一种可更换装配式钢结构梁柱耗能连接键的制作方法

本实用新型属于装配式钢结构连接节点技术领域，特别涉及一种可更换装配式钢结构梁柱耗能连接键。

背景技术：

在装配式钢框架结构中，结构除了需要满足基本的承载力要求外，还应满足抗震设计上“强剪弱弯”、“强柱弱梁”及“强节点弱构件”的原则，以实现“小震不坏、中震可修及大震不倒”的抗震设防目标；装配式钢框架结构的梁柱节点区域对于结构整体的承载力及抗震性能具有重要意义，是整个结构受力的关键区域。

目前，现有的装配式钢框架结构梁柱连接方式繁多，但仍存在一些突出问题：1、梁破坏时，梁端未能形成塑性铰，无法实现“强柱弱梁”，节点区域无法耗散大量能量从而保护主体结构的目标；2、结构设计时没有考虑震后修复问题，当梁柱节点区域发生破坏后很难进行修复或者需要较大代价进行检测及后期加固。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型提供了一种可更换装配式钢结构梁柱耗能连接键，以解决现有技术中的钢框架结构梁柱连接节点区域无法耗散能量，且震后修复难度较大的技术问题。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

本实用新型提供了一种可更换装配式钢结构梁柱耗能连接键，所述耗能连接键设置在钢框架结构梁柱节点区域的梁端部；耗能连接键包括第一连接钢梁、第二连接钢梁及两个耗能板；

第一连接钢梁及第二连接钢梁水平设置在钢柱构件与钢梁构件之间，第一连接钢梁的一端与钢柱构件固定连接，另一端与第二连接钢梁的一端铰接，第二连接钢梁的另一端与钢梁构件固定连接，第一连接钢梁与第二连接钢梁的铰接轴水平设置；

两个耗能板水平平行设置，且对称设置在第一连接钢梁及第二连接钢梁的上下侧；耗能板的一端与第一连接钢梁可拆卸固定，另一端与第二连接钢梁可拆卸固定。

进一步的，第一连接钢梁及第二连接钢梁的铰接端均设置为圆弧形结构，圆弧形结构的中心设置有铰接螺栓孔，铰接螺栓孔中水平穿设有铰接螺栓。

进一步的，第一连接钢梁及第二连接钢梁均采用h型钢，h型钢的腹板竖向设置。

进一步的，耗能板包括第一连接段、耗能段及第二连接段；第一连接段与第二连接段分别设置在耗能段的两端，耗能段正对连接钢梁的铰接轴设置；第一连接段与第一连接钢梁的翼缘板可拆卸固定，第二连接段与第二连接钢梁的翼缘板可拆卸固定。

进一步的，耗能段上均匀设置有若干条形孔洞，条形孔洞的长轴方向与钢梁构件的轴线方向一致。

进一步的，第一连接段与第一连接钢梁的翼缘板之间通过螺栓连接，第二连接段与第二连接钢梁的翼缘板之间采用螺栓连接。

进一步的，钢柱构件上设置有若干横向肋板；横向肋板水平设置，且与第一连接钢梁的翼缘板对应设置。

进一步的，第一连接钢梁与钢柱构件之间焊接固定，第二连接钢梁与钢梁构件之间焊接固定。

进一步的，铰接螺栓采用高强螺栓。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型所述的一种可更换装配式钢结构梁柱耗能连接键，通过设置两个相互铰接的连接钢梁，使其在钢框接梁柱节点区域的梁端处形成相对薄弱区；确保了钢梁构件破坏时，梁端的塑形铰出现在该相对薄弱区，实现了梁端塑形铰的可控性；通过在连接钢梁的上下设置耗能板，耗能板能够有效吸收地震能力，避免钢框架结构梁柱节点发生破坏，提高了结构的整体抗震性能；耗能板与连接钢梁之间可拆卸连接，实现了耗能板的拆卸更换，便于震后修复，明显降低了修复加固成本。

进一步的，通过将连接钢梁的铰接端设置为圆弧型结构，进而在连接钢梁之间形成圆弧型铰，受力条件下，圆弧型铰处能够产生转动变形，使梁柱节点区不受剪力破坏，减小了结构破坏；通过将铰接端设置为圆弧型，便于圆弧型铰的转动，同时避免了应力集中。

进一步的，连接钢梁采用h型钢，h型钢整体性好且能与混凝土可靠粘结进而为连接键提供可靠支撑，成本较低，加工难度较小，便于施工。

进一步的，铰接轴端部是耗能键受力时主要发生变形的部位，将耗能板的耗能段正对其铰接轴设置，使耗能板更好的发挥变形耗能的作用；同时，将耗能板设置在上下方，当铰转动时，耗能板沿较弱的厚度方向发生变形，相比设置在两侧沿较强的宽度方向发生变形能更好的实现耗能，且耗能板不易失稳，结构稳定性较高。

进一步的，通过在耗能段上设置若干条形孔洞，实现了对耗能板的削弱，提高了耗能板的变形能力，增加了耗能连接键的耗能能力，确保耗能连接键较钢梁构件先破坏，实现了对钢梁构件的保护。

进一步的，耗能板的连接段与连接钢梁之间采用螺栓连接，便于耗能板的维护更换，结构简单，稳定性好。

进一步的，通过在钢柱构件的节点区域设置横向肋板，对钢柱起到局部加强的作用，且可以防止钢柱构件的腹板失稳。

进一步的，由于铰接螺栓处主要受剪，铰接螺栓采用高强螺栓，有效保证了连接键内部的可靠连接。

本实用新型所述的一种可更换装配式钢结构梁柱耗能连接键，通过采用两个相互铰接连接的连接钢梁，在连接钢梁的铰接处形成相对薄弱区，有效控制梁端塑形铰出现在该相对薄弱区，实现了塑形铰的可控性，避免了钢框架结构梁柱节点区域的破坏；在连接钢梁的上下分别设置两个耗能板，通过在耗能板开设条形孔洞，实现了对耗能板的部分削弱，提高了耗能板的变形能力，能够吸收大量的地震能量，使梁柱结构受到较少的地震作用，起到保护梁柱构件的作用，有利于提高结构整体抗震性能；耗能板通过螺栓与连接钢梁固定，便于拆卸，具有可更换性，便于震后修复，能明显减少修复加固成本。

附图说明

图1为本实用新型所述的一种可更换装配式钢结构梁柱耗能连接键的正视图；

图2为本实用新型所述的一种可更换装配式钢结构梁柱耗能连接键的俯视图；

图3为本实用新型所述的一种可更换装配式钢结构梁柱耗能连接键的剖视图；

图4为本实用新型所述的一种可更换装配式钢结构梁柱耗能连接键的装配平面示意图；

图5为本实用新型所述的一种可更换装配式钢结构梁柱耗能连接键的装配立体示意图。

其中，1第一连接钢梁，2第二连接钢梁，3耗能板，4铰接螺栓，5固定螺栓，6横向肋板，7钢柱构件；31上部耗能板，32下部耗能板；301第一连接段，302耗能段，303第二连接段。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题，技术方案及有益效果更加清楚明白，以下具体实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。

如附图1-5所述，本实用新型提供了一种可更换装配式钢结构梁柱耗能连接键，所述耗能连接键设置在钢框架结构梁柱节点区域的梁端部；所述耗能连接键包括第一连接钢梁1、第二连接钢梁2、两个耗能板3及若干横向肋板6。

第一连接钢梁1及第二连接钢梁2水平设置在钢柱构件7与钢梁构件之间，第一连接钢梁1的一端与钢柱构件7焊接固定，另一端与第二连接钢梁2的一端铰接，第二连接钢梁2的另一端与钢梁构件焊接固定；第一连接钢梁1与第二连接钢梁2的铰接轴水平设置，通过将第一连接钢梁1与第二连接钢梁2之间铰接连接，使其在梁端形成相对薄弱区，确保了钢梁构件破坏时，梁端的塑形铰出现在该相对薄弱区，实现了梁端塑形铰的可控性，避免了钢框架结构梁柱节点区域的脆性破坏。

两个耗能板3水平平行设置，且对称设置在第一连接钢梁1及第二连接钢梁2的上下两侧；其中，上部耗能板31水平设置在第一连接钢梁1及第二连接钢梁2的上侧，上部耗能板31的一端与第一连接钢梁1的上翼缘可拆卸固定，上部耗能板31的另一端与第二连接钢梁2的上翼缘可拆卸固定；下部耗能板32水平设置在第一连接钢梁1及第二连接钢梁2的下侧，下部耗能板32的一端与第一连接钢梁1的下翼缘可拆卸固定，下部耗能板32的另一端与第二连接钢梁2的下翼缘可拆卸固定；耗能板3的中部设置变形区，耗能板3的变形区与连接钢梁的铰接轴对应设置。

耗能板3包括第一连接段301、耗能段302及第二连接段303，第一连接段301与第二连接段303分别设置在耗能段302的两端，耗能段302为耗能板3的变形区，耗能段302正对连接钢梁的铰接轴设置；第一连接段301与第一连接钢梁1的翼缘板通过固定螺栓5可拆卸固定，第二连接段303与第二连接钢梁2的翼缘板通过固定螺栓5可拆卸固定。

第一连接段301上均匀设置有第一螺栓孔，第一连接钢梁1的翼缘板上设置有与第一螺栓孔对应的第二螺栓孔，固定螺栓5依次贯穿第一螺栓孔及第二螺栓孔，将第一连接段301与第一连接钢梁1的翼缘板固定连接。第二连接段303上均匀设置有第三螺栓孔，第二连接钢梁2的翼缘板上设置有与第三螺栓孔对应的第四螺栓孔，固定螺栓5依次贯穿第三螺栓孔及第四螺栓孔，将第二连接段303与第二连接钢梁2的翼缘板固定连接。本实用新型中，通过固定螺栓将耗能板与连接钢梁可拆卸固定，便于耗能板拆卸，具有震后可更换形，便于震后修复，能明显减少修复加固成本。

耗能段302上均匀设置有若干条形孔洞，条形孔洞的长轴方向与钢梁构件的轴线方向一致；在连接钢梁的上下分别设置两个耗能板3，通过在耗能板3开设条形孔洞，实现了对耗能板3的部分削弱，提高了耗能板3的变形能力，能够吸收大量的地震能量，使梁柱结构受到较少的地震作用，起到保护梁柱构件的作用，有利于提高结构整体抗震性能。

第一连接钢梁1及第二连接钢梁2的铰接端均设置为圆弧形结构，圆弧形结构的中心设置有铰接螺栓孔，铰接螺栓孔中水平穿设有铰接螺栓4，通过铰接螺栓4将第一连接钢梁1与第二连接钢梁2铰接固定；优选的，第一连接钢梁1及第二连接钢梁2均采用h型钢，h型钢的腹板竖向设置；铰接螺栓4采用高强螺栓。

钢柱构件7上设置有若干横向肋板6，横向肋板6水平设置，且与第一连接钢梁1的翼缘板对应设置。

工作原理

本实用新型所述的一种可更换装配式钢结构梁柱耗能连接键，通过在钢框架结构梁柱节点区域的梁端部，设置连接钢梁与耗能板组合形成耗能连接键，通过设置两个相互铰接的连接钢梁，使其在钢框接梁柱节点区域的梁端处形成相对薄弱区；确保了钢梁构件破坏时，梁端的塑形铰出现在该相对薄弱区，实现了梁端塑形铰的可控性；通过在连接钢梁的上下设置耗能板，在地震作用下，铰处发生转动变形，此时耗能段发生变形从而实现耗能；应力主要分布在耗能板开孔处两侧，随着应力的逐渐增大，耗能板的耗能段率先进入屈服状态，消耗一部分能量，并继续进行耗能变形，此时应力逐渐向腹板的薄弱处转移；最终耗能连接键的耗能板都处于屈服状态，耗能板能够有效吸收地震能力，避免钢框架结构梁柱节点发生破坏，提高了结构的整体抗震性能；耗能板与连接钢梁之间可拆卸连接，实现了耗能板的拆卸更换，便于震后修复，明显降低了修复加固成本。

实施例

本实施例提供了一种可更换装配式钢结构梁柱耗能连接键，包括左右两个连接钢梁，左右两个连接钢梁通过铰接螺栓铰接固定；其中，左侧近柱的连接钢梁较短，右侧连接钢梁与柱间距近似等长。分别对左侧连接钢梁及右侧连接钢梁的铰接端200-400mm处进行切割，切除左右两个连接钢梁的上下翼缘，并将腹板切割为圆弧形结构；之后，在左右两个连接钢梁的腹板端部对应位置处开设铰接螺栓孔，保证两个连接钢梁利用铰接螺栓通过铰接螺栓孔进行连接时，左右两个连接钢梁的上下对齐。

本实施例中，在左右两个连接钢梁的翼缘板上附加耗能钢板，耗能钢板与连接钢梁的翼缘板通过固定螺栓可拆卸固定；其中，分别在左右连接钢梁的上下翼缘相同位置处开设螺栓孔，螺栓孔分布在腹板两侧，腹板的每侧开设三个孔，三个孔成一列分布；在耗能钢板的左右两端开设螺栓孔，螺栓孔呈两排，每排设置三个；耗能钢板上的螺栓孔与连接钢梁上的螺栓孔对应设置，从而使耗钢能板能与左右两钢梁实现螺栓连接；在耗能钢板中部开设长条形孔洞，对耗能钢板进行削弱。

装配过程

首先，将左侧连接钢梁左端与钢柱构件进行焊接连接，沿翼缘和腹板两侧施焊，从而实现梁柱构件的可靠连接；右侧同理，将右侧连接钢梁与钢梁构件。

然后，将左侧连接钢梁的铰接螺栓孔与右侧连接钢梁的铰接螺栓孔对齐，铰接螺栓穿过，拧紧螺帽，实现左右两个连接钢梁的铰接连接。

最后，将耗能钢板置于两个连接钢梁的翼缘板上，两侧螺孔对齐，螺栓穿过，螺帽拧紧；螺帽紧固时应注意按先中间、后两边及对角，顺时针方向依次分阶段紧固；一般分两段紧固:第一步拧50％左右的力矩；第二步拧100％的力矩。

本实施例所述的一种装配式钢结构耗能连接键，通过在左右两个连接钢梁的端部之间设铰，在铰上下附设耗能钢板；左右两个连接钢梁端部被切割为圆弧形结构，并在端部开设铰接螺栓孔，通过铰接螺栓进行铰接连接；上下两个耗能钢板中部开设条形孔洞，两端预留螺栓孔，耗能钢板与连接钢梁通过螺栓连接；左右两个连接钢梁与钢梁构件及钢柱构件通过焊接连接。

本实用新型中为了使所述耗能连接键的耗能性能得到充分发挥，将耗能连接键放置在梁柱节点区域的梁端部；将两个连接钢梁采用铰接连接，使该铰接处较整个钢梁构件更薄弱，从而控制钢梁的塑形铰首先出现在耗能件处；通过在耗能板的中部开孔进行削弱，增加其变形能力，从而可增加构件的耗能能力，可使耗能构件较梁构件先坏，保护梁构件；本实用新型具有延性好、承载力高、耗能能力强且震后可更换等优点。

上述实施例仅仅是能够实现本实用新型技术方案的实施方式之一，本实用新型所要求保护的范围并不仅仅受本实施例的限制，还包括在本实用新型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。

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