基于形状记忆合金环簧组的自复位钢结构梁柱抗震节点制造技术

本发明专利技术公开了一种基于形状记忆合金环簧组的自复位钢结构梁柱抗震节点，包括工字钢梁柱以及用来连接工字钢梁柱的节点域。所述工字钢梁柱包括工字钢梁与工字钢柱，所述工字钢梁梁端通过端板与工字钢柱前翼缘紧贴，从而与所述工字钢柱互相垂直放置。所述节点域包括第一环簧组、第二环簧组、第三环簧组、第四环簧组、第五环簧组、第六环簧组、第七环簧组、第八环簧组、第一高强螺栓、第二高强螺栓、第三高强螺栓、第四高强螺栓、第五高强螺栓、第六高强螺栓、第七高强螺栓、第八高强螺栓、上侧端板加劲肋、下侧端板加劲肋、端板、上侧第一柱加劲肋、上侧第二柱加劲肋、下侧第一柱加劲肋和下侧第二柱加劲肋。本发明专利技术的节点形式简单，受力合理。

【技术实现步骤摘要】
基于形状记忆合金环簧组的自复位钢结构梁柱抗震节点
本专利技术属于结构工程抗震与减震
，涉及一种梁柱抗震节点，尤其是能够在震时耗能，震后自复位的智能梁柱抗震节点。
技术介绍
传统的钢结构梁柱节点虽然强度和延性都较好，但在中震或强震后所引起的永久变形使得修复过程极其繁琐。如果永久变形过大则甚至会丧失修复的可能性，从而被迫拆除整个结构。为了减少震后节点永久变形，一种最新的技术是利用形状记忆合金螺栓的超弹性特性来加固梁柱节点。超弹性，即当材料在奥氏体状态下受应力作用产生应力诱发马氏体相变，但在卸载后变形可瞬时自动回复的特性。但形状记忆合金螺栓由于其机械敏感性，避免其端部螺纹部分的断裂问题是阻碍其安全应用的一大难题。虽然可以通过增加螺纹部分与光滑部分的直径比来降低断裂的可能性，但这样做会使得在加工过程中产生大量的材料残余，造成浪费。如果螺栓长细比过大，会使其预紧力的施加变得十分困难。另外，形状记忆合金螺栓适用于受拉工况而不适用于受剪工况，因此需要额外的抗剪部件。这些抗剪部件在地震下本身的塑性变形会很大程度影响整体节点的自复位能力。
技术实现思路
为克服现有自复位节点的上述缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于形状记忆合金环簧组的自复位钢结构梁柱抗震节点，该节点形式简单，受力合理，避免了螺杆断裂的风险，并且使得环簧组预紧力的施加非常方便。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种基于形状记忆合金环簧组的自复位钢结构梁柱抗震节点，包括工字钢梁柱以及用来连接工字钢梁柱的节点域。所述工字钢梁柱包括工字钢梁与工字钢柱，所述工字钢梁梁端通过端板与工字钢柱前翼缘紧贴，从而与所述工字钢柱互相垂直放置。所述工字钢梁根据内部空间位置分为工字钢梁上翼缘、工字钢梁下翼缘以及工字钢梁腹板，其中：所述工字钢梁上翼缘位于所述工字钢梁腹板上端，并与其相互垂直；所述工字钢梁下翼缘位于所述工字钢梁腹板下端，并与其相互垂直。所述工字钢柱根据内部空间位置分为工字钢柱前翼缘、工字钢柱后翼缘以及工字钢柱腹板，其中：所述工字钢柱前翼缘位于所述工字钢柱腹板前端，并与其相互垂直；所述工字钢柱后翼缘位于所述工字钢柱腹板后端，并与其相互垂直。所述节点域包括第一环簧组、第二环簧组、第三环簧组、第四环簧组、第五环簧组、第六环簧组、第七环簧组、第八环簧组、第一高强螺栓、第二高强螺栓、第三高强螺栓、第四高强螺栓、第五高强螺栓、第六高强螺栓、第七高强螺栓、第八高强螺栓、上侧端板加劲肋、下侧端板加劲肋、端板、上侧第一柱加劲肋、上侧第二柱加劲肋、下侧第一柱加劲肋和下侧第二柱加劲肋；所述第一环簧组与所述第二环簧组位于工字钢梁上翼缘的外侧，并分布于上侧端板加劲肋的左右两侧；所述第三环簧组与所述第四环簧组位于工字钢梁上翼缘内侧，并分布于工字钢梁腹板的左右两侧；所述第五环簧组和所述第六环簧组位于工字钢梁下翼缘的内侧，并分布于工字钢梁腹板的左右两侧；所述第七环簧组和第八环簧组位于工字钢梁下翼缘的外侧，并分布于下侧端板加劲肋的左右两侧；所述上侧端板加劲肋的直角边沿端板与工字钢梁上翼缘焊接连接，所述下侧端板加劲肋的直角边沿端板与工字钢梁下翼缘焊接连接；所述上侧第一柱加劲肋、所述上侧第二柱加劲肋、所述下侧第一柱加劲肋、所述下侧第二柱加劲肋位于工字钢柱的内侧，所述上侧第一柱加劲肋、所述上侧第二柱加劲肋、所述下侧第一柱加劲肋、所述下侧第二柱加劲肋的三个边分别与工字钢柱前翼缘和工字钢柱后翼缘的内侧以及工字钢柱腹板的一侧三边焊接连接；所述上侧第一柱加劲肋、所述上侧第二柱加劲肋分布在工字钢柱腹板的左右两侧，并与工字钢梁上翼缘的高度相同；所述下侧第一柱加劲肋、所述下侧第二柱加劲肋分布在工字钢柱腹板的左右两侧，并与工字钢梁下翼缘的高度相同；所述第一高强螺栓依次穿过第一环簧组、端板、工字钢柱前翼缘所预留的孔洞，在工字钢柱前翼缘内侧位置通过螺母固定；所述第二高强螺栓依次穿过第二环簧组、端板、工字钢柱前翼缘所预留的孔洞，在工字钢柱前翼缘内侧位置通过螺母固定；所述第三高强螺栓依次穿过第三环簧组、端板、工字钢柱前翼缘所预留的孔洞，在工字钢柱前翼缘内侧位置通过螺母固定；所述第四高强螺栓依次穿过第四环簧组、端板、工字钢柱前翼缘所预留的孔洞，在工字钢柱前翼缘内侧位置通过螺母固定；所述第五高强螺栓依次穿过第五环簧组、端板、工字钢柱前翼缘所预留的孔洞，在工字钢柱前翼缘内侧位置通过螺母固定；所述第六高强螺栓依次穿过第六环簧组、端板、工字钢柱前翼缘所预留的孔洞，在工字钢柱前翼缘内侧位置通过螺母固定；所述第七高强螺栓依次穿过第七环簧组、端板、工字钢柱前翼缘所预留的孔洞，在工字钢柱前翼缘内侧位置通过螺母固定；所述第八高强螺栓依次穿过第八环簧组、端板、工字钢柱前翼缘所预留的孔洞，在工字钢柱前翼缘内侧位置通过螺母固定。所述工字钢柱前翼缘上预留与端板上预留孔洞相对应的八个孔洞。所述第一环簧组、第二环簧组、第三环簧组、第四环簧组、第五环簧组、第六环簧组、第七环簧组、第八环簧组均包括第一形状记忆合金外环、第二形状记忆合金外环、精钢内环、第一外侧半片精钢内环、第二外侧半片精钢内环、第一垫片和第二垫片；靠近端板依次设有第一垫片和第一外侧半片精钢内环，所述第一外侧半片精钢内环的一侧紧贴所述第一垫片的表面，另一侧扣搭第一形状记忆合金外环，所述第一形状记忆合金外环另一侧再扣搭一只精钢内环，所述精钢内环另一侧再扣搭第二形状记忆合金外环，所述第二形状记忆合金外环另一侧再扣搭第二外侧半片精钢内环，所述第二外侧半片精钢内环的另一侧紧贴靠近螺杆边缘的第二垫片；所有的内外环扣搭都是通过外环内侧的切角面与内环外侧的切角面相互接触挤压来实现的。由于采用上述技术方案，本专利技术具有以下优点和有益效果：本专利技术利用端板节点类型，构造精简、安装方便，施工过程类似于传统节点，与其他结构的空间干预很小。本专利技术将变形集中于节点域，使梁柱保持在弹性状态，可最大程度的避免残余变形，减少灾后修复工作。本专利技术提供的环簧组是一种无断裂破坏风险的系统，并具备过载保护特性，当环簧组完全压缩后由于内外环相互接触制约而无法继续产生变形。本专利技术提供的环簧组通过受压来提供抗力，因此无需使用特别张拉锚固措施，环簧组的预紧力可以通过施加不同高强螺栓预紧力来调节。本专利技术中由于形状记忆合金材料的大变形能力，在有限的外环环数内可以提供很大的变形空间，因此基于此设计提出的节点较为经济简洁。本专利技术采用高强螺栓承压抗剪配合形状记忆合金环簧保护性构件的机制，可以最大程度的保持高强螺栓完好的抗剪性能，从而保证地震中节点在重力作用下梁柱连接的牢固。本专利技术中环簧组作为整个节点的关键装置，其主要作用是：提供弯矩抵抗力，通过奥氏体超弹性特性提供自复位驱动力，通过形状记忆合金材料自身的滞回能力以及形状记忆合金外环和精钢内环的摩擦来提供一种混合耗能机制，保护高强螺栓在节点大变形情况下不会受拉断裂。附图说明图1是本专利技术实施例的基于形状记忆合金环簧组的自复位钢结构梁柱抗震节点的侧示图。图2是图1所示的节点沿A-A线的剖示图。图3是图1所示的节点沿B-B线的剖示图。图4是环簧组与高强螺栓配合示意图。图5是环簧组压缩后的变形示意图。图中：1为工字钢梁；1001为工字钢梁上翼缘；1002为工字钢梁下翼缘；1003为工字钢梁腹板；2为工字钢柱；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于形状记忆合金环簧组的自复位钢结构梁柱抗震节点，其特征在于：包括工字钢梁柱以及用来连接工字钢梁柱的节点域。

【技术特征摘要】
2015.06.30 CN 20151037270651.一种基于形状记忆合金环簧组的自复位钢结构梁柱抗震节点，其特征在于：包括工字钢梁柱以及用来连接工字钢梁柱的节点域，所述节点域包括第一环簧组(31)、第二环簧组(32)、第三环簧组(33)、第四环簧组(34)、第五环簧组(35)、第六环簧组(36)、第七环簧组(37)、第八环簧组(38)，所述环簧组均包括第一形状记忆合金外环(81)、第二形状记忆合金外环(82)、精钢内环(9)、第一外侧半片精钢内环(101)、第二外侧半片精钢内环(102)、第一垫片(131)和第二垫片(132)；靠近端板(6)依次设有第一垫片(131)和第一外侧半片精钢内环(101)，所述第一外侧半片精钢内环(101)的一侧紧贴所述第一垫片(131)的表面，另一侧扣搭第一形状记忆合金外环(81)，所述第一形状记忆合金外环(81)另一侧再扣搭一只精钢内环(9)，所述精钢内环(9)另一侧再扣搭第二形状记忆合金外环(82)，所述第二形状记忆合金外环(82)另一侧再扣搭第二外侧半片精钢内环(102)，所述第二外侧半片精钢内环(102)的另一侧紧贴靠近螺杆边缘的第二垫片(132)。2.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金环簧组的自复位钢结构梁柱抗震节点，其特征在于：所述工字钢梁柱包括工字钢梁(1)与工字钢柱(2)，所述工字钢梁(1)梁端通过端板(6)与工字钢柱前翼缘(2001)紧贴，从而与所述工字钢柱(2)互相垂直放置。3.根据权利要求2所述的基于形状记忆合金环簧组的自复位钢结构梁柱抗震节点，其特征在于：所述工字钢梁(1)根据内部空间位置分为工字钢梁上翼缘(1001)、工字钢梁下翼缘(1002)以及工字钢梁腹板(1003)，其中：所述工字钢梁上翼缘(1001)位于所述工字钢梁腹板(1003)上端，并与其相互垂直；所述工字钢梁下翼缘(1002)位于所述工字钢梁腹板(1003)下端，并与其相互垂直。4.根据权利要求2所述的基于形状记忆合金环簧组的自复位钢结构梁柱抗震节点，其特征在于：所述工字钢柱(2)根据内部空间位置分为工字钢柱前翼缘(2001)、工字钢柱后翼缘(2002)以及工字钢柱腹板(2003)，其中：所述工字钢柱前翼缘(2001)位于所述工字钢柱腹板(2003)前端，并与其相互垂直；所述工字钢柱后翼缘(2002)位于所述工字钢柱腹板(2003)后端，并与其相互垂直。5.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金环簧组的自复位钢结构梁柱抗震节点，其特征在于：所述节点域还包括第一高强螺栓(41)、第二高强螺栓(42)、第三高强螺栓(43)、第四高强螺栓(44)、第五高强螺栓(45)、第六高强螺栓(46)、第七高强螺栓(47)、第八高强螺栓(48)、上侧端板加劲肋(51)、下侧端板加劲肋(52)、端板(6)、上侧第一柱加劲肋(71)、上侧第二柱加劲肋(72)、下侧第一柱加劲肋(73)和下侧第二柱加劲肋(74)。6.根据权利要求5所述的基于形状记忆合金环簧组的自复位钢结构梁柱抗震节点，其特征在于：所述第一环簧组(31)与所述第二环簧组(32)位于工字钢梁上翼缘(1001)的外侧，并分布于上侧端板加劲肋(51)的左右两侧；所述第三环簧组(33)与所述第四环簧组(34)位于工字钢梁上翼缘(1001)内侧，...

【专利技术属性】
技术研发人员：方成，王伟，陈以一，杨肖，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31