一种可恢复功能的装配式自复位中柱连接装置的制作方法

本专利涉及一种可恢复功能的装配式自复位中柱连接装置，属于结构工程技术领域。

背景技术：

随着城市化进程的加快，建筑领域的发展及技术水平不断提升，加之环境污染及资源浪费问题的影响，传统建筑体系存在的环保性差的缺陷逐渐暴露，绿色装配式钢结构，开始成为了建筑体系的主要类型。与传统体系相比，该体系在施工质量、施工效率等方面，均具有显著的优势。“搭积木”是一种具有代表性的施工方法，极大程度上加快了施工速度，节约了工程资金。将其应用到各类建筑体系的设计与开发中，是建筑领域未来发展的主要趋势。

梁柱节点设计不合理将导致“强构件弱节点”情况的发生，使结构在地震荷载作用下发生严重震害，威胁人民生命财产安全。现有研究表明，对梁柱节点进行针对性加强或对梁上特定区域采取削弱手段可达到塑性铰外移的目的，从而保护梁柱节点，满足“强节点弱构件”的设计要求；同时，楼板与梁段预组装后运至施工现场进行拼装可大大节省现场混凝土浇筑的时间；此外，地震后无需修复或稍加修复即可恢复使用功能的可恢复功能结构是近年来国际地震工程领域的研究热点，不仅能够在地震中保护人们的生命财产安全，而且在地震后也能尽快恢复其使用功能，因此亟需将可恢复功能结构的理念落实于新结构的研发设计工作中，以实现建筑从单一追求抗倒塌能力向兼顾震后可修复能力的转变。为满足以上需求，本发明专利提出了一种可恢复功能的装配式自复位中柱连接装置。

本发明专利提出的一种可恢复功能的装配式自复位中柱连接装置，由带两个悬臂梁段的方钢管中柱、两个工字梁段、自复位装置以及倒l型腹板剪切件等连接装置组成。节点连接装置由上翼缘内盖板、上翼缘工字梁段上翼缘垫板、下翼缘外盖板、倒l型腹板剪切件以及高强螺栓组成；自复位装置由两个工装和预应力钢绞线连接组成。

技术实现要素：

本发明提出一种可恢复功能的装配式自复位中柱连接装置，属于结构工程技术领域。节点连接装置的焊接、工字梁段预组装均在工厂内完成，焊缝及构件质量更易控制，提高了施工速度与质量提高。

一种可恢复功能的装配式自复位中柱连接装置由带两个悬臂梁段的方钢管中柱、两个工字梁段、一组自复位装置以及连接装置组成；该连接装置是一种震后可恢复功能的连接装置，其通过加厚悬臂梁段翼缘厚度实现梁端加强，达到塑性铰外移的目的；翼缘采用单翼缘盖板连接形式，通过合理参数设计使得塑性破坏发生在拼接区，而悬臂梁段和工字梁段基本保持弹性，震后只需替换连接装置即可恢复主体结构的使用功能；上翼缘内盖板设置成内盖板式，能使上翼缘外混凝土平整，下翼缘外盖板设置成外盖板式，可作为梁段在安装过程中的支托，同时也便于节点在使用过程中对翼缘盖板屈曲变形进行观测，具有良好的性能可视性及更换可判性；悬臂梁段应与工字梁段顶紧，安装后不留缝隙，防止由于梁端转动引起的预应力钢绞线预张力损失；实现结构的震后自行复位、延缓结构主要受力构件损伤进程，保证结构耗散地震能量的预定性态设计目标并降低震后修复成本，是钢结构发展的新方向。

所述的连接装置在施工安装时，先将下翼缘外盖板通过螺栓与下部方状环形隔板连接，将梁段搁置在外伸下翼缘外盖板上，再将悬臂梁段的腹板通过倒l型腹板剪切板与梁段腹板连接，然后连接上翼缘内盖板与工字梁段上翼缘垫板，其中工字梁段上翼缘垫板紧贴工字梁段上翼缘下表面，最后安装预应力钢绞线并施加预应力。悬臂梁段与工字梁段顶紧，安装完成后不留缝；在工字梁段端部位置处设置工装，用于固定预应力钢绞线和辅助预应力钢绞线施加预张力，预应力钢绞线预张力的施加在施工现场完成。

上翼缘内盖板和下翼缘外盖板设置成圆弧狗骨削弱区或者开洞剪切削弱区，削弱区的尺寸根据实际情况设计；

方钢管中柱可管内中空，或浇筑混凝土。

本专利的优点主要表现在以下几个方面：

1、本发明的节点连接装置焊接部分均在工厂内完成，其焊缝精度和质量更易控制，现场只采用高强螺栓、连接板和连接件对带悬臂梁段的方钢管中柱及工字梁段进行装配，螺栓的紧固工作方便快捷，提高了施工速度与施工质量，适应装配式钢结构的发展。

2、本专利的节点连接装置是一种可恢复功能的装配式自复位中柱连接装置，利用防屈曲理念，上翼缘内盖板设置成内盖板式进行翼缘盖板屈曲幅值控制；下翼缘外盖板设置成外盖板式，具有良好的性能可视性及更换可判性，通过合理参数设计使得塑性破坏发生在拼接区，而悬臂梁段和工字梁段基本保持弹性，震后只需替换连接装置即可恢复主体结构的使用功能。通过加强中方钢管柱的壁厚及增加方状环形隔板厚度，以实现对柱节点域及悬臂梁段的有效加强；通过对翼缘盖板设置圆弧狗骨削弱区或者开洞剪切削弱区，以实现连接区的有效削弱，达到塑性铰外移的目的。

3、本发明的连接装置是自复位连接装置，其可实现结构震后自行复位、减小残余变形、延缓结构主要受力构件损伤进程，保证结构耗散地震能量的预定性态设计目标并降低震后修复成本，是钢结构发展的新方向。

4、自复位装置由两个工装和预应力钢绞线连接组成，盖板和预应力钢绞线形成的自复位装置与传统拉索自复位装置相比，在预应力钢绞线预张力相同的情况下，采用自复位装置的梁的整体承载力会更高；在梁的承载力相同的情况下，自复位装置的预应力钢绞线预张力需求会降低，避免了预应力钢绞线预张力对工字梁段的超应力负荷；通过施加预应力钢绞线预张力，使结构控制塑性变形的发展和损伤的积累，使结构具有良好的抗震性能和复位能力。

附图说明

图1为一种可恢复功能的装配式自复位中柱连接装置的构造形式的三维图；

图2为一种可恢复功能的装配式自复位中柱连接装置的构造形式的三维现场安装图；

图3为一种可恢复功能的装配式自复位中柱连接装置的构造形式的正视图；

图4为一种可恢复功能的装配式自复位中柱连接装置的构造形式的侧视图；

图5为一种可恢复功能的装配式自复位中柱连接装置的构造形式的俯视图；

图6为一种可恢复功能的装配式自复位中柱连接装置的上翼缘内盖板构造形式的俯视图；

图7为一种可恢复功能的装配式自复位中柱连接装置的下翼缘外盖板构造形式的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图，详细说明本专利的实施方式。

如图1-5所示，一种可恢复功能的装配式自复位中柱连接装置包括以下部件：

1——上方钢管中柱；

2——中方钢管中柱；

3——下方钢管中柱；

4——上部方状环形隔板；

5——下部方状环形隔板；

6——悬臂梁段腹板；

7——倒l型腹板剪切件；

8——上翼缘内盖板；

9——下翼缘外盖板；

10——工字梁段上翼缘垫板；

11——工字梁段；

12——工装；

13——预应力钢绞线。

如图1-5所示，带两个悬臂梁段的方钢管中柱由上方钢管中柱1，中方钢管中柱2，下方钢管中柱3，上部方状环形隔板4，下部方状环形隔板5、悬臂梁段腹板6焊接而成。上方钢管中柱1、中方钢管中柱2分别与上部方状环形隔板4焊接；下方钢管中柱3、中方钢管中柱2分别与下部方状环形隔板5焊接；悬臂梁段腹板6分别与上部方状环形隔板4、中方钢管中柱2及下部方状环形隔板5焊接。上部方状环形隔板4、下部方状环形隔板5的内环尺寸均小于方钢管中柱内环尺寸，其外环直径大于方钢管中柱外环尺寸，且环形隔板厚度大于工字梁段翼缘厚度。

如图1、2所示，上部方状环形隔板4和工字梁段11上翼缘通过高强螺栓群连接；下部方状环形隔板5和工字梁段11下翼缘通过高强螺栓群连接；悬臂梁段腹板6和倒l型腹板剪切件7通过高强螺栓群连接；上翼缘工字梁段上翼缘垫板10和工字梁段11上翼缘通过高强螺栓群连接；上翼缘内盖板8、下翼缘外盖板9与工字梁段11翼缘通过高强螺栓群连接。

如图2所示，在现场安装过程中，先将下翼缘外盖板9通过高强螺栓与下部环形隔板5连接，将工字梁段11搁置在外伸下翼缘外盖板9上，再将悬臂段的腹板通过倒l型腹板剪切件7与工字梁段腹板连接，然后连接上翼缘内盖板8与工字梁段上翼缘垫板10，其中工字梁段上翼缘垫板10紧贴工型组合梁上翼缘下表面，最后安装自复位装置预应力钢绞线13并施加预紧力。

如图6、7分别为一种可恢复功能的装配式自复位中柱连接装置的翼缘连接板构造形式。上翼缘内盖板8、下翼缘外盖板9可设置圆弧狗骨削弱区和开洞剪切削弱区两种形式。