一种钢支撑梁柱节点处的支撑连接件及自复位SMA装置

本发明涉及可恢复功能的钢结构技术领域，特别是涉及一种钢支撑梁柱节点处的支撑连接件及自复位sma装置。

背景技术：

钢框架结构是多层以及高层建筑中常用的结构形式，其中梁柱节点是钢框架结构的基本单元。钢框架结构中梁柱节点要传递轴力、剪力与弯矩，其传力机制十分复杂，作为钢框架结构中的传力节点，在遭遇地震时极易发生变形进而影响建筑的使用安全与使用寿命。因此，梁柱节点的抗震能力变的至关重要，目前为了提高建筑抗震能力以及使用寿命，选择了在梁柱节点处设置可恢复功能结构，通过可恢复功能结构在遭受地震作用时，可利用自复位机制可减小结构构件因屈服耗能而导致的残余变形，有效提高结构的可恢复功能能力，使得建筑在地震之后，依然能够使用，保证了其使用寿命。如专利号为“201810346633.6”，名称为“基于sma棒材的自复位梁柱节点和钢结构建筑”的发明专利中在钢柱与钢梁之间设置有连接板，连接板一端与钢柱固定连接，另一端与钢梁的腹板螺栓连接，钢梁和钢柱之间留有供钢梁绕腹板上的螺栓转动的空间，sma棒材一端与钢柱连接，另一端与钢梁固定连接，sma棒材相对于钢梁腹板上的螺栓上下对称布置。当发生地震时，钢梁能够绕螺栓转动并耗散地震能量，然后在震后通过sma棒材的自复能力能够使钢梁恢复原位继续使用。

但无论是现有的自复位钢框架结构中，还是上述发明专利中，通常仅针对钢梁与钢柱的自复位连接节点进行研究，对带刚支撑的自复位梁柱节点性能研究较少，导致目前的可恢复功能结构不适用带钢支撑的梁柱节点中。尤其是偏心支撑结构中，震后结构残余变形较大，需进一步增大其自复位和耗能能力，减小结构的残余变形。同时偏心支撑结构中的钢梁—钢柱—钢支撑连接节点域会形成强刚性约束，在轴力、剪力和弯矩共同作用下很容易产生开合效应，使得连接处在梁、柱和支撑屈服前发生损伤或破坏，因此需要其具有足够的延性和转动能力，以解决开合效应的影响。

技术实现要素：

本发明的目的是解决上述技术问题，提供一种钢支撑梁柱节点处的支撑连接件及自复位sma装置，通过支撑连接件所带来的低摩擦滑移耗能，实现钢梁的转动耗能的目的，同时通过sma丝拉拽钢梁，提供强耗能以及强复位的能力，以解决上述背景技术中提出的钢柱—钢梁—钢支撑连接节点存在的残余变形大、耗能能力弱、开合效应明显、复位能力差等问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种钢支撑梁柱节点处的支撑连接件，用于连接钢柱、钢梁和所述钢支撑，所述支撑连接件上设有沿所述钢柱高度方向布置的柱端长条孔以及沿所述钢梁长度方向成对布置的梁端长条孔，所述支撑连接件通过所述柱端长条孔螺栓连接在所述钢柱上；所述钢梁的上翼缘设有与所述梁端长条孔相对应的钢梁长条孔，所述钢梁长条孔与所述梁端长条孔通过螺栓连接；每对所述梁端长条孔内的螺栓之间连接有始终拉拽所述钢梁且可使其复位的sma丝；所述钢支撑铰接在所述支撑连接件上。

优选的，所述支撑连接件包括相互连接的支撑连接竖板、支撑连接横板，所述支撑连接竖板和所述支撑连接横板之间连接有支撑连接端板；所述支撑连接竖板上设有两排沿所述钢柱高度方向上布置的所述柱端长条孔，所述支撑连接横板上设有两排沿所述钢梁长度方向上布置的所述梁端长条孔，所述支撑连接端板上设有供所述钢支撑转动连接的铰接孔。

优选的，两排所述柱端长条孔和两排所述梁端长条孔分设在所述支撑连接端板的两侧。

优选的，所述钢支撑的端头设有两个连接耳板，所述支撑连接端板插接在两个所述连接耳板之间，通过所述铰接孔以及销轴与所述连接耳板连接。

优选的，所述钢柱与所述支撑连接竖板之间设置有柱端橡胶垫片，所述钢梁的上翼缘与所述支撑连接横板之间设置有梁端橡胶垫片，所述柱端橡胶垫片和所述梁端橡胶垫片上分别设有与所述柱端长条孔以及所述梁端长条孔相对应的垫片长条孔。

本发明还提供了一种钢支撑梁柱节点处的自复位sma装置，应用了上述的支撑连接件，所述支撑连接件设置在钢柱与钢梁的上翼缘之间，所述钢支撑铰接在所述支撑连接件上，所述钢柱和所述钢梁的下翼缘固定连接。

优选的，所述钢柱和所述钢梁的下翼缘通过t形连接件连接，所述t形连接件包括相互连接的柱端连接竖板、梁端连接横板，所述柱端连接竖板与所述钢柱螺栓连接，所述梁端连接横板和所述钢梁的下翼缘螺栓连接。

优选的，所述钢柱和所述钢梁的腹板之间设有角钢连接件，所述角钢连接件包括相互连接的角钢柱端连接板、角钢梁端连接板；所述钢梁的腹板上设有若干弧形孔，所述弧形孔内设有与所述角钢梁端连接板螺栓连接的弧形螺栓，所述角钢柱端连接板与所述钢柱螺栓连接。

优选的，若干个所述弧形孔的转动形心均为所述t形连接件与所述钢柱连接处的中心点。

优选的，所述钢柱为h型钢，所述钢柱的腹板上设有与所述钢梁的上翼缘和下翼缘在同一水平面上的柱内加劲肋。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1.支撑连接件应用在带支撑的钢框架结构中的钢梁和钢柱的节点处，支撑连接件通过柱端长条孔与钢柱螺栓连接，通过梁端长条孔以及钢梁上的钢梁长条孔螺栓连接，当受震时，支撑连接件可沿钢柱竖向低摩擦滑移，同时由于螺栓存在，支撑连接件不会水平方向上移动，而是钢梁会沿水平方向移动，与支撑连接件发生水平低摩擦滑移，在竖向低摩擦滑移和水平摩擦滑移作用下，一方面实现钢梁朝向钢柱的转动，钢梁转动能够缓冲地震所带来的硬性冲击，另一方面通过摩擦可实现对地震能量的耗能。梁端长条孔内的螺栓端头之间设有sma丝，钢梁转动时，sma丝始终处于受拉状态，拉拽着钢梁以提供弹性拉拽，一方面sma丝受拉能够耗散地震能量，提供钢梁复位的能力，另一方面能够使钢梁具有足够的延性和转动能力，避免梁、柱和支撑屈服前发生损伤或破坏，以及减小结构的残余变形风险，解决钢柱和钢梁节点处开合效应的影响。

2.钢支撑的端头设有两个连接耳板，钢支撑通过连接耳板与支撑连接件铰接，一方面提高钢支撑与支撑连接件连接强度，另一方面两个连接耳板将支撑连接件中的支撑连接端板夹持在内，能够对支撑连接件进行导向，避免支撑连接件向两侧晃动，而不能顺畅的竖向滑移。

3.在支撑连接件与钢柱、钢梁之间分别设有柱端橡胶垫片、梁端橡胶垫片，利用橡胶的弹性和摩阻，起到缓冲作用，降低受震时，钢柱、钢梁、和支撑连接件之间的硬性冲击带来的伤害同时，提高了钢柱、钢梁、和支撑连接件三者之间的摩擦力，提高地震耗能的能力。

4.自复位sma装置采用了支撑连接件，并将其设置在钢柱与钢梁的上翼缘之间，同时将钢柱和钢梁的下翼缘固定连接。受震时，钢梁会绕着钢梁与钢柱连接的中心点转动，支撑连接件发生竖向低摩擦滑移耗能，钢梁与支撑件连接件之间发生相对水平低摩擦滑移耗能，sma丝拉拽钢梁，提供耗能和复位能力，以减小节点在复杂荷载下的开合效应，减少节点处发生损伤，具有高延性和高效复位能力。

5.钢柱和钢梁的下翼缘通过t形连接件连接，以提高给钢柱与钢梁转动点的强度，避免反复转动下，导致钢梁和钢柱转动中心点的破坏。

6.在钢柱和钢梁的腹板之间设置角钢连接件进一步提高钢柱与钢梁之间的连接稳定性。同时钢梁腹板上开设弧形孔，并钢梁通过弧形孔和弧形螺栓与角钢连接件连接，一方面弧形孔不影响钢梁的转动，另一方面，弧形螺栓在弧形孔内运动时，能够耗散地震能量，进而进一步提高耗能强度，减小残余变形的风险、和降低开合效应影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为自复位sma装置的结构示意图；

图2为支撑连接件的结构示意图；

图3为支撑连接件的侧视图；

图4为角钢连接件的结构示意图；

图5为钢梁的结构示意图；

图6为t形连接件的结构示意图；

图7为自复位sma装置的俯视图。

附图标记说明：1、钢柱；2、钢梁；3、钢支撑；4、支撑连接件；5、t形连接件；6、角钢连接件；7、sma丝；8、柱内加劲肋；9、螺帽；10、普通垫片；11、长圆孔垫片；211、钢梁长条孔；212、弧形孔；213、弧形螺栓；214、钢梁螺栓孔；311、连接耳板；312、销轴；411、支撑连接竖板；412、支撑连接横板；413、支撑连接端板；414、柱端长条孔；415、梁端长条孔；416、铰接孔；417、竖向滑移螺栓；418、水平滑移螺栓；419、柱端橡胶垫片；420、梁端橡胶垫片；511、柱端连接竖板；512、梁端连接横板；513、柱端圆孔；514、梁端圆孔；611、角钢柱端连接板；612、角钢梁端连接板；613、角钢柱端圆孔；614、角钢梁端圆孔；615、中心点。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本实施例提供一种钢支撑梁柱节点处的支撑连接件，用于连接钢柱1、钢梁2和钢支撑3，如图1至图7所示，支撑连接件4与钢柱1连接的连接面上设有柱端长条孔414，柱端长条孔414沿钢柱1高度方向布置，竖向滑移螺栓417穿过柱端长条孔414与钢柱1上的螺栓孔后，在柱端长条孔414两端安装螺帽9，以将支撑连接件4螺栓连接在钢柱1上。支撑连接件4与钢梁2的连接面上设有梁端长条孔415，梁端长条孔415沿钢梁2长度方向上成对布置，钢梁2的上翼缘设有钢梁长条孔211，钢梁长条孔211的数量和尺寸与梁端长条孔415相同，将梁端长条孔415与钢梁长条孔211一一对应后，穿入水平滑移螺栓418，并在水平滑移螺栓418两的端头各安装两个螺帽9，每对梁端长条孔415内的水平滑移螺栓418之间设有sma丝7，sma丝7缠绕在水平滑移螺栓418端头的两个螺帽9之间，并用两个螺帽9夹紧，在缠绕sma丝7后，sma丝7将两个水平滑移螺栓418拉紧，使水平滑移螺栓418紧贴在两个梁端长条孔415相对的端头上以及两个钢梁长条孔211相对的端头上；钢支撑3铰接在支撑连接件4上。地震时，钢梁2会朝向钢柱1转动，当钢梁2向下转动时，支撑连接件4会沿着钢柱1发生竖向的低摩擦滑移耗能，由于竖向滑移螺栓417的限位，此时支撑连接件4在水平方向是保持不动的。而钢梁2则会沿着钢梁2长度方向水平滑移，与支撑连接件4发生水平方向的低摩擦滑移进行耗能，由于每对水平滑移螺杆34中靠近钢柱1的水平滑移螺杆34，是紧靠梁端长条孔415、钢梁长条孔211的端头的，因此靠近钢柱1这一侧的水平滑移螺杆34是固定不动的，而远离钢柱1这一侧的水平滑移螺杆34在钢梁2推动下会一同向远离钢柱1的方向滑移，使得水平滑移螺杆34之间的sma丝7受拉，给予钢梁2复位的拉力。当钢梁2向上转动时，则远离钢柱1一侧的水平滑移螺杆34不动，靠近钢柱1一侧的水平滑移螺杆34在钢梁2推动下向钢柱1运动，sma丝7受拉，将钢梁2回拉，即通过两两成对的梁端长条孔415和两两成对的钢梁长条孔211的共同作用下保证sma丝7始终受拉。

本实施例中，如图1至图7所示，支撑连接件4包括支撑连接竖板411、支撑连接横板412以及支撑连接端板413，支撑连接横板412的端头与支撑连接竖板411底部垂直连接，支撑连接端板413的侧壁与支撑连接竖板411连接，支撑连接端板413的底面与支撑连接横板412固定连接，连接方式可选择焊接，也尅一一体成型。支撑连接竖板411上设有两排柱端长条孔414，柱端长条孔414均沿钢柱1的高度方向布置，以保证支撑连接件4能够沿钢柱1的高度方向上下滑移，然后通过柱端长条孔414以及竖向滑移螺栓417将支撑连接竖板411螺栓连接在钢柱1上。支撑连接横板412上设有两排沿钢梁2长度方向上布置的梁端长条孔415，水平滑移螺栓418插入梁端长条孔415和钢梁长条孔211后，将支撑连接件4螺栓连接在钢梁2的上翼缘上，以使钢梁2受震后可以沿钢梁2长度方向上水平滑移。在竖向滑移和水平滑移共同作用下，钢梁2可朝钢柱1方向进行转动。支撑连接端板413上设有铰接孔416，钢支撑3通过铰接孔416和销轴312铰接在支撑连接件4上。

进一步，本实施例中，支撑连接竖板411和支撑连接横板412均为矩形板，支撑连接件4为梯形板。

进一步，本实施例中，两排柱端长条孔414和两排梁端长条孔415分设在支撑连接端板413的两侧，即支撑连接端板413设置在支撑连接竖板411、支撑连接横板412的中间位置，以改善支撑连接件4受力情况。

进一步，本实施例中，如图1、图2、图3以及图7所示，柱端长条孔414一共四个，两个柱端长条孔414互为一对分设支撑连接端板413的两侧。梁端长条孔415一共四个，两个梁端长条孔415互为一对分设支撑连接端板413的两侧。

本实施例中，如图1、图2、图3以及图7所示，钢支撑3的端头设有两个连接耳板311，优选的钢支撑3与连接耳板311一体成型。连接耳板311上设有与铰接孔416相对应的销轴孔，再将支撑连接端板413插接在两个连接耳板311之间后，将销轴312插入通过铰接孔416以及销轴孔内，使连接耳板311铰接在支撑连接端板413上。

为了保护支撑连接件4、钢梁2和钢柱1在地震中不会发生撞击损坏，以及提高三者之间的摩阻力，本实施例中，在钢柱1与支撑连接竖板411之间设置有柱端橡胶垫片419，柱端橡胶垫片419上开设有与柱端长条孔414尺寸一样的垫片长条孔。竖向滑移螺栓417依次插入支撑连接件4上的柱端长条孔414、柱端橡胶垫片419上的垫片长条孔、钢柱1上的螺栓圆孔，竖向滑移螺栓417伸出柱端长条孔414的这一端安上长圆孔垫片11，并用螺帽9拧紧，竖向滑移螺栓417伸出钢柱1的一端安上普通垫片10，并用螺帽9拧紧。在钢梁2的上翼缘与支撑连接横板412之间设置有梁端橡胶垫片420，梁端橡胶垫片420上开设有与梁端长条孔415尺寸一样的垫片长条孔。水平滑移螺栓418依次穿过支撑连接件4上的梁端长条孔415、梁端橡胶垫片420上的垫片长条孔、钢梁2上的钢梁长条孔211，然后水平滑移螺栓418的两端均安装上长圆孔垫片11后，拧入螺帽9，然后缠绕sma丝7后，再安装一个螺帽9，将sma丝7夹紧。优选的，柱端橡胶垫片419和梁端橡胶垫片420均选用丁基橡胶垫片，丁基橡胶气密性好，耐热性强、耐臭氧、耐老化、耐化学药品，且具有良好的吸震性能。

本实施例中还提供了一种钢支撑梁柱节点处的自复位sma装置，应用了上述的支撑连接件4，如图1至图7所示，支撑连接件4设置在钢柱1与钢梁2的上翼缘之间，钢支撑3铰接在支撑连接件4上，同时钢柱1和钢梁2的下翼缘固定连接。当受震时，钢梁2可绕钢柱1和钢梁2的下翼缘连接处转动，支撑连接件4发生上下的竖向低摩擦滑移耗能，同时钢梁2在钢梁2的长度方向上与支撑连接件4之间发生水平方向低摩擦滑移进行耗能，同时在水平滑移螺栓418以及sma丝7作用下，钢梁2始终被的拉拽，从而有效减小连接节点在轴力—剪力—弯矩共同组合下的开合效应，并为连接节点提供复位和耗能能力，以提高钢结构梁柱节点的抗震性能和震后功能恢复能力。

本实施例中，如图1、图5和图6所示，钢柱1和钢梁2的下翼缘通过t形连接件5连接，t形连接件5包括柱端连接竖板511和梁端连接横板512，梁端连接横板512的端头与柱端连接竖板511的中部固定连接，可焊接或一体成型。柱端连接竖板511上设有若干个柱端圆孔513，梁端连接横板512设有若干梁端圆孔514，柱端圆孔513和钢柱1通过普通螺栓连接，然后在普通螺栓两端分别安装普通垫片10和螺帽9进行紧固。钢梁2的下翼缘上设有若干钢梁螺栓孔214，梁端圆孔514和钢梁螺栓孔214通过普通螺栓连接，并在普通螺栓两端分别安装普通垫片10和螺帽9进行紧固。本实施例中优选的，柱端连接竖板511和梁端连接横板512均为矩形板，梁端圆孔514、柱端圆孔513和钢梁螺栓孔214以及钢柱1上的螺栓孔均为四个，保证t形连接件5与钢柱1以及钢梁2稳定连接。柱端连接竖板511和梁端连接横板512的连接处与钢柱1的接触处的中心点615，为钢梁2绕钢柱1转动的转动形心点。即受震时，钢梁2会绕着转动形心点转动。

本实施例中，如图1和图4所示，钢梁2的腹板的两侧设有角钢连接件6，角钢连接件6包括角钢柱端连接板611、角钢梁端连接板612，角钢梁端连接板612的端头与角钢柱端连接板611的底部固定连接，优选焊接或一体成型。角钢柱端连接板611设有若干角钢柱端圆孔613，普通螺栓插入角钢柱端圆孔613后与钢柱1上的螺栓孔进行螺栓连接，然后在普通螺栓的两端依次安装普通垫片10和螺帽9进行紧固。角钢梁端连接板612设有若干角钢梁端圆孔614，钢梁2的腹板上设有若干弧形孔212，弧形孔212的中心与角钢梁端圆孔614对齐后，插入弧形螺栓213进行螺栓连接。优选的，单个角钢连接件6上角钢柱端圆孔613设有两个，角钢梁端圆孔614为四个，弧形孔212为四个。

为了保证当钢梁2能够绕中心点615转动，本实施例中，如图1所示，将若干个弧形孔212的转动形心均设置成t形连接件5与钢柱1连接处的中心点615。使钢梁2能够顺畅的绕中心点615转动。

如图1所示，钢柱1为h型钢，钢柱1腹板的两侧设有若干个柱内加劲肋8。优选的，柱内加劲肋8有四个，两两互为一组分设在钢柱1腹板的两侧，钢柱1腹板单侧上的柱内加劲肋8设置位置分别与钢梁2的上翼缘和下翼缘在同一水平面上，通过设置柱内加劲肋8提高钢柱1承受钢梁2转动所带来的力的冲击，提高钢柱1的整体结构强度，以提高抗震能力，避免发生变形。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。