CN113026968A

CN113026968A - 一种抗屈曲的钢结构主次梁连接节点

Info

Publication number: CN113026968A
Application number: CN202110244968.9A
Authority: CN
Inventors: 王韬; 王银辉; 罗征; 马佳星; 陈闯; 杨晓艳
Original assignee: Zhejiang University of Science and Technology ZUST
Current assignee: Zhejiang University of Science and Technology ZUST
Priority date: 2021-03-05
Filing date: 2021-03-05
Publication date: 2021-06-25
Anticipated expiration: 2041-03-05
Also published as: CN113026968B

Abstract

本发明公开了一种抗屈曲的钢结构主次梁连接节点，包括主梁及次梁，主梁和次梁之间通过一对相对布置的鱼腹板连接，鱼腹板包括依次连接的垂翼、第一平翼、弧形翼、第二平翼，垂翼与主梁连接，第二平翼与次梁连接。本申请对次梁采用无切口连接方式，通过抗屈曲的鱼腹板连接主梁和次梁，可以避免传统设计中次梁切口带来的材料损耗，以及次梁截面削弱造成的次梁腹板屈曲破坏。两块鱼腹板的构型截面具有对称性，不易发生偏心扭转，可有效将次梁的剪力传递到主梁上。实验结果表明，鱼腹板内部虽是空洞，但在平面内具有很强的弹性和塑性变形能力，在动力荷载作用下不易脆裂。具备很强的抗屈曲、承剪能力、足够的剪切刚度以及抗冲击性能。

Description

一种抗屈曲的钢结构主次梁连接节点

技术领域

本发明涉及土木工程的钢结构技术领域，具体涉及一种抗屈曲的钢结构主次梁连接节点。

背景技术

目前，钢结构工字形截面的主梁和次梁在垂直连接处的节点一般采用铰接，其特点是需要承受较大的剪力而基本不承受弯矩。为保证有效传递剪力，通常的做法是：将次梁端部的部分翼缘板与腹板切除，使次梁端部形成外突的形状，以便将次梁端部的腹板伸至主梁的腹板处进行连接。切除次梁端部的另外一个目的是为了满足使用要求，确保主梁与次梁的上翼缘板在同一水平面上平接。

但是，申请人在长时间的实践和研发中发现，主梁的翼缘板越宽，则次梁端部所需的切口就越大，这会造成次梁的截面削弱越严重。经实验和有限元模拟分析表明：当次梁端部切口较大时，次梁端部的腹板极易发生屈曲破坏(或称失稳破坏)，难以满足节点强度和稳定性设计的要求。

另外，由于现今建筑限高、负荷较大等原因，需要设计翼缘板相对较宽的主梁和腹板相对较高的次梁时，可能出现次梁的腹板高度与主梁腹板高度相当的情况。以目前的节点设计方案，次梁的上下翼缘板都需要较大的切口才能与主梁平接，这会导致节点抗剪承载能力大打折扣。

发明内容

为解决上述背景技术中提及的现有节点设计方案中，节点强度和稳定性不能满足更高设计需求的缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种抗屈曲的钢结构主次梁连接节点，包括主梁及次梁，所述主梁和次梁之间通过一对相对布置的鱼腹板连接，所述鱼腹板包括依次连接的垂翼、第一平翼、弧形翼、第二平翼，所述垂翼与主梁连接，所述第二平翼与次梁连接。

与现有技术比较，本发明技术方案的有益效果为：一般梁结点的次梁切口处腹板极易发生屈曲破坏，本申请对次梁采用无切口连接方式，通过一种抗屈曲的鱼腹板结构连接主梁和次梁、传递剪力，可以避免传统设计中次梁切口带来的材料损耗，以及次梁截面削弱造成的次梁腹板屈曲破坏。两块鱼腹板的构型截面具有对称性，不易发生偏心扭转，可有效将次梁的剪力传递到主梁上。实验结果表明，该种连接方式的鱼腹板内部虽是空洞，但在平面内具有很强的弹性和塑性变形能力，在动力荷载作用下不易脆裂。具备很强的抗屈曲、承剪能力、足够的剪切刚度以及抗冲击性能。

进一步地，还包括辅助连接件，所述辅助连接件包括主梁连接件和次梁连接件，所述主梁连接件可拆卸固定在主梁上，所述次梁连接件可拆卸固定在次梁上，所述主梁连接件和次梁连接件之间通过紧固件可拆卸固定连接。紧固件可采用常见螺栓，使节点上所有的连接均无焊缝，螺栓连接可以避免节点可能出现的焊缝疲劳裂纹，现场施工简便造价低。

进一步地，所述主梁连接件包括分别设于所述鱼腹板的上下两侧的上连接件和下连接件，所述次梁连接件包括分别设于所述鱼腹板的上下两侧的两对侧连接件；其中一对所述侧连接件的两端分别对应夹持固定上连接件、次梁，另一对所述侧连接件的两端分别对应夹持固定下连接件、次梁。当主梁的翼缘板较宽时，节点除了需要承受较大的剪力，还需要承受微弱的弯矩。本申请中的上连接件、下连接件和侧连接件可以在承受一定的弯矩和剪力的同时，与鱼腹板共同作用保证节点平面外的整体稳定性。在没有冲击荷载作用以及活荷载较小的条件下，上连接件、下连接件和侧连接件也可以独立承受梁的剪力，鱼腹板也可以独立承受梁的剪力。该特点有利于疲劳损伤时各个连接件的更换，但需要在无冲击荷载和最小活荷载状态下更换。

进一步地，所述上连接件和下连接件的厚度不小于单个鱼腹板的板厚，所述上连接件和下连接件均为两侧等宽的T形件，所述上连接件和下连接件的单侧板宽为板厚的10倍。

进一步地，本申请中展示其中一种主梁和次梁的结构形态，所述主梁和次梁均包含一腹板，以及垂直固定在所述腹板上下两侧的两个翼缘板，且所述主梁和次梁的截面均呈工字型。

进一步地，所述主梁的翼缘板和次梁的翼缘板之间的间隙d1＝10mm，所述上连接件、下连接件与相邻的次梁的翼缘板之间的间隙d2大于15mm，所述鱼腹板与上连接件、下连接件之间的间隙d3均为5mm，以便于连接施工。

进一步地，设所述鱼腹板的厚度为tw、高度为h，所述次梁的腹板的截面积为A，则设定A＝2htw，可以控制鱼腹板与次梁的腹板具有较佳的强度。

作为优选，设所述鱼腹板的第一平翼和第二平翼的长度为bw，取60mm≤bw≤80mm。

作为优选，设所述鱼腹板的板高为hr，所述鱼腹板的板宽为ba，则设定所述鱼腹板的板高与板宽的比值关系为0.2≤hr/ba≤0.4。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一种抗屈曲的钢结构主次梁连接节点的结构图；

图2是本发明实施例图1的爆炸结构示意图；

图3是本发明实施例鱼腹板的安装结构示意图；

图4是本发明实施例一种抗屈曲的钢结构主次梁连接节点的侧视结构图。

其中，附图标记为：

1、主梁，2、次梁，3、鱼腹板，3a、垂翼，3b、第一平翼，3c、弧形翼，3d、第二平翼，4、上连接件，5、下连接件，6、侧连接件。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例

请参阅图1～图4所示，本发明提供了一种抗屈曲的钢结构主次梁连接节点，包括主梁1及次梁2，主梁1和次梁2之间通过一对相对布置的鱼腹板3连接，鱼腹板3包括依次连接的垂翼3a、第一平翼3b、弧形翼3c、第二平翼3d，垂翼3a与主梁1连接，第二平翼3d与次梁2连接。

具体地，一般梁结点的次梁切口处腹板极易发生屈曲破坏，本申请对次梁2采用无切口连接方式，通过一种抗屈曲的鱼腹板结构连接主梁和次梁、传递剪力，可以避免传统设计中次梁切口带来的材料损耗，以及次梁截面削弱造成的次梁腹板屈曲破坏。两块鱼腹板3的构型截面具有对称性，不易发生偏心扭转，可有效将次梁的剪力传递到主梁上。实验结果表明，该种连接方式的鱼腹板3内部虽是空洞，但在平面内具有很强的弹性和塑性变形能力，在动力荷载作用下不易脆裂。具备很强的抗屈曲、承剪能力、足够的剪切刚度以及抗冲击性能。

作为其中一种优化设计，该节点结构还包括辅助连接件，辅助连接件包括主梁连接件和次梁连接件，主梁连接件可拆卸固定在主梁1上，次梁连接件可拆卸固定在次梁2上，主梁连接件和次梁连接件之间通过紧固件可拆卸固定连接。紧固件可采用常见螺栓，使节点上所有的连接均无焊缝，螺栓连接可以避免节点可能出现的焊缝疲劳裂纹，现场施工简便造价低。

进一步地，上述主梁连接件包括分别设于鱼腹板3的上下两侧的上连接件4和下连接件5，次梁连接件包括分别设于鱼腹板3的上下两侧的两对侧连接件6；其中一对侧连接件6的两端分别对应夹持固定上连接件4、次梁2，另一对侧连接件6的两端分别对应夹持固定下连接件5、次梁2。当主梁1的翼缘板较宽时，节点除了需要承受较大的剪力，还需要承受微弱的弯矩。本申请中的上连接件4、下连接件5和侧连接件6可以在承受一定的弯矩和剪力的同时，与鱼腹板3共同作用保证节点平面外的整体稳定性。在没有冲击荷载作用以及活荷载较小的条件下，上连接件4、下连接件5和侧连接件6也可以独立承受梁的剪力，鱼腹板3也可以独立承受梁的剪力。该特点有利于疲劳损伤时各个连接件的更换，但需要在无冲击荷载和最小活荷载状态下更换。

经长期实验验证，优选上连接件4和下连接件5的厚度不小于单个鱼腹板3的板厚，上连接件4和下连接件5在形态选择上均为两侧等宽的T形件，上连接件4和下连接件5的单侧板宽为板厚的10倍。

进一步地，本申请中展示其中一种主梁1和次梁2的结构形态，主梁1和次梁2均包含一腹板，以及垂直固定在腹板上下两侧的两个翼缘板，且主梁1和次梁2的截面均呈工字型，属工字钢构型，但应知道，在其他可行设计中，主次梁也可以是其他合理构型。

进一步地，主梁1的翼缘板和次梁2的翼缘板之间的间隙d1＝10mm，上连接件4、下连接件5与相邻的次梁2的翼缘板之间的间隙d2大于15mm，鱼腹板3与上连接件4、下连接件5之间的间隙d3均为5mm，以便于连接施工。

进一步地，设鱼腹板3的厚度为tw、高度为h，次梁2的腹板的截面积为A，则设定A＝2htw，可以控制鱼腹板3与次梁2的腹板具有较佳的强度。

经长期实验验证，设鱼腹板3的第一平翼3b和第二平翼3d的长度为bw，优选60mm≤bw≤80mm。

经长期实验验证，设鱼腹板3的板高为hr，鱼腹板3的板宽为ba，则设定鱼腹板3的板高与板宽的比值关系为0.2≤hr/ba≤0.4。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，例如采用适当变形的鱼腹板，或采用多排连续连接的鱼腹板等，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种抗屈曲的钢结构主次梁连接节点，包括主梁及次梁，其特征在于：所述主梁和次梁之间通过一对相对布置的鱼腹板连接，所述鱼腹板包括依次连接的垂翼、第一平翼、弧形翼、第二平翼，所述垂翼与主梁连接，所述第二平翼与次梁连接。

2.如权利要求1所述的一种抗屈曲的钢结构主次梁连接节点，其特征在于：还包括辅助连接件，所述辅助连接件包括主梁连接件和次梁连接件，所述主梁连接件可拆卸固定在主梁上，所述次梁连接件可拆卸固定在次梁上，所述主梁连接件和次梁连接件之间通过紧固件可拆卸固定连接。

3.如权利要求2所述的一种抗屈曲的钢结构主次梁连接节点，其特征在于：所述主梁连接件包括分别设于所述鱼腹板的上下两侧的上连接件和下连接件，所述次梁连接件包括分别设于所述鱼腹板的上下两侧的两对侧连接件；其中一对所述侧连接件的两端分别对应夹持固定上连接件、次梁，另一对所述侧连接件的两端分别对应夹持固定下连接件、次梁。

4.如权利要求3所述的一种抗屈曲的钢结构主次梁连接节点，其特征在于：所述上连接件和下连接件的厚度不小于单个鱼腹板的板厚，所述上连接件和下连接件均为两侧等宽的T形件，所述上连接件和下连接件的单侧板宽为板厚的10倍。

5.如权利要求4所述的一种抗屈曲的钢结构主次梁连接节点，其特征在于：所述主梁和次梁均包含一腹板，以及垂直固定在所述腹板上下两侧的两个翼缘板，且所述主梁和次梁的截面均呈工字型。

6.如权利要求5所述的一种抗屈曲的钢结构主次梁连接节点，其特征在于：所述主梁的翼缘板和次梁的翼缘板之间的间隙d1＝10mm，所述上连接件、下连接件与相邻的次梁的翼缘板之间的间隙d2大于15mm，所述鱼腹板与上连接件、下连接件之间的间隙d3均为5mm。

7.如权利要求5所述的一种抗屈曲的钢结构主次梁连接节点，其特征在于：设所述鱼腹板的厚度为tw、高度为h，所述次梁的腹板的截面积为A，则设定A＝2htw。

8.如权利要求1所述的一种抗屈曲的钢结构主次梁连接节点，其特征在于：设所述鱼腹板的第一平翼和第二平翼的长度为bw，取60mm≤bw≤80mm。

9.如权利要求1所述的一种抗屈曲的钢结构主次梁连接节点，其特征在于：设所述鱼腹板的板高为hr，所述鱼腹板的板宽为ba，则设定所述鱼腹板的板高与板宽的比值关系为0.2≤hr/ba≤0.4。