震后可替换的上端悬挂式钢框架耗能梁柱节点的制作方法

本实用新型涉及减震技术领域，尤其是涉及一种震后可替换的上端悬挂式钢框架耗能梁柱节点。

背景技术：

耗能减震是目前减少建筑主体结构在地震下的地震反应并防止其大震不倒的最有效手段之一.耗能减震的方式主要有两种:一种是通过设额外的耗能阻尼器耗散地震能量,而设置的位置一般局限在梁柱开间之间,通过楼层间的相对变形来实现耗能，如图1的A、B、C所示，耗能元件分别为金属阻尼器1，支撑架2，粘滞阻尼器3以及防屈曲耗能支撑阻尼器4；另一种是通过结构构件(梁端)屈服形成塑性铰耗能，如图1的D所示，包括梁端塑性耗能区5。这两种耗能方式分别存在着以下问题：首先，对于一些要求具有大开间或大门窗等使用功能的建筑，在梁柱开间中设置耗能阻尼器的这一类方式将会影响到建筑的正常使用功能；其次，在1994年美国的北岭地震和1995年的日本阪神地震中均发现，传统的梁柱翼缘焊接的刚性节点形式如图2-3所示，其中主要包括钢梁6和钢柱7，然而，其梁端塑性铰耗能机制无法实现，往往会由于梁端焊缝应力集中而首先发生焊缝的低周疲劳断裂。基于此，人们又提出通过“狗骨式”节点如图4-5所示，其中包括工字形钢柱7、与传统工字形钢梁6相异的塑性耗能区域8，把梁端区域进行局部削弱以使塑性区由梁端焊缝位置转移到截面被削弱的区域。这种梁端塑性区转移的方式虽然能够避免梁端焊缝断裂，但是仍然存在震后修复问题，在大震过后，工程人员必须对已经发生梁端塑性损伤的框架 梁进行重新更换后，原建筑才能够正常投入使用，既对震后修复带来困难，又会造成国民经济的巨大损失，因此通过主体结构构件(梁端)发展塑性耗能的方式是十分不经济的。

随着国家“十三五”规划的推出，明确了要落实推广钢结构在建设领域的应用，其中发展钢结构住宅是提高民用建筑抗震性能、解决钢结构产能过剩的重要举措。然而，钢结构住宅内设置较密集的隔墙，且隔墙厚度要求较薄以提供更大的建筑使用空间，门窗的位置及其大小还需满足用户的使用要求，因此传统的耗能阻尼器在钢结构住宅中的应用将面临更大的限制；此外，钢结构住宅内部人口较为密集，因此要求建筑具有震后方便修复的功能以快速恢复正常生活秩序，若通过传统梁端塑性铰耗能的方式，工程人员在震后难以进入用户单元进行梁和楼板的整体替换，也大大拖延了原建筑重新投入使用的周期。最后，钢结构住宅的梁上部均通过栓钉与混凝土楼板现浇成为整体，而梁在负弯矩作用下的中和轴在梁腹板内部，因此会造成负弯矩作用下楼板的严重开裂，需把梁柱节点区域附近的楼板局部打掉并重新现浇混凝土楼板才能重新投入使用，为震后整体建筑的快速修复带来较大困难。基于此，本实用新型提出了震后可替换的上端悬挂式钢框架耗能梁柱节点。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供震后可替换的上端悬挂式钢框架耗能梁柱节点，能够很大程度上解决影响建筑使用功能，不易于震后修复，楼板在地震中的开裂程度大的问题。

本实用新型提供的震后可替换的上端悬挂式钢框架耗能梁柱节点，包括：悬臂段工字形钢梁、中间段工字形钢梁和防屈曲耗能连接件；

所述防屈曲耗能连接件分别与悬臂段工字形钢梁、中间段工字形钢梁固定连接；

所述防屈曲耗能连接件分别对称设置在悬臂段工字形钢梁和中间段工字形钢梁的腹板两侧。

进一步地，所述防屈曲耗能连接件包括芯板、限位钢板、约束钢板和连接钢板；

所述芯板包括第一芯板和第二芯板，所述第一芯板固接在悬臂段工字形钢梁的腹板上，所述第二芯板固接在中间段工字形钢梁上，所述第一芯板与第二芯板焊接相连，所述连接钢板对称固接在工字形钢梁上翼缘上、下端面和悬臂段工字形钢梁上翼缘上、下端面；

所述第二芯板两侧设有与限位钢板相配合的凹槽，所述限位钢板安装在凹槽处，所述约束钢板完全贴合在第二芯板和限位钢板的外表面上，所述限位钢板和约束钢板固接在中间段工字形钢梁的腹板上。

进一步地，所述限位钢板和约束钢板通过螺栓固接在中间段工字形钢梁的腹板上，所述第一芯板通过螺栓固接在悬臂段工字形钢梁的腹板上，所述第二芯板通过螺栓固接在中间段工字形钢梁上，所述第一芯板与第二芯板通过对接焊缝焊接相连，所述连接钢板通过螺栓固接在工字形钢梁上翼缘上、下端面和悬臂段工字形钢梁上翼缘上、下端面。

进一步地，还包括抗剪切连接件；

所述抗剪切连接件设置在防屈曲耗能连接件上方，且分别与悬臂段工字形钢梁、中间段工字形钢梁固定连接。

进一步地，所述抗剪切连接件包括腹板延长板、侧钢板和钢板；

所述腹板延长板焊接在中间段工字形钢梁上翼缘和悬臂段工字形钢梁上翼缘，所述侧钢板设置在所述腹板延长板两侧，所述钢板分别连接中间段工字形钢梁腹板和悬臂段工字形钢梁腹板；

所述钢板包括第一钢板和第二钢板，所述第一钢板和第二钢板焊接相连。

进一步地，所述腹板延长板通过角焊缝焊接在中间段工字形钢梁上翼缘和悬臂段工字形钢梁上翼缘，所述侧钢板与腹板延长板两侧通过螺栓固接，所述第一钢板和第二钢板通过对接焊缝焊接相连。

进一步地，所述抗剪切连接件包括腹板延长板和第三钢板；

所述腹板延长板焊接在中间段工字形钢梁上翼缘和悬臂段工字形钢梁上翼缘，所述第三钢板分别连接中间段工字形钢梁腹板和悬臂段工字形钢梁腹板。

进一步地，所述腹板延长板通过角焊缝焊接在中间段工字形钢梁上翼缘和悬臂段工字形钢梁上翼缘，所述第三钢板通过螺栓固接在中间段工字形钢梁腹板和悬臂段工字形钢梁腹板上。

进一步地，所述腹板延长板与所述中间段工字形钢梁腹板位于同一平面。

进一步地，还包括工字形钢柱；

所述工字形钢柱与悬臂段工字形钢梁为刚性连接。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型提供的震后可替换的上端悬挂式钢框架耗能梁柱节点，梁柱耗能节点的大部分螺栓在工厂拧紧，部分焊缝焊好，施工现场只需拧紧小部分螺栓和对部分焊缝进行施焊，施工现场工作量大大减少，施工时间短，安装简便，提高了现场施工安装的效率。通过在梁上翼缘设置腹板延长板并把悬臂段和中间段工字形梁腹板进行大部分断开的构造方式(上端悬挂)，使梁在承受弯矩作用下的旋转中心由原腹板型心位置转移到上翼缘附近，使梁既具备较大的抗剪承载力，同时又可减小楼板参与抗弯承载力和刚度的贡献，使梁端在正负弯矩作用下均无需考虑楼板的影响，其力学模型与计算模型更为接近，可更为准确地判断耗能原件的屈服时刻。耗能元件设置在靠近梁下翼缘的腹板上，距离梁上翼缘的旋转中心位置较远， 可提供较大的抗弯承载力，也可在耗能元件处获得更大的轴向变形需求，使耗能元件更早进入屈服耗散地震能量。

本实用新型提供的震后可替换的上端悬挂式钢框架耗能梁柱节点，只需把靠近梁下翼缘位置的耗能元件进行更换,而原来的工字形钢柱、工字形钢梁、腹板延长板、角钢或钢板仍然可以继续使用，节点区域附近的楼板通过少量修复或不需经过修复便可继续使用，大大加快了震后修复的速度并节约修复成本，经济效应十分显著。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是在梁柱开间内设置耗能元件和梁端屈服的耗能方式的结构示意图；

图2是传统梁端翼缘焊接的刚性的结构示意图；

图3是基于图2的A-A向剖视图；

图4是传统梁端翼缘焊接的“狗骨式”梁柱节点的结构示意图；

图5基于图4的B-B向剖视图；

图6是本实用新型实施例一提供的第一种震后可替换的上端悬挂式钢框架耗能梁柱节点的结构示意图；

图7是基于图6的第一种震后可替换的上端悬挂式钢框架耗能梁柱节点装配时的结构示意图；

图8是本实用新型实施例二提供的第二种震后可替换的上端悬挂式钢框架耗能梁柱节点的结构示意图；

图9是基于图8的第二种震后可替换的上端悬挂式钢框架耗能梁柱节点装配时的结构示意图；

图10为本实用新型提供的第二芯板和限位钢板的结构示意图；

图11为本实用新型提供的震后可替换的上端悬挂式钢框架耗能梁柱节点的安装示意图。

附图标记：

1-金属阻尼器； 2-支撑架； 3-粘滞阻尼器；

4-防屈曲耗能支撑阻尼器； 5-梁端塑性耗能区； 6-钢梁；

7-钢柱； 8-塑性耗能区域；

91-工字形钢柱； 92-悬臂段工字形钢梁； 93-中间段工字形钢梁；

94-上翼缘； 95-防剪切连接件； 951-侧钢板；

952-腹板延长板； 953-钢板； 9531-第一钢板；

9532-第二钢板； 954-第三钢板； 96-防屈曲耗能连接件；

961-芯板； 9611-第一芯板； 9612-第二芯板；

962-限位钢板； 963-约束钢板； 97-连接钢板。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、 以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面通过具体的实施例子并结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。

实施例一：

图6是本实用新型实施例一提供的第一种震后可替换的上端悬挂式钢框架耗能梁柱节点的结构示意图；图7是基于图6的第一种震后可替换的上端悬挂式钢框架耗能梁柱节点装配时的结构示意图；图10为本实用新型提供的第二芯板9612和限位钢板962的结构示意图，如图6-7、10所示：

本实施例提供的震后可替换的上端悬挂式钢框架耗能梁柱节点悬臂梁段部分包括工字形钢柱91和悬臂段工字形钢梁92；还包括两块钢板953(第一钢板9531和第二钢板9532通过对接焊缝焊接组成一块钢板953)、两块芯板961(第一芯板9611和第二芯板9612通过对接焊缝焊接组成一块芯板961)以及多个高强螺栓。

工字形钢柱91和悬臂段工字形钢梁92通过刚性连接(通过完全焊接或栓焊混合等形式)；两块钢板953在悬臂段工字形钢梁92的腹板两侧的对称设置，并通过多个高强螺栓紧固连接；两块芯板961在悬臂段工字形钢梁92的腹板两侧对称设置，并通过多个高强螺栓紧固连接。

本实施例的可选方案中，本实施例的震后可替换的上端悬挂式钢框架耗能梁柱节点的中间梁段部分包括中间段工字形钢梁93、腹板延长板952、两块钢板953(第一钢板9531和第二钢板9532通过对接焊缝焊接组成一块钢板953)、多个高强螺栓以及两个防屈曲耗能连接件96；两个防屈曲耗能连接件96的位置靠近悬臂段工字形钢梁92和中间段工字形钢梁93下翼缘的腹板，还包括两块芯板961(第一芯板9611和第二芯板9612通过对接焊缝焊接组成一块芯板961)、四块限位钢板962和两块约束钢板963。

腹板延长板952焊接在中间段工字形钢梁93的上翼缘94中间位置，两块侧钢板951对称放置在腹板延长板952的两侧并通过高强螺栓紧固连接；两块钢板953对称放置在中间段工字形钢梁93腹板两侧并通过多个高强螺栓紧固连接。

两个防屈曲耗能连接件96在中间段工字形钢梁93的腹板两侧对称放置紧固连接。芯板961的两个侧面上各加工有一个与限位钢板962形状相同的凹槽，每个凹槽内安装有一块限位钢板962；两块芯板961对称放置在中间段工字形钢梁93腹板两侧并通过多个高强螺栓紧固连接，两块约束钢板963分别放置在相应的芯板961和两块限位钢板962的外表面上并与其紧贴，四块限位钢板962、两块约束钢板963和中间段工字形钢梁93的腹板通过多个高强螺栓紧固连接。

本实施例的可选方案中，本实施例的震后可替换的上端悬挂式钢框架耗能梁柱节点包括已安装好相关构件的悬臂段工字形钢梁92、已安装好相关构件的中间段工字形钢梁93，四块连接钢板97以及多个高强螺栓。

中间段工字形钢梁93依靠腹板延长板952搭在悬臂段工字形钢梁92的上翼缘94相应位置上定位，然后腹板延长板952与悬臂段工字形钢梁92的上翼缘94通过角焊缝焊接；四块连接钢板97对称放置在悬臂段工字形钢梁92和中间段工字形钢梁93的上翼缘94的上下两侧并通过多个高强螺栓紧固连接。然后将两块第一钢板9531和两块第二钢板9532分别焊接组 成两块钢板953，通过对接焊缝；将两块第一芯板9611和两块第二芯板9612分别通过对接焊缝焊接组成两块芯板961。

需要说明的是，本实施例提到的防屈曲耗能连接件96、侧钢板951、钢板953、第一芯板9611、第二芯板9612、限位钢板962、约束钢板963和芯板961的数量不限于上述指出的两个或两块，也可以设置为多个或多块，在此就不一一列举。

结合以上对本实施例的详细描述可以看出，在竖向荷载或小震作用下，腹板延长板952、两块侧钢板951和两块钢板953主要承担梁端的剪力，四块连接钢板97和防屈曲耗能连接件96主要承担梁端弯矩且保持弹性；在中震或大震作用下，防屈曲耗能连接件96将进入塑性，梁柱节点的相对转动刚度变柔，既能减小结构的地震作用也能消耗地震能量，从而使工字形钢柱91，悬臂段工字形钢梁92，中间段工字形钢梁93、腹板延长板952、侧钢板951、钢板953和连接钢板97均始终保持弹性状态，震后只需更换进入塑性状态的防屈曲耗能连接件96，易于震后修复，经济效益高。

实施例二：

图8是本实用新型实施例二提供的第二种震后可替换的上端悬挂式钢框架耗能梁柱节点的结构示意图；图9是基于图8的第二种震后可替换的上端悬挂式钢框架耗能梁柱节点装配时的结构示意图；图10为本实用新型提供的第二芯板9612和限位钢板962的结构示意图，如图8-10所示：

本实施例提供的可替换的框架结构包括悬臂段工字形钢梁92和中间段工字形钢梁93，还包括两块芯板961(第一芯板9611和第二芯板9612通过对接焊缝焊接组成一块芯板961)以及多个高强螺栓。

悬臂段工字形钢梁92的上翼缘94突出一定长度(突出长度与最终安装的间隙长度相同)。工字形钢柱91和悬臂段工字形钢梁92通过刚性连接 (通过完全焊接或栓焊混合等)；两块芯板961在悬臂段工字形钢梁92的腹板两侧对称设置，并通过多个高强螺栓紧固连接。

本实施例的可选方案中，本实施例的可替换的框架结构的中间梁段部分包括中间段工字形钢梁93、多个高强螺栓以及两个防屈曲耗能连接件96；两个防屈曲耗能连接件96位置在靠近悬臂段工字形钢梁92和中间段工字形钢梁93处，还包括两块芯板961(第一芯板9611和第二芯板9612通过对接焊缝焊接组成一块芯板961)、四块限位钢板962和两块约束钢板963。

防屈曲耗能连接件96在中间段工字形钢梁93的腹板两侧对称放置并紧固连接。芯板961的两个侧面上各加工有一个与限位钢板962形状相同的凹槽，每个凹槽安装有一块限位钢板962；两块芯板961对称放置在中间段工字形钢梁93腹板两侧上，并通过多个高强螺栓紧固连接，两块约束钢板963分别放置在相应的芯板961和两块限位钢板962的外表面上并与其紧贴，四块限位钢板962、两块约束钢板963和中间段工字形钢梁93的腹板连接，通过多个高强螺栓紧固连接。

本实施例的可选方案中，本实施方式的可替换的框架结构包括已安装好相关构件的悬臂段工字形钢梁92、已安装好相关构件的中间段工字形钢梁93，两块第三钢板954、一块腹板延长板952以及多个高强螺栓。

将中间段工字形钢梁93放置到悬臂段工字形钢梁92的安装位置，利用两块第三钢板954对称放置在悬臂段工字形钢梁92和中间段工字形钢梁93的腹板两侧并高强螺栓定位进行紧固连接；将悬臂段工字形钢梁92和中间段工字形钢梁93的上翼缘94通过对接焊缝焊接，并局部打磨平整；将腹板延长板952放置在悬臂段工字形钢梁92和中间段工字形钢梁93上翼缘94的相应位置，并分别与悬臂段工字形钢梁92和中间段工字形钢梁93的上翼缘94通过角焊缝焊接。将两块第一芯板9611和两块第二芯板9612分别通过对接焊缝焊接组成两块芯板961。

需要说明的是，本实施例提到的防屈曲耗能连接件96、第三钢板954、第一芯板9611、第二芯板9612、限位钢板962、约束钢板963和芯板961的数量不限于上述指出的两个或两块，也可以设置为多个或多块，在此就不一一列举。

结合以上对本实施例的详细描述可以看出，在竖向荷载或小震作用下，腹板延长板952、两块第三钢板954主要承担梁端的剪力，防屈曲耗能连接件96主要承担梁端弯矩且保持弹性；在中震或大震作用下，防屈曲耗能连接件96将进入塑性，梁柱节点的相对转动刚度变柔，既能减小结构的地震作用也能消耗地震能量，从而使工字形钢柱91，悬臂段工字形钢梁92和中间段工字形钢梁93、腹板延长板952、第三钢板954均始终保持弹性状态，震后只需更换进入塑性状态的防屈曲耗能元件，易于震后修复，经济效益好。

实施例三：

图11为本实用新型提供的震后可替换的上端悬挂式钢框架耗能梁柱节点的安装示意图，如图11所示：工字形钢柱91安装在梁柱节点区，节点区域附近的楼板通过少量修复或不需经过修复便可继续使用，大大加快了震后修复的速度并节约修复成本，经济效应十分显著，悬臂段工字形钢梁92和中间段工字形钢梁93的上翼缘94表面与混凝土板10固接，混凝土板10上安装有带窗户12的轻质墙板11，轻质墙板11与工字形钢柱91、悬臂段工字形钢梁92和中间段工字形钢梁93之间有间隙，以防止地震作用下轻质墙板11与工字形钢柱91、悬臂段工字形钢梁92和中间段工字形钢梁93发生碰撞。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技 术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。