專利名稱：一種震后可恢復(fù)功能的鋼框架預(yù)制預(yù)應(yīng)力梁柱節(jié)點(diǎn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及一種鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)，尤其是建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域應(yīng)用的一種震后可恢復(fù)功能的鋼框架預(yù)制預(yù)應(yīng)力梁柱節(jié)點(diǎn)。
背景技術(shù)：
鋼框架梁柱節(jié)點(diǎn)剛接節(jié)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于抗震鋼結(jié)構(gòu)中，傳統(tǒng)的鋼框架梁柱剛接節(jié)點(diǎn)分為兩種形式，第一種為栓焊混合連接，這種連接方式為梁翼緣與鋼柱翼緣采用工地焊接，梁腹板與拼接板通過(guò)高強(qiáng)螺栓連接，拼接板與鋼柱翼緣工廠焊接；第二種為焊接短梁式，這種連接形式為短梁與鋼柱在工廠全焊連接，短梁與框架梁在工地栓焊混合連接或全栓連接。但是這兩種梁柱節(jié)點(diǎn)震后因梁端焊縫得不到保護(hù)容易發(fā)生脆性破壞，近年來(lái)廣泛研究的加強(qiáng)和削弱等改進(jìn)型鋼框架梁柱節(jié)點(diǎn)能夠達(dá)到強(qiáng)震時(shí)塑性鉸外移的目的，保護(hù)了梁端焊縫而不發(fā)生脆性破壞，但在強(qiáng)震過(guò)后，鋼框架都會(huì)產(chǎn)生較大的殘余變形，結(jié)構(gòu)和構(gòu)件變形較 大，震后難以修復(fù)或修復(fù)成本大大增加。人們重新審視并尋求更好的結(jié)構(gòu)體系，提出了可恢復(fù)功能的鋼框架梁柱節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)體系，其基本構(gòu)成包括框架梁、柱、預(yù)應(yīng)力構(gòu)件和耗能裝置，其中框架梁通過(guò)水平設(shè)置的預(yù)應(yīng)力拉索和框架柱連接在一起。當(dāng)?shù)卣鹱饔眠_(dá)到一定程度時(shí)，梁柱的接觸面張開(kāi)，耗能裝置耗能，從而避免了梁柱等主體構(gòu)件的損壞。地震作用后，結(jié)構(gòu)在預(yù)應(yīng)力作用下恢復(fù)到原先的豎向位置。研究表明這種震后可恢復(fù)功能的鋼框架體系克服了傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)和改進(jìn)型梁柱節(jié)點(diǎn)的不足，能夠避免現(xiàn)場(chǎng)焊接，發(fā)揮預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，在強(qiáng)震發(fā)生后控制結(jié)構(gòu)損傷，減少或消除結(jié)構(gòu)殘余變形，震后結(jié)構(gòu)容易修復(fù)。但是現(xiàn)有可恢復(fù)功能鋼框架體系中需要現(xiàn)場(chǎng)張拉預(yù)應(yīng)力拉索，不但會(huì)增加鋼框架的施工難度，而且延長(zhǎng)鋼框架的施工時(shí)間，因此在一定程度上阻礙了可恢復(fù)功能鋼框架結(jié)構(gòu)體系在實(shí)際工程中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服了傳統(tǒng)鋼框架梁柱節(jié)點(diǎn)、改進(jìn)型梁柱節(jié)點(diǎn)和現(xiàn)有震后可恢復(fù)功能的鋼框架梁柱連接節(jié)點(diǎn)的上述缺陷，提出了一種新型震后可恢復(fù)功能的鋼框架預(yù)制預(yù)應(yīng)力梁柱節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)具有良好的抗震性能，在中震或大震后結(jié)構(gòu)可以恢復(fù)原有功能。同時(shí)實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)無(wú)需張拉預(yù)應(yīng)力拉索，只需像普通鋼梁一樣采用焊接短梁式即采用螺栓和焊縫混合連接或全螺栓連接方法將兩短梁段與中間梁段連接，從而減小了施工難度，提高了施工質(zhì)量且減少了施工時(shí)間。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案一種震后可恢復(fù)功能的預(yù)制預(yù)應(yīng)力鋼框架梁柱節(jié)點(diǎn)，包括鋼框架柱和鋼框架柱之間的短梁段、梁柱連接裝置和耗能裝置；所述鋼框架柱包括鋼柱I、焊接在鋼柱I與短梁段翼緣5齊平位置的柱加勁肋2和焊接在鋼柱I翼緣外側(cè)與梁對(duì)應(yīng)位置的柱加強(qiáng)板3 ;所述短梁段包括短梁段腹板4和焊接在短梁段腹板邊緣的短梁段翼緣5及連接在短梁段端部上、下翼緣位置的短梁段翼緣加強(qiáng)板6 ;所述梁柱連接裝置包括沿著短梁段腹板4橫向布置的短梁段腹板加勁肋7、預(yù)應(yīng)力拉索8和位于鋼柱翼緣與短梁接觸位置的梁端頂板9 ;所述耗能裝置包括位于短梁段腹板4端部?jī)蓚?cè)的槽鋼10和用于穿過(guò)短梁段腹板4將兩側(cè)的槽鋼10連接起來(lái)的高強(qiáng)度螺栓11 ;柱加強(qiáng)板3與短梁段腹板加勁肋7之間沿短梁段腹板4穿施加了預(yù)應(yīng)力的預(yù)應(yīng)力拉索8，通過(guò)預(yù)應(yīng)力拉索8將短梁段與框架柱連接在一起，形成震后可恢復(fù)功能的預(yù)制預(yù)應(yīng)力鋼框架梁柱節(jié)點(diǎn)。所述槽鋼10與短梁段腹板4之間夾有用來(lái)保證摩擦系數(shù)的黃銅片，或其他保證摩擦系數(shù)的措施。所述鋼柱I可以是H型、箱型截面或其他型式柱。所述短梁段腹板4通過(guò)腹板拼接板14和高強(qiáng)螺栓15與中間梁段腹板12連接，短梁段翼緣5通過(guò)梁翼緣拼接板16和高強(qiáng)螺栓15與中間梁段翼緣13連接，或通過(guò)焊縫與中間梁段翼緣13連接。所述鋼框架柱和短梁段采用Q235、Q345普通強(qiáng)度等級(jí)鋼材或采用Q420以上高性 能鋼材。所述連接裝置中短梁段腹板加勁肋7采用加強(qiáng)剛度的措施。所述的預(yù)制預(yù)應(yīng)力鋼框架梁柱節(jié)點(diǎn)的加工工藝，步驟如下I)將柱加勁肋2和柱加強(qiáng)板3焊于鋼柱I與梁翼緣齊平位置；2)將兩槽鋼10和梁端頂板9焊于鋼柱I翼緣內(nèi)側(cè)；3)將短梁段翼緣加強(qiáng)板6焊于短鋼梁翼緣5與鋼柱連接端上、下翼緣位置；4)將兩短梁段腹板加勁肋7焊于短梁段腹板4上；5)在短梁段腹板4與高強(qiáng)度螺栓11對(duì)應(yīng)位置設(shè)置長(zhǎng)孔，兩槽鋼10與短梁段腹板4通過(guò)高強(qiáng)度螺栓11連接；6)在柱加強(qiáng)板3與短梁段腹板加勁肋7之間沿短梁段腹板4穿預(yù)應(yīng)力拉索8，對(duì)拉索施加預(yù)應(yīng)力，通過(guò)預(yù)應(yīng)力拉索8將短梁段與框架柱連接在一起，形成震后可恢復(fù)功能的預(yù)制預(yù)應(yīng)力鋼框架梁柱節(jié)點(diǎn)。7)所述震后可恢復(fù)功能的預(yù)制預(yù)應(yīng)力梁柱節(jié)點(diǎn)與中間梁段的連接有兩種體系短梁段腹板4通過(guò)腹板拼接板14和高強(qiáng)螺栓15與中間梁段腹板12連接，短梁段翼緣5通過(guò)翼緣拼接板16和高強(qiáng)螺栓17與中間梁段翼緣13連接；或短梁段腹板4通過(guò)腹板拼接板14和高強(qiáng)螺栓15與中間梁段腹板12連接，短梁段翼緣5通過(guò)焊縫與中間梁段翼緣13連接。所述震后可恢復(fù)功能的預(yù)制預(yù)應(yīng)力鋼框架梁柱節(jié)點(diǎn)與中間梁段的連接方式短梁段腹板4通過(guò)梁腹板拼接板14和高強(qiáng)螺栓15與中間梁段腹板12連接，短梁段翼緣5通過(guò)梁翼緣拼接板16和高強(qiáng)螺栓15或焊縫與中間梁段翼緣13連接(詳見(jiàn)附圖3、5)當(dāng)?shù)卣鹱饔眠_(dá)到一定程度時(shí)，短梁段和短梁段翼緣加強(qiáng)板6與梁端頂板5的接觸面脫開(kāi)(詳見(jiàn)附圖7)，高強(qiáng)度螺栓11摩擦耗能，從而避免了梁柱等主體構(gòu)件的損壞。地震作用后，結(jié)構(gòu)在預(yù)應(yīng)力作用下恢復(fù)到原先的豎向位置，恢復(fù)了結(jié)構(gòu)原有功能。(詳見(jiàn)附圖3、5)本發(fā)明可以取得如下有益效果本發(fā)明采用預(yù)制預(yù)應(yīng)力鋼框架梁柱節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)地震后結(jié)構(gòu)恢復(fù)其原有功能，但是短梁段與柱通過(guò)在工廠張拉預(yù)應(yīng)力索完成連接，在施工現(xiàn)場(chǎng)只需像普通鋼梁一樣的方法通過(guò)全栓接或栓焊混合連接安裝中間梁段，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)需張拉預(yù)應(yīng)力拉索，方便了施工、提高了施工質(zhì)量且減少了安裝時(shí)間。


圖I是本發(fā)明專利震后可恢復(fù)功能的預(yù)制預(yù)應(yīng)力梁柱節(jié)點(diǎn)；圖2是本發(fā)明專利震后可恢復(fù)功能的預(yù)制預(yù)應(yīng)力梁柱節(jié)點(diǎn)的三維圖；圖3是本發(fā)明專利震后可恢復(fù)功能的預(yù)制預(yù)應(yīng)力梁柱節(jié)點(diǎn)組成平面框架結(jié)構(gòu)體系形式I ;圖4是本發(fā)明專利震后可恢復(fù)功能的鋼框架預(yù)制預(yù)應(yīng)力梁柱節(jié)點(diǎn)及其框架結(jié)構(gòu)體系I三維整體圖；圖5是本發(fā)明專利震后可恢復(fù)功能的預(yù)制預(yù)應(yīng)力梁柱節(jié)點(diǎn)組成的平面框架結(jié)構(gòu)體系形式2 ； 圖6是本發(fā)明專利震后可恢復(fù)功能的鋼框架預(yù)制預(yù)應(yīng)力梁柱節(jié)點(diǎn)組成的平面框架結(jié)構(gòu)體系2三維整體圖；圖7是當(dāng)?shù)卣鹱饔眠_(dá)到一定程度時(shí)，短梁段和短梁段翼緣加強(qiáng)板6與梁端頂板9的接觸面脫開(kāi)的情況；圖8是本發(fā)明專利震后可恢復(fù)功能的鋼框架預(yù)制預(yù)應(yīng)力梁柱節(jié)點(diǎn)中的短梁段翼緣加強(qiáng)板6 ；圖9本發(fā)明專利震后可恢復(fù)功能的鋼框架預(yù)制預(yù)應(yīng)力梁柱節(jié)點(diǎn)中短梁段腹板加勁肋7 ；圖10是本發(fā)明專利震后可恢復(fù)功能的鋼框架預(yù)制預(yù)應(yīng)力梁柱節(jié)點(diǎn)中的預(yù)應(yīng)力拉索8 ;圖11是本發(fā)明專利震后可恢復(fù)功能的鋼框架預(yù)制預(yù)應(yīng)力梁柱節(jié)點(diǎn)中的梁端頂板9 ;圖12是本發(fā)明專利震后可恢復(fù)功能的鋼框架預(yù)制預(yù)應(yīng)力梁柱節(jié)點(diǎn)中用于摩擦耗能的槽鋼10 ；圖中1、鋼柱；2、柱加勁肋；3、柱加強(qiáng)板；4、短梁段腹板；5、短梁段翼緣；6、短梁段翼緣加強(qiáng)板；7、短梁段腹板加勁肋；8、預(yù)應(yīng)力拉索；9、梁端頂板；10、槽鋼；11、高強(qiáng)度螺栓；12、中間梁段腹板；13、中間梁段翼緣；14、梁腹板拼接板；15、高強(qiáng)螺栓；16、梁翼緣拼接板。
具體實(shí)施例方式如圖1-12所示，一種震后可恢復(fù)功能的預(yù)制預(yù)應(yīng)力鋼框架梁柱節(jié)點(diǎn)，包括鋼框架柱和短梁段、梁柱連接裝置和耗能裝置；其特征在于所述鋼框架柱包括鋼柱I、焊接在鋼柱I與梁翼緣齊平位置的柱加勁肋2和焊接在鋼柱I翼緣外側(cè)與梁對(duì)應(yīng)位置的柱加強(qiáng)板3 ；所述短梁段包括短梁段腹板4和焊接在短梁段腹板邊緣的短梁段翼緣5及連接在短梁段端部上、下翼緣位置的短梁段翼緣加強(qiáng)板6 ;所述梁柱連接裝置包括沿著短梁段腹板4橫向布置的短梁段腹板加勁肋7、預(yù)應(yīng)力拉索8和位于鋼柱翼緣與短梁接觸位置的梁端頂板9 ;所述耗能裝置包括位于短梁段腹板4端部?jī)蓚?cè)的槽鋼10和用于穿過(guò)短梁段腹板4將兩側(cè)的槽鋼10連接起來(lái)的高強(qiáng)度螺栓11。
所述預(yù)制預(yù)應(yīng)力鋼框架梁柱節(jié)點(diǎn)在工廠安裝工藝如下I)將柱加勁肋2和柱加強(qiáng)板3焊于鋼柱I與梁翼緣齊平位置；2)將兩槽鋼10和梁端頂板9焊于鋼柱I翼緣內(nèi)側(cè)；3)將短梁段翼緣加強(qiáng)板6焊于短鋼梁翼緣5與鋼柱連接端上、下翼緣位置；4)將兩短梁段腹板加勁肋7焊于短梁段腹板4上；5)在短梁段腹板4與高強(qiáng)度螺栓11對(duì)應(yīng)位置設(shè)置長(zhǎng)孔，兩槽鋼10與短梁段腹板4通過(guò)高強(qiáng)度螺栓11連接；6)在柱加強(qiáng)板3與短梁段腹板加勁肋7之間沿短梁段腹板4穿預(yù)應(yīng)力拉索8，對(duì)拉索施加預(yù)應(yīng)力，通過(guò)預(yù)應(yīng)力拉索8將短梁段與框架柱連接在一起，形成震后可恢復(fù)功能的預(yù)制預(yù)應(yīng)力鋼框架梁柱節(jié)點(diǎn)。所述震后可恢復(fù)功能的預(yù)制預(yù)應(yīng)力梁柱節(jié)點(diǎn)與中間梁段的連接有兩種體系體系I為短梁段腹板4通過(guò)梁腹板拼接板14和高強(qiáng)螺栓15與中間梁段腹板12連接，短梁段翼緣5通過(guò)梁翼緣拼接板16和高強(qiáng)螺栓15與中間梁段翼緣13連接。體系2為短梁段腹板4通過(guò)梁腹板拼接板14和高強(qiáng)螺栓15與中間梁段腹板12連接，短梁段翼緣5通過(guò)焊縫與中間梁段翼緣13連接。(詳見(jiàn)附圖3、5 )當(dāng)?shù)卣鹱饔眠_(dá)到一定程度時(shí)，短梁段和短梁翼緣加強(qiáng)板6與梁端頂板5的接觸面脫開(kāi)(詳見(jiàn)附圖7)，高強(qiáng)螺栓11摩擦耗能，從而避免了梁柱等主體構(gòu)件的損壞。地震作用后，結(jié)構(gòu)在預(yù)應(yīng)力作用下恢復(fù)到原先的豎向位置，恢復(fù)了結(jié)構(gòu)原有功能。
權(quán)利要求
1.一種震后可恢復(fù)功能的預(yù)制預(yù)應(yīng)力鋼框架梁柱節(jié)點(diǎn)，包括鋼框架柱和與鋼框架柱連接的短梁段、梁柱連接裝置和耗能裝置；其特征在于所述鋼框架柱包括鋼柱(I)、焊接在鋼柱(I)與短梁段翼緣(5 )齊平位置的柱加勁肋(2 )和焊接在鋼柱(I)翼緣外側(cè)與梁對(duì)應(yīng)位置的柱加強(qiáng)板(3);所述短梁段包括短梁段腹板(4)和焊接在短梁段腹板邊緣的短梁段翼緣(5)及連接在短梁段端部上、下翼緣位置的短梁段翼緣加強(qiáng)板(6);所述梁柱連接裝置包括沿著短梁段腹板(4)橫向布置的短梁段腹板加勁肋(7)、預(yù)應(yīng)力拉索(8)和位于鋼柱翼緣與短梁接觸位置的梁端頂板(9);所述耗能裝置包括位于短梁段腹板(4)端部?jī)蓚?cè)的槽鋼(10)和用于穿過(guò)短梁段腹板(4)將兩側(cè)的槽鋼(10)連接起來(lái)的高強(qiáng)度螺栓(11);柱加強(qiáng)板(3)與短梁段腹板加勁肋(7)之間沿短梁段腹板(4)穿施加了預(yù)應(yīng)力的預(yù)應(yīng)力拉索(8)，通過(guò)預(yù)應(yīng)力拉索(8)將短梁段與框架柱連接在一起，形成震后可恢復(fù)功能的預(yù)制預(yù)應(yīng)力鋼框架梁柱節(jié)點(diǎn)；短梁段之間連接有中間梁段，短梁段的短梁段翼緣(5)與中間梁段翼緣相連接，或者短梁段腹板(4)與中間梁段腹板相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的耗能裝置，其特征在于所述槽鋼(10)與短梁段腹板(4)之間夾有用來(lái)保證摩擦系數(shù)的黃銅片，或其他保證摩擦系數(shù)的措施。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種震后可恢復(fù)功能的預(yù)制預(yù)應(yīng)力鋼框架梁柱節(jié)點(diǎn)，其特征在于所述鋼柱(I)可以是H型、箱型截面或其他型式柱。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種震后可恢復(fù)功能的預(yù)制預(yù)應(yīng)力鋼框架梁柱節(jié)點(diǎn)，其特征在于所述短梁段腹板(4)通過(guò)腹板拼接板(14)和高強(qiáng)螺栓(15)與中間梁段腹板(12)連接，短梁段翼緣(5)通過(guò)梁翼緣拼接板(16)和高強(qiáng)螺栓(15)與中間梁段翼緣(13)連接，或通過(guò)焊縫與中間梁段翼緣(13 )連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種震后可恢復(fù)功能的預(yù)制預(yù)應(yīng)力鋼框架梁柱節(jié)點(diǎn)，其特征在于所述鋼框架柱和短梁段采用Q235、Q345普通強(qiáng)度等級(jí)鋼材或采用Q420以上高性能鋼材。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種震后可恢復(fù)功能的預(yù)制預(yù)應(yīng)力鋼框架梁柱節(jié)點(diǎn)，其特征在于所述連接裝置中短梁段腹板加勁肋(7)采用加強(qiáng)剛度的措施。
7.權(quán)利要求I至權(quán)利要求5任一權(quán)利要求所述的預(yù)制預(yù)應(yīng)力鋼框架梁柱節(jié)點(diǎn)的加工工藝，其特征在于步驟如下 ·1)將柱加勁肋(2)和柱加強(qiáng)板(3)焊于鋼柱(I)與短梁段翼緣(5)齊平位置； ·2 )將兩槽鋼(10 )和梁端頂板(9 )焊于鋼柱(I)翼緣內(nèi)側(cè)； ·3)將短梁段翼緣加強(qiáng)板(6)焊于短鋼梁翼緣(5)與鋼柱連接端上、下翼緣位置； ·4)將兩短梁段腹板加勁肋(7)焊于短梁段腹板(4)上； ·5)在短梁段腹板(4)與高強(qiáng)度螺栓(11)對(duì)應(yīng)位置設(shè)置長(zhǎng)孔，兩槽鋼(10)與短梁段腹板(4)通過(guò)高強(qiáng)度螺栓(11)連接； ·6)在柱加強(qiáng)板(3)與短梁段腹板加勁肋(7)之間沿短梁段腹板(4)穿預(yù)應(yīng)力拉索(8)，對(duì)拉索施加預(yù)應(yīng)力，通過(guò)預(yù)應(yīng)力拉索(8 )將短梁段與框架柱連接在一起，形成震后可恢復(fù)功能的預(yù)制預(yù)應(yīng)力鋼框架梁柱節(jié)點(diǎn)。
·7)所述震后可恢復(fù)功能的預(yù)制預(yù)應(yīng)力梁柱節(jié)點(diǎn)與中間梁段的連接有兩種體系 短梁段腹板(4)通過(guò)腹板拼接板(14)和高強(qiáng)螺栓(15)與中間梁段腹板(12)連接，短梁段翼緣(5)通過(guò)翼緣拼接板(16)和高強(qiáng)螺栓(17)與中間梁段翼緣(13)連接；或短梁段腹板(4)通過(guò)腹板拼接板(14)和高強(qiáng)螺栓(15)與中間梁段腹板(12)連接，短梁段翼緣(5)通過(guò)焊 縫與中間梁段翼緣(13 )連接。
全文摘要
一種震后可恢復(fù)功能的鋼框架預(yù)制預(yù)應(yīng)力梁柱節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)包括鋼框架柱和短梁段、梁柱連接裝置和耗能裝置。所述鋼框架柱包括鋼柱、柱加勁肋和柱加強(qiáng)板。所述短梁段包括短梁段腹板、短梁段翼緣和短梁段翼緣加強(qiáng)板。所述梁柱連接裝置包括短梁段腹板加勁肋、預(yù)應(yīng)力拉索和梁端頂板。所述耗能裝置包括兩個(gè)槽鋼和高強(qiáng)度螺栓。所述兩短梁與柱在工廠通過(guò)張拉預(yù)應(yīng)力索及兩塊短梁段腹板加勁肋連接成整體。當(dāng)?shù)卣鹱饔眠_(dá)到一定程度時(shí)，梁與柱的接觸面張開(kāi)，高強(qiáng)度螺栓摩擦耗能，從而避免了梁柱等主體構(gòu)件的損壞。地震作用后，梁在預(yù)應(yīng)力作用下恢復(fù)到原先的豎向位置。
文檔編號(hào)E04G21/14GK102817413SQ20121023278
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月5日
發(fā)明者張愛(ài)林, 張艷霞, 劉學(xué)春, 孫文龍 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué), 北京建筑工程學(xué)院