一种装配式梁柱强轴连接节点及其施工方法与流程

1.本发明属于建筑工程技术领域，特别涉及一种装配式梁柱强轴连接节点及其施工方法。


背景技术：

2.装配式钢结构具有适合工厂化生产、垃圾和废料的回收率更高、构件较轻、适合运输和装配、便于安装和拆卸等优点；因此，建筑工业化发展成熟的国家大多采用装配式钢结构发展建筑工业化。
3.梁柱节点是装配式组合结构体系中重要的节点；目前，大多采用焊接刚性节点，虽然其承载力高、刚度大、构造简单而广泛用于钢框架和组合框架中，但是，在地震中，大量按照规范进行设计和施工的焊接型钢节点发生了意想不到的脆性破坏，而采用螺栓连接的节点破坏程度较轻。
4.现有的半刚性螺栓连接，大多采用栓焊连接，即多采用设置外伸端板连接或t型钢连接；其连接结构中仍涉及大量的焊接；并且，一般存在焊缝较长，焊缝数量较多，焊接工作量大，焊缝质量不易保证，特别是焊接处易应力集中发生脆性破坏；目前，也出现了一些新型的半刚性螺栓连接形式，虽然有效减少了焊接的使用，但是缺点是连接件数量多、体积大。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种装配式梁柱强轴连接节点及其施工方法，以解决现有的半刚性螺栓连接节点采用大量栓焊连接，连接件数量较多，体积较大的技术问题。
6.为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
7.本发明提供了一种装配式梁柱强轴连接节点，包括工字型柱、工字型梁、两个节点连接件组及混凝土板；工字型梁水平设置在工字型柱的一侧或两侧，工字型梁的梁端与工字型柱的强轴方向翼缘外侧紧密接触；
8.两个节点连接件组均设置在工字型梁与工字型柱的节点处，且对称分布在工字型梁的腹板两侧；每个节点连接件组包括两个节点连接件，两个节点连接件位于工字型梁的腹板的同侧，且沿工字型梁的水平轴线上下对称设置；节点连接件与工字型梁及工字型柱之间均采用高强螺栓固定相连；
9.混凝土板水平设置在工字型梁的上翼缘表面，混凝土板的下表面与工字型梁的上翼缘固定连接，混凝土板的端部与工字型柱的翼缘及腹板外表面紧密接触。
10.进一步的，节点连接件包括第一钢板、第二钢板及第三钢板；第一钢板竖向设置，第二钢板水平设置，第一钢板与第二钢板垂直固定形成l型连接结构；第三钢板竖向设置在l型结构的端部，并靠近工字型柱一端设置；
11.第一钢板与工字型梁的腹板之间通过高强螺栓固定连接；第二钢板与工字型梁的
上翼缘或下翼缘之间通过高强螺栓固定连接；第三钢板与工字型柱的强轴方向翼缘之间通过高强螺栓固定连接。
12.进一步的，第一钢板与第二钢板之间采用焊接固定或一体式成型结构；第三钢板与第一钢板或第二钢板之间采用焊接固定或一体式成型结构。
13.进一步的，同一节点连接件中的第一钢板、第二钢板及第三钢板的尺寸大小相互独立；其中，第一钢板、第二钢板及第三钢板的最小尺寸为零，且第一钢板、第二钢板及第三钢板中至多一个钢板的最小尺寸为零。
14.进一步的，第一钢板、第二钢板及第三钢板的尺寸包括钢板的长边尺寸、短边尺寸或厚度。
15.进一步的，混凝土板与工字型梁之间设置有若干抗剪连接件，抗剪连接件的上端伸入混凝土板中，下端与工字型梁的上翼缘固定连接。
16.进一步的，若干抗剪连接件沿工字型梁的水平轴线呈两排均匀分布。
17.进一步的，混凝土板包括混凝土浇筑体及板体钢筋笼；板体钢筋笼采用若干纵向钢筋及若干横向钢筋均匀绑扎成型，混凝土浇筑体包裹在板体钢筋笼的外侧。
18.本发明还提供了一种装配式梁柱强轴连接节点的施工方法，包括以下步骤：
19.按照设计要求，加工制作工字型梁、工字型柱及节点连接件；
20.安装工字型柱，并将工字型梁吊装至预设安装位置；利用高强螺栓将节点连接件与工字型梁及工字型柱固定连接，以使工字型梁与工字型柱固定连接在一起；
21.在工字型梁的上翼缘表面，现场浇筑施工混凝土板。
22.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
23.本发明提供了一种装配式梁柱强轴连接节点及其施工方法，将工字型梁的梁端与工字型柱的强轴方向翼缘外侧紧密接触，工字型梁与工字型柱之间设置节点连接件；节点连接件成对且对称设置，并通过高强螺栓与工字型梁及工字型柱固定相连，在梁柱强轴连接节点形成半刚性螺栓连接节点；半刚性螺栓连接节点的变形及受力性能，介于完全刚性与理想铰接之间；因此，所述的梁柱强轴连接节点具有刚节点的高承载力，也具有铰接点的转动能力，在外力作用下具有转动能力，能够通过变形耗散能力，具有良好延性和承载能力。
24.进一步的，节点连接件采用第一钢板、第二钢板及第三钢板拼接成型，结构简单，焊缝长度短且数量少，极大程度减少了焊接过程的热影响区残余应力的存在，其力学性能容易得到保障，在外力作用下不易发生脆性破坏。
25.进一步的，同一节点连接件中的第一钢板、第二钢板及第三钢板的尺寸大小相互独立，根据节点的位置、梁的类型以及构件的受力情况选择节点连接件的尺寸及形式，弯矩较大而剪力较小情况下可采用较大尺寸的第二钢板、第三钢板和较小尺寸的第一钢板或不设置第一钢板；弯矩较小而剪力较大情况下可采用较大尺寸的第一钢板、第三钢板和较小尺寸的第二钢板或不设置第二钢板；弯矩通过第三钢板的高强螺栓受拉、第二钢板与工字型梁上下翼缘的摩擦和高强螺栓受剪所抵抗，剪力通过第三钢板与工字型柱强轴方向翼缘和第一钢板与工字型梁腹板的摩擦和对应高强螺栓受剪抵抗。弯矩及剪力都较大情况下，三块钢板均设置，共同作用抵抗弯矩与剪力。
26.进一步的，通过在混凝土板与工字型梁之间设置抗剪连接件，抗剪连接件能够抵
抗混凝土与工字型梁之间的纵向剪力，避免混凝土板与工字型梁之间的自由滑移，实现共同受理，协调变形的目的；同时，能够抵抗混凝土板与工字型梁之间的掀起力，确保了结构的稳定性和可靠性。
27.本发明所述的装配式梁柱强轴连接节点及其施工方法，通过在工厂中，先预制好工字型梁和工字型柱并开设好螺栓孔洞；其中，工字型梁上的抗剪连接件于工厂预制并装配到位，然后运输到施工现场；通过两个节点连接件组与高强螺栓将工字型梁和工字型柱连接；最后，采用现场绑扎钢筋并浇筑钢筋混凝土板，以此实现装配式节点的施工；本发明中，梁柱连接节点的结构简单，便于施工及运用且具有更强的变形能力，受力明确，承载力强，具有较强的耗能能力，可应用于标准化装配式钢框架组合结构中；本发明在保证半刚性连接的良好受力性能情况下，连接件的焊缝短而少，极大程度减少了焊缝可能引起的质量与性能问题；节点连接件形式简单、数量少、方便工厂流水线批量生产；并且，由于节点连接件均布置在工字型梁及工字型柱的翼缘内侧，极大程度上保证了节点处的空间使用率。
附图说明
28.图1为实施例所述的装配式梁柱强轴连接节点的整体结构示意图；
29.图2为实施例所述的装配式梁柱强轴连接节点的立面结构示意图；
30.图3为实施例所述的装配式梁柱强轴连接节点的a-a剖面示意图；
31.图4为实施例所述的装配式梁柱强轴连接节点中的梁板侧视图；
32.图5为实施例所述的装配式梁柱强轴连接节点中的梁板节点立面图；
33.图6为实施例所述的装配式梁柱强轴连接节点的节点连接件结构示意图；
34.图7为实施例所述的装配式梁柱强轴连接节点的爆炸效果图。
35.其中，1工字型柱，2工字型梁，3混凝土浇筑体，4板体钢筋笼，5抗剪连接件，6节点连接件，7高强螺栓，8混凝土板，9第一钢板，10第二钢板，11第三钢板。
具体实施方式
36.为了使本发明所解决的技术问题，技术方案及有益效果更加清楚明白，以下具体实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
37.本发明提供了一种装配式梁柱强轴连接节点，包括工字型柱1、工字型梁2、两个节点连接件组、若干抗剪连接件5、若干高强螺栓7及混凝土板8。
38.工字型柱1竖向设置，工字型梁2水平设置在工字型柱1的一侧或两侧；其中，工字型梁2的梁端与工字型柱1的强轴方向翼缘外侧紧密接触；两个节点连接件组均设置在工字型梁2与工字型柱1的节点处，且对称分布在工字型梁2的腹板两侧。
39.每个节点连接件组包括两个节点连接件6，两个节点连接件6位于工字型梁2的腹板的同侧，且沿工字型梁2的水平轴线上下对称设置；节点连接件6与工字型梁2及工字型柱1之间均采用高强螺栓7固定相连；混凝土板8水平设置在工字型梁2的上翼缘表面，混凝土板8的下表面与工字型梁2的上翼缘固定连接，混凝土板8的端部与工字型柱1的翼缘及腹板外表面紧密接触。
40.若干抗剪连接件5均匀设置在工字型梁2与混凝土板8之间，抗剪连接件5的上端伸
入混凝土板8中，下端与工字型梁2的上翼缘固定连接；优选的，若干抗剪连接件5沿工字型梁2的水平轴线呈两排均匀分布。
41.本发明中，每个节点连接件组中的两个节点连接件结构相同；节点连接件6包括第一钢板9、第二钢板10及第三钢板11；第一钢板9竖向设置，第二钢板10水平设置，第一钢板9与第二钢板10垂直固定形成l型连接结构；第三钢板11竖向设置在l型结构的端部，并靠近工字型柱1一端设置。
42.第一钢板9与工字型梁2的腹板之间通过高强螺栓7固定连接；第二钢板10与工字型梁2的上翼缘或下翼缘之间通过高强螺栓7固定连接；第三钢板11与工字型柱1的强轴方向翼缘之间通过高强螺栓7固定连接；本发明中，第一钢板9、第二钢板10及第三钢板11上均开设有螺栓孔，以使高强螺栓7贯穿，实现节点连接件6与工字型柱1或工字型梁2之间的半刚性固定连接。
43.本发明中，第一钢板9与第二钢板10之间采用焊接固定或一体式成型结构；第三钢板11与第一钢板9或第二钢板10之间采用焊接固定或一体式成型结构；同一节点连接件6中的第一钢板9、第二钢板10及第三钢板11的尺寸大小相互独立；其中，第一钢板9、第二钢板10及第三钢板11的最小尺寸为零，且第一钢板9、第二钢板10及第三钢板11中至多一个钢板的最小尺寸为零；优选的，第一钢板9、第二钢板10及第三钢板11的尺寸包括钢板的长边尺寸、短边尺寸或厚度。
44.混凝土板8包括混凝土浇筑体3及板体钢筋笼4，板体钢筋笼4采用若干纵向钢筋及若干横向钢筋均匀绑扎成型；混凝土浇筑体3包裹在板体钢筋笼4的外侧，混凝土浇筑体3采用现场浇筑施工成型。
45.施工方法：
46.本发明所述的装配式梁柱强轴连接节点的施工方法，包括以下步骤：
47.步骤1、按照设计要求，加工制作工字型梁2、工字型柱1及节点连接件6；
48.步骤2、安装工字型柱1，并将工字型梁2吊装至预设安装位置；利用高强螺栓7将节点连接件6与工字型梁2及工字型柱1固定连接，以使工字型梁2与工字型柱1固定连接在一起；
49.步骤3、在工字型梁2的上翼缘表面，现场浇筑施工混凝土板。
50.工作原理或受力原理：
51.本发明所述的装配式梁柱强轴连接节点，节点连接件成对且对称设置，并通过高强螺栓与工字型梁及工字型柱固定相连，在梁柱强轴连接节点形成半刚性螺栓连接节点；半刚性螺栓连接节点的变形及受力性能介于完全刚性与理想铰接之间；因此，其具有刚节点的高承载力，同时也具有铰接点的转动能力；在外力作用下，其具有一定的转动能力，能够通过变形耗散能量，具有良好的延性和承载能力。
52.本发明中，在保证半刚性连接的良好受力性能情况下，节点连接件的焊缝长度短，且数量少，极大程度减少了热影响区残余应力的存在，其力学性能容易得到保障，在外力作用下不易发生脆性破坏；其次，节点连接件形式简单、数量少；节点连接件可以通过一块l形钢板通过两次弯折，将仅由一条短焊缝焊接而成或通过角钢与一块钢板焊接而成或三块钢板焊接而成，形式多样，方便工厂流水线批量生产；并且由于连接件均布置在梁翼缘内侧，极大程度上保证了节点处的空间使用率。
53.本发明中，节点区域的弯矩通过第三钢板的高强螺栓受拉、第二钢板与工字型梁上下翼缘的摩擦和高强螺栓受剪所抵抗，剪力通过第三钢板与工字型柱强轴方向翼缘和第一钢板与工字型梁腹板的摩擦和对应高强螺栓受剪抵抗；因此，弯矩及剪力都较大情况下，三块钢板均设置，共同作用抵抗弯矩与剪力。
54.实施例
55.如附图1-7所示，以工字型柱1的两侧对称设置工字型梁2的节点为例；本实施例提供了一种装配式梁柱强轴连接节点，包括工字型柱1、两个工字型梁2、四个节点连接件组、若干抗剪连接件5、若干高强螺栓7及混凝土板8。
56.工字型柱1竖向设置，两个工字型梁2水平对称设置在工字型柱1的两侧；工字型梁2的梁端与工字型柱1的强轴方向翼缘连接；工字型梁2的上翼缘上表面上设置有若干抗剪连接件5；若干抗剪连接件5沿工字型梁2的水平轴线呈两排均匀分布；工字型梁2梁端处的上翼缘、下翼缘及腹板均设置有螺栓孔，用于高强螺栓7贯穿，以连接节点连接件组。
57.本实施例中，其中两个节点连接件组设置在其中一个工字型梁2与工字型柱1之间，剩余两个节点连接件组设置在另一个工字型梁2与工字型柱1之间；以下以其中两个节点连接件组的安装结构为例，进行说明，具体如下：
58.两个节点连接件组对称分布在其中一个工字型梁2的腹板两侧，每个节点连接件组包括两个节点连接件6；所述两个节点连接件6位于工字型梁2的腹板同侧，且沿工字型梁2的水平轴线上下对称设置；节点连接件6与工字型梁2及工字型柱1之间均采用高强螺栓7固定相连。
59.节点连接件6包括第一钢板9、第二钢板10及第三钢板11；第一钢板9竖向设置，第二钢板10水平设置；第一钢板9与第二钢板10垂直固定，形成l型连接结构；第三钢板11竖向设置在l型结构的端部，并靠近工字型柱1一端设置。
60.第一钢板9与工字型梁2的腹板之间通过高强螺栓7固定连接；第二钢板10与工字型梁2的上翼缘或下翼缘之间通过高强螺栓7固定连接；第三钢板11与工字型柱1的强轴方向翼缘之间通过高强螺栓7固定连接；第一钢板9、第二钢板10及第三钢板11上均开设有螺栓孔，以使高强螺栓7贯穿，实现节点连接件6与工字型梁2或工字型柱1之间的半刚性固定连接。
61.本实施例中，第一钢板9与第二钢板10之间采用焊接固定或一体式成型结构，第三钢板11与第一钢板9或第二钢板10之间采用焊接固定或一体式成型结构；同一节点连接件6中的第一钢板9、第二钢板10及第三钢板11的尺寸大小相互独立；其中，第一钢板9、第二钢板10及第三钢板11的最小尺寸为零，且第一钢板9、第二钢板10及第三钢板11中至多一个钢板的最小尺寸为零；即第一钢板9、第二钢板10及第三钢板11中不得有两个钢板的尺寸同时为零；其中，第一钢板9、第二钢板10及第三钢板11的尺寸包括钢板的长边尺寸、短边尺寸或厚度。
62.本实施例中，节点连接件6中第一钢板9、第二钢板10及第三钢板11的尺寸大小，在满足国家行业规范要求下，根据实际工程的构件受力情况及大小合理选择；第一钢板9、第二钢板10及第三钢板11上至少开设一个螺栓孔，螺栓孔个数及相邻螺栓孔间距，应由受力计算得出，并且满足现行钢结构规范要求；同一节点连接件中的第一钢板9、第二钢板10及第三钢板11的尺寸大小相互独立，根据节点的位置，例如：十字节点或边节点；或梁的类型，
例如：主梁、次梁或主次梁交接；或构件的受力情况选择节点连接件中各个钢板的尺寸及形式；其中，弯矩较大而剪力较小情况下可采用较大尺寸的第二钢板10、第三钢板11和较小尺寸的第一钢板9或不设置第一钢板9；弯矩较小而剪力较大情况下可采用较大尺寸的第一钢板9、第三钢板11和较小尺寸的第二钢板10或不设置第二钢板10。弯矩通过第三钢板11的高强螺栓7受拉、第二钢板10与工字型梁2上下翼缘的摩擦和高强螺栓7受剪所抵抗，剪力通过第三钢板11与工字型柱1强轴方向翼缘和第一钢板9与工字型梁2腹板的摩擦和对应高强螺栓7受剪抵抗。弯矩及剪力都较大情况下，三块钢板均设置，共同作用抵抗弯矩与剪力。
63.本实施例中，所述的节点连接连接件可以通过一块l形钢板通过两次弯折，将仅由一条短焊缝焊接而成或通过角钢与一块钢板焊接而成或三块钢板焊接而成，形式多样。由于形式简单，焊缝数量短而少极大程度减少了热影响区残余应力的存在，其力学性能容易得到保障，在外力作用下不易发生脆性破坏。
64.混凝土板8水平设置在工字型梁2的上翼缘表面，混凝土板8的下表面与工字型梁2的上翼缘固定连接，混凝土板8的端部与工字型柱1的翼缘及腹板外表面紧密接触；若干抗剪连接件5均匀设置在工字型梁2与混凝土板8之间，抗剪连接件5的上端伸入混凝土板8中，下端与工字型梁2的上翼缘固定连接；优选的，若干抗剪连接件5沿工字型梁2的水平轴线呈两排均匀分布。
65.混凝土板8包括混凝土浇筑体3及板体钢筋笼4，板体钢筋笼4采用若干纵向钢筋及若干横向钢筋均匀绑扎成型；混凝土浇筑体3包裹在板体钢筋笼4的外侧，混凝土浇筑体3采用现场浇筑施工成型。
66.施工方法
67.在工厂中，先预制好工字型梁2和工字型柱1，并开设好螺栓孔；其中，工字型梁2上的抗剪连接件5于工厂预制并装配到位；然后，运输到施工现场，通过四个节点连接件组与若干高强螺栓7，将工字型梁2和工字型柱1连接；最后，混凝土板8由现场绑扎板体钢筋笼4并施工混凝土浇筑体3。
68.本实施例所述的装配式梁柱强轴连接节点，将工字型柱1强轴方向翼缘与工字型梁2的梁端连接；采用在工字型梁2上翼缘设有双排抗剪连接件5，且工字型梁2的上翼缘、下翼缘及腹板上均预先开设孔洞便于节点连接件6及高强螺栓7连接；混凝土板8采用现场浇筑并与工字型梁2和工字型柱1连接；节点连接件6采用第一钢板9、第二钢板10、第三钢板11焊接而成，且三块钢板的三维尺寸相互独立，并均预先开设孔洞便于上述高强螺栓7连接。
69.本实施例中，节点连接件6成对布置，第一对节点连接件设置于工字型梁2的上翼缘内侧及对应腹板之间；第一对节点连接件中的第三钢板11与工字型柱1的翼缘连接，第一对节点连接件中的第一钢板9与工字型梁2的腹板连接，第一对节点连接件中的第二钢板10与工字型梁2的上翼缘内侧连接；第二对节点连接件设置于工字型梁2的下翼缘内侧及腹板之间，第二对节点连接件中的第三钢板11与工字型柱1的翼缘连接，第二对节点连接件中的第一钢板9与工字型梁2的腹板连接，第二对节点连接件中的第二钢板10与工字型梁2的下翼缘内侧连接。
70.本发明所述的装配式梁柱强轴连接节点及其施工方法，将工字型梁的梁端与工字型柱的强轴方向翼缘外侧紧密接触，工字型梁与工字型柱之间设置节点连接件；节点连接件成对且对称设置，并通过高强螺栓与工字型梁及工字型柱固定相连，在梁柱强轴连接节
点形成半刚性螺栓连接节点；所述的半刚性螺栓节点连接的变形及受力性能介于完全刚性与理想铰接之间，因此其具有刚节点的高承载力也具有铰接点的转动能力，在外力作用下，其具有一定的转动能力，通过变形耗散能量，具有良好的延性和承载能力；本发明可以适用于标准化装配式钢框架组合结构中，结构简单，便于施工及运用且具有更强的变形能力，受力明确，承载力强，具有较强的耗能能力。
71.上述实施例仅仅是能够实现本发明技术方案的实施方式之一，本发明所要求保护的范围并不仅仅受本实施例的限制，还包括在本发明所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化、替换及其他实施方式。