一种装配式钢管混凝土柱‑H型钢梁自复位耗能连接节点的制作方法

本实用新型属于建筑结构防震减灾技术领域，涉及一种自复位梁柱节点形式，具体涉及一种装配式钢管混凝土柱与H型钢梁自复位耗能连接节点。

背景技术：

自复位结构是一种以减少建筑结构震后残余变形为目标的新型结构形式，该体系既能有效控制结构最大变形，又能减少甚至消除结构的残余变形，使建筑结构能在震后快速恢复使用功能，实现“中震可修”的抗震设防目标。

现有自复位结构多采用绕梁上下翼缘转动的梁柱节点。该类节点在转动过程中会导致“梁增长”现象，从而对楼板产生不利影响。此外，现有自复位梁柱节点需现场施加预应力，施工难度大，且难以保证预应力施加质量。因此，对避免梁柱节点转动过程中给楼板带来不利影响、易于保证预应力施加质量及施工方便的自复位梁柱节点有待进一步研究和开发。

技术实现要素：

为了克服现有技术的缺陷，即在消除结构震后残余变形，使建筑结构能在震后快速恢复使用功能的前提下，保证自复位结构初始预应力的准确施加，避免梁柱节点转动过程中对楼板的不利影响，本实用新型的目的在于：提出一种装配式钢管混凝土柱-H型钢梁自复位耗能连接节点，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种装配式钢管混凝土柱-H型钢梁自复位耗能连接节点，包括钢管混凝土柱、H型钢梁、耗能部件和连接部件；H型钢梁连接端为斜边，该连接端与钢管混凝土柱通过铰接连接，H型钢梁的连接端和钢管混凝土柱侧壁之间形成楔形空间，H型钢梁连接端的下翼缘远离钢管混凝土柱，H型钢梁的下翼缘与钢管混凝土柱之间设置有耗能部件，H型钢梁与钢管混凝土柱之间设置有连接部件。

在钢管混凝土柱的侧壁上固定设置有两个连接板(3)，两个连接板分别位于H型钢梁铰接端的腹板两侧，同时两个连接板也位于楔形空间的两侧，连接板与腹板之间通过螺栓连接。

连接部件包括锚固板和预应力钢绞线，在H型钢梁的的上翼缘与下翼缘之间设置有两个锚固板，两个锚固板分别位于腹板的两侧，且与上翼缘、下翼缘和腹板均垂直连接，在H型钢梁与钢管混凝土柱之间设置有预应力钢绞线，预应力钢绞线一端通过锚具与锚固板连接，另一端水平穿过钢管混凝土柱内预先设置的导管锚固在混凝土柱的侧壁上。

耗能部件包括L型耗能钢板和T型盖板，H型钢梁的下翼缘与钢管混凝土柱之间设置有L型耗能钢板，在L型耗能钢板的下表面设置有T型盖板，L型耗能钢板与钢管混凝土柱之间通过穿芯螺栓固定。

在钢管混凝土柱侧壁上预应力钢绞线锚固处设置有垫板。

在梁上翼缘铰接端的上表面设置有加强板。

锚固板上设有一组加劲肋；述的一组加劲肋不少于三个。

上述技术方案与传统自复位节点相比，具有以下优点：

1、采用本实用新型提供的装配式钢管混凝土柱-H型钢梁自复位耗能连接节点，不同于现有自复位结构多采用绕梁上下翼缘转动的梁柱节点，本实用新型提供的节点只绕H型钢梁上翼缘转动，使楼板始终保持水平状态，地震时，可以有效避免梁柱转动对楼板产生的不利影响；同时L型耗能钢板可在节点转动过程中屈服耗能，从而保证主体结构在地震过程中始终处于弹性状态，在震后由预应力钢绞线提供的自复位能力使结构恢复到初始状态。

2、本实用新型可在工厂预制，保证钢绞线初始预应力的准确施加；现场施工时，直接将预制好的钢管混凝土柱-H型梁自复位耗能连接节点与其他构件用螺栓连接即可，无焊接工作，可显著缩短施工周期和劳动力成本，实现装配式施工，符合建筑行业未来发展趋势。

附图说明

图1为本实用新型节点整体示意图；

图2为本实用新型节点示意图；

图3为本实用新型节点H型钢梁剖面示意图1-1；

图4为本实用新型节点柱壁外侧剖面示意图2-2；

图5为荷载-位移曲线图；

图6为2％层间位移角时柱壁应力云图：

图7为2％层间位移角时框架梁应力云图；

图8为2％层间位移角时钢绞线应力云图；

图9为2％层间位移角时L型耗能钢板应力云图；

图10为H型钢梁的结构示意图；

图11为L型耗能钢板和T型盖板的示意图；

图中各符号表示：1、钢管混凝土柱；2、H型钢梁；3、连接板；4、螺栓；5、预应力钢绞线；6、锚具；7、垫板；8、L型耗能钢板；9、T型盖板；10、锚固板；11、加强板；12、加劲肋；13、导管；14、穿芯螺栓；15、水平荷载；16、面外支撑；17、铰接约束。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。

实施例1

如图1，一种装配式钢管混凝土柱-H型钢梁自复位耗能连接节点，包括钢管混凝土柱1、H型钢梁2、耗能部件和连接部件；H型钢梁2连接端为斜边，该连接端与钢管混凝土柱1通过铰接连接，H型钢梁2的连接端和钢管混凝土柱1侧壁之间形成一个楔形空间，H型钢梁2连接端的下翼缘远离钢管混凝土柱，使得节点绕H型钢梁2的上翼缘与钢管混凝土柱的连接处转动；H型钢梁2的下翼缘与钢管混凝土柱之间设置有耗能部件，H型钢梁2与钢管混凝土柱1之间设置有连接部件。

本实用新型提供的节点只绕H型短钢梁上翼缘转动，使楼板始终保持水平状态，地震时，可以有效避免梁柱转动对楼板产生的不利影响。

进一步的，在H型短钢梁的上翼缘外侧设置加强板11，加强板11与钢梁上翼缘对齐焊接，在其下翼缘外侧设置L型耗能钢板8，一边通过高强螺栓与梁下翼缘连接，另一边通过穿芯螺栓14与钢管混凝土柱1连接；L型耗能钢板8外侧设置T型盖板9以约束其面外变形；T型盖板9与L型耗能钢板8及梁翼缘通过高强螺栓连接。

L型耗能钢板可在节点转动过程中屈服耗能，从而保证主体结构在地震过程中始终处于弹性状态，避免了主体结构的损害。

进一步的，预应力钢绞线5在靠近梁下翼缘内侧平行对称布置，在震后由预应力钢绞线提供的自复位能力使结构恢复到初始状态，预应力钢绞线5在工厂进行张拉，其一端用锚具6锚固于柱壁外侧，并在锚固端设置垫板8局部加强，另一端用锚具6锚固于H型钢梁2的锚固板10上，且在锚固板10上焊接多个平行于梁翼缘的加劲肋12，防止其发生局部破坏。

其中，本实用新型所述的锚具6可选用挤压式锚具、夹片式锚具、压接式锚具、支撑式锚具和锥塞式锚具。

连接板3上设置多个长圆孔，以便有效传递竖向剪力并实现梁端绕梁上翼缘转动；钢管混凝土柱1及锚固板10均应设置孔洞以便预应力钢绞线5穿过。

钢管混凝土柱1和H型钢梁2均由工厂预制。在钢管内浇筑混凝土时需在对应位置提前预埋导管13，以便于预应力钢绞线5的贯通，各部件在工厂预先安装好后进行预应力钢绞线5的张拉、锚固。

实施例2：

(1)模型建立

采用ABAQUS6.10软件对本实用新型专利进行了有限元模拟，建立单层单跨模型，跨度2100mm，层高1200mm，模型构件尺寸如表1所示：

表1模型构件尺寸

钢材采用线性强化模型，屈服强度取f_y＝345MPa，弹性模量E＝206000MPa，强化模量E_t＝2％E，泊松比取υ＝0.3，采用C30混凝土，钢绞线的弹性模量E_PT＝195000MPa，抗拉强度为1865MPa，穿芯螺栓采用8.8级高强螺栓，屈服强度为800MPa，模拟过程中施加175kN的螺栓荷载(预紧力)。钢绞线预应力通过降温法施加，具体计算方法为：

式中：Δ_t为需要施加的温度值；ε为钢绞线对应的应变值；α为钢绞线的线膨胀系数，取1.2×10^-5/℃；T₀为施加在钢绞线上的预应力值；E_PT为钢绞线的弹性模量；A_PT为钢绞线截面面积。

钢材均选用壳单元(S4R)，钢绞线选用杆单元(T3D2)，螺栓和钢管内混凝土选用实体单元(C3D8R)，考虑构件的几何非线性、材料非线性和接触非线性。混凝土采用塑性损伤模型，其塑性参数取值如表2所示：

表2混凝土材料塑性参数

钢管与混凝土以及穿芯螺栓与混凝土之间的接触关系法向定义为硬接触，切向采用库伦摩擦模型，摩擦系数为0.6。螺栓与钢板预留孔面接触关系法向定义为硬接触，切向采用库伦摩擦模型，摩擦系数为0.3。为防止结构发生面外变形，在框架梁上翼缘施加面外约束。钢管混凝土柱脚采用铰接，按位移控制加载方法在柱顶施加位移荷载，取极限位移角为2％。有限元模型网格划分及边界条件如图5所示。

(2)结果分析

框架荷载-位移曲线如图5所示，由曲线可得，结构残余变形约2.4mm，结构残余变形在0.2％层间位移角以内时，认为满足自复位要求，本模型的总高度为1200mm，故残余变形小于等于2.4mm时，则认为结构具有自复位能力。所以，本实用新型专利具有自复位能力。由图6和图7，在2％层间位移角时，框架梁和柱除了在上翼缘对应位置及钢绞线锚固位置出现局部屈服外，其他位置均保持弹性；由图8可以看出，在层间位移角达到2％时，钢绞线仍然保持弹性；由图9a及图9b可知，L型耗能钢板在层间位移角达到2％时，削弱段基本全部进入塑性耗能。以上几点证明该实用新型专利具有较好的自复位以及耗能能力，基本达到了设计目标。

上述对本实用新型实施例的描述可帮助该技术领域的普通技术人员理解和应用本实用新型。对于熟悉本领域的技术人员可以很容易地根据实际需求对实施例做出修改，不需创造性劳动即可将此处说明的一般原理应用到其他实施例中。因此，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，对本实用新型做出的改进和修改都应当在本实用新型的保护范围之内。