一种波纹钢腹板梁组合节点结构的制作方法

1.本实用新型属于钢结构建筑工程领域，具体涉及一种波纹钢腹板梁组合节点结构。


背景技术：

2.随着城市建设的发展，越来越多的高层建筑和快速建筑成为城市建筑的主体结构，在建筑结构中，钢筋混凝土梁作为主要的受力构件，起着承受和传递荷载的重要作用。对于发生地震后可继续使用的震损结构，或者某些改变使用功能的建筑结构，都需要对其进行加固。另一方面，大部分钢筋混凝土梁都处于带裂缝工作状态，在大气环境下，尤其是腐蚀环境条件下，随着时间的推移，梁体中钢筋会发生锈蚀，造成承载力下降，若要继续使用也需要对其进行加固，而要求城市建设中形成的建筑体能够使城市自身抵御灾害，并能快速恢复，以保持城市功能正常运行，提升城市的风险防控能力。传统的钢结构体系部分构件在实际工程中广泛应用焊接刚性连接，由于连接的梁翼缘焊缝应力峰值在焊缝的起、灭弧处，更易引起连接在焊缝处的断裂和撕裂，导致连接的塑性转动能力较差，传统钢框架节点梁柱连接焊缝易于破坏，不易实现震后修复。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种波纹钢腹板梁组合节点结构，以克服现有技术的不足。
4.为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
5.一种波纹钢腹板梁组合节点结构，包括箱形柱、过渡连接梁、波纹腹板钢梁和混凝土板，过渡连接梁和波纹腹板钢梁均为h型结构，波纹腹板钢梁的腹板为波纹腹板，过渡连接梁一端与箱形柱的侧壁固定连接，过渡连接梁的另一端与波纹腹板钢梁一端通过屈曲约束板固定连接；混凝土板同时与过渡连接梁和波纹腹板钢梁的上端通过抗剪栓钉固定连接，混凝土板浇筑于过渡连接梁和波纹腹板钢梁的上端。
6.进一步的，箱形柱内固定有两块横隔板，其中一块横隔板的上端面与过渡腹板上翼缘的上端面对齐，另一块横隔板的下端面与过渡下翼缘的下端面对齐。
7.进一步的，过渡腹板上翼缘的厚度和过渡连接下翼缘的厚度一致，横隔板的厚度大于过渡腹板上翼缘的厚度。
8.进一步的，横隔板与过渡腹板上翼缘的厚度差为2mm。
9.进一步的，过渡连接梁的上端面与波纹腹板钢梁的上端面通过拼接板固定连接，过渡连接梁与波纹腹板钢梁的腹板和翼缘均设有螺栓孔，拼接板通过螺栓分别与过渡连接梁的上端面与波纹腹板钢梁的上端面固定连接。
10.进一步的，过渡连接梁的下端面与波纹腹板钢梁的下端面通过屈曲约束板固定连接，屈曲约束板包括连接段和外围约束板，连接段的中间段为内核屈服段，内核屈服段上设有限位孔，外围约束板套设于连接段的内核屈服段通过定位销进行定位，连接段位于内核
屈服段的两端分别设有一个端部加强段，端部加强段设置于连接段的下端面。
11.进一步的，过渡连接梁的过渡连接腹板与端板通过腹板拼接角钢固定连接，过渡连接腹板两侧分别设有一个腹板拼接角钢，两个腹板拼接角钢对称设置于过渡连接腹板两侧与端板通过螺栓紧固连接。
12.进一步的，波纹腹板钢梁包括腹板上翼缘、腹板下翼缘及连接腹板，连接腹板垂直固定于腹板上翼缘和腹板下翼缘之间，端板垂直设置于腹板上翼缘、连接下翼缘及连接腹板的端部。
13.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：
14.本实用新型一种波纹钢腹板梁组合节点结构，采用箱形柱、过渡连接梁、波纹腹板钢梁和混凝土板，过渡连接梁和波纹腹板钢梁均为h型结构，波纹腹板钢梁的腹板为波纹腹板，过渡连接梁一端与箱形柱的侧壁固定连接，过渡连接梁的另一端与波纹腹板钢梁一端通过屈曲约束板固定连接；混凝土板同时与过渡连接梁和波纹腹板钢梁的上端通过抗剪栓钉固定连接，混凝土板浇筑于过渡连接梁和波纹腹板钢梁的上端，利用过渡连接梁和波纹腹板钢梁进行拼接，形成螺栓连接的拼接安装结构，过渡连接梁和波纹腹板钢梁上端设置混凝土板，在设计弯矩作用过渡连接梁和波纹腹板钢梁连接处不发生屈服，在地震作用下，过渡连接梁和波纹腹板钢梁连接部分先于主体钢框架发生屈服，利用低屈服点钢的高延性和高耗能能力集中损伤于过渡连接梁和波纹腹板钢梁连接处，达到保护主体结构的目的，震后通过更换连接部分实现结构功能的快速恢复。
15.进一步的，箱形柱内横隔板，横隔板与过渡连接梁的翼缘的对齐，能够有效避免主体结构受到作用力的破坏，提高主体结构的连接强度。
16.进一步的，横隔板的厚度大于过渡腹板上翼缘的厚度，确保箱形柱侧壁结构支撑稳定性。
17.进一步的，过渡连接梁的翼缘与波纹腹板钢梁的下端通过屈曲约束板固定连接，屈曲约束板连接板中间段为低屈服点钢，外围设置有防止内核材料屈曲的外围约束板，在地震作用下，屈曲约束板形成的内核构件先于主体钢框架发生屈服，利用低屈服点钢的高延性和高耗能能力集中损伤于翼缘连接板内核构件，达到保护主体结构的目的，震后通过更换屈曲约束板实现结构功能的快速恢复。
附图说明
18.图1为本实用新型实施例中组合节点结构主视图。
19.图2为本实用新型实施例中组合节点结构侧视图。
20.图3为本实用新型实施例中组合节点装配立体结构示意图。
21.图4为本实用新型实施例中组合节点拆解结构示意图。
22.图5为本实用新型实施例中屈曲约束板结构示意图。
23.图6为本实用新型实施例中组合节点结构的载荷破坏结构示意图。
24.图7为本实用新型实施例中组合节点结构的荷载
‑
位移滞回曲线图。
25.图中：1
‑
箱形柱、2
‑
过渡连接梁、3
‑
波纹腹板钢梁、4
‑
混凝土板、5
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端板、6
‑
拼接板、7
‑
屈曲约束板、8
‑
腹板拼接角钢、9
‑
螺栓、10
‑
横隔板10、11
‑
抗剪栓钉、12
‑
钢筋网。
具体实施方式
26.下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：
27.如图1至图3所示，一种波纹钢腹板梁组合节点结构，其包括箱形柱1、过渡连接梁2、波纹腹板钢梁3和混凝土板4，过渡连接梁2和波纹腹板钢梁3均为h型结构，波纹腹板钢梁3的腹板为波纹腹板，过渡连接梁2一端与箱形柱1的侧壁固定连接，过渡连接梁2的另一端与波纹腹板钢梁3一端通过屈曲约束板7固定连接；混凝土板4同时与过渡连接梁2和波纹腹板钢梁3的上端通过抗剪栓钉11固定连接，波纹腹板钢梁3的上端浇筑形成混凝土板4。
28.过渡连接梁2包括过渡腹板上翼缘、过渡连接下翼缘及过渡连接腹板，过渡连接腹板垂直固定于过渡腹板上翼缘和过渡连接下翼缘之间，过渡连接腹板、过渡腹板上翼缘和过渡连接下翼缘一端端部与箱形柱1外壁焊接，波纹腹板钢梁3的一端固定有端板5，过渡连接梁2的过渡连接腹板与端板5通过螺栓紧固连接。过渡腹板上翼缘和过渡连接下翼缘平行设置，过渡连接腹板上下两侧分别与过渡腹板上翼缘和过渡连接下翼缘焊接，过渡连接腹板沿过渡腹板上翼缘和过渡连接下翼缘的几何中心线设置；过渡连接腹板、过渡腹板上翼缘和过渡连接下翼缘一端端部与箱形柱1外壁焊接，形成稳定连接结构；过渡连接腹板的宽度方向与箱形柱1的高度方向平行。
29.箱形柱1内固定有两块横隔板10，其中一块横隔板10的上端面与过渡腹板上翼缘的上端面对齐，另一块横隔板10的下端面与过渡下翼缘的下端面对齐，过渡腹板上翼缘的厚度和过渡连接下翼缘的厚度一致，横隔板10的厚度大于过渡腹板上翼缘的厚度，具体厚度差为2mm。横隔板10采用电渣压力焊的方法焊于箱形柱1节点处。
30.波纹腹板钢梁3包括腹板上翼缘、腹板下翼缘及连接腹板，连接腹板垂直固定于腹板上翼缘和腹板下翼缘之间，端板5垂直设置于腹板上翼缘、连接下翼缘及连接腹板的端部。
31.具体的，如图1所示，过渡连接梁2的上端面与波纹腹板钢梁3的上端面通过拼接板6固定连接，过渡连接梁2与波纹腹板钢梁3的腹板和翼缘均设有螺栓孔，拼接板6通过螺栓9分别与过渡连接梁2的上端面与波纹腹板钢梁3的上端面固定连接。
32.如图4、图5所示，过渡连接梁2的下端面与波纹腹板钢梁3的下端面通过屈曲约束板7固定连接，屈曲约束板7包括连接段和外围约束板，连接段的中间段为内核屈服段，内核屈服段上设有限位孔，外围约束板套设于连接段的内核屈服段通过定位销进行定位，连接段位于内核屈服段的两端分别设有一个端部加强段，端部加强段设置于连接段的下端面，端部加强段限位固定外围约束板的同时进一步加强连接强度。
33.具体的，过渡下翼缘与连接下翼缘通过连接段固定连接，连接段的上端面分别与过渡下翼缘与连接下翼缘下端面贴合后通过螺栓固定连接，连接段的中间段为内核屈服段，套设有外围约束板，连接段的下端位于外围约束板两侧通过端部加厚板限位固定的同时进一步加强连接强度。
34.波纹腹板钢梁3的腹板上翼缘上固定有抗剪栓钉11。
35.如图4所示，过渡连接梁2的过渡连接腹板与端板5通过腹板拼接角钢8固定连接，过渡连接腹板两侧分别设有一个腹板拼接角钢8，两个腹板拼接角钢8对称设置于过渡连接腹板两侧与端板5通过螺栓紧固连接。过渡连接梁2材料的强度等级高于波纹腹板钢梁3材料的强度等级。螺栓9采用高强度螺栓。在翼缘板的拼接中呈两列横向排列，中间螺栓间距
较大，所述多个螺栓9在腹板的拼接中呈单列纵向排列。
36.在箱形柱1的节点部位左右两侧对称焊接有过渡连接梁2，得到预制好的带悬臂梁段的节点；然后运输到现场采用全螺栓连接的方式将过渡连接梁2与波纹腹板h型的波纹腹板钢梁3相连，完成装配，形成配置可更换翼缘屈曲约束装置的波纹钢腹板梁钢框架梁柱节点。
37.针对上述波纹钢腹板梁钢框架梁柱连接节点装配方法，包括以下步骤：
38.s1，采用电渣压力焊的方法将横隔板10焊于箱形柱1的节点处，上、下两块横隔板10的上表面和下表面分别和过渡连接梁2的过渡腹板上翼缘、过渡连接下翼缘的上表面和下表面对齐；
39.s2，过渡连接梁2包括过渡腹板上翼缘、过渡连接下翼缘及过渡连接腹板，过渡连接梁2采用比波纹腹板钢梁3更高一个强度等级或更大厚度的钢材，拼接处过渡连接梁翼缘板及腹板上预留螺栓孔；
40.s3，将过渡连接梁2与箱形柱1采用焊缝连接，形成带悬臂梁段的钢柱；
41.s4，预制波纹腹板钢梁3：波纹腹板钢梁3端部焊接端板5，过渡连接梁2的翼缘板及腹板、波纹腹板钢梁3的翼缘板及端板5上预留螺栓孔；
42.s5，将过渡连接梁2与波纹腹板钢梁3的上端通过拼接板固定连接，波纹腹板钢梁3的腹板上翼缘上预设抗剪栓钉11，过渡连接梁2与波纹腹板钢梁3的上端通过屈曲约束板7固定连接，完成装配，形成一种波纹钢腹板梁钢框架梁柱连接节点结构；
43.s6，然后在腹板上翼缘上铺设钢筋网12，浇筑形成混凝土板4于钢梁上方，混凝土板4与箱形柱之间留有间隙，形成一种配置屈曲约束板的波纹钢腹板梁组合节点。
44.本实用新型一种波纹钢腹板梁组合节点结构装配方法，步骤s1至步骤s5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。然后运输到现场通过全螺栓连接的方式将过渡连接梁2和波纹腹板钢梁3相连，完成装配，波纹腹板钢梁3上方绑扎钢筋网，上部浇筑混凝土板，形成配置可更换屈曲约束板的波纹钢腹板梁组合节点结构，梁柱连接方便，实用性好。在地震荷载作用下可以利用屈曲约束板内核段反复屈服来耗散能量，集中损伤，从而保护钢框架主体结构并减小混凝土板的裂缝。同时，震后可以采用更换下翼缘屈曲约束板的方式快速恢复结构的使用功能，方便快捷。该节点便于工厂加工、现场安装、集中损伤及震后修复，具有良好的全寿命经济效益。
45.上面对本实用新型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实用新型组合节点。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。
46.下面对本实用新型的配置屈曲约束板的波纹钢腹板梁组合节点的破坏模式和受力行为进行说明。
47.运用有限元软件abaqus对本实用新型的配置屈曲约束板的波纹钢腹板梁组合节点的力学性能进行模拟分析，考虑到本模型仅为结构可行性分析提供参考，为提高计算效率，对其在单调荷载作用下的受力行为进行试算。钢柱截面为
□
300
×
300
×
16
×
16，过渡连接梁截面为353
×
200
×
10
×
16，波纹腹板h型钢梁截面为353
×
200
×
3.5
×
10。钢柱高度为3000mm，过渡连接梁长度为600mm，h型梁长度为2000mm。腹板拼接角钢采用l95
×
10，屈曲约束板内核厚度为16mm，端部加强度厚度为33mm，外围约束板厚度为16mm，屈曲约束板内核与
外围约束板间隙为1mm，除了屈曲约束板内核材料采用ly225钢材，其余均采用q345钢材，楼板采用c30混凝土。上、下翼缘板的拼接各需要螺栓20颗，腹板的拼接需要螺栓9颗，采用10.9级高强度螺栓摩擦型连接，在有限元中考虑其预拉力和表面接触作用。焊缝连接部位及楼板与钢梁上翼缘采用绑定约束进行模拟。首先施加螺栓预紧力，然后施加柱顶轴力，最后施加柱顶水平位移荷载。有限元分析结果如下。
48.(1)破坏模式：配置屈曲约束板的波纹钢腹板梁组合节点的破坏示意图如图6所示。在单调荷载作用下，塑性应变集中于屈曲约束板内核构件，梁柱主体结构基本保持弹性，说明本实用新型的组合节点形式基本可以实现集中损伤及震后修复的目的。
49.(2)承载性能：图7为配置屈曲约束板的波纹钢腹板梁组合节点的荷载
‑
位移曲线图，由图7可知，节点承载性能良好，无下降段，说明本实用新型节点的具有较强的抗震性能、稳定的承载性能和耗能能力。
50.本实用新型通过将屈曲约束板与波纹腹板h型钢梁相结合，以发挥波纹腹板h型钢梁自重轻、造价低、低碳节能及较高的稳定承载力，及低屈服点钢材稳定的耗能能力的优势。在设计弯矩作用下屈曲约束板内核截面不发生屈服，在地震作用下，内核构件先于主体钢框架发生屈服，利用低屈服点钢的高延性和高耗能能力集中损伤于屈曲约束板内核构件，达到保护主体结构的目的，震后通过更换下翼缘屈曲约束板实现结构功能的快速恢复。
51.本实用新型构造简单，连接方便，受力合理。过渡连接梁与带内隔板的箱形柱之间采用全焊缝连接，可以在工厂预制完成，以保证焊缝质量，运输到现场采用过渡连接梁与波纹腹板h型钢梁全螺栓拼接的方式连接，完成装配，上方浇筑混凝土，形成配置可更换屈曲约束板的波纹钢腹板梁组合节点。该节点便于工厂加工、现场安装、集中损伤及震后修复，具有良好的全寿命成本效益。