一种具有强弱轴特征的装配式复合耗能钢梁柱节点

本发明属于装配式钢结构和抗震减震，具体涉及一种具有强弱轴特征的装配式复合耗能钢梁柱节点。

背景技术：

1、随着现代建筑技术的发展，装配式钢结构因其施工速度快、材料利用率高、环境影响小等优势而受到广泛关注。在地震多发地区，结构的抗震性能尤为重要。钢结构的梁柱节点作为力的传递和分配的关键部位，其性能的优劣直接关系到整个结构的抗震性能。传统钢梁柱节点在地震作用下易发生局部屈曲和焊缝开裂等问题，导致结构的抗震性能降低。因此，关于提高钢梁柱节点的抗震性能和损伤可控性，已成为研究的热点问题。

2、h型钢梁柱节点通常表现出明显的强弱轴特征，即在某一方向（强轴）上具有较高的承载能力和刚度，而在另一方向（弱轴）上则相对较弱。这种特性在地震、风载等水平荷载作用下尤为显著，其可能导致结构响应的不对称性和局部损伤的集中，对结构的抗震性能产生不利影响。研究表明，地震作用和框架结构的地震响应均具有多维效应，钢梁柱节点在此过程中承受着来自不同方向的弯矩、剪力、扭矩和轴力等多种内力的共同作用，这些内力的联合作用极易引发节点破坏。近年来的强震震害调查进一步证实了钢梁柱节点地震反应的多维特征，框架结构中节点破坏和梁端塑性铰的形成尤为常见。因此，通过在钢梁柱节点的不同方向增设耗能装置，使这些装置中的构件优先发生塑性变形，吸收能量，可以有效增强钢梁柱节点的耗能能力，从而显著提升其抗震减震性能。

3、在钢梁柱节点的设计中，尤其是在弱轴方向上，传统的单梁构造常常面临承载力和稳定性不足的问题，限制了钢结构建筑的性能和安全性。尽管已有一些改进措施，但它们往往伴随着材料使用量的增加和施工复杂性的提高。针对这一挑战，在钢梁柱节点弱轴方向上设置双梁构造形式，可提高结构整体稳定性和承载力，为钢结构建筑的设计和施工提供了一种新的、有效的解决方案。

技术实现思路

1、为了使钢梁柱节点在遭受不同方向地震影响时能够有效地耗散能量，并提高节点在地震后的可更换性，本发明提供一种具有强弱轴特征的装配式复合耗能钢梁柱节点。

2、本发明的目的是采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种具有强弱轴特征的装配式复合耗能钢梁柱节点，包括框架柱、强轴框架梁、弱轴框架上梁、弱轴框架下梁，所述框架柱的翼缘连接强轴框架梁，在强轴方向上，框架柱与强轴框架梁之间设置软钢耗能装置，软钢耗能装置的下端板与强轴框架梁的翼缘相连、上端板与框架柱的翼缘相连；在弱轴方向上，框架柱的腹板与弱轴框架上梁、弱轴框架下梁连接，框架柱与弱轴框架上梁、弱轴框架下梁之间均通过各自的端板相连，两块对应的端板间设置橡胶垫板，框架柱一侧的端板、橡胶垫板和弱轴框架上梁或弱轴框架下梁一侧的端板之间采用碟簧螺栓耗能组件连接。

3、进一步地，所述强轴框架梁的翼缘与框架柱的翼缘采用t型钢连接件连接，强轴框架梁的翼缘与t型钢连接件的腹板之间的连接、框架柱的翼缘与t型钢连接件的翼缘之间的连接均采用高强螺栓连接。

4、进一步地，所述框架柱、强轴框架梁、t型钢连接件用于安装高强螺栓的螺栓孔比高强螺栓的螺杆直径大1-3mm。

5、进一步地，所述强轴框架梁的端部到对应t型钢连接件的翼缘之间留有间距。

6、进一步地，处于所述框架柱、强轴框架梁同一侧的t型钢连接件的翼缘与对应的上端板之间留有间距、腹板与对应的下端板之间留有间距。

7、进一步地，所述软钢耗能装置包括内弧连接板、外弧连接板、软钢、上端板、下端板，内弧连接板与外弧连接板相互平行且内弧连接板两侧均设有外弧连接板，内弧连接板的一端位于上端板上，外弧连接板的一端位于下端板上，内弧连接板与外弧连接板的另一端均处于悬空状态；内弧连接板与外弧连接板之间通过沿弧长分布的多组软钢连接，软钢的宽度方向与内弧连接板、外弧连接板的宽度方向平行，每组软钢包括在其宽度方向上分布的两个软钢，软钢的形状采用x形。

8、进一步地，所述框架柱的腹板竖直焊接隔板，隔板的两端焊加劲肋，加劲肋、隔板的另一端部焊接端板，框架柱一侧的端板与弱轴框架上梁或弱轴框架下梁上的端板之间通过碟簧螺栓耗能组件连接。

9、进一步地，所述碟簧螺栓耗能组件包括螺杆、螺母、垫片、铅阻尼、碟簧，所述螺杆上依次套设垫片及铅阻尼后穿设于端板及橡胶垫板，然后螺杆的另一端依次安装垫片、碟簧、垫片、螺母。

10、与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

11、该钢梁柱节点融合了强轴与弱轴的差异化设计理念，为提供更大的抗扭刚度和抗弯能力，增强整个节点的稳定性，在弱轴方向设置为双梁的构造形式，以提高结构整体稳定性和承载力；为应对不同方向地震波对钢梁柱节点的影响，强轴方向通过软钢耗能装置的塑性变形吸收地震能量，弱轴方向通过碟簧螺栓耗能组件的变形来增强钢梁柱节点的耗能能力，依靠不同方向耗能装置增强节点耗能能力, 能有效地减轻主体结构的地震响应。

12、为了避免在地震中因焊缝撕裂而导致钢梁柱节点的脆性破坏，现有的技术提出了加强和削弱等改进措施，旨在实现塑性铰的外移，因焊接钢梁柱节点存在对损伤构件的更换困难问题，故该钢梁柱节点构件采用可拆卸连接的方式，以改善其整体变形能力和震后的可更换性。该钢梁柱节点的所有构件均可以通过高强螺栓或碟簧螺栓耗能组件进行连接，这种设计简化了现场施工流程，可实现震后构件的快速更换，提高震后恢复效率，增强了结构在地震后的可恢复性，显著提升了该节点的装配式工业化水平，符合我国装配式建筑发展理念。

13、该钢梁柱节点中在强轴方向加设软钢耗能装置，使得节点具有更强的耗能能力；在弱轴梁与柱的连接处加设橡胶板，在受到外部荷载作用时，其可提供一定的弹性缓冲，减少冲击力对构件的影响；采用碟簧螺栓耗能组件，保护该钢梁柱节点。

14、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

技术特征：

1.一种具有强弱轴特征的装配式复合耗能钢梁柱节点，其特征在于：包括框架柱（1）、强轴框架梁（2）、弱轴框架上梁（3）、弱轴框架下梁（4），所述框架柱（1）的翼缘可拆卸连接强轴框架梁（2），在强轴方向上，框架柱（1）与强轴框架梁（2）之间设置软钢耗能装置（10），软钢耗能装置（10）的下端板（16）与强轴框架梁（2）的翼缘可拆卸连接、上端板（15）与框架柱（1）的翼缘可拆卸连接；在弱轴方向上，框架柱（1）的腹板与弱轴框架上梁（3）、弱轴框架下梁（4）连接，框架柱（1）与弱轴框架上梁（3）、弱轴框架下梁（4）之间均通过各自的端板（17）相连，两块对应的端板（17）间设置橡胶垫板（7），框架柱（1）一侧的端板（17）、橡胶垫板（7）和弱轴框架上梁（3）或弱轴框架下梁（4）一侧的端板（17）之间采用碟簧螺栓耗能组件（11）连接。

2.根据权利要求1所述的一种具有强弱轴特征的装配式复合耗能钢梁柱节点，其特征在于：所述强轴框架梁（2）的翼缘与框架柱（1）的翼缘采用t型钢连接件（6）连接，强轴框架梁（2）的翼缘与t型钢连接件（6）的腹板之间的连接、框架柱（1）的翼缘与t型钢连接件（6）的翼缘之间的连接均采用高强螺栓（5）连接。

3.根据权利要求2所述的一种具有强弱轴特征的装配式复合耗能钢梁柱节点，其特征在于：所述框架柱（1）、强轴框架梁（2）、t型钢连接件（6）用于安装高强螺栓（5）的螺栓孔比高强螺栓（5）的螺杆直径大1-3mm。

4.根据权利要求2所述的一种具有强弱轴特征的装配式复合耗能钢梁柱节点，其特征在于：所述强轴框架梁（2）的端部到对应t型钢连接件（6）的翼缘之间留有间距。

5.根据权利要求2所述的一种具有强弱轴特征的装配式复合耗能钢梁柱节点，其特征在于：处于所述框架柱（1）、强轴框架梁（2）同一侧的t型钢连接件（6）的翼缘与对应的上端板（15）之间留有间距、腹板与对应的下端板（16）之间留有间距。

6.根据权利要求1所述的一种具有强弱轴特征的装配式复合耗能钢梁柱节点，其特征在于：所述软钢耗能装置（10）包括内弧连接板（12）、外弧连接板（13）、软钢（14）、上端板（15）、下端板（16），内弧连接板（12）与外弧连接板（13）相互平行且内弧连接板（12）两侧均设有外弧连接板（13），内弧连接板（12）的一端位于上端板（15）上，外弧连接板（13）的一端位于下端板（16）上，内弧连接板（12）与外弧连接板（13）的另一端均处于悬空状态；内弧连接板（12）与外弧连接板（13）之间通过沿弧长分布的多组软钢（14）连接，软钢（14）的宽度方向与内弧连接板（12）、外弧连接板（13）的宽度方向平行，每组软钢（14）包括在其宽度方向上分布的两个软钢（14），软钢（14）的形状采用x形。

7.根据权利要求1所述的一种具有强弱轴特征的装配式复合耗能钢梁柱节点，其特征在于：所述框架柱（1）的腹板竖直焊接隔板（9），隔板（9）的两端焊加劲肋（8），加劲肋（8）、隔板（9）的另一端部焊接端板（17），框架柱（1）一侧的端板（17）与弱轴框架上梁（3）或弱轴框架下梁（4）上的端板（17）之间通过碟簧螺栓耗能组件（11）连接。

8.根据权利要求1所述的一种具有强弱轴特征的装配式复合耗能钢梁柱节点，其特征在于：所述碟簧螺栓耗能组件（11）包括螺杆（18）、螺母（19）、垫片（20）、铅阻尼（21）、碟簧（22），所述螺杆（18）上依次套设垫片（20）及铅阻尼（21）后穿设于端板（17）及橡胶垫板（7），然后螺杆（18）的另一端依次安装垫片（20）、碟簧（22）、垫片（20）、螺母（19）。

技术总结
本发明属于装配式钢结构和抗震减震技术领域，具体涉及一种具有强弱轴特征的装配式复合耗能钢梁柱节点，框架柱的翼缘连接强轴框架梁，框架柱与强轴框架梁之间设置软钢耗能装置，软钢耗能装置的下端板与强轴框架梁的翼缘相连、上端板与框架柱的翼缘相连；框架柱的腹板与弱轴框架上梁、弱轴框架下梁连接，框架柱与弱轴框架上梁、弱轴框架下梁之间均通过各自的端板相连，两块对应的端板间设置橡胶垫板，框架柱一侧的端板、橡胶垫板和弱轴框架上梁或弱轴框架下梁一侧的端板之间采用碟簧螺栓耗能组件连接。该钢梁柱节点融合了强轴与弱轴的差异化设计理念，在弱轴方向设置双梁，提高结构整体稳定性和承载力，依靠不同方向耗能装置增强节点耗能能力。

技术研发人员：布欣,肖时祥,王新武,沈兵,尹续峰,徐振文,吴占景,焦轶涛
受保护的技术使用者：洛阳理工学院
技术研发日：
技术公布日：2025/4/17