专利名称：采用形状记忆合金螺栓的钢管柱-h形梁节点的制作方法
技术领域：
本发明属于建筑工程技术领域，涉及一种钢管柱-H形梁节点，尤其涉及一种适用于对抗震自回复性能要求较高的钢框架结构和钢管混凝土框架结构。
背景技术：
近年来，形状记忆合金材料的超弹性特性已经得到研究人员的重视，国内外也已经有一些学者通过设计一种含形状记忆合金螺杆的H形梁-H形柱节点来实现节点的自回复。但是，含形状记忆合金螺栓的圆管柱-H形钢梁节点的研究目前还是一片空白。在前述的含形状记忆合金螺杆的H形梁-H形柱节点中，螺杆的长细比比较大，受压容易屈曲的问题始终没有得到有效解决，从而限制了其在工程上的应用；而使用长度相对短的螺栓来连接梁柱端板，可以很好地解决受压屈曲的问题。另一方面可以通过拧紧螺帽的方式来施加预拉力，操作非常方便。同时，这种方式节省了材料，考虑到形状记忆合金材料的成本，螺栓较之螺杆可以在造价上具有更大的优势，更适用于工程应用。但是，国内外基于这方面的研究的节点形式主要是H形柱-H形梁节点，而在钢管柱-H形钢梁节点(尤其是圆管柱-H形钢梁节点)引入形状记忆合金部件目前仍未有人涉足去研究。但是在实际工程中，钢管柱-H形钢梁连接的节点有着大量的应用，因此对含形状记忆合金螺栓的钢管柱-H形钢梁节点的研究具有很强的实际意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种将大尺寸形状记忆合金构件应用于钢框架结构中的钢管柱-H形梁连接节点。为了达到上述目的，本发明的解决方案是:一种采用形状记忆合金螺栓的钢管柱-H形梁节点，包括柱端组件、梁端组件、柱连接端板、梁连接端板和形状记忆合金螺栓；其中，所述柱端组件为包含有管柱的连接组件，与所述柱连接端板相连；所述梁端组件为包含有H形梁的连接组件，与所述梁连接端板相连；所述柱连接端板与所述梁连接端板通过所述形状记忆合金螺栓相连。所述柱端组件由外环板或者内隔板与管柱连接构成。所述外环板或者内隔板中含有与所述管柱截面形状相同的通孔，所述管柱焊接于所述通孔中。所述管柱为圆管柱或者方管柱。所述形状记忆合金螺栓位于所述梁连接端板和所述柱连接端板上梁翼外侧的位置。所述节点还包括位于所述梁连接端板和所述柱连接端板上梁翼内侧位置的钢螺栓。所述形状记忆合金螺栓包括螺杆、螺帽和垫圈；所述螺杆的加工原材料为直径大于或等于12_的形状记忆合金棒材；优选的，所述形状记忆合金棒材的直径为19_ ;所述螺帽和所述垫圈的原材料为钢材；优选的，所述螺帽和所述垫圈的原材料为45号钢或20锰钦砸钢。所述螺帽、垫圈以及螺栓均经热处理得到；优选的，所述螺杆的热处理过程为在高温400°C保温30分钟至一个小时后水淬。所述螺杆所使用的形状记忆合金材料的奥氏体相变完成温度低于环境温度。在所述梁连接端板和所述柱连接端板的两端均设有加劲肋。由于采用上述方案，本发明的有益效果是:本发明的钢管柱-H形梁节点具有自回复能力，当外载荷卸除后可以回复到初始位置，残余变形很小，增强了该节点的智能性；此夕卜，由于该节点中管柱与外环板、外环板与柱端连接端板、H形梁与梁端连接端板的焊接工作以及梁连接端板和柱连接端板的开螺孔工作等均可直接在工厂完成，现场使用螺栓连接即可，因此该节点的安装和修复都十分方便快捷，可适用于多高层钢框架结构和钢管混凝土框架结构。
图1本发明实施例中含形状记忆合金螺栓的圆管柱-H形钢梁节点的主视图；图2本发明实施例中含形状记忆合金螺栓的圆管柱-H形钢梁节点的俯视图；图3本发明实施例中含形状记忆合金螺栓的圆管柱-H形钢梁节点的螺栓的平面图；图4本发明实施例中梁柱连接端板的平面图。其中:1、外环板；2、圆管柱；3、第一加劲肋；4、第一形状记忆合金螺栓；5、第二加劲肋；6、第一钢螺栓；7、柱连接端板；8、梁连接端板；9、第三加劲肋；10、第二钢螺栓；11、第四肋板；12、第二形状记忆合金螺栓；13、H形梁；14、第三形状记忆合金螺栓；15、螺帽；16、垫片；17、螺杆；18、第一形状记忆合金螺栓开孔；19、第一钢螺栓开孔；20、第二钢螺栓开孔；21、第二形状记忆合金螺栓开孔；22、第三形状记忆合金螺栓开孔；23、第三钢螺栓开孔；24、第四钢螺栓开孔；25、第四形状记忆合金螺栓开孔。
具体实施例方式以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。本发明为了克服现有技术的不足，并考虑到圆管柱-H形梁节点对延性、耗能、刚度的需求，将大尺寸形状记忆合金构件应用于钢框架结构中钢管柱-H形梁的连接，形成一种具有自回复能力和耗能能力的圆管柱-H形梁连接节点，图1所示为其主视图，图2所示为其俯视图。本发明中包含形状记忆合金螺栓的钢管柱-H形梁节点包括柱端组件、梁端组件、柱连接端板7、梁连接端板8和形状记忆合金螺栓。其中，柱端组件为包含有管柱2的组件，与柱连接端板7相连；梁端组件为包含有H形梁的组件，与梁连接端板8相连；柱连接端板7与梁连接端板8中有对应的安装孔，通过在其中装入形状记忆合金螺栓将柱端组件和梁端组件连接锚固，从而实现了钢管柱2和H形梁13的连接。这里梁连接端板8和柱连接端板7的接触面需要作磨砂处理，以使得接触面摩擦系数满足设计要求。柱端组件由外环板I或者内隔板与管柱相连构成，管柱可以是圆管柱2和方管柱，外环板I或者内隔板中含有以圆管柱2或者方管柱的截面配合圆形或者方形的通孔，管柱焊接在外环板I或内隔板的通孔中；而柱连接端板7在外环板I或内隔板与梁端组件相连的一侧与之相连。梁端组件可以是H形梁13本身，在其与柱端组件相连的一侧与梁连接端板8相连。从图1和图2中可以看出，该节点在主视图所示侧包含两个形状记忆合金螺栓，分别为第一形状记忆合金螺栓4和第二形状记忆合金螺栓12，对应的在梁连接端板8和柱连接端板7中这一侧有两组对应的安装孔，分别为第一形状记忆合金螺栓开孔18孔和第二形状记忆合金螺栓开孔21，如图4所示。在该主视图所示侧面的背面，在梁连接端板8和柱连接端板7中的同一高度上同样包含两组对应的安装孔和两个形状记忆合金螺栓，分别为第三形状记忆合金螺栓开孔22和第四形状记忆合金螺栓开孔25以及第三形状记忆合金螺栓14和第四形状记忆合金螺栓。为了防止梁连接端板8与柱连接端板7翘曲，在靠近梁连接端板8和柱连接端板7的两侧各设有一片加劲肋，如图1所示的第一加劲肋3、第二加劲肋5、第三加劲肋9和第四加劲肋11。本发明中形状记忆合金螺栓位于梁连接端板8和柱连接端板7上靠近梁翼外侧的位置，由于形状记忆合金材料本身的超弹性特征，这些螺栓具有自回复能力，用以抵抗钢梁传递过来的弯矩。为了增强本发明节点的耗能能力，该钢管柱-H形梁节点中还包含钢螺栓。对应的，在柱连接端板7和梁连接端板8上设有用于安装钢螺栓的安装孔，位于梁连接端板8和柱连接端板7上靠近梁翼内侧的位置，如图1中第一钢螺栓6和第二钢螺栓10。在地震波等外力冲击下，允许钢螺栓部分被破坏，在修复过程中只需安装新的钢螺栓即可。外环板I或内隔板是本发明的关键构件之一，其厚度可稍微高于梁翼缘厚度。本发明中所用形状记忆合金螺栓包括螺杆17、螺帽15和垫圈16，如图3所示。其中，螺杆17由大直径形状记忆合金加工而成；螺帽和垫圈用抗拉强度很高的钢材(如45号钢或20锰钛硼钢)制作，且都要经过热处理以提高其强度。螺杆17对热处理工艺有更高的要求，一般需要在高温400°C保温30分钟至一个小时后进行水淬。为了保证螺杆17具有超弹性，螺杆17所使用的形状记忆合金材料的奥氏体相变完成温度应低于环境温度。螺杆的预拉力通过拧紧螺栓来实现。本发明的钢管柱-H形梁节点中，管柱与外环板I或内隔板的焊接、外环板I或内隔板与柱连接端板7的焊接、H形梁13与梁连接端板8的焊接、梁连接端板8与柱连接端板7的开螺栓孔等工作直接在工厂完成，在现场只需通过形状记忆合金螺栓和钢螺栓来连接梁连接端板8和柱连接端板7即可。现场连接的连接顺序为:先连接钢螺栓，再连接形状记忆合金螺栓；从而即可实现梁柱的组装，形成框架结构体系。上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种采用形状记忆合金螺栓的钢管柱-H形梁节点，其特征在于:包括柱端组件、梁端组件、柱连接端板、梁连接端板和形状记忆合金螺栓； 其中，所述柱端组件为包含有管柱的连接组件，与所述柱连接端板相连；所述梁端组件为包含有H形梁的连接组件，与所述梁连接端板相连； 所述柱连接端板与所述梁连接端板通过所述形状记忆合金螺栓相连。
2.根据权利要求1所述的采用形状记忆合金螺栓的钢管柱-H形梁节点，其特征在于:所述柱端组件由外环板或者内隔板与管柱连接构成。
3.根据权利要求2所述的采用形状记忆合金螺栓的钢管柱-H形梁节点，其特征在于:所述外环板或者内隔板中含有与所述管柱截面形状相同的通孔，所述管柱焊接于所述通孔中。
4.根据权利要求2所述的采用形状记忆合金螺栓的钢管柱-H形梁节点，其特征在于:所述管柱为圆管柱或者方管柱。
5.根据权利要求1所述的采用形状记忆合金螺栓的钢管柱-H形梁节点，其特征在于:所述形状记忆合金螺栓位于所述梁连接端板和所述柱连接端板上梁翼外侧的位置。
6.根据权利要求1所述的采用形状记忆合金螺栓的钢管柱-H形梁节点，其特征在于:所述节点还包括位于所述梁连接端板和所述柱连接端板上梁翼内侧位置的钢螺栓。
7.根据权利要求1所述的采用形状记忆合金螺栓的钢管柱-H形梁节点，其特征在于:所述形状记忆合金螺栓包括螺杆、螺帽和垫圈； 所述螺杆的加工原材料为直径大于或等于12mm的形状记忆合金棒材；优选的，所述形状记忆合金棒材的直径为19_ ； 所述螺帽和所述垫圈的原材料为钢材；优选的，所述螺帽和所述垫圈的原材料为45号钢或20锰钛硼钢。
8.根据权利要求7所述的采用形状记忆合金螺栓的钢管柱-H形梁节点，其特征在于:所述螺帽、垫圈以及螺栓均经热处理得到；优选的，所述螺杆的热处理过程为在高温400°C保温30分钟至一个小时后水淬。
9.根据权利要求7所述的采用形状记忆合金螺栓的钢管柱-H形梁节点，其特征在于:所述螺杆所使用的形状记忆合金材料的奥氏体相变完成温度低于环境温度。
10.根据权利要求1所述的采用形状记忆合金螺栓的钢管柱-H形梁节点，其特征在于:在所述梁连接端板和所述柱连接端板的两端均设有加劲肋。
全文摘要
本发明公开了一种采用形状记忆合金螺栓的钢管柱-H形梁节点，属于建筑工程技术领域。该节点包括柱端组件、梁端组件、柱连接端板、梁连接端板和形状记忆合金螺栓；其中，柱端组件为包含有管柱的连接组件，与柱连接端板相连；梁端组件为包含有H形梁的连接组件，与梁连接端板相连；柱连接端板与梁连接端板通过形状记忆合金螺栓相连。本发明节点具有自回复能力，当外载荷卸除后可以回复到初始位置；此外，由于该节点中管柱与外环板、外环板与柱端连接端板、H形梁与梁端连接端板的焊接工作以及梁连接端板和柱连接端板的开螺孔工作等均可直接在工厂完成，现场使用螺栓连接即可，因此该节点的安装和修复都十分方便快捷。
文档编号E04B1/58GK103216010SQ20131010599
公开日2013年7月24日 申请日期2013年3月28日 优先权日2013年3月28日
发明者王伟, 邵红亮, 陈以一 申请人:同济大学