一种可恢复功能的装配式波浪腹板梁柱组合节点连接装置的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种可恢复功能的装配式波浪腹板梁柱组合节点连接装置，由带悬臂梁段圆钢管柱、波浪腹板工形组合梁段及两者的连接装置组成，属于结构工程技术领域。本发明中节点连接装置的焊接、波浪腹板工形梁段与组合楼板的组装均在工厂内完成，焊缝及构件质量更易控制，现场只需采用高强螺栓和连接板对带悬臂梁段圆钢管柱及波浪腹板工形组合梁段进行装配，施工速度与质量大大提高；波浪腹板工形组合梁段可搭在带悬臂梁段圆钢管柱下翼缘连接板上，降低了吊装难度且易于现场拼装定位；通过针对性设计可使地震荷载作用下结构的破坏位置发生在易于更换的高强螺栓及下翼缘连接板等耗能构件处，便于震后修复，适应于可恢复功能的装配式钢结构的发展需求。
【专利说明】
一种可恢复功能的装配式波浪腹板梁柱组合节点连接装置
技术领域
[0001]本专利涉及一种可恢复功能的装配式波浪腹板梁柱组合节点连接装置，属于结构工程技术领域。
【背景技术】
[0002]改革开放以来，我国的城市发展取得了举世瞩目的成就。但城市建设仍属于以混凝土为主、现场砌筑的粗放型建造方式，造成了环境污染加剧，材料浪费严重，建造成本高，产品质量低等多方面的问题。2015年4月，《中共中央国务院关于加快推进生态文明建设的意见》要求全面促进资源节约循环高效使用，完善再生资源回收体系，推进建筑垃圾资源化利用，并大力推广绿色建筑，使建筑达到绿色、实用、经济、美观的标准。装配式钢结构作为全寿命周期的绿色建筑，具有标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修，信息化管理等特点。大力推广装配式钢结构建筑，可以减少建筑垃圾和建筑扬尘污染，缩短建造工期，提升工程质量，消化钢铁过剩产能，形成钢材战略储备。目前，装配式钢结构建筑体系已成为建筑钢结构发展的新方向和新趋势。
[0003]波浪腹板工形构件作为一种节能、节材、绿色环保的新型钢结构构件，在国内外工程领域已被广泛应用。波浪腹板工形构件由正弦形波浪腹板与平直翼缘通过高频连续焊接组成，可替代传统的普通焊接H型钢、工字钢等。它与传统的平腹板工形构件相比不仅节省了材料、减轻了自身重量，还提高了工形构件的面外抗弯刚度与扭转刚度，能够保证构件在超过高宽比的限值时，构件仍能满足在制作、运输及安装过程中的刚度要求，减少了因构件腹板刚度不足给施工带来的不便。
[0004]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如设置狗骨削弱区等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，但楼板组合效应使梁柱节点承载力和刚度有一定程度提升的同时，也会降低节点转动能力，还可能导致“强梁弱柱”情况的发生，这将与设计初衷相违背，因此需针对组合结构特点进行针对性设计，以在充分发挥其优势的同时保证结构各项性能;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波浪腹板梁柱组合节点连接装置。
【发明内容】
[0005]本发明提出一种可恢复功能的装配式波浪腹板梁柱组合节点连接装置，属于结构工程技术领域。节点连接装置的焊接、波浪腹板工形梁段与组合楼板的预组装均在工厂内完成，焊缝及构件质量更易控制，现场只需采用高强螺栓和连接板对悬臂梁段圆钢管柱及波浪腹板工形组合梁段进行装配，施工速度与质量大大提高。
[0006]—种可恢复功能的装配式波浪腹板梁柱组合节点连接装置，由带悬臂梁段圆钢管柱、波浪腹板工形组合梁段及两者的连接装置组成；
[0007]带悬臂梁段圆钢管柱由上圆钢管柱、中圆钢管柱、下圆钢管柱、上部环形隔板、下部环形隔板、悬臂梁段腹板及悬臂梁段端板焊接而成。上圆钢管柱、中圆钢管柱分别与上部环形隔板焊接;下圆钢管柱、中圆钢管柱分别与下部环形隔板焊接;悬臂梁段腹板四周分别与上部环形隔板、中圆钢管柱、下部环形隔板及悬臂梁段端板焊接;悬臂梁段端板除与悬臂梁段腹板焊接外，还与上部环形隔板、下部环形隔板焊接。其中，上部环形隔板与下部环形隔板分为三部分，分别为圆环部分、圆弧连接段部分、翼缘段部分。圆环部分作为节点域的加强部分、圆弧连接段部分作为梁端部加腋部分、翼缘段部分作为与波浪腹板工形组合梁段的拼接部分。圆钢管柱、中圆钢管柱、下圆钢管柱统称为圆钢管柱。上部环形隔板、下部环形隔板的内环尺寸均小于圆钢管柱内环尺寸，外环尺寸均大于圆钢管柱外环尺寸，且环形隔板厚度大于波浪腹板工形梁段翼缘厚度；
[0008]波浪腹板工形组合梁段由波浪腹板工形梁段和压型钢板组合楼板通过栓钉连接组成;波浪腹板工形梁段由波浪腹板工形梁和波浪腹板工形梁段端板焊接而成，其中的波浪腹板工形梁也可替换为平腹板工形梁；
[0009]带悬臂梁段圆钢管柱与波浪腹板工形组合梁段之间的连接装置包括下翼缘连接板、橡胶垫及高强螺栓群；
[0010]下翼缘连接板和下部环形隔板、波浪腹板工形梁段下翼缘;悬臂梁段端板和波浪腹板工形组合梁段端板均通过单排或多排螺栓群连接；
[0011]连接装置在施工安装时，先将下翼缘连接板通过第I螺栓群与下部环形隔板连接，将波浪腹板工形组合梁段放置在外伸下翼缘连接板上，同时，将悬臂梁段端板和波浪腹板工形梁段端板对齐，两端板之间放入橡胶垫定位，并通过第3螺栓群连接，最后通过第2螺栓群将波浪腹板工形梁段下翼缘固定；
[0012]上部环形隔板和下部环形隔板、下翼缘连接板、波浪腹板工形梁段上翼缘或/和下翼缘处均设置狗骨削弱区；
[0013]圆钢管柱管内中空，或浇筑混凝土。
[0014]本发明专利提出的一种可恢复功能的装配式波浪腹板梁柱组合节点连接装置，由带悬臂梁段圆钢管柱、波浪腹板工形组合梁段及两者的连接装置组成。带悬臂梁段圆钢管柱由上圆钢管柱、中圆钢管柱、下圆钢管柱、上部环形隔板、下部环形隔板、悬臂梁段腹板及悬臂梁段端板焊接而成。上圆钢管柱、中圆钢管柱分别与上部环形隔板焊接;下圆钢管柱、中圆钢管柱分别与下部环形隔板焊接;悬臂梁段腹板与上部环形隔板、下部环形隔板及悬臂梁段端板焊接。其中，波浪腹板工形梁也可替换为平腹板工形梁。带悬臂梁段圆钢管柱与波浪腹板工形组合梁段之间的连接装置包括下翼缘连接板、橡胶垫及高强螺栓群。
[0015]本专利的优点主要表现在以下几个方面:
[0016]1、不仅能够适应现行的装配式钢结构体系，并且可以通过拼接节点设计较弱与增加环形隔板的厚度共同作用而达到结构耗能与塑性铰外移的目的，而无需采取加设盖板、加劲肋及边板等梁端加强措施，降低了施工难度，避免了多条焊缝的复杂应力场。
[0017]2、悬臂梁段与普通梁段的上下翼缘均采用翼缘单盖板的连接方式，故可先将下翼缘连接板与下部环形隔板通过螺栓连接，此时波浪腹板工形组合梁段可搭在带悬臂梁段圆钢管柱下翼缘外伸连接板上，降低了吊装难度，加快了施工进度，且拼装处台阶式构造使波浪腹板工形组合梁段放置到位后与悬臂梁段互相咬合，易于现场拼装定位。
[0018]3、此节点可对连接板厚度、螺栓及狗骨削弱区布设方式等进行针对性设计，一方面可提高节点的延性以及转动能力，并保证节点有良好的耗能能力，在大震时可以确保建筑不发生倒塌，从而保护人员的生命财产安全；另一方面可使地震荷载作用下结构的破坏位置发生在易于更换的高强螺栓及下翼缘连接板等耗能构件处，确保带悬臂梁段圆钢管柱及中间梁段无损坏或轻微损坏，震后只需更换连接板和高强螺栓即可达到震后可恢复功能的效果。
【附图说明】
[0019]图1为一种可恢复功能的装配式波浪腹板梁柱组合节点连接装置的三维图；
[0020]图2为一种可恢复功能的装配式波浪腹板梁柱组合节点连接装置的三维拆分图；
[0021]图3为一种可恢复功能的装配式波浪腹板梁柱组合节点连接装置的三维安装示意图；
[0022]图4为一种可恢复功能的装配式波浪腹板梁柱组合节点连接装置的正视图；
[0023]图5为一种可恢复功能的装配式波浪腹板梁柱组合节点连接装置的侧视图；
[0024]图6为一种可恢复功能的装配式波浪腹板梁柱组合节点连接装置的俯视图；
[0025]图7为一种可恢复功能的装配式平腹板工形梁梁柱组合节点连接装置的三维图；
[0026]图8为一种加强环带狗骨耗能段的可恢复功能的装配式波浪腹板梁柱组合节点连接装置的三维图；
[0027]图9为一种连接板带狗骨削弱区的可恢复功能的装配式波浪腹板梁柱组合节点连接装置的三维图；
[0028]图10为一种波浪腹板工形梁段带狗骨削弱区的可恢复功能的装配式波浪腹板梁柱组合节点连接装置的三维图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图，详细说明本专利的实施方式。
[0030]如图1-10所示，一种可恢复功能的装配式波浪腹板梁柱组合节点连接装置包括以下部件:
[0031]I——上圆钢管柱；
[0032]2——中圆钢管柱；
[0033]3——下圆钢管柱；
[0034]4一一上部环形隔板；
[0035]5一一下部环形隔板；
[0036]6一一悬臂梁段腹板；
[0037]7——组合楼板；
[0038]8一一下翼缘连接板；
[0039]9--悬臂梁段端板；
[0040]10一一波浪腹板工形梁段；
[0041 ] 11一一波浪腹板工形梁段端板；
[0042]12一一波浪腹板工形梁；
[0043]13一一第I螺栓群；
[0044]14一一第2螺栓群；
[0045]15一一第3螺栓群；
[0046]16--橡胶垫；
[0047]17——栓钉；
[0048]18一一平腹板工形梁；
[0049]19一一狗骨削弱区。
[0050]如图1、2、3、4、5所示，带悬臂梁段圆钢管柱由上圆钢管柱I，中圆钢管柱2，下圆钢管柱3，上部环形隔板4，下部环形隔板5、悬臂梁段腹板6及组成悬臂梁段端板9。上圆钢管柱
1、中圆钢管柱2分别与上部环形隔板4焊接;下圆钢管柱3、中圆钢管柱2分别与下部环形隔板5焊接;悬臂梁段腹板6四周分别与上部环形隔板4、中圆钢管柱2、下部环形隔板5及悬臂梁段端板9焊接;悬臂梁段端板9与悬臂梁段腹板6焊接外，还与上部环形隔板4、下部环形隔板5焊接。其中，上部环形隔板4与下部环形隔板5可分为三部分，分别为圆环部分、圆弧连接段部分，翼缘段部分。圆环部分作为节点域的加强部分、圆弧连接段部分作为梁端部加腋部分、翼缘段部分作为与波浪腹板工形梁段10的拼接部分。上部环形隔板4、下部环形隔板5的内环尺寸均小于圆钢管柱内环尺寸，其外环直径大于圆钢管柱外环尺寸，且环形隔板厚度大于波浪腹板工形梁段10翼缘厚度；
[0051]如图3、8所示，波浪腹板工形组合梁段由波浪腹板工形梁段10和压型钢板组合楼板7通过栓钉17连接组成;波浪腹板工形梁段10由波浪腹板工形梁12和波浪腹板工形梁段端板11焊接而成。其中，波浪腹板工形梁12也可替换为平腹板工形梁18;
[0052]如图1、3、4所示，带悬臂梁段圆钢管柱与波浪腹板工形组合梁段之间的连接装置由下翼缘连接板8及高强螺栓。其中高强螺栓分别为第I螺栓群13、第2螺栓群14、第3螺栓群15；
[0053]如图1、3、4所示，下翼缘连接板8和下部环形隔板5、波浪腹板工形梁段10，悬臂梁段端板9和波浪腹板工形梁段端板11均通过单排或多排螺栓群连接；
[0054]如图1、2、3、5所示，上圆钢管柱I，中圆钢管柱2，下圆钢管柱3可管内中空，或浇筑混凝土；
[0055]如图8、9、10所示，上部环形隔板4和下部环形隔板5、下翼缘连接板8、波浪腹板工形梁段10上翼缘和下翼缘处均可设置狗骨削弱区19;
[0056]如图3所示，在现场安装过程中，下翼缘连接板8通过第I螺栓群13与下部环形隔板5连接，将波浪腹板工形梁段10放置在外伸下翼缘连接板8上，同时，将悬臂梁段端板9和波浪腹板工形梁段端板11对齐，两端板之间放入橡胶片16定位，并通过第3螺栓群15连接;通过第2螺栓群14将波浪腹板工形梁段10固定。由于梁柱连接节点采用翼缘单板拼接，在梁柱节点进行现场拼装时，波浪腹板工形梁段10可搭在与下部环形隔板5连接好的下翼缘连接板8上，降低了吊装难度，加快了施工进度，且拼装处台阶式构造使波浪腹板工形梁段10放置到位后与互相咬合，易于现场拼装定位。
【主权项】
1.一种可恢复功能的装配式波浪腹板梁柱组合节点连接装置，其特征在于:由带悬臂梁段圆钢管柱、波浪腹板工形组合梁段及两者的连接装置组成;所述的带悬臂梁段圆钢管柱由上圆钢管柱、中圆钢管柱、下圆钢管柱、上部环形隔板、下部环形隔板、悬臂梁段腹板及悬臂梁段端板焊接而成;上圆钢管柱、中圆钢管柱分别与上部环形隔板焊接;下圆钢管柱、中圆钢管柱分别与下部环形隔板焊接;悬臂梁段腹板四周分别与上部环形隔板、中圆钢管柱、下部环形隔板及悬臂梁段端板焊接;悬臂梁段端板除与悬臂梁段腹板焊接外，还与上部环形隔板、下部环形隔板焊接;其中，上部环形隔板与下部环形隔板分为三部分，分别为圆环部分、圆弧连接段部分、翼缘段部分;翼缘段部分作为与波浪腹板工形梁段的拼接部分；圆钢管柱、中圆钢管柱、下圆钢管柱统称为圆钢管柱;上部环形隔板、下部环形隔板的内环尺寸均小于圆钢管柱内环尺寸，外环尺寸均大于圆钢管柱外环尺寸，且上部环形隔板、下部环形隔板厚度均大于波浪腹板工形梁段翼缘厚度;所述的波浪腹板工形组合梁段由波浪腹板工形梁段和压型钢板组合楼板通过栓钉连接组成;波浪腹板工形梁段由波浪腹板工形梁和波浪腹板工形梁段端板焊接而成;所述的带悬臂梁段圆钢管柱与波浪腹板工形组合梁段之间的连接装置包括下翼缘连接板、橡胶垫及高强螺栓群;所述的下翼缘连接板和下部环形隔板、波浪腹板工形梁段下翼缘;悬臂梁段端板和波浪腹板工形梁段端板均通过单排或多排螺栓群连接。2.根据权利要求1所述的可恢复功能的装配式波浪腹板梁柱组合节点连接装置，其特征在于:其中的波浪腹板工形梁能替换为平腹板工形梁。3.根据权利要求1所述的可恢复功能的装配式波浪腹板梁柱组合节点连接装置，其特征在于:所述的连接装置在施工安装时，先将下翼缘连接板通过第I螺栓群与下部环形隔板连接，将波浪腹板工形梁段放置在外伸下翼缘连接板上，同时，将悬臂梁段端板和波浪腹板工形梁段端板对齐，两端板之间放入橡胶垫定位，并通过第3螺栓群连接，最后通过第2螺栓群将波浪腹板工形梁段下翼缘固定。4.根据权利要求1所述的可恢复功能的装配式波浪腹板梁柱组合节点连接装置，其特征在于:所述的上部环形隔板和下部环形隔板、下翼缘连接板、波浪腹板工形梁段上翼缘或/和下翼缘处设置狗骨削弱区。5.根据权利要求1所述的可恢复功能的装配式波浪腹板梁柱组合节点连接装置，其特征在于:所述的圆钢管柱管内中空，或浇筑混凝土。
【文档编号】E04B1/98GK105863050SQ201610237847
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月17日
【发明人】张爱林, 李然, 姜子钦, 吴靓, 张振宇
【申请人】北京工业大学