基于SMA棒材的自复位梁柱节点和钢结构建筑制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于SMA棒材的自复位梁柱节点和钢结构建筑，属于建筑领域。该节点包括钢梁、钢柱、连接板和至少两根SMA棒材，其中：钢梁的一端中部和连接板上均开有圆形螺栓孔，连接板的一端与钢柱固定连接，另一端通过螺栓穿过圆形螺栓孔与钢梁连接，钢梁和钢柱之间留有供钢梁绕圆形螺栓孔转动的空间；SMA棒材的一端与钢柱固定连接，另一端与钢梁固定连接，SMA棒材相对于圆形螺栓孔上下对称布置。本实用新型专利技术的节点在地震荷载作用下具有良好的耗能性能和自复位能力，允许变形范围大，往复荷载行为对称，低温下及经历过大变形后不会失去初始刚度，震后结构梁柱及节点均不会损坏，且构造简单，生产安装简便，经济效益较高。

【技术实现步骤摘要】
基于SMA棒材的自复位梁柱节点和钢结构建筑
本技术涉及建筑领域，特别是指一种基于SMA棒材的自复位梁柱节点和钢结构建筑。
技术介绍
框架结构是多、高层结构中的基本形式，梁柱节点是框架结构的基本单元。框架结构中梁柱节点要传递轴力、剪力与弯矩，且传力机制复杂。地震作用是影响建筑使用安全与使用寿命的一个关键因素，而框架结构建筑梁柱节点又对建筑在地震作用下的响应起到关键性作用。为了提高建筑的抗震性能，早期的梁柱节点以栓焊混合节点为主。这种节点由于在焊接处存在严重的应力集中，在地震作用下往往发生脆断。在传统栓焊混合节点中加肋或加盖板从而形成的端部加强型节点使得地震作用下塑性铰外移，提高了其抗震性能。但这种节点由于梁端部刚度的加大而需要额外加大柱截面，经济效果不佳。屈曲约束节点通过耗能元件进入屈服而消散地震能量，同时，对屈曲构件的约束有效提高了节点在往复作用下的延性，具有较好的抗震性能。但该类节点在震后具有较大的残余变形，这将显著增加震后修复的难度与成本。近些年来，以耗能构件和预应力筋或形状记忆合金(ShapeMemoryAlloys,SMA)为组成部分的自复位节点开始涌现。自复位节点在地震作用下具有良好的滞回性能，可有效消耗地震能量。而在震后，该类节点及其建筑可自动回复到初始位置，无残余变形，从而为建筑的修复带来便利。目前已被提出的自复位节点主要包括预应力自复位节点和形状记忆合金自复位节点两类。预应力自复位节点由耗能元件提供耗能能力，由预应力筋的预张力提供自复位能力。由于预应力自复位节点需要预张力筋，导致其构造及施工工艺较为复杂，节点名义屈服后刚度较大，且节点域梁柱截面也需相应扩大。受地震作用往复加载影响，预张力筋还会出现松弛，从而导致节点再经历小变形或地震荷载卸除后失去初始刚度。形状记忆合金自复位节点基于形状记忆合金材料自身的马氏体-奥氏体相变特性实现耗能性能与自复位性能。但现有的形状记忆合金自复位节点多以SMA丝材或SMA螺栓为主，其构造均以形状记忆合金材料仅受拉力为基础。当大震下SMA构件峰值变形过大并进入强化阶段时，该构件将产生残余变形从而使节点再经历小变形时失去初始刚度。同样，低温下形状记忆合金构件将退化并表现普通金属构件的行为，导致节点经历较大变形后再经历小变形时由于残余变形的影响而失去初始刚度。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本技术提供一种基于SMA棒材的自复位梁柱节点和钢结构建筑，本技术的节点在地震荷载作用下具有良好的耗能性能和自复位能力，允许变形范围大，往复荷载行为对称，低温下及经历过大变形后不会失去初始刚度，震后结构梁柱及节点均不会损坏，且构造简单，生产安装简便，经济效益较高。本技术提供技术方案如下：一种基于SMA棒材的自复位梁柱节点，包括钢梁、钢柱、连接板和至少两根SMA棒材，其中：所述钢梁的一端中部和所述连接板上均开有圆形螺栓孔，所述连接板的一端与所述钢柱固定连接，另一端通过螺栓穿过所述圆形螺栓孔与所述钢梁连接，所述钢梁和钢柱之间留有供所述钢梁绕所述圆形螺栓孔转动的空间；所述SMA棒材的一端与所述钢柱固定连接，另一端与所述钢梁固定连接，所述SMA棒材相对于所述圆形螺栓孔上下对称布置。进一步的，所述SMA棒材包括中部的削弱区和两端的锚固区，所述削弱区和锚固区之间设置有过渡区，所述削弱区的截面积小于所述锚固区的最小净截面积，所述削弱区外套有约束套筒。进一步的，所述SMA棒材通过锚固板与所述钢梁和钢柱固定连接，所述锚固板包括L形设置的两块翼板，两块翼板的侧面设置有加强板，两块翼板的其中一个与所述SMA棒材连接，两块翼板的另一个和/或所述加强板与所述钢梁或钢柱焊接。进一步的，所述锚固区上刻有螺纹，两块翼板的其中一个上开有连接孔，所述锚固区穿过所述连接孔并在该翼板两侧通过螺帽固定。进一步的，所述约束套筒的长度小于所述削弱区的长度，所述约束套筒内部开有约束槽，所述约束槽与所述削弱区之间留有空隙，所述空隙内填充有无粘结材料。进一步的，所述钢梁和钢柱均为H型钢，所述连接板的一端连接在所述钢柱的一个翼缘上，另一端连接在所述钢梁的腹板上，所述圆形螺栓孔开设在所述钢梁的腹板中部。进一步的，所述钢梁的腹板上以及所述连接板上位于所述圆形螺栓孔上下方对称开有长圆孔，螺栓穿过所述长圆孔；所述钢梁与钢柱连接的一端切削，使得钢梁的腹板中间部位成三角形凸出或圆弧形凸出。进一步的，所述钢柱的腹板两侧设置有腹板加强板，所述钢柱的两个翼缘之间设置有水平加劲肋。进一步的，所述SMA棒材为四根，相对于所述圆形螺栓孔上下对称布置，并且相对于钢梁的腹板对称布置；所述钢柱与钢梁连接的翼缘上开设有通孔，所述SMA棒材穿过所述通孔；所述SMA棒材的一端与所述腹板加强板和/或水平加劲肋连接；所述SMA棒材的另一端与所述钢梁的上翼缘和/或腹板连接；或者，所述SMA棒材的另一端与所述钢梁的下翼缘和/或腹板连接。一种钢结构建筑，包括前述的基于SMA棒材的自复位梁柱节点。本技术具有以下有益效果：本技术的节点使用形状记忆合金，耗能和自复位能力好，构造和施工工艺简单，允许变形范围大，震后节点无需修复，耐久性和抗疲劳性能好，综合经济效益高。本技术的节点可具有较好的承载力，当地震发生时，钢梁端绕连接板正中的圆形螺栓孔转动，使位于转动中心两侧的SMA棒材分别处于受拉和受压状态并消耗地震能量。若节点处于适用环境温度中，由于形状记忆合金自身特性，在地震作用卸除后，SMA棒材回复于原位，节点无残余变形。同时，在整个受荷过程中，由于SMA棒材相对于转动中心(圆形螺栓孔)对称布置，节点往复运动时的滞回行为对称。若节点处于低温下，形状记忆合金的性能退化为普通金属的性能，该节点将在地震作用下表现出屈曲约束节点的行为而不会失去初始刚度。当节点经历超出设计允许范围的变形时，即便SMA棒材产生残余变形，在节点再次经历小于残余变形的变形时仍可表现为屈曲约束节点的特性，而不会失去初始刚度。综上所述，本技术的基于SMA棒材的自复位梁柱节点在地震荷载作用下具有良好的耗能性能和自复位能力，允许变形范围大，往复荷载行为对称，低温下及经历过大变形后不会失去初始刚度，震后结构梁柱及节点均不会损坏，且构造简单，生产安装简便，经济效益较高。附图说明图1为本技术的基于SMA棒材的自复位梁柱节点的示意图；图2为钢梁的示意图；图3为SMA棒材的示意图；图4为约束套筒的示意图；图5为锚固板的示意图；图6为连接板的示意图。其中，各个部件的编号为：钢梁1、钢柱2、连接板3、SMA棒材4、圆形螺栓孔5、螺栓6、削弱区7、锚固区8、过渡区9、约束套筒10、锚固板11、翼板12、加强板13、螺帽14、约束槽15、钢柱翼缘16(22)、钢梁腹板17、长圆孔18、螺栓19、钢柱腹板20、腹板加强板21、水平加劲肋23、钢梁上翼缘24、钢梁下翼缘25。具体实施方式为使本技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。一方面，本技术提供一种基于SMA棒材的自复位梁柱节点，如图1-6所示，包括钢梁1、钢柱2、连接板3和至少两根SMA棒材4，其中：钢梁1的一端中部和连接板3上均开有圆形螺栓孔5，连接板3的一端与钢柱2固定连接，另一端本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于SMA棒材的自复位梁柱节点，其特征在于，包括钢梁、钢柱、连接板和至少两根SMA棒材，其中：所述钢梁的一端中部和所述连接板上均开有圆形螺栓孔，所述连接板的一端与所述钢柱固定连接，另一端通过螺栓穿过所述圆形螺栓孔与所述钢梁连接，所述钢梁和钢柱之间留有供所述钢梁绕所述圆形螺栓孔转动的空间；所述SMA棒材的一端与所述钢柱固定连接，另一端与所述钢梁固定连接，所述SMA棒材相对于所述圆形螺栓孔上下对称布置。

【技术特征摘要】
1.一种基于SMA棒材的自复位梁柱节点，其特征在于，包括钢梁、钢柱、连接板和至少两根SMA棒材，其中：所述钢梁的一端中部和所述连接板上均开有圆形螺栓孔，所述连接板的一端与所述钢柱固定连接，另一端通过螺栓穿过所述圆形螺栓孔与所述钢梁连接，所述钢梁和钢柱之间留有供所述钢梁绕所述圆形螺栓孔转动的空间；所述SMA棒材的一端与所述钢柱固定连接，另一端与所述钢梁固定连接，所述SMA棒材相对于所述圆形螺栓孔上下对称布置。2.根据权利要求1所述的基于SMA棒材的自复位梁柱节点，其特征在于，所述SMA棒材包括中部的削弱区和两端的锚固区，所述削弱区和锚固区之间设置有过渡区，所述削弱区的截面积小于所述锚固区的最小净截面积，所述削弱区外套有约束套筒。3.根据权利要求2所述的基于SMA棒材的自复位梁柱节点，其特征在于，所述SMA棒材通过锚固板与所述钢梁和钢柱固定连接，所述锚固板包括L形设置的两块翼板，两块翼板的侧面设置有加强板，两块翼板的其中一个与所述SMA棒材连接，两块翼板的另一个和/或所述加强板与所述钢梁或钢柱焊接。4.根据权利要求3所述的基于SMA棒材的自复位梁柱节点，其特征在于，所述锚固区上刻有螺纹，两块翼板的其中一个上开有连接孔，所述锚固区穿过所述连接孔并在该翼板两侧通过螺帽固定。5.根据权利要求2所述的基于SMA棒材的自复位梁柱节点，其特征在于，所述约束套筒的长度小于所述削弱区的...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱灿星，张邑尘，齐健，王弘扬，李晗，侯和涛，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：新型
国别省市：山东,37