[发明专利]用于钢结构梁柱连接的铸钢模块化连接件以及连接节点

说明书

技术领域

本发明属于建筑工程技术领域，涉及一种梁柱连接件以及梁柱连接节点。

背景技术

钢结构具有强度高、重量轻、施工工期短等优点，在建筑行业中有着广泛的应用。

钢框架梁柱连接是钢结构设计的一个重要技术领域。传统的梁柱栓焊节点在1994年美国的北岭地震和1995年日本的阪神地震中，发生了大量的脆性断裂，严重影响了钢结构的抗震性能的发挥。震后，以美国、日本为主的各国进行了大量研究：一方面，提出了多种改进节点的形式，但是这些节点基本仍都是通过梁端形成塑性铰进行耗能，震后结构难以修复；另一方面，为了避免现场焊接质量难以保障等问题，螺栓连接受到重视，而通常采用的端板或T形件均是通过轧制钢材制作，其形状的规格化限制了连接件延性和耗能能力的发挥。

如图1所示，梁柱端板连接节点的连接端板板件具有一定的柔性，梁端弯矩作用产生的拉力经上翼缘通过高强螺栓传递给端板，外伸端板在较大拉力作用下会发生一定的弯曲变形，此时端板对于螺栓的作用相当于杠杆，端板由于弯曲变形的挤压产生接触力。该接触力即图2所示的螺栓撬力Q。螺栓撬力是由于T形件的受拉变形在螺栓上产生的一种附加轴力。理论上螺栓的拉力为2N的一半，即N_t=N；但由于螺栓撬力Q的存在，螺栓实际受到的拉力N_t=N+Q。因此，在杠杆作用的影响下，高强螺栓收到的拉力大于理论计算值，很可能造成螺栓承载力不足而破坏。因此，需要研制便于替换修复、延性和耗能能力优越的一种用于钢结构梁柱连接的铸钢模块化连接件。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种在保证连接强度和刚度基础上具有良好的延性和耗能能力并且震后方便替换的用于钢结构梁柱连接的铸钢模块化连接件以及含有该种铸钢模块化连接件的钢结构梁柱连接节点。

为达到上述目的，本发明的解决方案是：

本发明首先提供一种用于钢结构梁柱连接的铸钢模块化连接件，包括：与钢柱固定连接的竖肢和与钢梁固定连接的横肢，竖肢和横肢一体浇筑成横向放置的T型结构，竖肢包括两块平行设置的端部板以及分别与两块端部板相连的开圆弧孔板，开圆弧孔板和端部板的厚度相同并排列在相同的平面上，开圆弧孔板包含结合板和排列在结合板两侧的多个沙漏型组件，结合板的中间部分与横肢固定相连，沙漏型组件的一端与端部板的侧面相连并且另一端与结合板的侧面相连。

上述沙漏型组件的端部宽度和高度之比为3～4:5，沙漏型组件的中央宽度和端部宽度之比为1～2:5。

上述结合板的中间部分与横肢通过圆弧过渡连接，圆弧的半径为15～30mm。上述结合板的长度不小于多个沙漏型组件的端部宽度之和并且不大于横肢的长度。

上述铸钢模块化连接件，还包括分别设置在开圆弧孔板的两侧的两块矩形板，矩形板沿自身长度方向的两端分别与两块端部板相连，矩形板和端部板的厚度相同并且排列在相同的平面上。进一步地，两块矩形板的宽度与结合板的长度之和小于端部板沿矩形板短边方向的长度。更进一步地，矩形板与端部板通过圆角过渡相连。

上述端部板沿自身长度方向开设有多个第一类螺栓孔，端部板通过多个贯穿第一类螺栓孔的第一类螺栓与钢柱相连，横肢上开设有多个第二类螺栓孔，横肢通过多个贯穿第二类螺栓孔的第二类螺栓与钢梁相连。进一步地，第一类螺栓和第二类螺栓为高强螺栓。

本发明还提供一种钢结构梁柱连接节点，包括钢柱、钢梁、用于连接钢梁的上翼缘和钢柱的柱翼缘的上连接件以及用于连接钢梁的下翼缘和柱翼缘的下连接件，上连接件和下连接件均为上面提及的铸钢模块化连接件，上连接件的横肢与上翼缘相连并且其竖肢与柱翼缘相连，下连接件的横肢与下翼缘相连并且其竖肢与柱翼缘相连。

由于采用上述方案，本发明的有益效果是：

首先，开圆弧孔板由结合板和多个沙漏型组件构成，每个沙漏型组件的一端与端部板的侧面相连并且另一端与结合板的侧面相连，相邻两个沙漏型组件之间形成镂空，在地震中，沙漏型组件易发生塑性变形，消耗地震输入结构的能量，使得钢柱和钢梁基本维持在弹性状态而不发生损坏，从而有效地保护了主体结构，起到了抗震效果。

另外，铸钢模块化连接件的竖肢和横肢分别与钢柱和钢梁通过螺栓连接，可以容易地安装和拆卸，当原铸钢模块化连接件受损后，只需要将其拆卸并更换上新的铸钢模块化连接件即可重新恢复抗震性能，因此能够实现震后的快速修复并且有效地节约了维修成本。

最后，整个铸钢模块化连接件是通过铸钢工艺一体浇筑而成，不含有焊缝，冲击韧性高、质量易于保证。

附图说明