一种功能可恢复的装配式梁柱连接节点及施工方法与流程

本发明属于建筑工程领域，具体涉及一种功能可恢复的装配式梁柱连接节点及施工方法。

背景技术：

装配式钢结构建筑是由工厂加工的构件，然后在现场通过螺栓拼接而成，具有施工快速、降低劳动强度、减少施工污染等优势，是全寿命周期内的绿色建筑。

近年来，国家多次密集出台推进建筑工业化的政策要求。我国建筑业的发展进行了结构调整和转型升级，开始向绿色、工业化和信息化等方向发展，以发展装配式建筑为重点的新型建筑工业化得到重视。梁柱节点是整个预制装配式框架的关键之处，有效可靠的连接方式以及施工方便是保证装配式结构安全正常工作的前提。为避免地震时节点发生脆性破坏，目前常采取的措施是将塑性铰外移，或设置耗能构件建立两道防线，以此保证节点的安全。但是，这种做法目的比较单一，未能有效地将塑性铰外移、耗能和可更换等理念融合在一起，故难以实现真正意义的高性能结构目标。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种功能可恢复的装配式梁柱连接节点，结构简单，施工方便，可实现塑性铰外移、耗能和可更换“三合一”的目的。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种功能可恢复的装配式梁柱连接节点，包括h型柱、h型短梁和h型长梁；

其中，h型短梁的端部固连在h型柱的翼缘上，h型短梁和h型长梁同轴设置，h型短梁和h型长梁上均设置有拼接段，h型短梁的拼接段与h型长梁的拼接段通过紧固装置连接；

紧固装置包括角钢、节点板和螺栓；节点板紧贴在h型短梁和h型长梁拼接段翼缘的外侧；角钢设置在h型短梁的腹板与翼缘的连接处和h型长梁的腹板与翼缘的连接处；

h型短梁的翼缘和h型长梁的翼缘分别与角钢和节点板通过螺栓连接，h型短梁的腹板和h型长梁的腹板分别与其两侧的角钢通过螺栓连接。

可选的，所述角钢、节点板、h型短梁拼接段和h型长梁拼接段上的螺栓孔均为条形孔，条形孔的长度方向与h型短梁的延长方向相同。

可选的，所述h型短梁拼接段和h型长梁拼接段之间有拼接间隙。

可选的，所述拼接间隙的长度为20mm。

可选的，所述h型短梁拼接段和h型长梁拼接段的长度相同。

可选的，所述h型短梁拼接段和h型长梁拼接段上均设置有用于承受变形的塑性区，塑性区分别设置在h型短梁的腹板端部和h型长梁的腹板端部。

可选的，所述塑性区为垂直贯穿腹板的v型槽、u型槽或半圆型槽。

可选的，所述螺栓为摩擦型高强螺栓。

本发明还提供了一种上述功能可恢复的装配式梁柱连接节点的施工方法，其特征在于，包括以下步骤；

步骤1、在h型柱的翼缘上采用全焊接方式连接h型短梁，h型柱与h型短梁呈直角设置；

步骤2、在h型钢柱的腹板两侧分别焊接两个相互平行的加劲肋，两个加劲肋分别与h型短梁的两个翼缘位于同一平面；

步骤3、制备节点板和角钢，并在节点板和角钢上开设条形螺栓孔，条形孔的长度方向h型短梁的延长方向相同；

在h型短梁拼接段的翼缘和腹板上分别开设与节点板和角钢相匹配的条形螺栓孔；在h型长梁拼接段的翼缘和腹板上分别开设与节点板和角钢相匹配的条形螺栓孔，并分别在h型短梁拼接段和h型长梁拼接段开设塑性区；

步骤4、将步骤3得到的h型钢柱在施工现场垂直安装就位，然后将h型长梁起吊至预定位置，并在h型短梁和h型长梁之间预留拼接间隙；

步骤5、在h型短梁的翼缘和h型长梁的翼缘外侧安装节点板，并在h型短梁的腹板与翼缘的连接处和h型长梁的腹板与翼缘的节点处安装角钢，采用螺栓将节点板、翼缘和角钢连接，并将腹板和其两侧角钢的短肢连接；

步骤6、调节螺栓的预紧力。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的一种功能可恢复的装配式梁柱连接节点，将h型短梁和h型柱通过在工厂焊接，提高了焊接质量；角钢、节点板的尺寸、螺栓的数目及布置按照等强度设计原则来确定，保证了节点的强度与承载能力；同时在拼接段对梁腹板开孔削弱，使节点的变形主要集中在塑性区，从而避免焊接处出现脆性破坏，满足“强柱弱梁”的设计要求；其次，角钢与节点板损坏后可拆卸更换，达到震后快速修复的目的。

进一步，在h型柱的腹板两侧焊接两道加劲肋，以保证“强节点弱构件”的抗震设计要求。

进一步，角钢、节点板和h型梁在拼接段全部采用摩擦型高强螺栓连接，从而可实现装配化施工。

进一步，螺栓孔均为长圆孔，短梁与长梁拼接间隙预留20mm，以保证大震时翼缘与角钢和节点板三者连接间有滑移的空间，实现摩擦耗能，减小地震破坏。

该施工方法，由于h型柱和h型短梁在工厂进行全焊连接，保证了焊接质量，同时各构件的螺栓孔及梁腹板的开孔均在工厂完成，保证了尺寸精度；将预制成型的各个部件运送至现场，然后通过高强螺栓进行拼接，从而提高了施工效率。

附图说明

图1为本发明连接节点的主视图；

图2为本发明连接节点的俯视图；

图3为本发明连接节点的右视图。

图中：1、h型柱；1-1、柱翼缘；1-2、柱腹板；2、h型短梁；2-1、短梁翼缘；2-2、短梁腹板；3、h型长梁；3-1、长梁翼缘；3-2、长梁腹板；4、角钢；5、节点板；6、螺栓；7、加劲肋；8、腹板开孔；9、拼接间隙。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

如图1至图3所示，一种功能可恢复的装配式梁柱连接节点，包括h型钢柱1、h型钢短梁2、h型钢长梁3、角钢4和节点板5；

其中，h型短梁2通过全焊接方式连接在h型钢柱1的柱翼缘1-1上，h型钢柱1和h型短梁2成直角设置。

h型钢柱1的柱腹板1-2两侧分别焊有两道横向加劲肋7，加劲肋7与h型短梁2的翼缘2-1位于同一平面。通过在h型钢柱1上与h型短梁2翼缘相对应的位置处施焊两道加劲肋，满足“强节点弱构件”的抗震设计要求。

h型短梁2的另一端通过紧固结构连接h型钢长梁3；紧固装置包括角钢4、节点板5和螺栓6。

h型短梁2和h型钢长梁3上分别有一段等长的拼接段，节点板5紧贴在h型短梁2和h型长梁3拼接段翼缘的外侧；角钢4设置在h型短梁2的腹板与翼缘的连接处和h型长梁3的腹板与翼缘的连接处。

节点板5设置有两排螺栓孔组，每排螺栓孔组用于连接一个角钢4的长肢，每排螺栓孔组包括多个均布的螺栓孔；角钢4的长肢上设置有多个螺栓孔，且与节点板5的多个螺栓孔的尺寸与位置相一致，角钢4的短肢上设置有多个螺栓孔，用于连接短梁腹板2-2和长梁腹板3-2。

h型短梁拼接端的节点板5、短梁翼缘2-1和角钢4的长肢通过螺栓6紧固，h型长梁3拼接端的节点板5、长梁翼缘3-1和角钢4的长肢通过螺栓6紧固，进而实现了短梁翼缘2-1和长梁翼缘3-1的连接。

h型短梁腹板2-2两侧的角钢4的短肢通过螺栓6紧固，h型长梁拼接端的长梁腹板3-2两侧的角钢4的短肢通过螺栓6紧固，进而实现了短梁腹板2-2和长梁腹板3-2的连接。

上述的螺栓孔均为长圆孔，螺栓孔的尺寸大于螺杆的直径，采用长圆孔使螺栓在大震时具有一定的滑移空间；节点板5和角钢4与h型短梁和h型长粱翼缘在大震时的接触面滑移可实现摩擦耗能，在滑移的过程中耗散地震能量，减小地震破坏。

螺栓6均为摩擦型高强螺栓。

h型短梁2和h型钢长梁3上的拼接段长度相同，h型短梁2和h型钢长梁3上的拼接端之间设置有拼接间隙9，拼接间隙9的长度为20mm。

h型短梁2和h型钢长梁3拼接处的腹板上均开有半圆孔，通过对梁腹板进行开孔削弱，使节点的变形集中在设计的塑性区，从而远离柱端，避免梁端焊接处出现脆性破坏，满足“强柱弱梁”的设计要求。

下面对申请的一种可恢复的装配式梁柱连接节点的原理进行详细的说明。对钢节点而言，地震发生时，往往是薄弱处或受力最不利处最先遭到破坏，然后扩展到整个节点，最终使节点失效。由于焊接质量难以保证，因此薄弱环节通常位于焊接处，而梁与柱的连接处受力情况又较为复杂，受力也最大，因此梁柱连接处在遭受地震时很容易发生脆性破坏。为此，本发明采用以下技术手段避免梁柱节点发生脆性破坏：首先，短梁与柱在工厂焊接，提高焊接质量，减少焊接缺陷，避免成为薄弱环节；其次，在柱腹板两侧焊有两道横向加劲肋，以此来增加节点的强度；然后，对梁腹板开孔削弱，使薄弱环节出现于此。其思想就是：一方面在对节点进行完善和加强的同时，另一方面却对梁进行削弱，从而使地震时梁先发生破坏，即“强节点弱构件”的抗震设计思想。

受力耗能过程：由于梁腹板开孔削弱，节点处将发生内力重分布，最大应力将由梁柱焊接处转移至削弱区，进一步产生塑性变形。地震作用下，拼接处的角钢和节点板等耗能件会先行参与耗能，待耗能件屈服后，进行拆卸更换，恢复耗能能力。

下面对本申请提供的一种可恢复的装配式梁柱连接节点的施工方法进行详细的阐述，包括以下步骤；

步骤1、在工厂将h型短梁2一端的短梁翼缘2-1和短梁腹板2-2与h型柱1的柱翼缘1-1进行全焊接；

步骤2、在h型钢柱1的柱腹板1-2两侧分别焊接两个相互平行的加劲肋7，两个加劲肋7分别与h型短梁2的两个短梁翼缘2-1位于同一平面；

步骤3、拼接处按等强度设计原则来确定角钢4、节点板5的尺寸、螺栓6的数目及布置；

在h型短梁2拼接段的短梁翼缘和h型长梁3拼接段的长梁翼缘上开设与节点板和角钢的长肢相一致的长圆孔；在h型短梁2拼接段的短梁腹板和h型长梁3拼接段的长梁腹板上开设与角钢的短肢相一致的长圆孔，并在拼接段的梁腹板上开孔削弱，以使塑性铰出现于此；

步骤4、将步骤2得到的h型钢柱1在施工现场垂直安装就位，然后将h型长梁起吊至预定位置，既与h型短梁2相同高度，并在h型短梁2和h型长梁3之间预留拼接间隙9；

步骤5、在h型短梁2的短梁翼缘和h型长梁3的长梁翼缘外侧安装节点板5，并在每个短梁翼缘与短梁腹板的连接处和长梁翼缘与长梁腹板的连接处安装角钢4，采用螺栓6将节点板和角钢的长肢连接，并将两个角钢的短肢连接；完成h型短梁2和h型长梁3的拼接，

步骤6、调节螺栓6预紧力的大小。

该施工方法，由于h型柱和h型短梁在工厂进行全焊连接，保证了焊接质量，同时各构件的螺栓孔及梁腹板的开孔均在工厂完成，保证了尺寸精度；将预制成型的各个部件运送至现场，然后通过高强螺栓进行拼接，从而提高了施工效率。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。