一种工字板连接梁柱节点结构及连接方法与流程

本发明属于建筑工程领域，涉及一种工字板连接梁柱节点结构及连接方法。

背景技术：

《建筑抗震设计规范》中要求“柱在两个相互垂直的方向都与梁刚接时宜采用箱形截面”，而在可以采用工形柱的工程中采用箱形柱，结构成本会有所增加。实际工程中，工形柱弱轴方向上的连接与强轴连接一样普遍，但广泛应用的工形柱弱轴楔形加劲板连接的塑性转动能力较差，不易实现梁上塑性铰外移和“强节点弱构件”的抗震要求，故在抗震区采用该连接形式埋下了一定的安全隐患。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种工字板连接梁柱节点结构及连接方法，以克服现有技术的不足。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种工字板连接梁柱节点结构，包括h型梁、h型柱、工字板连接构件及扩翼板，h型梁包括梁翼缘和梁腹板，h型柱包括柱翼缘和柱腹板，工字板连接构件包括横向加劲肋、竖向加劲肋和工字板；竖向加劲肋上下两端分别设有一个横向加劲肋，两个横向加劲肋平行设置，横向加劲肋垂直于柱翼缘和柱腹板设置于两个柱翼缘之间，h型柱弱轴方向上，横向加劲肋三个端面分别与柱腹板和两个柱翼缘焊接，竖向加劲肋上下两端面分别与两个横向加劲肋的一个侧面焊接，竖向加劲肋的一个侧端面与柱腹板焊接；横向加劲肋的另一端面和竖向加劲肋的另一个侧端面同时与工字板的一个侧面焊接；工字板的另一个侧面焊接有最大面平行于竖向加劲肋最大面的连接板，连接板与梁腹板通过螺栓连接。

进一步的，工字板的最大平面为工字形，工字板的厚度与h型柱的翼缘厚度相同，工字板上下两端分别为上翼缘和下翼缘，上翼缘和下翼缘之间为竖向腹板；工字板的上翼缘和下翼缘长度大于h型柱的一个柱腹板宽度及两个柱翼缘厚度之和。

进一步的，h型梁的两个梁翼缘分别与两个横向加劲肋在同一平面内；h型梁的梁腹板与竖向加劲肋在一个平面内。

进一步的，h型梁的梁翼缘两个侧面分别焊接有一个扩翼板，在h型柱弱轴方向上，扩翼板的一侧端面与工字板的另一个侧面焊接。

进一步的，在h型柱强轴方向上，柱翼缘外侧侧面焊接有最大平面平行于柱腹板设置的连接板，h型梁的梁腹板与连接板通过螺栓固定连接，h型梁的梁翼缘端面与柱翼缘外侧焊接，扩翼板的一侧端面与柱翼缘外侧侧面焊接，扩翼板的一侧侧面与工字板伸出h型柱翼缘的一个侧面焊接。

进一步的，扩翼板最大平面为梯形结构；在h型柱弱轴方向上，扩翼板直角边所在平面与工字板的另一个侧面焊接。

进一步的，在h型柱强轴方向上，扩翼板直角边所在平面与柱翼缘一个侧面焊接，扩翼板其中一个平行边所在平面与工字板的一个侧面焊接。

进一步的，h型梁的梁腹板与连接板通过多个高强度螺栓连接，多个高强度螺栓呈单列或多列纵向排列。

进一步的，竖向加劲肋两端的两个横向加劲肋分别位于工字板的上翼缘和下翼缘中心部位，所述竖向加劲肋位于工字板的竖向腹板中心部位，其间的连接均为焊缝连接。

一种工字板连接梁柱节点结构的工字板连接梁柱节点结构连接方法，包括以下步骤：

步骤一、制备工字板连接构件：在工字板的上下翼缘中心部位分别焊接上下两块横向加劲肋，在工字板的竖向腹板中心部位焊接竖向加劲肋，形成工字板连接构件；

步骤二、在梁柱节点处的h型柱上焊接工字板连接构件，工字板连接构件横向加劲肋和竖向加劲肋分别与h型梁的梁翼缘和梁腹板的位置相对应；

步骤三、在带工字板连接构件的h型柱的柱翼缘上和工字板的腹板上焊接连接板，与强轴和弱轴方向上h型梁的腹板位置相对应，并在连接板和h型梁的腹板上预留螺栓孔；

步骤四、在h型梁的端部梁翼缘两侧焊接扩翼板；

步骤五、h型柱的强轴方向上与h型梁连接：使用螺栓将h型梁的腹板与焊接在h型柱的翼缘上的连接板相连接预紧，将h型梁的梁翼缘及扩翼板和与h型柱的柱翼缘采用全熔透对接焊缝连接，扩翼板与工字板伸出柱翼缘的部分焊接，最后将高强度螺栓终拧；

步骤六、h型柱的弱轴方向上与h型梁连接：使用螺栓将h型梁的梁腹板与焊接在工字板的腹板上的连接板相连接预紧，将h型梁的梁翼缘及扩翼板与工字板的上下翼缘采用全熔透对接焊缝连接，最后将高强度螺栓终拧，即可完成工字板连接梁柱节点结构的连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明一种工字板连接梁柱节点结构及连接方法，通过在钢框架梁柱节点处的h型柱上焊接工字板连接构件，工字板连接构件由上下两块横向加劲肋、一块竖向加劲肋及一块工字板焊接而成，具有强节点域的特征；本发明的梁柱节点可以改善传统工形柱弱轴楔形加劲板连接的塑性转动能力较差，不易实现梁上塑性铰外移和强节点弱构件的抗震设计要求的缺陷，较好地利用了侧板与扩翼板加强型节点的优势，且将传统的侧板加强型节点其中的侧板更换为工字板，可以使得h型柱的强、弱轴方向上与h型梁采用相同的连接方式，且在工字板与h型柱之间对应于h型梁上下翼缘及腹板的位置设置上下横向加劲肋与中间竖向加劲肋，使得传力更为明确、合理。h型梁翼缘端部焊接扩翼板形成扩大翼缘头的梁柱节点，该节点具有鲜明的强节点弱构件的特征，在往复荷载作用下可以实现梁上塑性铰外移，可以同时增加节点的延性和承载性能。

本发明构造简单，连接方便，受理合理；工字板连接构件可以在工厂加工并与钢柱连接，现场安装与传统连接完全相同，不会增加现场工作量，但可以从本质上改善传统弱轴楔形加劲板连接的塑性转动能力较差的问题，强、弱轴方向上均可以实现梁上塑性铰外移，从而增加节点的延性和耗能性能。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为工字板连接梁柱节点的装配示意图。

图3为连接板连接梁柱节点的装配示意图。

图4为预制带扩翼板的h型梁的示意图。

图5为工字板连接梁柱弱轴连接的破坏示意图；

图6为工字板连接梁柱弱轴连接的荷载-位移滞回曲线图。

图中：1-h型柱、2-h型梁、3-横向加劲肋、4-竖向加劲肋、5-工字板、6-连接板、7-扩翼板、8-螺栓。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图1至图4所示，一种工字板连接梁柱节点结构，包括h型梁2、h型柱1、工字板连接构件及扩翼板7，h型梁2包括梁翼缘和梁腹板，h型柱1包括柱翼缘和柱腹板，工字板连接构件设置于h型柱弱轴方向上，工字板连接构件包括横向加劲肋3、竖向加劲肋4和工字板5，横向加劲肋3、竖向加劲肋4和工字板5三者的最大面所在平面两两垂直设置；竖向加劲肋4上下两端分别设有一个横向加劲肋3，两个横向加劲肋3平行设置，横向加劲肋3垂直于柱翼缘和柱腹板设置于两个柱翼缘之间，横向加劲肋3三个端面分别与柱腹板和两个柱翼缘焊接，竖向加劲肋4上下两端面分别与两个横向加劲肋3的一个侧面焊接，竖向加劲肋4的一个侧端面与柱腹板焊接；横向加劲肋3的另一端面和竖向加劲肋4的另一个侧端面同时与工字板5的一个侧面焊接；工字板5的另一个侧面焊接有最大面平行于竖向加劲肋4最大面的连接板6，连接板6与梁腹板通过螺栓连接；

工字板5的最大平面为工字形，工字板5的厚度与h型柱1的翼缘厚度相同，工字板5上下两端分别为上翼缘和下翼缘，上翼缘和下翼缘之间为竖向腹板，上翼缘、下翼缘和竖向腹板均有一定的宽度；工字板5的上翼缘和下翼缘长度大于h型柱1的一个柱腹板宽度及两个柱翼缘厚度之和；

其中，h型梁2的两个梁翼缘分别与两个横向加劲肋3在同一平面内；扩翼板7最大平面为梯形结构；h型梁2的梁腹板与竖向加劲肋4在一个平面内；

h型梁2的梁翼缘两个侧面分别焊接有一个扩翼板7，在h型柱弱轴方向上，扩翼板7的一侧端面与工字板5的另一个侧面焊接；

在h型柱强轴方向上，柱翼缘外侧侧面焊接有最大平面平行于柱腹板设置的连接板6，h型梁2的梁腹板与连接板6通过螺栓固定连接，h型梁2的梁翼缘端面与柱翼缘外侧焊接，扩翼板7的一侧端面与柱翼缘外侧侧面焊接，扩翼板7的一侧侧面与工字板5的一个侧面焊接，即扩翼板7的一侧侧面与工字板5伸出柱翼缘的部分焊接；

在h型柱弱轴方向上，工字板5外侧侧面焊接有最大平面平行于柱翼缘设置的连接板6，h型梁2的梁腹板与连接板6通过螺栓8固定连接，h型梁的梁翼缘端面与工字板5外侧焊接，扩翼板7的一侧端面与工字板外侧焊接；

扩翼板7最大平面为梯形结构；在h型柱强轴方向上，扩翼板7直角边所在平面与工字板5的另一个侧面焊接；

在h型柱弱轴方向上，扩翼板7直角边所在平面与柱翼缘一个侧面焊接，扩翼板7其中一个平行边所在平面与工字板5的一个侧面焊接；

h型梁2与h型柱1均为热轧h型钢；工字板5的一个侧面与柱翼缘的端面焊接；

竖向加劲肋4两端的两个横向加劲肋3分别位于工字板5的上翼缘和下翼缘中心部位，所述竖向加劲肋4位于工字板5的竖向腹板中心部位，其间的连接均为焊缝连接；

所述横向加劲肋3、竖向加劲肋4与h型柱1的柱翼缘及柱腹板采用焊接，所述工字板5与h型柱1的柱翼缘采用焊接；

连接板6分别焊接在h型柱1的翼缘上和“工”字板5的腹板上，与强、弱轴方向上h型梁2的腹板位置相对应。

具体的，h型柱弱轴方向上，所述h型梁2的梁翼缘及扩翼板7与工字板5的上下翼缘采用全熔透对接焊缝连接；h型柱强轴方向上，所述h型梁2的梁翼缘及扩翼板7和与h型柱1的柱翼缘采用全熔透对接焊缝连接；

h型梁2的梁腹板与连接板6通过多个高强度螺栓8连接，多个高强度螺栓8呈单列或多列纵向排列；

一种工字板连接梁柱节点的连接方法，在h型柱1的节点部位焊接工字板连接构件，工字板连接构件由竖向加劲肋4、工字板5和上下两块横向加劲肋3采用焊缝连接而成，在h型柱1的强轴和弱轴方向分别焊接连接板6，强轴方向上连接板6焊接在h型柱1的翼缘上，弱轴方向上连接板6焊接在工字板5的腹板上，在h型梁2的端部梁上下翼缘的两侧分别焊接扩翼板7，得到预制好的钢梁、钢柱；然后运输到现场采用翼缘对接焊接、腹板螺栓连接的方式将钢梁柱相连，完成装配，形成钢框架梁柱节点。

一种工字板连接梁柱节点结构连接方法包括以下步骤：

步骤一、在工字板5的上下翼缘中心部位分别焊接上下两块横向加劲肋3，在工字板5的竖向腹板中心部位焊接竖向加劲肋4，形成工字板连接构件；

步骤二、在梁柱节点处的h型柱1上焊接工字板连接构件，工字板连接构件横向加劲肋3和竖向加劲肋4分别与h型梁2的梁翼缘和梁腹板的位置相对应，上端的横向加劲肋3的上表面与h型梁2的上端梁翼缘上表面平齐；下端的横向加劲肋3的下表面与h型梁2的下端的梁下翼缘下表面平齐；

步骤三、在带工字板连接构件的h型柱1的柱翼缘上和工字板5的腹板上焊接连接板6，与强轴和弱轴方向上h型梁2的腹板位置相对应，并在连接板6和h型梁的腹板上预留螺栓孔；

步骤四、在h型梁2的端部梁翼缘两侧焊接扩翼板7；

步骤五、h型柱1的强轴方向上与h型梁2的连接如下：使用多个高强度螺栓8将h型梁2的腹板与焊接在h型柱1的翼缘上的连接板6相连接预紧，将h型梁2的梁翼缘及扩翼板7和与h型柱1的翼缘采用全熔透对接焊缝连接，扩翼板7与工字板5伸出柱翼缘的部分焊接，最后将高强度螺栓终拧；

步骤六、h型柱1的弱轴方向上与h型梁2的连接如下：使用多个高强度螺栓8将h型梁2的梁腹板与焊接在工字板5的腹板上的连接板6相连接预紧，将h型梁2的梁翼缘及扩翼板7与工字板5的上下翼缘采用全熔透对接焊缝连接，最后将高强度螺栓终拧，即可完成工字板连接梁柱节点结构的连接。

本发明一种工字板连接梁柱节点及连接方法的步骤一至步骤四均可以在工厂完成加工，从而加快施工速度，并保证工程质量。然后在现场通过栓焊混合连接方式相连，h型柱强、弱轴方向上可采用相同的连接方式，梁柱连接方便，实用性好。

上面对本专利的较佳实施例作了详细描述，是为了便于该技术领域的技术人员能理解和应用本发明钢框架梁柱节点。但是本专利并不限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在其知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。

下面对本发明的梁柱弱轴连接节点的破坏模式和抗震性能进行说明。

利用有限元软件abaqus对本发明的梁柱弱轴连接节点在循环荷载作用下的力学性能进行模拟分析，参考郁有升，王建，黄伟平等在《建筑结构》上的一文《钢框架梁柱弱轴栓焊混合连接翼缘削弱型节点破坏形态试验研究》，钢柱截面取为hw250×250×9×14，钢梁截面取为hn300×150×6.5×9，均采用国标q235钢材。“工”字板宽度取为450mm，上下翼缘高度为50mm，腹板高度为250mm，宽度为50mm，与柱翼缘同厚。扩翼板总长度为200mm，宽度为50mm，斜向过渡段的水平长度为100mm。焊缝连接采用绑定约束，梁腹板采用6颗m20摩擦型高强度螺栓连接，在有限元中考虑其预拉力和表面接触作用。首先施加螺栓预紧力，然后施加柱顶轴力，最后施加梁端循环荷载。有限元分析结果如下。

(1)破坏模式。工字板连接梁柱弱轴连接的破坏示意图如图5所示。在循环荷载作用下，当加载至层间位移角约为0.03rad时，扩翼末端的梁翼缘屈曲，在其后的加载中，扩翼末端的梁翼缘及腹板的屈曲逐渐加剧，加载至0.05rad结束时梁柱节点的mises应力云图见图6，可见塑性铰在梁上扩翼板的末端梁截面上形成，说明本发明的弱轴连接节点在循环荷载作用下可以较好地实现梁上塑性铰外移，满足“强节点弱构件”的抗震设计要求。

(2)节点的抗震性能。图6为工字板连接梁柱弱轴连接的荷载-位移滞回曲线图，由图可知，本发明弱轴连接节点的滞回曲线呈饱满的梭形，无捏缩现象，说明该节点的耗能能力良好，具有较强的抗震性能。