一种基于形状记忆合金螺杆的高能耗自回复梁柱节点，由梁端组件、柱端组件、耗能元件、自回复元件和抗剪元件组成。耗能元件采用低强度高能耗角钢，角钢两肢分别与柱翼缘和梁翼缘通过高强螺栓连接；自回复元件采用具有超弹性性能的形状记忆合金螺杆，螺杆一端与柱连接，另一端与梁连接；抗剪元件采用开有长螺栓孔的双面抗剪板。形状记忆合金螺杆需要施加初始预应变以保证螺杆在工作过程中始终处于受拉状态。本发明专利技术还提出了对所述形状记忆合金螺杆热处理和训练的方法、以及对形状记忆合金螺杆施加初始预应变的方法。本发明专利技术的优点包括：可以施加较大的螺杆初始预应变；具有较大的初始刚度和优秀的自回复能力；具有较好的滞回耗能能力。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于建筑工程
，涉及一种抗震梁柱节点，尤其是能够在震时耗能，震后自复位的智能梁柱节点。
技术介绍
形状记忆合金(SMA)，作为一种新型智能金属材料，不仅具有独特的形状记忆效应和超弹性性能，还具有优越的抗疲劳性能、抗磨损性能、耐腐蚀性、滞回耗能特性以及高阻尼特性，因而被广泛应用于工程领域。近年来，随着对材料性能进一步的了解以及工业化生产能力的提高，形状记忆合金材料日益受到人们的重视，并逐渐被引入到建筑结构领域。许多学者提出将形状记忆材料做成螺杆的形式引入梁柱节点中实现节点的自复位。基于上述思想，部分国内外学者开展了相关节点的研究工作，并对这种类型节点的力学性能进行研究。研究结果表明，该类型节点具有较高的强度和良好的延性，可以有效减小节点卸载后的残余变形。不足之处在于:(1)形状记忆合金材料弹性模量小，由它连接的节点初始刚度小；(2)棒材在循环荷载作用下会产生一定量的残余变形，这导致加载后期形状记忆合金螺杆完全松动，无法满足小变形下节点刚度和回复力要求；(3)形状记忆合金材料自身滞回耗能能力有限，同时该类型节点其余组件地震时均保持在弹性范围，这导致形状记忆合金节点滞回耗能能力差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有形状记忆合金梁柱节点初始刚度小、滞回耗能能力差、形状记忆合金螺杆易松动、残余变形大的不足。提供一种基于高预应变形状记忆合金螺杆的高能耗自回复梁柱节点，该节点具有良好的自回复特性和滞回耗能能力。另外，本专利技术提出了对所述的形状记忆合金螺杆热处理和训练的方法。进一步，本专利技术还提出了对所述的形状记忆合金螺杆施加初始预应变的方法。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案如下:—种基于高预应变形状记忆合金螺杆的高能耗自回复梁柱节点，包括梁端组件、柱端组件、耗能元件、自回复元件和抗剪元件，耗能元件采用低强度高能耗角钢，角钢两肢分别与柱翼缘和梁翼缘通过高强螺栓连接；自回复元件采用具有超弹性性能的形状记忆合金螺杆，该螺杆一端穿过柱翼缘与柱连接，另一端穿过右端板与梁连接；抗剪元件采用开有长圆孔与梁腹板等强的双面抗剪板，抗剪板与柱翼缘通过单侧角焊缝连接，与梁腹板通过抗剪螺栓连接，该抗剪螺栓无需施加预紧力。柱在与梁翼缘等高的位置设置与梁翼缘等厚的节点域加劲肋，在梁翼缘外满足螺杆安装最小构造距离的位置再设一道柱翼缘加劲肋，在柱翼缘与梁翼缘接触的部位设置一道水平垫板，该垫板上边缘超出梁端上侧，下边缘高于梁上翼缘内侧，上下侧对称布置。梁在翼缘外侧设置三道与梁轴线平行的加劲肋，该加劲肋右端与右端板焊接，左端与左端板焊接，并且左端板与梁端面平齐，梁端面与柱翼缘之间通过垫板接触，上下侧对称布置。所采用的耗能元件必须具有低强度高能耗的特性，保证节点具有足够的耗能能力，并且在卸载过程中具有较小的自回复阻力。所采用的形状记忆合金螺杆具有优秀的超弹性性能。具体表现为残余变形小，马氏体相变应力高、逆相变应力较高，保证节点在卸载过程中具有较大的回复力。所采用的形状记忆合金螺杆必须施加初始预应变，保证节点卸载后形状记忆合金螺杆具有较大的回复力而没有完全松动。同时，初始预应变必须满足形状记忆合金螺杆力学特性稳定性的要求，防止预应变引发螺杆力学性能退化。建议形状记忆合金螺杆施加1.0%?2.0%的初始预应变。所采用的抗剪元件只起节点抗剪作用，不得阻碍节点在卸载过程中自回复。所述形状记忆合金螺杆使用前必须经过合理热处理和训练。螺杆直径小于等于16mm时，建议米用400°C保温15?30min然后水淬的热处理工艺；螺杆直径大于等于20mm时，建议采用450°C保温30?45min然后水淬的热处理工艺；形状记忆合金螺杆使用前建议进行3?10圈5%?6%的大应变循环训练。上述热处理参数是本专利技术中大量实验数据的结果。实验表明热处理时间和温度随棒材直径是逐渐变化的(量变过程)，没有绝对的分界点，具体参数需要参考上述数据根据具体情况加以调整；同样的，当螺杆直径大于16mm小于20mm时，可参考上述数据根据具体情况加以调整。对于特殊直径形状记忆合金螺杆，建议进行专门的热处理和训练试验。所述螺杆抗扭刚度小，无法按照普通方式直接施加初始预应变。该螺杆可以通过以下两种方式施加初始预应变:反扭矩法和螺栓推进法。所述的反扭矩法，所述形状记忆合金螺杆两端分别沿螺杆轴线开两相互平行的扁势面，通过在螺杆同侧端部扁势面上施加与拧紧螺母相平衡的反扭矩，避免形状记忆合金螺杆工作段受扭，进而可以拧紧螺母给螺杆施加预应变。该方法更多的适用于大直径形状记忆合金螺杆。所述的螺栓推进法，所述推进螺栓中空，即沿其轴线开内圆孔，螺杆部分外表面开细螺纹与节点右端板连接，形状记忆合金螺杆穿过内圆孔与节点连接，通过反向转动推进螺栓强迫形状记忆合金螺杆伸长来施加螺杆预应变。该方法更多的适用于小直径形状记忆合金螺杆。所述节点将全部塑性变形集中在耗能元件与自回复元件上，变形过程中节点其余组件保持在弹性范围内。形状记忆合金螺杆施加初始预应变有两种方式:反扭矩法和螺栓推进法。(1)反扭矩法:形状记忆合金螺杆螺纹段的端部沿螺杆轴线开两相互平行的扁势面，右端板上开有螺杆孔，形状记忆合金螺杆穿过螺杆孔在端部套有一个垫片和两个螺母。(2)螺栓推进法:推进螺栓是中空的，其内部沿轴线开有内圆孔以满足形状记忆合金螺杆恰好穿过，螺杆部分的外表面同样加工有外螺纹，右端板上的圆螺杆孔也开有与推进螺栓外螺纹对应的内螺纹，形状记忆合金螺杆穿过推进螺栓在端部套有两个螺母。地震作用下，螺杆阻止节点转动并强迫梁柱间缝隙闭合，使节点产生抵抗弯矩和自回复力，角钢随着节点张开闭合而产生往复的塑性变形并耗散地震能量，抗剪板约束梁柱之间竖向相对位移，为节点提供剪切抗力，梁端组件和柱端组件始终保持在弹性范围内。地震结束后，梁端组件和柱端组件回到初始状态，由于施加较大的初始预应变，形状记忆合金螺杆即使有一定量的残余变形也可以保证螺杆卸载后仍然处于受拉状态，所以该节点可以做到卸载后完全自回复而无残余变形。由于采用上述技术方案，本专利技术的有益效果是:1、本专利技术将高能耗角钢引入自回复节点中，使节点在满足自回复要求的前提下具有更好的滞回耗能能力，调整角钢尺寸可以调整节点的滞回耗能能力；2、本专利技术提出将形状记忆合金螺杆超弹性性能与螺杆预应变相结合，以提高节点的初始刚度和自回复能力，调整螺杆尺寸、数量以及初始预应变大小可以调整节点的初始刚度和自回复能力；3、本专利技术提出两种特殊的施加螺杆预应变的方法以回避螺杆抗扭刚度小的特点，其中反扭矩法适用于大直径形状记忆合金螺杆；螺栓推进法适用于小直径形状记忆合金螺杆；4、本专利技术所用螺杆长度可以根据抗震性能目标调整，同时本专利技术引入抗剪板抵抗节点剪力，因此本专利技术可以很容易地扩展到梁柱尺寸比较大的节点中。【附图说明】图1是本专利技术实施例的节点侧面示意图；图2是本专利技术实施例的节点1-1剖面示意图；图3是本专利技术实施例的节点2-2剖面示意图；图4是本专利技术实施例中米用反扭矩法施加螺杆初始预应变构造详图；图5是本专利技术实施例中采用螺栓推进法施加螺杆初始预应变构造详图；其中:1、钢梁；2、钢柱；3、形状记忆合金螺杆；4、角钢；5、抗剪板；6、梁翼缘加劲肋；7、左端板；8、右端板；9、抗剪板长圆孔；10、抗剪螺检；11、尚强本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于形状记忆合金螺杆的高能耗自回复梁柱节点，其特征在于：包括梁端组件、柱端组件、耗能元件、自回复元件和抗剪元件，耗能元件采用低强度高能耗角钢；自回复元件采用具有超弹性性能的形状记忆合金螺杆；抗剪元件采用对节点自回复无阻碍作用的抗剪板；形状记忆合金螺杆需要施加初始预应变以保证螺杆在工作过程中始终处于受拉状态；其中，所述角钢两肢分别与柱翼缘和梁翼缘通过高强螺栓连接；所述螺杆一端穿过柱翼缘与柱连接，另一端穿过右端板与梁连接；所述抗剪板为开有长圆孔且与梁腹板等强的双面抗剪板，抗剪板与柱翼缘通过单侧角焊缝连接，与梁腹板通过抗剪螺栓连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王伟，刘佳，陈以一，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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