一種可恢復功能的端板裝配式角鋼桁架梁柱節點連接裝置的製作方法

2023-11-11 21:35:02 1

本實用新型涉及一種可恢復功能的端板裝配式角鋼桁架梁柱節點連接裝置，屬於結構工程技術領域。

背景技術：

我國單位建築面積能耗是發達國家的2倍以上，建築垃圾、施工灰塵是城市主要汙染源之一。我國房屋鋼結構的發展面臨重大機遇，中國作為7億噸的世界第一產鋼大國，產能過剩近1億噸，但鋼結構建築只佔5％，而發達國家佔50％以上，保障性住房建設速度、地震災區住宅重建速度有待進一步提高。為了推進該鋼結構體系的科學發展，確保設計、施工安全，需要對該體系進行科學合理的研發、系統的理論分析和試驗研究，以實現該產品的設計規範化、生產工業化、安裝機械化，解決產品在設計、生產、安裝和驗收幾方面的問題，滿足國家在建設領域的標準規範。

近年來的數次大地震表明，人類仍然面臨地震的全面威脅，而我國地處環太平洋地震帶和地中海喜馬拉雅地震帶上，地震活動頻繁，汶川和玉樹大地震，給我國造成了巨大損失，帶來了慘痛的教訓。此後，改進型梁柱連接節點成為世界各國鋼結構研究領域的熱點。試驗和理論研究表明，這些改進型節點能達到強震時塑性鉸外移的目的，避免了節點過早出現裂縫而發生脆性破壞，但在強震過後，這些節點的鋼框架都會產生較大的殘餘變形，結構和構件變形較大，震後難以恢復抗震功能，甚至難以修復或修復成本大大增加。這使人們不得不重新審視並尋求更好的結構體系，因而提出了震後可恢復功能結構，對於醫院等重要建築、生命線工程提出了應從抗倒塌結構向震後可恢復功能的結構轉變。震後可恢復功能結構是指地震(設防或大震)後不需修復或稍許修復即可恢復其使用功能的結構。

為此，本實用新型提出了一種屬於結構工程技術領域的震後可恢復功能的端板裝配式角鋼桁架梁。其目的在於在鋼結構體系的生產和施工中，將模塊化，工廠化，標準化，裝配化和可恢復功能化相結合，在現場施工應用時，桁架梁的空間組成結構提供了較大的空間，利於管線的貫穿，帶來了極大的便利和優勢，同時實現了工廠化生產，現場快速裝配，在保證施工質量的前提下，提高了施工速度，減少了施工工期，並且更換局部構件便可實現結構的快速修復，而不是完全單一的追求結構的抗倒塌能力，進而充分發揮裝配式鋼結構自身優勢，大幅度降低了工程造價。同時，兩個桁架梁的拼接便於實現桁架梁與樓板工廠組裝成型形成模塊化裝配單元，而後在施工現場各模塊單元通過桁架梁與帶懸臂梁段方鋼管柱實現裝配連接。

本實用新型提出一種可恢復功能的端板裝配式角鋼桁架梁柱節點連接裝置，由帶懸臂梁段方鋼管柱、帶端板的普通桁架梁段及兩者的連接裝置組成。帶懸臂梁段方鋼管柱由上方鋼管柱，中方鋼管柱，下方鋼管柱，上部矩形隔板，下部矩形隔板及懸臂梁段腹板焊接而成。上方鋼管柱、中方鋼管柱分別與上部矩形隔板焊接；下方鋼管柱、中方鋼管柱分別與下部矩形隔板焊接；懸臂梁段腹板分別與上部矩形隔板、中方鋼管柱及下部矩形隔板焊接。普通桁架梁段由角鋼、端板及連接板焊接而成。帶懸臂梁段方鋼管柱與普通桁架梁段之間的連接裝置包括蓋板、連接板、L形連接件、墊板及高強螺栓。

技術實現要素：

本實用新型提出一種可恢復功能的端板裝配式角鋼桁架梁柱節點連接裝置，其目的在於克服現有技術的缺陷，滿足節點各項力學性能，提高結構體系的剛度、穩定性、承載力及震後修復能力，實現節點剛性連接，提高結構的裝配化程度，提升構件的拼裝速度，充分適應多高層裝配式鋼結構體系的要求與特點。

一種震後可恢復功能的端板裝配式角鋼桁架梁，由帶懸臂梁段方鋼管柱、帶端板普通桁架梁段及兩者的連接裝置組成。

帶懸臂梁段方鋼管柱由上方鋼管柱，中方鋼管柱，下方鋼管柱，上部矩形隔板，下部矩形隔板及懸臂梁段腹板焊接而成。上方鋼管柱、中方鋼管柱分別與上部矩形隔板焊接；下方鋼管柱、中方鋼管柱分別與下部矩形隔板焊接；懸臂梁段腹板分別與上部矩形隔板、中方鋼管柱及下部矩形隔板焊接。其中，上部矩形隔板與下部矩形隔板可分為三部分，分別為矩形部分、圓弧連接段部分、翼緣段部分。矩形部分作為節點域的加強部分、圓弧連接段部分作為梁端部加腋部分、翼緣段部分作為與普通梁段的拼接部分。上部矩形隔板、下部矩形隔板的內側尺寸均小於方鋼管柱內側尺寸，外側尺寸均大於方鋼管柱外側尺寸，且矩形隔板厚度可大於普通梁段翼緣厚度。

帶端板普通桁架梁段由普通角鋼、端板和高強螺栓組成。普通桁架梁是由兩個完全相同的桁架梁通過高強螺栓拼接而成，桁架梁可與樓板在工廠組裝成型，形成模塊化裝配單元，而後在施工現場各裝配單元通過桁架梁與帶懸臂梁段方鋼管柱實現裝配連接；桁架梁的上翼緣是上普通角鋼的長肢邊，該角鋼的短肢邊充當桁架梁的部分腹板，桁架梁的下翼緣是下普通角鋼的長肢邊，該角鋼的短肢邊充當桁架梁的部分腹板；桁架梁兩端是由連接板焊接連接上下翼緣；一定數量的普通角鋼通過焊接共同組成了桁架梁的腹板部分。

帶懸臂梁段方鋼管柱與普通桁架梁段之間的連接裝置由上下翼緣蓋板，上下翼緣連接板，上下翼緣墊板，兩個L形連接板組成；上翼緣蓋板、上翼緣連接板和上部矩形隔板、普通梁段通過單排或多排螺栓群連接；下翼緣蓋板、下翼緣連接板和下部矩形隔板、普通梁段通過單排或多排螺栓群連接；L形連接板和懸臂梁段腹板、普通桁架梁段端板通過單排或多排螺栓群連接。

連接裝置在施工安裝時，先將下翼緣蓋板通過螺栓群與下部矩形隔板連接，將桁架梁放置在外伸下翼緣蓋板上，再將下翼緣連接板和下翼緣隔板通過螺栓群與下部環形隔板和桁架梁的下翼緣連接，通過螺栓群將L形連接板同懸臂梁段腹板和普通桁架梁段端板連接，然後，將上翼緣蓋板通過螺栓群分別與上部矩形隔板、桁架梁連接，最後，將上翼緣連接板和上翼緣隔板通過螺栓群與上部矩形隔板和桁架梁的下翼緣連接。

連接裝置通過上下翼緣蓋板、上下翼緣連接板、上下翼緣墊板將矩形隔板和普通桁架梁段翼緣連接。連接裝置替換成翼緣單剪連接形式，將第一上翼緣連接板、第二上翼緣連接板、第一下翼緣連接板、第二下翼緣連接板、第一上翼緣墊板、第二上翼緣墊板、第一下翼緣墊板和第二下翼緣墊板去除來實現。

方鋼管柱管內中空，或澆築混凝土，方鋼管柱能替換成圓鋼管柱。連接裝置的上下翼緣蓋板和上下翼緣連接板不設置狗骨削弱區，或者設置成圓弧狗骨削弱區或平狗骨削弱區。

本專利的優點主要表現在以下幾個方面：

1、不僅能夠適應現行的裝配式鋼結構體系，並且可以通過拼接節點設計較弱與增加矩形隔板的厚度共同作用而達到耗能與塑性鉸外移的目的，而無需採取加設拼接板、加勁肋及邊板等梁端加強措施，降低了施工難度，避免了多條焊縫的複雜應力場。

2、懸臂梁段與桁架梁段的上下翼緣均採用蓋板和連接板的連接方式，故可先將下翼緣蓋板和連接板與下部矩形隔板栓接，普通桁架梁段可搭在帶懸臂梁段方鋼管柱下部矩形隔板上，降低了吊裝難度，加快了施工進度，易於現場拼裝定位。

3、此節點還可以通過調整上部矩形隔板與下部矩形隔板厚度、螺栓數量等設計參數，將塑性鉸轉移到可更換的翼緣連接板以及L形連接件上，實現螺栓摩擦滑移及連接板塑性變形的雙重耗能，提高節點的延性以及轉動能力，確保帶懸臂梁段方鋼管柱及普通桁架梁段無損壞或輕微損壞，震後只需更換蓋板、連接板、墊板、L形連接件和高強螺栓即可達到震後可恢復功能的效果，保護人員的生命安全。

4、普通桁架梁的拼裝，可實現利用桁架梁的空間特點實現管線在樓板的貫穿，極大的發揮了梁自身的結構優勢；同時，兩個桁架梁的拼接便於實現桁架梁與樓板工廠組裝成型形成模塊化裝配單元，而後在施工現場各裝配單元通過桁架梁與帶懸臂梁段方鋼管柱實現裝配連接。

附圖說明

圖1為一種可恢復功能的端板裝配式角鋼桁架梁柱節點連接裝置的構造形式的三維圖；

圖2為一種可恢復功能的端板裝配式角鋼桁架梁柱節點連接裝置的構造形式的拆分圖；

圖3為一種可恢復功能的端板裝配式角鋼桁架梁柱節點連接裝置的構造形式的三維現場安裝圖；

圖4為一種可恢復功能的端板裝配式角鋼桁架梁柱節點連接裝置的構造形式的正視圖；

圖5為一種可恢復功能的端板裝配式角鋼桁架梁柱節點連接裝置的構造形式的側視圖；

圖6為一種可恢復功能的端板裝配式角鋼桁架梁柱節點連接裝置的構造形式的俯視圖；

圖7為一種可恢復功能的端板裝配式角鋼桁架梁柱節點連接裝置的單剪構造形式的三維圖；

圖8一種可恢復功能的端板裝配式角鋼桁架梁柱節點連接裝置的的上翼緣蓋板、下翼緣蓋板的未設置狗骨削弱區、設置圓弧狗骨削弱以及平狗骨削弱的三種形式圖；

圖9為一種可恢復功能的端板裝配式角鋼桁架梁柱節點連接裝置的一個模塊化裝配單元三維圖；

圖10為一種可恢復功能的端板裝配式角鋼桁架梁柱節點連接裝置的4模塊化裝配單元實現裝配連接的三維圖。

具體實施方式

下面結合附圖，詳細說明本專利的實施方式。

如圖1-10所示，一種可恢復功能的端板裝配式角鋼桁架梁柱節點連接裝置包括以下部件：

1——上方鋼管柱；

2——中方鋼管柱；

3——下方鋼管柱；

4——上部矩形隔板；

5——下部矩形隔板；

6——懸臂梁段腹板；

7——上翼緣蓋板；

8——下翼緣蓋板；

9——第一L形連接板；

10——第二L形連接板；

11——第一上翼緣連接板；

12——第二上翼緣連接板；

13——第一下翼緣連接板；

14——第二下翼緣連接板；

15——第一上翼緣墊板；

16——第二上翼緣墊板；

17——第一下翼緣墊板；

18——第二下翼緣墊板；

19——第一端板；

20——第二端板；

21——普通角鋼；

22——樓板；

23——模塊化裝配單元；

如圖1、2、3、4、6所示，帶懸臂梁段方鋼管柱由上方鋼管柱(1)，中圓鋼管柱(2)，下圓鋼管柱(3)，上部矩形隔板(4)，下部矩形隔板(5)及懸臂梁段腹板(6)組成。上方鋼管柱(1)、中方鋼管柱(2)分別與上部矩形隔板(4)焊接；下方鋼管柱(3)、中方鋼管柱(2)分別與下部矩形隔板(5)焊接；懸臂梁段腹板(6)與中方鋼管柱(2)、上部矩形隔板(4)及下部矩形隔板(5)焊接。其中，上部矩形隔板(4)與下部矩形隔板(5)可分為三部分，分別為矩形部分、圓弧連接段部分、翼緣段部分。矩形部分作為節點域的加強部分、圓弧連接段部分作為梁端部加腋部分、翼緣段部分作為與普通桁架梁段的拼接部分。上部矩形隔板(4)、下部矩形隔板(5)的內環尺寸均小於方鋼管柱內環尺寸，其外環直徑大於方鋼管柱外環尺寸，且矩形隔板厚度可大於普通桁架梁段翼緣厚度。

如圖2所示，多個普通角鋼(21)通過與兩端的端板焊接而在工廠預製加工成為桁架梁段，桁架梁段由普通角鋼(21)和第一端板(19)或第二端板(20)焊接而成。普通桁架梁段是由相同的兩個桁架梁通過高強螺栓連接而成。

如圖3所示，連接裝置在施工安裝時，先將下翼緣蓋板(8)通過螺栓群與帶懸臂梁段方鋼管柱的下部矩形隔板(5)連接，將懸臂梁段腹板(6)同第一L形連接板(9)和第二L形連接板(10)通過螺栓群連接，而後將帶端板普通桁架梁段放置在外伸下翼緣蓋板(8)上，通過螺栓群將第一L形連接板(9)、第二L形連接板(10)同帶端板普通桁架梁段第一端板(19)和帶端板普通桁架梁段第二端板(20)連接，再通過螺栓群將第一下翼緣連接板(13)、第二下翼緣連接板(14)、第一下翼緣墊板(17)、第二下翼緣墊板(18)與帶端板普通桁架梁段下翼緣固定，然後將上翼緣蓋板(7)通過螺栓群與帶懸臂梁段方鋼管柱的上部矩形隔板(4)連接，最後第一上翼緣連接板(11)、第二上翼緣連接板(12)、第一上翼緣墊板(15)、第二上翼緣墊板(16)通過螺栓群分別與上部矩形隔板(4)、帶端板普通桁架梁段上翼緣連接。

如圖7所示，當去掉2塊上翼緣連接板，2塊上翼緣墊板，2塊下翼緣連接板以及2塊下翼緣墊板時，就成了該可恢復功能的端板裝配式角鋼桁架梁柱節點連接裝置的單剪形式。

如圖1、2、3、4、5所示，方鋼管柱可管內中空，或澆築混凝土或替換成圓鋼管柱。

如圖8所示，連接裝置的上下翼緣蓋板(7)(8)和上下翼緣連接板(11)(12)(13)(14)不設置狗骨削弱區，或者設置成圓弧狗骨削弱區或平狗骨削弱區。

如圖9、10所示，所述節點連接裝置中的帶端板的裝配式角鋼桁架梁可與樓板(22)在工廠組裝成型，形成模塊化裝配單元(23)，而後在施工現場各裝配單元通過裝配式角鋼桁架梁與帶懸臂梁段方鋼管柱實現裝配連接。