一种震后可恢复功能装配式钢框架连接节点的制作方法

本发明涉及抗侧力结构技术领域，具体涉及一种震后可恢复功能装配式钢框架连接节点。

背景技术：

钢框架梁柱连接节点的抗震性能对于改善结构延性、防止发生脆性破坏、提高结构抗震能力有着重要意义。因此，为了避免塑性铰出现在韧性较差的焊接接头处，最好将梁的塑性铰位置从焊接节点区域移开，使结构能够发生延性破坏，避免脆性破坏。塑性铰外移的方法有两种：一是在离开梁根部一定距离处将梁截面局部削弱，例如：“狗骨头”型节点、腹板开洞型节点、开长槽型节点以及焊接孔扩大型节点；另一种是将节点部位局部加强，例如：翼缘加厚型节点、翼缘加宽型节点、耳板加强型节点、加劲肋加强型节点以及腋梁加强型节点。虽然从经济性的角度考虑，削弱型节点应用更为广泛，但在强烈地震作用下，削弱位置会产生严重的屈曲变形或断裂，无法继续使用，震后无法修复和更换，使用功能不可恢复，造成巨大的经济损失。

同时，为了提高结构承载性能和材料的使用效率，钢框架结构通常需要考虑楼板的有利组合作用，有效的剪力连接件是保证主体钢梁与混凝土板协同工作的重要因素，它需要能够传递主体钢梁与混凝土板之间的剪力，同时还需要能够抵抗主体钢梁与混凝土板之间的掀起作用。目前栓钉是最常用的剪力连接件，但大量栓钉全部需要手工焊接，不利于快速施工，焊接质量也难以保障。而传统的直板剪力连接件，虽然具有更好的纵向变形性能，但设置槽口后连接件的抗拔性能明显降低。

因此需要提供一种震后可恢复功能装配式钢框架连接节点，能够提高结构延性，令塑性铰在指定位置形成，有效耗散能量，震后可方便快捷更换，且能够同时兼具变形能力和抗拔能力。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种震后可恢复功能装配式钢框架连接节点，通过设置震后可更换耗能连接板及相应构造措施，同时发挥连接和耗能的双重作用，主动控制结构破坏和失效机制，保证主体结构保持弹性状态，损伤发生在指定局部位置，并作为可更换构件，便于震后替换和修复；同时，通过设置剪力连接件保证结构整体性及组合受力性能的充分发挥。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种震后可恢复功能装配式钢框架连接节点，包括框架钢柱、主体钢梁、震后可更换耗能连接板和抗掀起齿槽板连接件；所述框架钢柱包括柱体和外伸短梁，所述柱体和外伸短梁垂直固定连接；所述震后可更换耗能连接板包括上翼缘盖板、下翼缘盖板和腹板盖板，所述外伸短梁的上翼缘与所述主体钢梁的上翼缘通过上翼缘盖板固定连接，所述外伸短梁的下翼缘与所述主体钢梁的下翼缘通过下翼缘盖板固定连接，所述外伸短梁的腹板与所述主体钢梁的腹板通过腹板盖板固定连接；所述主体钢梁的上翼缘与混凝土楼板通过抗掀起齿槽板连接件固定连接。上述连接方式能够有效传递内力，保证结构整体性及组合受力性能的充分发挥。

优选地，所述外伸短梁与主体钢梁之间留有60mm～90mm的缝隙，所述缝隙采用与主体钢梁的腹板等厚度的橡胶垫板填充，所述橡胶垫板与腹板盖板粘接，所述橡胶垫板为高阻尼橡胶。此构造措施能够使得连接具备一定的转动变形能力，保证外伸短梁与主体钢梁保持弹性，不发生破坏；同时，“夹心板”能够使得腹板连接件与高阻尼橡胶垫板共同发生剪切屈服变形，实现组合耗能和提高结构阻尼的目标。

优选地，所述抗掀起齿槽板连接件上设有L型齿槽，所述抗掀起齿槽板连接件具有L型齿槽的一端朝向混凝土楼板，所述抗掀起齿槽板连接件的另一端与主体钢梁的上翼缘自动焊接。靠近柱端组合梁负弯矩区，所述外伸短梁上不设置抗掀起齿槽板连接件，避免混凝土板开裂。所述抗掀起齿槽板连接件制作时为一块矩形钢板通过激光切割一分为二形成，齿槽间距可根据贯穿钢筋布置间距进行设计，连接件板件厚度可根据剪力连接要求进行设计。制作方便，材料利用率更高。且抗掀起齿槽板连接件拥有更好的纵向变形性能和抗拔性能。

优选地，所述抗掀起齿槽板连接件的L型齿槽内设有贯穿钢筋，所述贯穿钢筋与混凝土楼板内的预留钢筋固定连接。所述贯穿钢筋从抗掀起齿槽板连接件的L型齿槽内穿过，无需在抗掀起齿槽板连接件上打孔。

优选地，所述柱体上固定设有节点域加劲肋。

优选地，所述外伸短梁的长度为外伸短梁的高度的1.0～1.5倍。

优选地，所述上翼缘盖板和下翼缘盖板的抗拉承载力小于主体钢梁翼缘的抗拉承载力，所述腹板盖板的抗剪承载力小于主体钢梁腹板的抗剪承载力。上翼缘盖板、下翼缘盖板和腹板盖板的厚度及宽度可根据节点承载力的不同需求进行调节，实现破坏位置和破坏程度均可控的目标。地震作用下，在指定位置形成塑性铰，主动控制结构破坏和失效机制，有效耗散地震能量；地震结束后，可直接更换发生明显变形和破坏的震后可更换耗能连接板，实现快速修复，使用功能可恢复，降低经济损失。

优选地，所述上翼缘盖板、下翼缘盖板和腹板盖板分别通过高强度螺栓与外伸短梁和主体钢梁固定连接。

优选地，所述震后可更换耗能连接板的材质为LY100或LY160低屈服点钢材。由于低屈服点钢材的屈服强度仅为普通钢材的1/3～1/2，能够保证在地震作用下，低屈服点连接板先进入屈服和屈曲状态，耗散地震能量，有效起到保险丝作用，保证主体结构保持弹性。同时，低屈服点钢材具有很好的延性以及耗能能力(其延性为普通钢材的2～3倍，耗能能力为普通钢材的1.5～2倍)，在发生较大变形时也不会发生突然断裂，保证节点及结构具有足够的延性。

优选地，所述框架钢柱和主体钢梁的材质为Q345钢材或高强度钢材，所述抗掀起齿槽板连接件的材质为Q235钢材或Q345钢材。

本发明的有益效果如下：

本发明的一种震后可恢复功能装配式钢框架连接节点由于采用了以上技术方案，将装配式结构和震后可更换理念有机结合，其各部件均为工厂预制，现场采用高强度螺栓拼装组装，充分保证施工质量，降低劳动强度，提高结构建设速度，有利于实现建筑节能。低屈服点的震后可更换耗能连接板，可仅通过改变连接板宽度和厚度即可达到局部削弱承载力的目的，无需对其进行二次切割或加工，降低施工难度，提高材料利用率。通过在外伸短梁与主体钢梁之间留有缝隙，并用高阻尼橡胶垫板填充，能够使得连接具备一定的转动变形能力，保证外伸短梁与主体钢梁保持弹性，不发生破坏；同时，“夹心板”能够使腹板连接件与高阻尼橡胶垫板共同发生剪切屈服变形，实现组合耗能和提高结构阻尼的目标。采用抗掀起齿槽板连接件来连接主体钢梁与混凝土楼板，实现更好纵向变形性能的同时，也提高了连接件的抗拔性能，保证组合作用充分发挥。抗掀起齿槽板连接件的L型齿槽位置放置贯穿钢筋，现场施工方便，避免了传统的开孔板连接件增设孔洞，现场穿钢筋带来施工麻烦。该抗掀起齿槽板连接件可与主体钢梁的上翼缘自动焊焊接，在工厂预制完成，速度快，焊接质量有保证，提高工作效率。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明的一种震后可恢复功能装配式钢框架连接节点的结构示意图。

图2示出图1的A-A剖视图。

图3示出图1的B-B剖视图。

图4示出抗掀起齿槽板连接件制作示意图。

图中各标记如下：1框架钢柱，11柱体，12外伸短梁，13节点域加劲肋，2主体钢梁，3震后可更换耗能连接板，31上翼缘盖板，32下翼缘盖板，33腹板盖板，4橡胶垫板，5抗掀起齿槽板连接件，6混凝土楼板，7贯穿钢筋。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

如图1-图3所示，一种震后可恢复功能装配式钢框架连接节点，包括框架钢柱1、主体钢梁2、震后可更换耗能连接板3和抗掀起齿槽板连接件5。

所述框架钢柱1包括柱体11和外伸短梁12，所述柱体11和外伸短梁12垂直固定连接。所述柱体11上固定设有节点域加劲肋13。所述外伸短梁12的长度为外伸短梁12的高度的1.0～1.5倍。

所述震后可更换耗能连接板3包括上翼缘盖板31、下翼缘盖板32和腹板盖板33，所述外伸短梁12的上翼缘与所述主体钢梁2的上翼缘通过上翼缘盖板31采用高强度螺栓固定连接，所述外伸短梁12的下翼缘与所述主体钢梁2的下翼缘通过下翼缘盖板31采用高强度螺栓固定连接，所述外伸短梁12的腹板与所述主体钢梁2的腹板通过腹板盖板33采用高强度螺栓固定连接。所述上翼缘盖板31和下翼缘盖板32的抗拉承载力小于主体钢梁2翼缘的抗拉承载力，所述腹板盖板33的抗剪承载力小于主体钢梁2腹板的抗剪承载力。上翼缘盖板31、下翼缘盖板32和腹板盖板33的宽度及厚度可根据具体所需承载力削弱程度进行设计。

所述主体钢梁2的上翼缘与混凝土楼板6通过抗掀起齿槽板连接件5固定连接。所述抗掀起齿槽板连接件5上设有L型齿槽，所述抗掀起齿槽板连接件5具有L型齿槽的一端朝向混凝土楼板6，所述抗掀起齿槽板连接件5的另一端与主体钢梁2的上翼缘自动焊接。所述抗掀起齿槽板连接件5的L型齿槽内设有贯穿钢筋7，所述贯穿钢筋7与混凝土楼板6内的预留钢筋固定连接。

所述外伸短梁12与主体钢梁2之间留有60mm～90mm缝隙，所述缝隙采用橡胶垫板4填充，所述橡胶垫板4与腹板盖板33粘接，所述橡胶垫板4为高阻尼橡胶。

所述震后可更换耗能连接板3可采用LY100或LY160低屈服点钢材。所述框架钢柱1和主体钢梁2可采用Q345钢材或高强度钢材，所述抗掀起齿槽板连接件5可采用Q235钢材或Q345钢材。

具体施工过程如下：

在工厂，首先，将柱体11、外伸短梁12以及节点域加劲肋13焊接成预制的框架钢柱1；将一块矩形钢板按照图4中所示的抗掀起齿槽板连接件制作示意图的方式，通过激光切割一分为二，形成具有倒L型齿槽的抗掀起齿槽板连接件5；抗掀起齿槽板连接件5与主体钢梁2的上翼缘采用自动焊焊接；震后可更换耗能连接板3根据承载力需求，切割成所需矩形板件；高阻尼的橡胶垫板4根据外伸短梁12与主体钢梁2之间预留的缝隙，切割成所需要的矩形板件；所有需要现场螺栓连接的部位预先打孔。

在现场，首先，将框架钢柱1安装就位后，采用高强度螺栓先将外伸短梁12与主体钢梁2通过震后可更换耗能腹板盖板33连接；在外伸短梁12与主体钢梁2之间预留的缝隙中填充高阻尼的橡胶垫板4，并将高阻尼的橡胶垫板4与腹板盖板33粘接；然后，采用高强度螺栓先将外伸短梁12的上翼缘与所述主体钢梁2的上翼缘通过上翼缘盖板31连接，采用高强度螺栓先将外伸短梁12的下翼缘与所述主体钢梁2的下翼缘通过下翼缘盖板32连接；在抗掀起齿槽板连接件5的L型齿槽位置放置贯穿钢筋7。放置预制的混凝土楼板6，将贯穿钢筋7与预制的混凝土楼板6的预留钢筋焊接，随后，即可直接浇筑主体钢梁2上部现浇混凝土部分，无需支模。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。