一种侧板连接梁柱节点结构及连接方法与流程

本发明属于建筑工程领域，涉及一种侧板连接梁柱节点结构及连接方法。

背景技术：

《建筑抗震设计规范》中要求“柱在两个相互垂直的方向都与梁刚接时宜采用箱形截面”，而在可以采用工形柱的工程中采用箱形柱，结构成本会有所增加。实际工程中，工形柱弱轴方向上的连接与强轴连接一样普遍，但广泛应用的工形柱弱轴楔形加劲板连接的塑性转动能力较差，不易实现梁上塑性铰外移和“强节点弱构件”的抗震要求，故在抗震区采用该连接形式埋下了一定的安全隐患。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种侧板连接梁柱节点结构及连接方法，以克服现有技术的不足。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种侧板连接梁柱节点结构，包括h型梁、h型柱、横向加劲肋、侧板、耳板、连接板及扩翼板，h型梁包括两个平行设置的梁翼缘，两个梁翼缘之间设有梁腹板，梁腹板最大面所在平面垂直于梁翼缘最大面所在平面；h型柱包括两个平行设置的柱翼缘，两个柱翼缘之间设有柱腹板，柱翼缘最大面所在平面垂直于柱腹板最大面所在平面；两个柱翼缘之间设有两个平行设置的横向加劲肋，横向加劲肋最大面所在平面同时垂直于柱翼缘最大面所在平面和柱腹板最大面所在平面；侧板焊接于柱翼缘侧端面，侧板最大面所在平面与柱腹板最大面所在平面平行；h型梁的梁翼缘两侧设有扩翼板，扩翼板的端面与梁翼缘端面平齐；

h型柱弱轴方向上，侧板的另一个侧面焊接有一块第一连接板和两块耳板，两块耳板的最大面所在平面以及第一连接板最大面所在平面均平行于柱翼缘最大面所在平面，耳板的外侧端面与柱翼缘外侧端面平齐；梁翼缘和扩翼板的端面与侧板的另一个侧面焊接，扩翼板的两侧面分别与两块耳板的内侧面焊接，第一连接板与梁腹板通过螺栓固定连接。

进一步的，横向加劲肋四个端面分别与柱腹板侧面、两个柱翼缘侧端面及侧板一个侧面焊接。

进一步的，耳板的厚度与柱翼缘厚度相同；耳板的高度与侧板的高度相同。

进一步的，扩翼板最大平面为梯形结构；扩翼板与梁翼缘焊接连接。

进一步的，侧板的最大平面为矩形，侧板的宽度大于柱腹板宽度与两个柱翼缘厚度之和；侧板的高度大于梁腹板宽度与两个梁翼缘厚度之和。

进一步的，在h型柱强轴方向上，h型梁的梁翼缘端面与柱翼缘外侧面焊接，扩翼板的端面与柱翼缘外侧侧面焊接，扩翼板的一侧侧面与侧板伸出h型柱翼缘的一个侧面焊接；柱翼缘外侧侧面焊接有第二连接板，第二连接板的最大面所在平面与柱腹板最大面所在平面平行，h型梁的梁腹板与第二连接板通过螺栓固定连接。

进一步的，所述h型梁的梁翼缘及扩翼板的端面与h型柱的柱翼缘采用全熔透对接焊缝连接。

进一步的，所述h型梁的梁翼缘及扩翼板的端面与侧板的侧面采用全熔透对接焊缝连接。

进一步的，h型梁的梁腹板与第一连接板和第二连接板均通过多个螺栓连接，多个螺栓呈单列或多列纵向排列。

一种侧板连接梁柱节点的连接方法，包括以下步骤：

步骤1)、在h型柱的两个柱翼缘之间焊接两个平行设置的横向加劲肋，使横向加劲肋最大面所在平面与柱翼缘最大面所在平面和柱腹板最大面所在平面垂直，两个横向加劲肋最外侧面之间的距离与h型梁两个梁翼缘外侧端面之间距离相同；然后在柱翼缘侧面焊接平行于柱腹板的侧板，在侧板外侧面上焊接两块耳板，使耳板最大面所在平面与柱翼缘最大面所在平面在同一平面内；在侧板外侧面两块耳板之间焊接第一连接板，第一连接板最大面所在平面与耳板最大面所在平面平行；在柱翼缘外侧面焊接第二连接板，第二连接板最大面所在平面与柱腹板最大面所在平面平行，在第一连接板和第二连接板上预留螺栓孔，即可得到预制h型柱结构；

在h型梁的梁翼缘两侧焊接扩翼板，使扩翼板的端面与梁翼缘端面平齐，在梁腹板上预留螺栓孔，得到预制h型梁结构；

步骤2)、在h型柱的弱轴方向上，将预制h型梁结构的梁腹板螺栓孔与第一连接板螺栓孔对其后通过螺栓预紧，然后将h型梁的梁翼缘及扩翼板端面与侧板焊缝连接，将扩翼板侧面与耳板焊接，最后将螺栓拧紧；在h型柱的强轴方向上，将预制h型梁结构的梁腹板螺栓孔与第二连接板的螺栓孔对其后通过螺栓预紧，然后将h型梁的梁翼缘及扩翼板端面与h型柱的柱翼缘侧面焊缝连接，将扩翼板侧面与侧板侧面焊接，最后将螺栓拧紧，即可完成侧板连接梁柱节点结构的连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明一种侧板连接梁柱节点结构，通过在h型柱的两个柱翼缘之间设置两个平行设置的横向加劲肋，形成了两个封闭的箱形截面，具有强节点域的特征，在柱翼缘侧端面焊接侧板，使侧板最大面所在平面与柱腹板最大面所在平面平行，h型柱弱轴方向上，侧板的另一个侧面焊接有一块第一连接板和两块耳板，两块耳板的最大面所在平面以及第一连接板最大面所在平面均平行于柱翼缘最大面所在平面，耳板的外侧端面与柱翼缘外侧端面平齐；然后在h型梁的梁翼缘两侧设置扩翼板，扩翼板的端面与梁翼缘端面平齐，使梁翼缘和扩翼板的端面与侧板的另一个侧面焊接，扩翼板的两侧面分别与两块耳板的内侧面焊接，第一连接板与梁腹板通过螺栓固定连接，通过设置扩翼板结构，增强梁柱节点连接强度，以更好地实现强节点弱构件的抗震设计要求；采用本节点结构，在循环荷载作用下，塑性变形集中在钢梁翼缘扩翼加强的端部梁截面上，节点域处于弹性状态，满足在循环荷载作用下可以较好地实现梁上塑性铰外移，增加节点的延性和承载性能的需求。

进一步的，横向加劲肋四个端面分别与柱腹板侧面、两个柱翼缘侧端面及侧板一个侧面焊接，确保横向加劲肋的连接强度。

进一步的，在h型柱强轴方向上，h型梁的梁翼缘端面与柱翼缘外侧面焊接，扩翼板的端面与柱翼缘外侧侧面焊接，使得h型柱和h型梁连接在强、弱轴之间有较好的协同工作的能力，本节点结构的耗能能力和延性良好，具有较强的抗震性能。

一种侧板连接梁柱节点的连接方法，通过预制分别得到预制h型柱结构和预制h型梁结构，通过在h型柱的两个柱翼缘之间焊接两个平行设置的横向加劲肋，在柱翼缘侧面焊接平行于柱腹板的侧板，在侧板外侧面上焊接两块耳板，使耳板最大面所在平面与柱翼缘最大面所在平面在同一平面内，形成h型柱结构强连接节点，在h型柱的强、弱轴方向上与h型梁采用相同的连接方式，在h型梁端部翼缘边缘与侧板或耳板之间焊接扩翼板，使得传力更为明确、合理，h型梁翼缘端部焊接扩翼板形成扩大翼缘头的梁柱节点，该节点具有鲜明的强节点弱构件的特征，在往复荷载作用下可以实现梁上塑性铰外移，可以同时增加节点的延性和承载性能。本发明通过预制完成，便于运输和安装。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为横向加劲肋的装配示意图。

图3为侧板连接梁柱节点的装配示意图。

图4为预制带扩翼板的h型梁的示意图。

图5为三维侧板连接梁柱节点的破坏示意图；

图6为三维侧板连接梁柱节点的四个梁端的荷载-位移滞回曲线图。

图中：1-柱翼缘、2-柱腹板、3-横向加劲肋、4-侧板、5-耳板、6-第一连接板、7-梁翼缘、8-梁腹板、9-扩翼板、10-螺栓、11-第二连接板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图1至图4所示，一种侧板连接梁柱节点结构，包括h型梁、h型柱、横向加劲肋3、侧板4、耳板5、连接板6及扩翼板9，h型梁包括两个平行设置的梁翼缘7，两个梁翼缘7之间设有梁腹板8，梁腹板8最大面所在平面垂直于梁翼缘7最大面所在平面；h型柱包括两个平行设置的柱翼缘1，两个柱翼缘1之间设有柱腹板2，柱翼缘1最大面所在平面垂直于柱腹板2最大面所在平面；两个柱翼缘1之间设有两个平行设置的横向加劲肋3，横向加劲肋3最大面所在平面同时垂直于柱翼缘1最大面所在平面和柱腹板2最大面所在平面；侧板4焊接于柱翼缘1侧端面，侧板4最大面所在平面与柱腹板2最大面所在平面平行，横向加劲肋3四个端面分别与柱腹板2侧面、两个柱翼缘1侧端面及侧板4一个侧面焊接；h型梁的梁翼缘7两侧设有扩翼板9，扩翼板9的端面与梁翼缘7端面平齐；

h型柱弱轴方向上，侧板4的另一个侧面焊接有一块第一连接板6和两块耳板5，两块耳板5的最大面所在平面以及第一连接板6最大面所在平面均平行于柱翼缘1最大面所在平面，耳板5的外侧端面与柱翼缘1外侧端面平齐；梁翼缘7和扩翼板9的端面与侧板4的另一个侧面焊接，扩翼板9的两侧面分别与两块耳板5的内侧面焊接，第一连接板6与梁腹板8通过螺栓10固定连接；

耳板5的厚度与柱翼缘1厚度相同；耳板5的高度与侧板4的高度相同；扩翼板9最大平面为梯形结构；扩翼板9与梁翼缘7焊接；

侧板4的最大平面为矩形，侧板4的宽度大于h型柱宽度，即侧板4的宽度大于柱腹板2宽度与两个柱翼缘1厚度之和；侧板4的高度(即沿柱翼缘1长度方向尺寸)大于h型梁的宽度，即侧板4的高度大于梁腹板8宽度与两个梁翼缘7厚度之和；

其中，横向加劲肋3外侧面与梁翼缘7的外侧面在同一个平面内，本申请中两个横向加劲肋3位于上端的横向加劲肋3的上端面与两个梁翼缘7中位于上端的梁翼缘7的上端面在同一个平面内，两个横向加劲肋3位于下端的横向加劲肋3的下端面与两个梁翼缘7中位于下端的梁翼缘7的下端面在同一个平面内；

在h型柱强轴方向上，h型梁的梁翼缘7端面与柱翼缘1外侧面焊接，扩翼板9的端面与柱翼缘1外侧侧面焊接，扩翼板9的一侧侧面与侧板4伸出h型柱翼缘1的一个侧面焊接；柱翼缘1外侧侧面焊接有第二连接板11，第二连接板11的最大面所在平面与柱腹板2最大面所在平面平行，h型梁的梁腹板8与第二连接板11通过螺栓固定连接。

具体的，h型柱弱轴方向上，所述h型梁的梁翼缘7及扩翼板9的端面与侧板4的侧面采用全熔透对接焊缝连接；h型柱强轴方向上，所述h型梁的梁翼缘7及扩翼板9的端面与h型柱的柱翼缘1采用全熔透对接焊缝连接；

h型梁的梁腹板8与第一连接板6和第二连接板11均通过多个螺栓10连接，多个螺栓10呈单列或多列纵向排列；

一种侧板连接梁柱节点的连接方法，在h型柱的两个柱翼缘1之间焊接两个平行设置的横向加劲肋3，使横向加劲肋3最大面所在平面与柱翼缘1最大面所在平面和柱腹板2最大面所在平面垂直，两个横向加劲肋3最外侧面之间的距离与h型梁两个梁翼缘7外侧端面之间距离相同；然后在柱翼缘1侧面焊接平行于柱腹板2的侧板4，在侧板4外侧面上焊接两块耳板5，使耳板5最大面所在平面与柱翼缘1最大面所在平面在同一平面内，在h型柱的强轴方向上，在侧板4外侧面两块耳板5之间焊接第一连接板6，第一连接板6最大面所在平面与耳板5最大面所在平面平行，在h型柱的弱轴方向上，在柱翼缘1外侧面焊接第二连接板11，第二连接板11最大面所在平面与柱腹板2最大面所在平面平行，得到预制h型柱结构；在h型梁的梁翼缘7两侧焊接扩翼板9，使扩翼板9的端面与梁翼缘7端面平齐，得到预制h型梁结构；然后将预制h型柱结构和预制h型梁结构运输到现场采用翼缘对接焊接、腹板螺栓连接的方式将钢梁柱相连，完成装配，形成钢框架梁柱节点。

一种侧板连接梁柱节点结构连接方法包括以下步骤：

步骤1)、在h型柱的两个柱翼缘1之间焊接两个平行设置的横向加劲肋3，使横向加劲肋3最大面所在平面与柱翼缘1最大面所在平面和柱腹板2最大面所在平面垂直，两个横向加劲肋3最外侧面之间的距离与h型梁两个梁翼缘7外侧端面之间距离相同；然后在柱翼缘1侧面焊接平行于柱腹板2的侧板4，在侧板4外侧面上焊接两块耳板5，使耳板5最大面所在平面与柱翼缘1最大面所在平面在同一平面内；在侧板4外侧面上焊接两块耳板5，使耳板5最大面所在平面与柱翼缘1最大面所在平面在同一平面内，在侧板4外侧面两块耳板5之间焊接第一连接板6，第一连接板6最大面所在平面与耳板5最大面所在平面平行；在柱翼缘1外侧面焊接第二连接板11，第二连接板11最大面所在平面与柱腹板2最大面所在平面平行，在第一连接板6和第二连接板11上预留螺栓孔，即可得到预制h型柱结构；

步骤2)、在h型梁的梁翼缘7两侧焊接扩翼板9，使扩翼板9的端面与梁翼缘7端面平齐，在梁腹板8上预留螺栓孔，得到预制h型梁结构；

步骤3)、在h型柱的弱轴方向上，将预制h型梁结构的梁腹板8螺栓孔与第一连接板6螺栓孔对其后通过螺栓预紧，然后将h型梁的梁翼缘及扩翼板端面与侧板焊缝连接，将扩翼板侧面与耳板焊接，最后将螺栓拧紧；在h型柱的强轴方向上，将预制h型梁结构的梁腹板8螺栓孔与第二连接板11的螺栓孔对其后通过螺栓预紧，然后将h型梁的梁翼缘及扩翼板端面与h型柱的柱翼缘侧面焊缝连接，将扩翼板侧面与侧板侧面焊接，最后将螺栓拧紧，即可完成侧板连接梁柱节点结构的连接。

具体的，步骤1)中，侧板4的宽度大于柱腹板2宽度与两个柱翼缘1厚度之和，即在侧板4宽度方向上侧板伸出柱翼缘外表面，在侧板4高度方向上侧板高度高于两个横向加劲肋之间的距离；

本发明一种侧板连接梁柱节点及连接方法的步骤一至步骤五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。然后在现场通过栓焊混合连接方式相连，h型柱强、弱轴方向上可采用相同的连接方式，梁柱连接方便，实用性好。

上面对本申请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发明钢框架梁柱节点。但是本申请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，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下做出各种变化。

下面对本发明的三维梁柱连接节点的破坏模式和抗震性能进行说明。

运用有限元软件abaqus对本发明的梁柱弱轴连接节点在循环荷载作用下的力学性能进行模拟分析，钢梁、柱截面分别取为hn350×175×7×11，hw350×350×12×19，均采用国标q235钢材，柱高分别为3000mm，梁端加载点至柱中线的距离为2250mm。侧板截面取为650×450×16mm，耳板截面取为650×50×19mm。扩翼板总长度为275mm，宽度为87.5mm，斜向过渡段的水平长度为175mm。焊缝连接采用绑定约束，梁腹板采用2颗m20摩擦型高强度螺栓连接，在有限元中考虑其预拉力和表面接触作用。首先施加螺栓预紧力，然后施加柱顶轴力，最后在三维梁柱节点的四个梁端分别施加以层间位移角控制的梁端循环荷载。有限元分析结果如下：

(1)破坏模式。侧板连接梁柱弱轴连接的破坏示意图如图5所示。在循环荷载作用下，等效塑性变形(peeq)集中在钢梁翼缘扩翼加强的端部梁截面上，节点域基本处于弹性状态，仅侧板的上下端的柱翼缘边缘有较小的塑性变形，说明本发明的三维梁柱节点在循环荷载作用下可以较好地实现梁上塑性铰外移，满足“强节点弱构件”的抗震设计要求。

(2)节点的抗震性能。图6为侧板连接三维梁柱节点四个梁端的荷载-位移滞回曲线图，由图可知，其滞回曲线均较饱满，尽管扩翼加强的末端梁截面上出现了明显的屈曲变形，但荷载没有明显的下降段，说明该三维节点的强、弱轴之间有较好的协同工作的能力，也表明该节点的耗能能力和延性良好，具有较强的抗震性能。