[发明专利]一种通过形状记忆合金连接的扩孔型高延性钢结构梁柱节点及其施工方法

说明书

技术领域

本发明属于结构工程技术领域，具体涉及一种通过形状记忆合金连接的扩孔型高延性钢结构梁柱节点及其施工方法，适用于抗震设防烈度较高的建筑结构中。

背景技术

良好的延性和耗能能力是保证结构在遭遇强震作用时不发生倒塌破坏的关键因素，而节点的力学性能是影响整体结构抗震性能的关键因素之一。在美国的北岭地震和日本的阪神地震发生之前，工程界对钢结构梁柱节点主要采用全焊接连接或翼缘焊接、腹板螺栓连接等，但震后这些节点中的焊缝发生了脆性断裂。为提高连接节点的性能，中国、美国和日本等国家对钢结构节点展开了大量的研究工作，并提出了多种形式的节点连接方式。当前，采用端板连接的梁柱节点的延性较好，但其耗能能力有限，且端板与钢梁间仍采用焊缝连接，同样可能发生脆性断裂；采用狗骨式节点（在梁端上下翼缘处进行削弱）可使破坏发生在梁端，并满足强节点弱构件的抗震原则，但削弱翼缘会降低结构的承载能力；采用加强型节点可保证节点的承载能力，但板件间主要采用焊接连接，无法增大节点的延性，并加剧节点的脆性破坏。

另外，地震是偶然事件，具有诸多不确定因素，可能导致建筑物经历超设防烈度地震。2016年实施的《中国地震动参数区划图》中对部分地区的抗震设防烈度也提出了更高的要求，且当前国家日益重视建筑结构体系的震后功能快速恢复能力。因此，如何更加合理有效地提高钢结构梁柱节点的延性和耗能能力，并在震后可对连接节点进行快速修复，使相应结构能更好地满足当前需求，已成为建筑结构抗震研究的重要内容之一。

形状记忆合金是一种具有形状记忆、超弹性和高阻尼等特性的新型材料，并具有6%-8%的变形量和变形可恢复等优点。另外，扩孔型螺栓连接是一种通过高强螺栓在扩孔型螺栓孔中的摩擦滑移来增大连接的延性和耗能能力。在梁柱节点中合理设置形状记忆合金和扩孔型螺栓连接，可有效提高节点的变形和耗能，且有效减缓节点的损伤。

综上所述，对钢结构梁柱节点，宜进一步提高其变形及耗能能力，以及防止节点发生脆性破坏和改善其震后修复效率。因此，可在梁柱节点中合理布置形状记忆合金和扩孔型螺栓孔，并采用高强螺栓连接，使梁柱节点能更好地适应当前要求。基于此，本发明提出一种通过形状记忆合金连接的扩孔型高延性钢结构梁柱节点。

发明内容

本发明主要提供一种通过形状记忆合金连接的扩孔型高延性钢结构梁柱节点及其施工方法，其目的在于进一步改善钢结构梁柱节点的变形及耗能能力，以及解决强震作用下梁柱间焊缝断裂所引起的脆性破坏的可能，并提高连接节点的震后修复效率。

本发明采用的技术方案为：一种通过形状记忆合金连接的扩孔型高延性钢结构梁柱节点，主要包括钢柱、钢梁、方钢管、角钢、加劲肋、形状记忆合金螺栓杆和高强螺栓，其特征在于：所述角钢包括角钢Ⅰ和角钢Ⅱ；所述钢梁的翼缘外表面从钢柱侧面由内至外均分别设置方钢管和角钢Ⅰ；所述方钢管和钢梁的翼缘经高强螺栓相连；所述角钢Ⅰ和钢梁的翼缘经高强螺栓相连；所述形状记忆合金螺栓杆两端分别穿过钢柱的翼缘和方钢管并固定在角钢Ⅰ上；所述钢梁的腹板上开有扩孔型螺栓孔；所述钢梁的腹板和钢柱的翼缘经角钢Ⅱ和高强螺栓相连；所述钢柱与钢梁之间留有空隙；所述加劲肋包括加劲肋Ⅰ和加劲肋Ⅱ。

进一步地，上述加劲肋Ⅰ与钢梁翼缘在同一水平位置；所述加劲肋Ⅰ与钢梁翼缘等厚，所述加劲肋Ⅰ对称布置在钢柱腹板两侧；所述加劲肋Ⅰ与钢柱上、下翼缘及腹板间采用角焊缝连接。

进一步地，上述加劲肋Ⅱ焊接在角钢Ⅰ中间位置处；所述加劲肋Ⅱ与钢梁腹板等厚；所述加劲肋Ⅱ与角钢Ⅰ两角边间采用角焊缝连接。

进一步地，上述钢柱翼缘和方钢管、方钢管和角钢Ⅰ在同一位置处开均有等直径的普通螺栓孔。

进一步地，上述所述钢梁翼缘和方钢管、钢梁翼缘和角钢Ⅰ在同一位置处开有等直径的普通螺栓孔。

进一步地，上述角钢Ⅱ的一外侧面贴于钢柱翼缘；所述角钢Ⅱ的另的一外侧面贴于钢梁腹板；所述角钢Ⅱ和钢柱翼缘在同一位置处开有等直径的普通螺栓孔。

进一步地，上述扩孔型螺栓孔的扩孔方向与钢梁纵向中轴线平行；所述角钢Ⅱ在与钢梁腹板扩孔型螺栓孔的相应位置处开有普通螺栓孔；所述普通螺栓孔和扩孔型螺栓孔在同一位置处的中心重合。

本发明的另一技术方案在于：一种通过形状记忆合金连接的扩孔型高延性钢结构梁柱节点的施工方法，其特征在于，施工方法及步骤为：

a. 在钢柱翼缘与方钢管、钢柱翼缘与角钢Ⅱ贴合处的对应位置分别开普通螺栓孔；

b. 在梁端腹板上开设扩孔型螺栓孔，梁端翼缘对应位置处开普通螺栓孔；