一种组合式抗震螺栓连接节点的制作方法

本发明涉及建筑抗震连接技术领域，具体是一种组合式抗震螺栓连接节点。

背景技术：

近年来，在民用和工业建筑工程的框架体系常常应用到方钢管，方钢管相比传统的热轧h型钢，能避免强轴与弱轴抗弯模量的差别，能在框架体系中更好发挥其承载力，节省钢材，同时其较小的外表面积使其防腐和耐火性能也更好。目前框架体系中方钢管的固定常见节点形式如下：(1)中国专利公布号cn103510626a于2014年01月15日公开了一种顶底角钢式h型钢梁与矩形管柱单边螺栓连接节点，其包括矩形管柱、h型钢梁及多个连接矩形管柱与h型钢梁的角钢，h型钢梁的两条翼缘分别通过角钢与矩形管柱固定连接，h型钢梁的腹板通过角钢与矩形管柱固定连接。(2)中国专利公布号cn104179256a于2014年12月03日公开了一种矩形钢管混凝土柱与钢梁单边螺栓连接节点及其施工方法，其连接节点包括矩形钢管柱与钢梁，钢梁端部焊接有端板，端板通过紧固件安装固定于钢管柱侧壁，端板与钢管柱上沿纵向成对开设有若干相对应的螺栓孔，钢管柱节点核心区设置有加强构造。其对矩形钢管柱节点核心区进行构造加强是利用外置槽钢与钢管柱围焊而成的外加强，或内置h型钢与钢管柱点焊而成的内加强等。

以上现有技术所述的连接节点应用时，因单边螺栓紧固时通常靠撑开的套筒与螺栓孔沿环向卡住，接触面较小而受力集中，在反复拉力作用下，容易造成螺栓孔胀大螺栓被拉出或紧固失效，或钢管管壁局部外鼓变形过大，从而在地震荷载反复作用下，容易使节点丧失承载力、延性和耗能能力。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有单边螺栓连接节点对于地震荷载下的循环反复作用考虑不足的问题，提供了一种组合式抗震螺栓连接节点，其具有良好的延性、耗散地震能力及承载能力。

本发明的目的主要通过以下技术方案实现：一种组合式抗震螺栓连接节点，包括方钢管、连接端板、钢梁、低屈服定位件及单边螺栓，所述连接端板的数量为两块，两块连接端板分别与方钢管相对两侧的外侧壁接触；

所述钢梁为工字型或h型，钢梁的数量为两根，钢梁一端垂直固定连接于连接端板相对接触方钢管侧的另一侧的侧壁上，两根钢梁与两块连接端板一一对应连接，且钢梁的翼缘板与方钢管的轴线方向垂直；

所述低屈服定位件穿过方钢管及两块连接端板，所述单边螺栓穿过一块连接端板及与该连接端板接触的方钢管侧壁并嵌入方钢管内，所述低屈服定位件距离钢梁的腹板的间距小于单边螺栓距离钢梁的腹板的间距；

所述低屈服定位件和单边螺栓的数量均为多根，每块连接端板连接钢梁的腹板部位的两侧均具有低屈服定位件和单边螺栓穿过。本发明在具体实施时，低屈服定位件和单边螺栓可根据需要布置为不同刚度的节点形式。节点传力机理为：通过低屈服定位件与单边螺栓连接端板可将钢梁上的弯矩、轴力和弯矩传递到钢管柱上。

进一步的，所述低屈服定位件包括主杆、填充套、套筒定位机构及定位螺母；

所述主杆的材质为低屈服点钢，主杆的中央一截为主屈服段，主屈服段至主杆两端的端头部位为从屈服段，从屈服段的直径大于主屈服段的直径，从屈服段靠近主杆端头部位为设有外螺纹的端头螺纹段；所述主杆的主屈服段内凹构成有多个横截面为等腰梯形状的第一限位凹槽，多个第一限位凹槽沿主杆长度方向上顺次排布，任意相邻两个第一限位凹槽之间构成第一限位凸起；

所述填充套的内壁内凸构成有横截面为等腰梯形状的第二限位凸起，第二限位凸起与第一限位凹槽数量相当且位置一一对应，任意相邻两个第二限位凸起之间构成与第一限位凸起位置对应的第二限位凹槽；所述填充套套设在主杆上，填充套的长度小于主杆主屈服段的长度，填充套内径小于主杆从屈服段的直径，第一限位凸起嵌入第二限位凹槽内，第二限位凸起嵌入第一限位凹槽内；

所述套筒定位机构包括垫板和套筒，所述套筒一端与垫板垂直固定连接，垫板上构成有与套筒同轴设置且贯穿垫板相对两端面的定位穿孔；

所述低屈服定位件设有两个套筒定位机构，所述填充套两端分别从两个套筒相对连接垫板端的另一端嵌入套筒内；所述主杆两端分别穿过两个套筒定位机构的垫板上的定位穿孔；所述低屈服定位件中定位螺母的数量为两个，两个定位螺母分别套设在主杆两端的端头螺纹段上，定位螺母与垫板相对连接套筒侧的另一侧接触；

所述低屈服定位件穿过方钢管及两块连接端板后，其套筒定位机构的垫板连接套筒的一侧与连接端板相对接触方钢管侧的另一侧接触。本发明的主屈服段设有第一限位凸起和第一限位凹槽，整体形成多段曲折形结构；本发明的通过填充套包敷主杆主屈服段，与垫板相连的套筒卡住填充套外侧，以约束主屈服段受压后向外屈曲变形。

进一步的，所述主杆上设有n个第一限位凸起，其中，n为大于或等于3的奇数；n个所述的第一限位凸起自主杆中点对称分布，所述主杆中点处的第一限位凸起与其对应的第二限位凹槽大小、形状匹配，主杆中点两侧的第一限位凸起的长度小于与其对应的第二限位凹槽的长度，主杆中点两侧的第一限位凸起嵌入与其对应的第二限位凹槽后形成有空隙。当低屈服定位件的主杆受拉和受压时，低屈服定位件变形部分从主杆中部的第一限位凸起开始，依次扩展到端部，在空隙部分变形充分。同时，空隙限制了低屈服定位件主杆各段的极限变形量，以免局部变形过大致使破坏发生于截面突变处，从而利用低屈服点钢耗能优点，在主屈服段的各部分纵向变形充分。

为了避免局部应力集中，进一步的，所述主杆的从屈服段与其主屈服段之间形成有锥形过渡面。

进一步的，一种组合式抗震螺栓连接节点，还包括角钢限位件，所述角钢限位件包括限位管和角钢，所述角钢的一块矩形面板与钢梁的腹板接触且固定在钢梁的腹板上，其另一块矩形面板与连接端板平行；所述限位管与角钢平行于连接端板的矩形面板外侧壁垂直固定连接；每根钢梁上均连接有角钢限位件，所述低屈服定位件的端头嵌入限位管内。如此，本发明应用时低屈服定位件端部采用固定于钢梁腹板上的角钢限位件约束，以便将受压作用有效传递到低屈服定位件。

进一步的，所述方钢管和连接端板均开设有螺栓孔，所述低屈服定位件、单边螺栓均通过穿过螺栓孔来穿过方钢管和连接端板。

进一步的，每块连接端板连接钢梁的腹板部位的两侧均具有两根低屈服定位件和两个单边螺栓穿过，位于钢梁的腹板同侧的两根低屈服定位件高低配置，位于钢梁的腹板同侧的两个单边螺栓高低配置。

综上所述，本发明具有以下有益效果：(1)本发明充分利用低屈服点钢材料延性及滞回性能好的特性，本发明的低屈服定位件较单边螺栓更靠近钢梁腹板，单边螺栓低屈服定位件更靠近方钢管侧壁边缘，低屈服定位件相比单边螺栓会承担较大的变形，利用低屈服点钢的力学优点在拉-压循环作用下较多地耗散地震能量，避免方钢管管壁中部变形过大；同时，由于靠近侧壁的方钢管管壁变形较小，布置于此的单边螺栓则可以较好与低屈服定位件协同工作，提供可靠的承载力。

(2)本发明可通过在方钢管和连接端板上预设有螺栓孔，以实现低屈服定位件和单边螺栓的穿入，与现有对矩形钢管柱节点核心区进行焊接构件加强节点相比，采用低屈服定位件和单边螺栓几乎不需要现场焊接工作量，方钢管及连接端板上穿孔可以在构件在工厂预制时就完成，从而在避免了焊接残余应力、现场环境对焊接质量的影响等因素；同时，也可便于混凝土浇筑。

(3)本发明的低屈服定位件应用时安装工作便捷简单，受力原理明确和直接，当低屈服定位件的主杆有损坏时更换方便，亦适用于节点的加固。在装配节点的施工组织时，低屈服定位件和单边螺栓的连接可同步定位进行安装，具有更可靠的紧固保证，用常规螺栓紧固工具便可连接，安装方便，操作灵活、缩短施工周期和提高了施工效率。

(4)本发明的主杆和填充套内部设有交错的凸起和凹槽限位，对主杆区段的颈缩变形量进行调整，以限制在拉压作用下主杆的全长变形以及侧向扭曲，同时用角钢限位件对主杆端部进行有效约束，从而更好发挥低屈服点钢材料的能量耗散性能。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明一个具体实施例的结构示意图；

图2为图1中低屈服定位件的剖视结构示意图；

图3为本发明一个具体实施例中低屈服定位件的分解结构示意图；

图4为本发明另一具体实施例的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：1、方钢管，2、连接端板，3、钢梁，4、角钢限位件，41、限位管，42、角钢，43、定位螺栓，5、低屈服定位件，51、主杆，511、端头螺纹段，512、锥形过渡面，513、第一限位凸起，514、第一限位凹槽，52、填充套，521、分隔缝，522、第二限位凸起，523、第二限位凹槽，53、套筒定位机构，531、垫板，532、套筒，533、隔离加强环，54、定位螺母，55、空隙，6、单边螺栓。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1～图3所示，一种组合式抗震螺栓连接节点，包括方钢管1、连接端板2、钢梁3、低屈服定位件5及单边螺栓6，其中，连接端板2为矩形状，其数量为两块，两块连接端板2分别与方钢管1相对两侧的外侧壁平行且接触。本实施例的钢梁3为工字型或h型，钢梁3的数量为两根，钢梁3一端垂直固定连接于连接端板2相对接触方钢管1侧的另一侧的侧壁上，两根钢梁3与两块连接端板2一一对应连接，且钢梁3的翼缘板与方钢管1的轴线方向垂直。本实施例在具体连接钢梁3与连接端板2时，采用焊接的方式进行连接。本实施例的低屈服定位件5穿过方钢管1及两块连接端板2，单边螺栓6穿过一块连接端板2及与该连接端板1接触的方钢管1侧壁并嵌入方钢管1内，低屈服定位件5距离钢梁3的腹板的间距小于单边螺栓6距离钢梁3的腹板的间距。

本实施例中低屈服定位件5和单边螺栓6的数量均为多根，每块连接端板2连接钢梁2的腹板部位的两侧均具有低屈服定位件5和单边螺栓6穿过。本实施例在具体设置时，每块连接端板2连接钢梁2的腹板部位的两侧均具有两根低屈服定位件5和两个单边螺栓6穿过，位于钢梁2的腹板同侧的两根低屈服定位件5高低配置，位于钢梁2的腹板同侧的两个单边螺栓6高低配置。即本实施例在具体设置时，至少需四根低屈服定位件5和八个单边螺栓6。本实施例中上方的两根低屈服定位件5水平高度相同，上方的四个单边螺栓6设于上方的低屈服定位件5与方钢管1侧壁边缘之间；下方的两根低屈服定位件5水平高度相同，下方的四个单边螺栓6设于下方的低屈服定位件5与方钢管1侧壁边缘之间。本实施例的单边螺栓6和低屈服定位件5并排设置于靠近方钢管1侧壁的部位，该部位的管壁变形相比中点部位较小，但不影响单边螺栓6承载力的发挥。当低屈服定位件5发生较大变形而断裂时，单边螺栓6仍然可承受拉力荷载，使节点仍然具有一定的抗弯能力，从而为防止节点过大变形和破坏提供必要的安全冗余度。

为了使本实施例应用时便于安装设置，本实施例中方钢管1和连接端板2均开设有螺栓孔，方钢管1与连接端板2两者开设的螺栓孔位置相对应，低屈服定位件5、单边螺栓6均通过穿过螺栓孔来穿过方钢管1和连接端板2。

本实施例的低屈服定位件5包括主杆51、填充套52、套筒定位机构53及定位螺母54，其中，主杆51的材质为低屈服点钢，主杆51的中央一截为主屈服段，主屈服段至主杆51两端的端头部位为从屈服段。从屈服段的直径大于主屈服段的直径，以便将低屈服定位件5的变形段限制在主屈服段范围内。从屈服段靠近主杆51端头部位为设有外螺纹的端头螺纹段511，从屈服段与主屈服段之间形成有锥形过渡面512，锥形过渡面512用于避免局部应力集中。本实施例主杆51的主屈服段内凹构成有多个横截面为等腰梯形状的第一限位凹槽514，多个第一限位凹槽514沿主杆51长度方向上顺次排布，任意相邻两个第一限位凹槽514之间构成第一限位凸起513。

本实施例的填充套52的内壁内凸构成有横截面为等腰梯形状的第二限位凸起522，第二限位凸起522与第一限位凹槽514数量相当且位置一一对应，任意相邻两个第二限位凸起522之间构成与第一限位凸起513位置对应的第二限位凹槽523。本实施例的填充套52套设在主杆51上，填充套52的长度小于主杆51主屈服段的长度，填充套52内径小于主杆51从屈服段的直径，第一限位凸起513嵌入第二限位凹槽523内，第二限位凸起522嵌入第一限位凹槽514内。为便于填充套52和主杆51两者限位凸起和限位凹槽的交叉嵌入，本实施例将填充套52分隔为多块，之间留有分隔缝521。将填充套52的第二限位凸起522和第二限位凹槽523与主杆51的第一限位凸起513和第一限位凹槽514交错贴合后，将套筒532推入以便填充套52内置于套筒532内。为便于定位，套筒532管壁也设有分缝，同时设有隔离加强环533以加强套筒532管壁的环向刚度。

为了使本实施例应用时便于套设填充套52，本实施的填充套52由多块长条形的弧形块环绕拼接而成，在拼接之间相邻的弧形块之间也形成有分隔缝。

本实施例的套筒定位机构53包括垫板531和套筒532，其中，套筒532一端与垫板531垂直固定连接，垫板531上构成有与套筒532同轴设置且贯穿垫板531相对两端面的定位穿孔。本实施例在具体设置时，垫板531与套筒532优选集成为一整体。

本实施例的每根低屈服定位件5均设有两个套筒定位机构53，填充套52两端分别从两个套筒532相对连接垫板531端的另一端嵌入套筒532内，主杆51两端分别穿过两个套筒定位机构53的垫板531上的定位穿孔。每根低屈服定位件5中定位螺母54的数量为两个，两个定位螺母54分别套设在主杆51两端的端头螺纹段511上，定位螺母54与垫板531相对连接套筒532侧的另一侧接触。本实施例的低屈服定位件5穿过方钢管1及两块连接端板2后，其套筒定位机构53的垫板531连接套筒532的一侧与连接端板2相对接触方钢管1侧的另一侧接触。

本实施例的主杆51上设有n个第一限位凸起513，其中，n为大于或等于3的奇数。n个第一限位凸起513自主杆51中点对称分布，主杆51中点处的第一限位凸起513与其对应的第二限位凹槽523大小、形状匹配，主杆51中点两侧的第一限位凸起513的长度小于与其对应的第二限位凹槽523的长度，主杆51中点两侧的第一限位凸起513嵌入与其对应的第二限位凹槽523后形成有空隙55。本实施例优选设置五个第一限位凸起513和六个第一限位凹槽514。与此相配，在填充套52上设置有六个第二限位凸起522和五个第二限位凹槽523。

本实施例在安装低屈服定位件5时，可先将套筒532塞入螺栓孔，在外面将填充套52与主杆51连好后通过套筒532对穿入方钢管1内，通过在端头螺纹段511拧紧定位螺母54，以使得定位螺母54紧固低屈服定位件5的端头螺纹段511与垫板531。本实施例的填充套52被限制于套筒532以内，以阻止主杆51发生向外受压屈曲变形，也便于安装时对穿过预留的螺栓孔。

本实施例只有主杆51采用低屈服点钢，受拉力下只有主杆51为主要承载受拉部件，其余限制部分为常规钢材，作为优选，填充套52和套筒定位机构53可用高强钢制作；由于低屈服点钢有如橡皮筋一样较大自身变形，于是需要用填充套52等把它套箍住，以防主杆51本身被扭成麻花状，才能在反复受力下发挥作用。

实施例2：

如图4所示，本实施例在实施例1的基础上做出了如下改进：本实施例还包括角钢限位件4，其中，角钢限位件4包括限位管41和角钢42，角钢42的一块矩形面板与钢梁3的腹板接触且通过定位螺栓43固定在钢梁3的腹板上，其另一块矩形面板与连接端板2平行。本实施例的限位管41与角钢42平行于连接端板2的矩形面板外侧壁垂直固定连接，限位管41未连接角钢42的一端正对连接端板2。本实施例中每根钢梁3上均连接有角钢限位件4，低屈服定位件5的端头嵌入限位管41内，具体是低屈服定位件5的主杆51端头部位嵌入限位管41内。本实施例采用在钢梁3的腹板4局部采用定位螺栓43连上角钢限位件4时，应确保角钢限位件4的限位管41与主杆51的端头螺纹段511紧密相接。

本实施例在配备四根低屈服定位件5时，每根钢梁3上对应连接四个角钢限位件4，四个角钢限位件4的限位管41开口端分别嵌入一根低屈服定位件5中主杆51的端头。

本实施例受弯作用使钢梁3的腹板受压时，可将压力传力有效传递到低屈服定位件5的主杆51的主屈服段上，从而可充分利用低屈服点钢材料的拉-压循环耗能特性。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。