本發(fā)明屬于建筑結(jié)構(gòu)防震減災(zāi)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種自復(fù)位梁柱節(jié)點(diǎn)形式，具體涉及一種裝配式鋼管混凝土柱與H型鋼梁自復(fù)位耗能連接節(jié)點(diǎn)。

背景技術(shù)：

自復(fù)位結(jié)構(gòu)是一種以減少建筑結(jié)構(gòu)震后殘余變形為目標(biāo)的新型結(jié)構(gòu)形式，該體系既能有效控制結(jié)構(gòu)最大變形，又能減少甚至消除結(jié)構(gòu)的殘余變形，使建筑結(jié)構(gòu)能在震后快速恢復(fù)使用功能，實(shí)現(xiàn)“中震可修”的抗震設(shè)防目標(biāo)。

現(xiàn)有自復(fù)位結(jié)構(gòu)多采用繞梁上下翼緣轉(zhuǎn)動(dòng)的梁柱節(jié)點(diǎn)。該類節(jié)點(diǎn)在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中會(huì)導(dǎo)致“梁增長”現(xiàn)象，從而對(duì)樓板產(chǎn)生不利影響。此外，現(xiàn)有自復(fù)位梁柱節(jié)點(diǎn)需現(xiàn)場施加預(yù)應(yīng)力，施工難度大，且難以保證預(yù)應(yīng)力施加質(zhì)量。因此，對(duì)避免梁柱節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中給樓板帶來不利影響、易于保證預(yù)應(yīng)力施加質(zhì)量及施工方便的自復(fù)位梁柱節(jié)點(diǎn)有待進(jìn)一步研究和開發(fā)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，即在消除結(jié)構(gòu)震后殘余變形，使建筑結(jié)構(gòu)能在震后快速恢復(fù)使用功能的前提下，保證自復(fù)位結(jié)構(gòu)初始預(yù)應(yīng)力的準(zhǔn)確施加，避免梁柱節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中對(duì)樓板的不利影響，本發(fā)明的目的在于：提出一種裝配式鋼管混凝土柱-H型鋼梁自復(fù)位耗能連接節(jié)點(diǎn)，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種裝配式鋼管混凝土柱-H型鋼梁自復(fù)位耗能連接節(jié)點(diǎn)，包括鋼管混凝土柱、H型鋼梁、耗能部件和連接部件；H型鋼梁連接端為斜邊，該連接端與鋼管混凝土柱通過鉸接連接，H型鋼梁的連接端和鋼管混凝土柱側(cè)壁之間形成楔形空間，H型鋼梁連接端的下翼緣遠(yuǎn)離鋼管混凝土柱，H型鋼梁的下翼緣與鋼管混凝土柱之間設(shè)置有耗能部件，H型鋼梁與鋼管混凝土柱之間設(shè)置有連接部件。

在鋼管混凝土柱的側(cè)壁上固定設(shè)置有兩個(gè)連接板(3)，兩個(gè)連接板分別位于H型鋼梁鉸接端的腹板兩側(cè)，同時(shí)兩個(gè)連接板也位于楔形空間的兩側(cè)，連接板與腹板之間通過螺栓連接。

連接部件包括錨固板和預(yù)應(yīng)力鋼絞線，在H型鋼梁的的上翼緣與下翼緣之間設(shè)置有兩個(gè)錨固板，兩個(gè)錨固板分別位于腹板的兩側(cè)，且與上翼緣、下翼緣和腹板均垂直連接，在H型鋼梁與鋼管混凝土柱之間設(shè)置有預(yù)應(yīng)力鋼絞線，預(yù)應(yīng)力鋼絞線一端通過錨具與錨固板連接，另一端水平穿過鋼管混凝土柱內(nèi)預(yù)先設(shè)置的導(dǎo)管錨固在混凝土柱的側(cè)壁上。

耗能部件包括L型耗能鋼板和T型蓋板，H型鋼梁的下翼緣與鋼管混凝土柱之間設(shè)置有L型耗能鋼板，在L型耗能鋼板的下表面設(shè)置有T型蓋板，L型耗能鋼板與鋼管混凝土柱之間通過穿芯螺栓固定。

在鋼管混凝土柱側(cè)壁上預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨固處設(shè)置有墊板。

在梁上翼緣鉸接端的上表面設(shè)置有加強(qiáng)板。

錨固板上設(shè)有一組加勁肋；述的一組加勁肋不少于三個(gè)。

上述技術(shù)方案與傳統(tǒng)自復(fù)位節(jié)點(diǎn)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、采用本發(fā)明提供的裝配式鋼管混凝土柱-H型鋼梁自復(fù)位耗能連接節(jié)點(diǎn)，不同于現(xiàn)有自復(fù)位結(jié)構(gòu)多采用繞梁上下翼緣轉(zhuǎn)動(dòng)的梁柱節(jié)點(diǎn)，本發(fā)明提供的節(jié)點(diǎn)只繞H型鋼梁上翼緣轉(zhuǎn)動(dòng)，使樓板始終保持水平狀態(tài)，地震時(shí)，可以有效避免梁柱轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)樓板產(chǎn)生的不利影響；同時(shí)L型耗能鋼板可在節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中屈服耗能，從而保證主體結(jié)構(gòu)在地震過程中始終處于彈性狀態(tài)，在震后由預(yù)應(yīng)力鋼絞線提供的自復(fù)位能力使結(jié)構(gòu)恢復(fù)到初始狀態(tài)。

2、本發(fā)明可在工廠預(yù)制，保證鋼絞線初始預(yù)應(yīng)力的準(zhǔn)確施加；現(xiàn)場施工時(shí)，直接將預(yù)制好的鋼管混凝土柱-H型梁自復(fù)位耗能連接節(jié)點(diǎn)與其他構(gòu)件用螺栓連接即可，無焊接工作，可顯著縮短施工周期和勞動(dòng)力成本，實(shí)現(xiàn)裝配式施工，符合建筑行業(yè)未來發(fā)展趨勢。

附圖說明

圖1為本發(fā)明節(jié)點(diǎn)整體示意圖；

圖2為本發(fā)明節(jié)點(diǎn)示意圖；

圖3為本發(fā)明節(jié)點(diǎn)H型鋼梁剖面示意圖1-1；

圖4為本發(fā)明節(jié)點(diǎn)柱壁外側(cè)剖面示意圖2-2；

圖5為荷載-位移曲線圖；

圖6為2％層間位移角時(shí)柱壁應(yīng)力云圖：

圖7為2％層間位移角時(shí)框架梁應(yīng)力云圖；

圖8為2％層間位移角時(shí)鋼絞線應(yīng)力云圖；

圖9為2％層間位移角時(shí)L型耗能鋼板應(yīng)力云圖；

圖10為H型鋼梁的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11為L型耗能鋼板和T型蓋板的示意圖；

圖中各符號(hào)表示：1、鋼管混凝土柱；2、H型鋼梁；3、連接板；4、螺栓；5、預(yù)應(yīng)力鋼絞線；6、錨具；7、墊板；8、L型耗能鋼板；9、T型蓋板；10、錨固板；11、加強(qiáng)板；12、加勁肋；13、導(dǎo)管；14、穿芯螺栓；15、水平荷載；16、面外支撐；17、鉸接約束。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

實(shí)施例1

如圖1，一種裝配式鋼管混凝土柱-H型鋼梁自復(fù)位耗能連接節(jié)點(diǎn)，包括鋼管混凝土柱1、H型鋼梁2、耗能部件和連接部件；H型鋼梁2連接端為斜邊，該連接端與鋼管混凝土柱1通過鉸接連接，H型鋼梁2的連接端和鋼管混凝土柱1側(cè)壁之間形成一個(gè)楔形空間，H型鋼梁2連接端的下翼緣遠(yuǎn)離鋼管混凝土柱，使得節(jié)點(diǎn)繞H型鋼梁2的上翼緣與鋼管混凝土柱的連接處轉(zhuǎn)動(dòng)；H型鋼梁2的下翼緣與鋼管混凝土柱之間設(shè)置有耗能部件，H型鋼梁2與鋼管混凝土柱1之間設(shè)置有連接部件。

本發(fā)明提供的節(jié)點(diǎn)只繞H型短鋼梁上翼緣轉(zhuǎn)動(dòng)，使樓板始終保持水平狀態(tài)，地震時(shí)，可以有效避免梁柱轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)樓板產(chǎn)生的不利影響。

進(jìn)一步的，在H型短鋼梁的上翼緣外側(cè)設(shè)置加強(qiáng)板11，加強(qiáng)板11與鋼梁上翼緣對(duì)齊焊接，在其下翼緣外側(cè)設(shè)置L型耗能鋼板8，一邊通過高強(qiáng)螺栓與梁下翼緣連接，另一邊通過穿芯螺栓14與鋼管混凝土柱1連接；L型耗能鋼板8外側(cè)設(shè)置T型蓋板9以約束其面外變形；T型蓋板9與L型耗能鋼板8及梁翼緣通過高強(qiáng)螺栓連接。

L型耗能鋼板可在節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中屈服耗能，從而保證主體結(jié)構(gòu)在地震過程中始終處于彈性狀態(tài)，避免了主體結(jié)構(gòu)的損害。

進(jìn)一步的，預(yù)應(yīng)力鋼絞線5在靠近梁下翼緣內(nèi)側(cè)平行對(duì)稱布置，在震后由預(yù)應(yīng)力鋼絞線提供的自復(fù)位能力使結(jié)構(gòu)恢復(fù)到初始狀態(tài)，預(yù)應(yīng)力鋼絞線5在工廠進(jìn)行張拉，其一端用錨具6錨固于柱壁外側(cè)，并在錨固端設(shè)置墊板8局部加強(qiáng)，另一端用錨具6錨固于H型鋼梁2的錨固板10上，且在錨固板10上焊接多個(gè)平行于梁翼緣的加勁肋12，防止其發(fā)生局部破壞。

其中，本發(fā)明所述的錨具6可選用擠壓式錨具、夾片式錨具、壓接式錨具、支撐式錨具和錐塞式錨具。

連接板3上設(shè)置多個(gè)長圓孔，以便有效傳遞豎向剪力并實(shí)現(xiàn)梁端繞梁上翼緣轉(zhuǎn)動(dòng)；鋼管混凝土柱1及錨固板10均應(yīng)設(shè)置孔洞以便預(yù)應(yīng)力鋼絞線5穿過。

鋼管混凝土柱1和H型鋼梁2均由工廠預(yù)制。在鋼管內(nèi)澆筑混凝土?xí)r需在對(duì)應(yīng)位置提前預(yù)埋導(dǎo)管13，以便于預(yù)應(yīng)力鋼絞線5的貫通，各部件在工廠預(yù)先安裝好后進(jìn)行預(yù)應(yīng)力鋼絞線5的張拉、錨固。

實(shí)施例2：

(1)模型建立

采用ABAQUS6.10軟件對(duì)本發(fā)明專利進(jìn)行了有限元模擬，建立單層單跨模型，跨度2100mm，層高1200mm，模型構(gòu)件尺寸如表1所示：

表1模型構(gòu)件尺寸

鋼材采用線性強(qiáng)化模型，屈服強(qiáng)度取f_y＝345MPa，彈性模量E＝206000MPa，強(qiáng)化模量E_t＝2％E，泊松比取υ＝0.3，采用C30混凝土，鋼絞線的彈性模量E_PT＝195000MPa，抗拉強(qiáng)度為1865MPa，穿芯螺栓采用8.8級(jí)高強(qiáng)螺栓，屈服強(qiáng)度為800MPa，模擬過程中施加175kN的螺栓荷載(預(yù)緊力)。鋼絞線預(yù)應(yīng)力通過降溫法施加，具體計(jì)算方法為：

式中：Δ_t為需要施加的溫度值；ε為鋼絞線對(duì)應(yīng)的應(yīng)變值；α為鋼絞線的線膨脹系數(shù)，取1.2×10^-5/℃；T₀為施加在鋼絞線上的預(yù)應(yīng)力值；E_PT為鋼絞線的彈性模量；A_PT為鋼絞線截面面積。

鋼材均選用殼單元(S4R)，鋼絞線選用桿單元(T3D2)，螺栓和鋼管內(nèi)混凝土選用實(shí)體單元(C3D8R)，考慮構(gòu)件的幾何非線性、材料非線性和接觸非線性?；炷敛捎盟苄該p傷模型，其塑性參數(shù)取值如表2所示：

表2混凝土材料塑性參數(shù)

鋼管與混凝土以及穿芯螺栓與混凝土之間的接觸關(guān)系法向定義為硬接觸，切向采用庫倫摩擦模型，摩擦系數(shù)為0.6。螺栓與鋼板預(yù)留孔面接觸關(guān)系法向定義為硬接觸，切向采用庫倫摩擦模型，摩擦系數(shù)為0.3。為防止結(jié)構(gòu)發(fā)生面外變形，在框架梁上翼緣施加面外約束。鋼管混凝土柱腳采用鉸接，按位移控制加載方法在柱頂施加位移荷載，取極限位移角為2％。有限元模型網(wǎng)格劃分及邊界條件如圖5所示。

(2)結(jié)果分析

框架荷載-位移曲線如圖5所示，由曲線可得，結(jié)構(gòu)殘余變形約2.4mm，結(jié)構(gòu)殘余變形在0.2％層間位移角以內(nèi)時(shí)，認(rèn)為滿足自復(fù)位要求，本模型的總高度為1200mm，故殘余變形小于等于2.4mm時(shí)，則認(rèn)為結(jié)構(gòu)具有自復(fù)位能力。所以，本發(fā)明專利具有自復(fù)位能力。由圖6和圖7，在2％層間位移角時(shí)，框架梁和柱除了在上翼緣對(duì)應(yīng)位置及鋼絞線錨固位置出現(xiàn)局部屈服外，其他位置均保持彈性；由圖8可以看出，在層間位移角達(dá)到2％時(shí)，鋼絞線仍然保持彈性；由圖9a及圖9b可知，L型耗能鋼板在層間位移角達(dá)到2％時(shí)，削弱段基本全部進(jìn)入塑性耗能。以上幾點(diǎn)證明該發(fā)明專利具有較好的自復(fù)位以及耗能能力，基本達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。

上述對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的描述可幫助該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員理解和應(yīng)用本發(fā)明。對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以很容易地根據(jù)實(shí)際需求對(duì)實(shí)施例做出修改，不需創(chuàng)造性勞動(dòng)即可將此處說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中。因此，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對(duì)本發(fā)明做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)當(dāng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。