隔板的下表面与过渡下翼缘的下表面平齐，过渡上翼缘的厚度和过渡下翼缘板的厚度一致，横隔板的厚度大于过渡上翼缘的厚度，具体厚度差为2mm。

横隔板采用电渣压力焊的方法焊于箱形柱1节点处，上、下两块横隔板的上表面和下表面分别和过渡上翼缘和过渡下翼缘板的上表面和下表面对齐；过渡梁段2与箱形柱1采用焊缝连接。

连接梁段3包括连接上翼缘、连接下翼缘板及连接腹板，连接腹板垂直固定于连接上翼缘和连接下翼缘板之间，端板4垂直设置于连接上翼缘、连接下翼缘及连接腹板的端部，连接腹板采用波纹腹板H型钢梁。

过渡梁段2的翼缘和腹板上均设有螺栓孔，过渡梁段2的翼缘与连接梁段3的翼缘通过翼缘屈曲约束装置5固定连接，翼缘屈曲约束装置5包括翼缘连接板和设置于翼缘连接板上的屈曲约束板，翼缘连接板中间段上设有限位台，屈曲约束板上设有限位孔，通过限位销进行定位安装，翼缘连接板上端位于屈曲约束板两侧分别设有一个端部加厚板，用于提高连接强度。

具体的，过渡上翼缘与连接上翼缘通过上翼缘连接板固定连接，上翼缘连接板的两端分别与过渡上翼缘与连接上翼缘通过螺栓固定连接，上翼缘连接板中间设置屈曲约束板，上翼缘连接板的上端位于屈曲约束板两侧通过端部加厚板限位固定的同时进一步加强连接强度；同理的，过渡下翼缘与连接下翼缘通过下翼缘连接板固定连接，下翼缘连接板的两端分别与过渡下翼缘与连接下翼缘下端面贴合后通过螺栓固定连接，下翼缘连接板中间设置屈曲约束板，下翼缘连接板的下端位于屈曲约束板两侧通过端部加厚板限位固定的同时进一步加强连接强度。如图3所示，翼缘连接板中间段为内核屈服段。

过渡梁段2的过渡腹板与端板4通过腹板角钢6固定连接，过渡腹板两侧分别设有一个腹板角钢6，两个腹板角钢6对称设置于过渡腹板两侧与端板4通过螺栓紧固连接。

过渡梁段2材料的强度等级高于连接梁段3材料的强度等级。螺栓7采用高强度螺栓。在翼缘板的拼接中呈两列横向排列，中间螺栓间距较大，所述多个高强度螺栓7在腹板的拼接中呈单列纵向排列。

在箱形柱1的节点部位焊接过渡梁段2，得到预制好的带悬臂梁段的节点；然后运输到现场采用全螺栓连接的方式将过渡梁段2与波纹腹板H型的连接梁段3相连，完成装配，形成配置可更换翼缘屈曲约束装置的波纹钢腹板梁钢框架梁柱节点。

一种波纹钢腹板梁钢框架梁柱连接节点装配方法，包括以下步骤：

S1，采用电渣压力焊的方法将横隔板焊于箱形柱1的节点处，上、下两块横隔板的上表面和下表面分别和短梁段上、下翼缘板的上表面和下表面对齐；

S2，过渡梁段2包括过渡上翼缘、过渡下翼缘板及过渡腹板，过渡梁段2采用比连接梁段3更高一个强度等级或更大厚度的钢材，拼接处短梁段翼缘板及腹板上预留螺栓孔；

S3，将过渡梁段2与箱形柱1采用焊缝连接，形成带悬臂梁段的钢柱；

S4，预制连接梁段3：连接梁段3端部焊接端板4，过渡梁段2的翼缘板及腹板、连接梁段3的翼缘板及端板4上预留螺栓孔；

S5，将过渡梁段2与连接梁段3采用翼缘屈曲约束装置及腹板拼接角钢6通过预留螺栓孔采用多个高强度螺栓7拼接，完成装配，形成一种波纹钢腹板梁钢框架梁柱连接节点。

本发明一种波纹钢腹板梁钢框架梁柱连接节，利用翼缘屈曲约束装置及腹板拼接角钢6将过渡梁段2与连接梁段3固定连接，形成一种可拆卸更换的波纹钢腹板梁钢框架梁柱连接节点结构，结构简单，且采用翼缘屈曲约束装置连接，在梁结构受损时能够确保过渡梁段2与连接梁段3连接端的安全，便于拆卸；本发明结构简单，只需要在工厂完成加工，从而加快施工速度，并保证工程质量。运输到现场通过全螺栓连接的方式将短梁段与波纹腹板H型钢梁相连，完成装配，形成配置翼缘屈曲约束装置的波纹钢腹板梁钢框架梁柱连接节点，梁柱连接方便，实用性好。在地震荷载作用下可以利用翼缘屈曲约束装置内核段反复屈服来耗散能量，集中损伤，从而保护主体结构，同时，震后可以采用更换翼缘屈曲约束装置的方式将短梁段与波纹腹板H型钢梁重新用高强度螺栓连接，方便快捷。该节点便于工厂加工、现场安装、集中损伤及震后修复，具有良好的全寿命经济效益。

上面对本申请的较佳实施例作了详细描述，是为了便于该技术领域的技术人员能理解和应用本发明钢框架梁柱节点。但是本专利并不限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在其知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。

下面对本发明的配置翼缘屈曲约束装置的波纹钢腹板梁钢框架梁柱连接节点的破坏模式和承载性能进行说明。

运用有限元软件ABAQUS对本发明的配置翼缘屈曲约束装置的波纹钢腹板梁钢框架梁柱连接节点的力学性能进行模拟分析，考虑到本模型仅为结构可行性分析提供参考，为提高计算效率，对其在单调荷载作用下的受力行为进行试算。钢柱截面为300×300×16×16，短梁段截面为353×200×10×16，波纹腹板H型钢梁截面为353×200×3.5×10。钢柱高度为3000mm，短梁段长度为600mm，H型梁长度为2000mm。腹板拼接角钢采用L95×10，翼缘连接板内核厚度为16mm，端部加强度厚度为33mm，外围约束板厚度为16mm，翼缘连接板内核与外围约束板间隙为1mm，除了翼缘连接板内核材料采用LY225钢材，其余均采用Q345钢材。上、下翼缘板的拼接各需要螺栓20颗，腹板的拼接需要螺栓9颗，采用10.9级高强度螺栓摩擦型连接，在有限元中考虑其预拉力和表面接触作用。首先施加螺栓预紧力，然后施加柱顶轴力，最后施加柱顶水平位移荷载。有限元分析结果如下。

(1)破坏模式。配置翼缘屈曲约束装置的波纹钢腹板梁钢框架梁柱连接节点的破坏示意图如图4所示。在单调荷载作用下，塑性应变集中于翼缘连接板内核构件，梁柱主体结构基本保持弹性，说明本发明的节点形式基本可以实现集中损伤及震后修复的目的。

(2)承载性能。图5为配置翼缘屈曲约束装置的波纹钢腹板梁钢框架梁柱连接节点的荷载-位移曲线图，由图可知，节点承载性能良好，无下降段，说明本发明节点的具有较强的抗震性能、稳定的承载性能和耗能能力。

本发明通过将翼缘屈曲约束装置与波纹腹板H型钢梁相结合，以发挥波纹腹板H型钢梁自重轻、造价低、低碳节能及较高的稳定承载力，及低屈服点钢材稳定的耗能能力的优势。在设计弯矩作用下翼缘连接板内核截面不发生屈服，在地震作用下，内核构件先于主体钢框架发生屈服，利用低屈服点钢的高延性和高耗能能力集中损伤于翼缘连接板内核构件，达到保护主体结构的目的，震后通过更换翼缘屈曲约束装置实现结构功能的快速恢复。

本发明构造简单，连接方便，受力合理。短梁段与带内隔板的箱形柱之间采用全焊缝连接，可以在工厂预制完成，以保证焊缝质量，运输到现场采用短梁段与波纹腹板H型钢梁全螺栓拼接的方式连接，完成装配，形成配置可更换翼缘屈曲约束装置的波纹钢腹板梁钢框架梁柱节点。该节点便于工厂加工、现场安装、集中损伤及震后修复，具有良好的全寿命成本效益。