一种采用顶底角钢和外伸端板连接的新型钢结构梁柱节点的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种采用顶底角钢和外伸端板连接的新型钢结构梁柱节点，包括楼板、钢柱、钢梁、外伸端板、两个盖板和两个等边角钢，盖板远端的螺栓孔通过高强度螺栓与钢梁翼缘远端的螺栓孔连接，等边角钢底面的螺栓孔、盖板近端的螺栓孔与钢梁翼缘近端的螺栓孔通过高强度螺栓连接，外伸端板中间螺栓孔与钢柱翼缘中间螺栓孔通过高强度螺栓连接，一个等边角钢竖面的螺栓孔、外伸端板上端的螺栓孔与钢梁翼缘上端的螺栓孔通过高强度螺栓连接，另一个等边角钢竖面的螺栓孔、外伸端板下端的螺栓孔与钢梁翼缘下端的螺栓孔通过高强度螺栓连接，楼板铺设在钢梁上面。本实用新型初始刚度大、屈服强度高、滞回曲线饱满、抗震性能好。
【专利说明】一种采用顶底角钢和外伸端板连接的新型钢结构梁柱节点
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于结构工程钢结构【技术领域】，具体涉及一种采用顶底角钢和外伸端 板连接的新型钢结构梁柱节点。
【背景技术】
[0002] 1994年以前，栓焊混合连接节点一直是钢结构中常用的节点连接形式，但是在 1994年美国Northridge地震和1995年日本阪神地震中，数百栋多高层钢结构房屋的梁柱 刚性连接节点出现大量的脆性断裂，究其原因，是钢结构中梁柱连接采用了刚性连接。
[0003] 而梁柱节点半刚性连接在受力性能上介于刚接与铰接，用于钢结构梁柱连接，即 能承受一定的弯矩，梁柱间又会产生一定的转动。与刚性节点相比，半刚性连接梁柱节点的 滞回曲线饱满，具有较好的延性和耗能能力。对于高强度螺栓半刚性节点的连接方式主要 有以下几种：
[0004] 1)端板连接；
[0005] 2)角钢连接；
[0006] 3)短T型钢连接。
[0007] 这三种连接方式各有特点在于：
[0008] (1)对于端板连接，由于在现场施工前，钢梁需要与端板在工地焊接完成，增加了 施工工序，并且在焊接过程中容易使钢材变脆，焊缝周围的构件容易产生较大的残余应力， 会造成焊接缺陷，地震时容易引起节点脆性破坏，影响节点动力性能的发挥；
[0009] (2)对于角钢连接，虽然没有焊接工序，且具有较好的转动能力，但刚度小，对梁转 动约束小，使梁跨中弯矩较大，此外，还能导致结构的抗侧移刚度较小，对结构抗风、抗震不 利。该类连接方法柔性较大，导致节点极限承载能力不够；
[0010] (3)短T型钢连接虽也未采用焊接工艺，但就其自身而言，短T型钢不太常用，加工 形式特殊，其连接后，节点刚度较大，接近刚性节点性能，刚性节点在地震作用下，由于节点 刚度大，容易产生脆性断裂。
[0011] 高玥（广州大学）的一篇论文《新型半刚性端板连接节点滞回性能及应用研究》 中，第三章-四种类型端板连接节点的受力性能研究及第四章-新型端板连接节点滞回性 能的参数化研究公开了若干梁柱连接节点结构，其中3. 4节的图3-11公开了一种结构相对 合理的梁柱连接节点结构，但是此结构的钢梁与端板采用焊接结构，盖板与钢梁也采用焊 接结构，导致初始刚度小、屈服强度低、滞回曲线不饱满、抗震性能差。
【发明内容】
[0012] 本实用新型为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种初始刚度大、屈服强 度高、滞回曲线饱满、抗震性能好的一种采用顶底角钢和外伸端板连接的新型钢结构梁柱 节点。
[0013] 本实用新型的目的通过以下的技术方案实现：本一种采用顶底角钢和外伸端板连 接的新型钢结构梁柱节点，包括楼板、钢柱、钢梁、外伸端板、两个盖板和两个等边角钢，其 中：
[0014] 所述的钢柱为Η型钢，钢柱的翼缘开有若干个螺栓孔（螺栓孔个数由力学计算决 定），
[0015] 所述的钢梁为Η型钢，钢梁近端的上下翼缘各开有若干个螺栓孔（螺栓孔个数由 力学计算决定），钢梁的螺栓孔往远端方向的上下翼缘各开有两道圆弧缺口，圆弧缺口形成 "犬骨式"构造，
[0016] 所述的外伸端板开有若干个螺栓孔（螺栓孔个数由力学计算决定），
[0017] 所述的盖板开有若干个螺栓孔（螺栓孔个数由力学计算决定），
[0018] 所述的等边角钢的两个面各开有若干个螺栓孔（螺栓孔个数由力学计算决定），
[0019] 所述的盖板远端的螺栓孔通过高强度螺栓与钢梁翼缘远端的螺栓孔连接，等边 角钢底面的螺栓孔、盖板近端的螺栓孔与钢梁翼缘近端的螺栓孔通过高强度螺栓连接，夕卜 伸端板中间螺栓孔与钢柱翼缘中间螺栓孔通过高强度螺栓连接，一个等边角钢坚面的螺栓 孔、外伸端板上端的螺栓孔与钢梁翼缘上端的螺栓孔通过高强度螺栓连接，另一个等边角 钢坚面的螺栓孔、外伸端板下端的螺栓孔与钢梁翼缘下端的螺栓孔通过高强度螺栓连接， 楼板铺设在钢梁上面。
[0020] 所述楼板包括压型钢板、混凝土、方格钢网和栓钉，栓钉固定焊接在压型钢板的凹 槽边缘，方格钢网放置在压型钢板上，混凝土浇筑在方格钢网上。
[0021] 本实用新型相对于现有技术具有如下的优点：
[0022] 1、本实用新型整体上，采用弧形缺口削弱翼缘，外伸端板加强腹板，并在钢梁上配 置压型钢板混凝土板组合楼板，即混合型钢梁、柱、楼板的节点形式，该节点易于施工，成本 低，传力可靠，并能保证在强烈地震作用下形成塑性铰发生塑性变形来耗散地震能量。采用 压型钢板混凝土板组合楼板，节省了钢梁钢材的用量，同时压型钢板混凝土板组合楼板还 能有效地抑制钢梁的局部屈曲失稳，提高构件的延性。
[0023] 2、钢柱、钢梁、外伸端板、两个盖板和两个等边角钢之间紧密贴合在一起，洞口相 对，采用高强度螺栓连接，不采用任何焊接工艺，钢材不变脆，初始刚度大、屈服强度高、滞 回曲线饱满、抗震性能好。
[0024] 3、本实用新型创造性地将带盖板的"犬骨式"钢梁端部构造及顶底角钢、外伸端板 全螺栓连接节点和压型钢板混凝土板组合楼板结合起来，通过对钢梁端部上下翼缘局部削 弱，促使塑性铰在梁端削弱位置出现，并扩展塑性变形。摩擦型高强度螺栓连接承载力高， 动力性能好，采用顶底角钢一外伸端板全螺栓连接节点，改善了钢结构梁柱节点的延性，增 强了节点抗震耗能能力，进一步提高了结构整体的抗震性能。
[0025] 4、在钢梁和压型钢板混凝土板组合楼板之间设置有足够数量的栓钉，可以形成整 体共同工作作用。由于压型钢板混凝土板组合楼板的组合作用，不仅可以节省钢梁钢材的 用量，同时压型钢板混凝土板组合楼板还能有效地抑制钢梁的局部屈曲失稳，提高构件的 延性。
【专利附图】
【附图说明】
[0026] 图1-图3是实施例1的一种采用顶底角钢和外伸端板连接的新型钢结构梁柱节 点的结构图。其中，图1为立体图，图2为纵向剖视图，图3为钢梁的尺寸图。
[0027] 图4是对实施例两种连接节点结构进行加载的低周循环加载制度图。
[0028] 图5是本实用新型连接节点结构的有限元模型图。
[0029] 图6是图5的网格划分图。
[0030] 图7是对现有连接节点加楼板的有限元模型图。
[0031] 图8是图7的网格划分图。
[0032] 图9是图6的单向加载应力云图。
[0033] 图10是图9的楼板应力云图（带Η型钢孔）。
[0034] 图11是图9的压型钢板应力云图。
[0035] 图12是图9的钢网应力云图。
[0036] 图13是图6的循环加载应力云图。
[0037] 图14是图8的单向加载应力云图（为了清楚显示钢柱钢梁等部件的应力分布，隐 去楼板）。
[0038] 图15是图8的循环加载应力云图。
[0039] 图16是图5的连接节点结构与图7的连接节点结构的Μ- Θ曲线对比图。
[0040] 图17是图5的连接节点结构的滞回曲线。
[0041] 图18是图7的连接节点结构的滞回曲线。
[0042] 图19是图17和图18的叠合对比图。
[0043] 图20是外伸端板尺寸及螺栓孔位置图。
【具体实施方式】
[0044] 下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
[0045] 如图1和图2所示的一种采用顶底角钢和外伸端板连接的新型钢结构梁柱节点， 包括楼板、钢柱1、钢梁2、外伸端板3、两个盖板4和两个等边角钢5,其中：
[0046] 钢柱1为Η型钢，钢柱1的翼缘开有8个螺栓孔，钢梁2为Η型钢，钢梁2近端的 上下翼缘各开有2个螺栓孔，钢梁2的螺栓孔往远端方向的上下翼缘各开有两道圆弧缺口 6,圆弧缺口 6形成"犬骨式"构造，外伸端板3开有8个螺栓孔，盖板4开有4个螺栓孔，等 边角钢5的两个面各开有2个螺栓孔，
[0047] 盖板4远端的两个螺栓孔通过高强度螺栓与钢梁2翼缘远端的两个螺栓孔连接， 等边角钢5底面的两个螺栓孔、盖板4近端的两个螺栓孔与钢梁2翼缘近端的两个螺栓孔 通过高强度螺栓连接，外伸端板3中间4个螺栓孔与钢柱1翼缘中间4个螺栓孔通过高强度 螺栓连接，一个等边角钢5坚面的两个螺栓孔、外伸端板3上端的两个螺栓孔与钢梁2翼缘 上端的两个螺栓孔通过高强度螺栓连接，另一个等边角钢5坚面的两个螺栓孔、外伸端板3 下端的两个螺栓孔与钢梁2翼缘下端的两个螺栓孔通过高强度螺栓连接，楼板铺设在钢梁 2上面。
[0048] 楼板包括压型钢板7、混凝土 8、方格钢网9和栓钉10,栓钉10固定焊接在压型钢 板7的凹槽边缘，方格钢网9放置在压型钢板7上，混凝土 8浇筑在方格钢网9上。
[0049] 本实施例的连接节点结构的结构和尺寸设计如下：
[0050] (1)设计：将型钢梁靠近型钢柱边缘的端部位置局部削弱为带盖板的"犬骨式"梁 端；
[0051] (2)螺栓连接的施工过程：
[0052] 首先，在钢构件预制工厂，对钢梁的端部进行局部削弱作业，形成带盖板的"犬骨 式"式构造。令b f为钢梁的翼缘宽度，hb为梁截面高度，则局部削弱截面的几何尺寸如下 (如图3):
[0053] 削弱起点至边缘a = (0· 50?0· 75)bf ;
[0054] 削弱长度 b = (0· 65 ?0· 85)hb ;
[0055] 削弱深度 c = (0· 20 ?0· 25)bf ;
[0056] R =
【权利要求】
1. 一种采用顶底角钢和外伸端板连接的新型钢结构梁柱节点，其特征在于：包括楼 板、钢柱、钢梁、外伸端板、两个盖板和两个等边角钢，其中： 所述的钢柱为Η型钢，钢柱的翼缘开有若干个螺栓孔， 所述的钢梁为Η型钢，钢梁近端的上下翼缘各开有若干个螺栓孔，钢梁的螺栓孔往远 端方向的上下翼缘各开有两道圆弧缺口，圆弧缺口形成"犬骨式"构造， 所述的外伸端板开有若干个螺栓孔， 所述的盖板开有若干个螺栓孔， 所述的等边角钢的两个面各开有若干个螺栓孔， 所述的盖板远端的螺栓孔通过高强度螺栓与钢梁翼缘远端的螺栓孔连接，等边角钢底 面的螺栓孔、盖板近端的螺栓孔与钢梁翼缘近端的螺栓孔通过高强度螺栓连接，外伸端板 中间螺栓孔与钢柱翼缘中间螺栓孔通过高强度螺栓连接，一个等边角钢坚面的螺栓孔、夕卜 伸端板上端的螺栓孔与钢梁翼缘上端的螺栓孔通过高强度螺栓连接，另一个等边角钢坚面 的螺栓孔、外伸端板下端的螺栓孔与钢梁翼缘下端的螺栓孔通过高强度螺栓连接，楼板铺 设在钢梁上面。
2. 根据权利要求1所述的一种采用顶底角钢和外伸端板连接的新型钢结构梁柱节点， 其特征在于：所述楼板包括压型钢板、混凝土、方格钢网和栓钉，栓钉固定焊接在压型钢板 的凹槽边缘，方格钢网放置在压型钢板上，混凝土浇筑在方格钢网上。
【文档编号】E04B5/40GK204112504SQ201420617817
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月23日 优先权日:2014年10月23日
【发明者】刘坚, 周观根, 陈凡, 高玥, 李东伦, 高奎, 任达 申请人:广州大学