本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種通過形狀記憶合金連接的擴孔型高延性鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點及其施工方法，適用于抗震設(shè)防烈度較高的建筑結(jié)構(gòu)中。

背景技術(shù)：

良好的延性和耗能能力是保證結(jié)構(gòu)在遭遇強震作用時不發(fā)生倒塌破壞的關(guān)鍵因素，而節(jié)點的力學性能是影響整體結(jié)構(gòu)抗震性能的關(guān)鍵因素之一。在美國的北嶺地震和日本的阪神地震發(fā)生之前，工程界對鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點主要采用全焊接連接或翼緣焊接、腹板螺栓連接等，但震后這些節(jié)點中的焊縫發(fā)生了脆性斷裂。為提高連接節(jié)點的性能，中國、美國和日本等國家對鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點展開了大量的研究工作，并提出了多種形式的節(jié)點連接方式。當前，采用端板連接的梁柱節(jié)點的延性較好，但其耗能能力有限，且端板與鋼梁間仍采用焊縫連接，同樣可能發(fā)生脆性斷裂；采用狗骨式節(jié)點（在梁端上下翼緣處進行削弱）可使破壞發(fā)生在梁端，并滿足強節(jié)點弱構(gòu)件的抗震原則，但削弱翼緣會降低結(jié)構(gòu)的承載能力；采用加強型節(jié)點可保證節(jié)點的承載能力，但板件間主要采用焊接連接，無法增大節(jié)點的延性，并加劇節(jié)點的脆性破壞。

另外，地震是偶然事件，具有諸多不確定因素，可能導致建筑物經(jīng)歷超設(shè)防烈度地震。2016年實施的《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》中對部分地區(qū)的抗震設(shè)防烈度也提出了更高的要求，且當前國家日益重視建筑結(jié)構(gòu)體系的震后功能快速恢復(fù)能力。因此，如何更加合理有效地提高鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點的延性和耗能能力，并在震后可對連接節(jié)點進行快速修復(fù)，使相應(yīng)結(jié)構(gòu)能更好地滿足當前需求，已成為建筑結(jié)構(gòu)抗震研究的重要內(nèi)容之一。

形狀記憶合金是一種具有形狀記憶、超彈性和高阻尼等特性的新型材料，并具有6%-8%的變形量和變形可恢復(fù)等優(yōu)點。另外，擴孔型螺栓連接是一種通過高強螺栓在擴孔型螺栓孔中的摩擦滑移來增大連接的延性和耗能能力。在梁柱節(jié)點中合理設(shè)置形狀記憶合金和擴孔型螺栓連接，可有效提高節(jié)點的變形和耗能，且有效減緩節(jié)點的損傷。

綜上所述，對鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點，宜進一步提高其變形及耗能能力，以及防止節(jié)點發(fā)生脆性破壞和改善其震后修復(fù)效率。因此，可在梁柱節(jié)點中合理布置形狀記憶合金和擴孔型螺栓孔，并采用高強螺栓連接，使梁柱節(jié)點能更好地適應(yīng)當前要求?；诖耍景l(fā)明提出一種通過形狀記憶合金連接的擴孔型高延性鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要提供一種通過形狀記憶合金連接的擴孔型高延性鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點及其施工方法，其目的在于進一步改善鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點的變形及耗能能力，以及解決強震作用下梁柱間焊縫斷裂所引起的脆性破壞的可能，并提高連接節(jié)點的震后修復(fù)效率。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種通過形狀記憶合金連接的擴孔型高延性鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點，主要包括鋼柱、鋼梁、方鋼管、角鋼、加勁肋、形狀記憶合金螺栓桿和高強螺栓，其特征在于：所述角鋼包括角鋼ⅰ和角鋼ⅱ；所述鋼梁的翼緣外表面從鋼柱側(cè)面由內(nèi)至外均分別設(shè)置方鋼管和角鋼ⅰ；所述方鋼管和鋼梁的翼緣經(jīng)高強螺栓相連；所述角鋼ⅰ和鋼梁的翼緣經(jīng)高強螺栓相連；所述形狀記憶合金螺栓桿兩端分別穿過鋼柱的翼緣和方鋼管并固定在角鋼ⅰ上；所述鋼梁的腹板上開有擴孔型螺栓孔；所述鋼梁的腹板和鋼柱的翼緣經(jīng)角鋼ⅱ和高強螺栓相連；所述鋼柱與鋼梁之間留有空隙；所述加勁肋包括加勁肋ⅰ和加勁肋ⅱ。

進一步地，上述加勁肋ⅰ與鋼梁翼緣在同一水平位置；所述加勁肋ⅰ與鋼梁翼緣等厚，所述加勁肋ⅰ對稱布置在鋼柱腹板兩側(cè)；所述加勁肋ⅰ與鋼柱上、下翼緣及腹板間采用角焊縫連接。

進一步地，上述加勁肋ⅱ焊接在角鋼ⅰ中間位置處；所述加勁肋ⅱ與鋼梁腹板等厚；所述加勁肋ⅱ與角鋼ⅰ兩角邊間采用角焊縫連接。

進一步地，上述鋼柱翼緣和方鋼管、方鋼管和角鋼ⅰ在同一位置處開均有等直徑的普通螺栓孔。

進一步地，上述所述鋼梁翼緣和方鋼管、鋼梁翼緣和角鋼ⅰ在同一位置處開有等直徑的普通螺栓孔。

進一步地，上述角鋼ⅱ的一外側(cè)面貼于鋼柱翼緣；所述角鋼ⅱ的另的一外側(cè)面貼于鋼梁腹板；所述角鋼ⅱ和鋼柱翼緣在同一位置處開有等直徑的普通螺栓孔。

進一步地，上述擴孔型螺栓孔的擴孔方向與鋼梁縱向中軸線平行；所述角鋼ⅱ在與鋼梁腹板擴孔型螺栓孔的相應(yīng)位置處開有普通螺栓孔；所述普通螺栓孔和擴孔型螺栓孔在同一位置處的中心重合。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案在于：一種通過形狀記憶合金連接的擴孔型高延性鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點的施工方法，其特征在于，施工方法及步驟為：

a.在鋼柱翼緣與方鋼管、鋼柱翼緣與角鋼ⅱ貼合處的對應(yīng)位置分別開普通螺栓孔；

b.在梁端腹板上開設(shè)擴孔型螺栓孔，梁端翼緣對應(yīng)位置處開普通螺栓孔；

c.在方鋼管和角鋼ⅰ對應(yīng)位置處開普通螺栓孔；

d.加勁肋ⅰ與梁上、下翼緣及腹板間采用角焊縫連接；

e.加勁肋ⅱ與角鋼ⅰ間采用角焊縫連接；

f.通過高強螺栓將鋼柱、鋼梁、方鋼管、角鋼ⅰ和角鋼ⅱ在對應(yīng)位置處連接，且擴孔型螺栓孔、普通螺栓孔和高強螺栓的中心線需重合。

進一步地，上述施工方法的步驟a、b、c、d、e中的焊接及開孔工藝在工廠中進行。

進一步地，上述施工方法步驟f中的螺栓連接工藝在現(xiàn)場進行。

本發(fā)明具有以下有益效果：

1.該鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點不僅可通過形狀記憶合金螺栓桿變形耗能，還可通過鋼梁腹板上高強螺栓在擴孔型螺栓孔中的摩擦滑移變形耗能，具有很強的變形能力和良好的耗能能力；

2.該鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點中的形狀記憶合金螺栓桿具有較強的變形恢復(fù)能力，且不會產(chǎn)生塑性，震后可自動恢復(fù)到初始狀態(tài)；

3.該鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點間未采用焊縫連接，避免了連接發(fā)生脆性破壞的可能，進一步提高節(jié)點的延性；

4.該連接節(jié)點大部分工序都在工廠制作，現(xiàn)場施工簡單，且震后可快速更換損傷的構(gòu)件，預(yù)期能實現(xiàn)可觀的經(jīng)濟效益。

本發(fā)明的鋼柱與鋼梁間采用形狀記憶合金螺栓桿和高強螺栓連接，并在鋼梁腹板上開擴孔型螺栓孔，以提高鋼梁的變形能力和節(jié)點的耗能能力，同時形狀記憶合金螺栓桿具有超彈性功能，震后可自復(fù)位到初始狀態(tài)，使節(jié)點的震后修復(fù)工作為得簡易。本發(fā)明具有施工方便和震后可快速修復(fù)等優(yōu)點，應(yīng)用前景廣闊。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1的a-a剖面圖。

圖3是圖1的b-b剖面圖。

圖4是圖1的c-c剖面圖。

圖5是本發(fā)明的梁構(gòu)造示意圖。

圖6是本發(fā)明的方鋼管構(gòu)造示意圖。

圖7是圖6的d-d剖面圖。

圖8是本發(fā)明的角鋼ⅰ構(gòu)造示意圖。

圖9是圖8的e-e剖面圖。

圖10是本發(fā)明的角鋼ⅱ構(gòu)造示意圖。

圖11是圖10的f-f剖面圖。

圖中：1、鋼柱；2、鋼梁；3、方鋼管；4、角鋼??；5、角鋼ⅱ；6、加勁肋??；7、加勁肋ⅱ；8、形狀記憶合金螺栓桿；9、高強螺栓；10、普通螺栓孔；11、擴孔型螺栓孔。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的描述。

如圖1-11所示，一種通過形狀記憶合金連接的擴孔型高延性鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點，包括鋼柱1、鋼梁2、方鋼管3、角鋼、加勁肋、形狀記憶合金螺栓桿8和高強螺栓9，其特征在于：所述角鋼包括角鋼ⅰ4和角鋼ⅱ5；所述鋼梁2的翼緣外表面從鋼柱1側(cè)面由內(nèi)至外均分別設(shè)置方鋼管3和角鋼ⅰ4；所述方鋼管3和鋼梁2的翼緣經(jīng)高強螺栓9相連；所述角鋼ⅰ4和鋼梁2的翼緣經(jīng)高強螺栓9相連；所述形狀記憶合金螺栓桿8兩端分別穿過鋼柱1的翼緣和方鋼管3并固定在角鋼ⅰ4上；所述鋼梁2的腹板上開有擴孔型螺栓孔11；所述鋼梁2的腹板和鋼柱1的翼緣經(jīng)角鋼ⅱ5和高強螺栓9相連；所述鋼柱1與鋼梁2之間留有空隙；所述加勁肋包括加勁肋ⅰ6和加勁肋ⅱ7。

所述加勁肋ⅰ6與鋼梁2翼緣在同一水平位置；所述加勁肋ⅰ6與鋼梁2翼緣等厚，所述加勁肋ⅰ6對稱布置在鋼柱1腹板兩側(cè)；所述加勁肋ⅰ6與鋼柱1上、下翼緣及腹板間采用角焊縫連接。

所述加勁肋ⅱ7焊接在角鋼ⅰ4中間位置處；所述加勁肋ⅱ7與鋼梁2腹板等厚；所述加勁肋ⅱ7與角鋼ⅰ4兩角邊間采用角焊縫連接。

所述鋼柱1翼緣和方鋼管3、方鋼管3和角鋼ⅰ4在同一位置處開均有等直徑的普通螺栓孔10

所述所述鋼梁2翼緣和方鋼管3、鋼梁1翼緣和角鋼ⅰ4在同一位置處開有等直徑的普通螺栓孔10。

所述角鋼ⅱ5的一外側(cè)面貼于鋼柱1翼緣；所述角鋼ⅱ5的另的一外側(cè)面貼于鋼梁2腹板；所述角鋼ⅱ5和鋼柱1翼緣在同一位置處開有等直徑的普通螺栓孔10。

所述擴孔型螺栓孔11的擴孔方向與鋼梁2縱向中軸線平行；所述角鋼ⅱ5在與鋼梁2腹板擴孔型螺栓孔11的相應(yīng)位置處開有普通螺栓孔10；所述普通螺栓孔和擴孔型螺栓孔在同一位置處的中心重合。

本發(fā)明的施工方法為：

本發(fā)明所述的一種通過形狀記憶合金連接的擴孔型高延性鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點及其施工方法，其施工方法如下：在工廠經(jīng)角焊縫將鋼柱1的上、下翼緣和腹板與加勁肋ⅰ6焊接，并在鋼柱1翼緣上開普通螺栓孔10；在鋼梁2翼緣上開普通螺栓孔10，并在鋼梁2腹板上開擴孔型螺栓孔11；在工廠制作方鋼管3，并在方鋼管3上開普通螺栓孔10；在工廠經(jīng)角焊縫將角鋼ⅰ4和加勁肋ⅱ7焊接，并在角鋼ⅰ4上開普通螺栓孔10；在工廠制作角鋼ⅱ5，并在角鋼ⅱ5上開普通螺栓孔10。將制作好的以上構(gòu)件運至現(xiàn)場。將鋼梁2翼緣與加勁肋ⅰ6對齊，通過角鋼ⅱ5和高強螺栓9將鋼柱1翼緣與鋼梁2腹板相連，且高強螺栓9、普通螺栓孔10和擴孔型螺栓孔11的中心線在同一位置處需重合；將鋼梁2翼緣、方鋼管3和角鋼ⅰ4對齊，通過高強螺栓9將鋼梁2和方鋼管3、鋼梁2和角鋼ⅰ4連接；將鋼柱1、方鋼管3和角鋼ⅰ4對齊，通過形狀記憶合金螺栓桿8將鋼柱1、方鋼管3和角鋼ⅰ4連接，由此可形成如圖1所示的通過形狀記憶合金連接的擴孔型高延性鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點。

本發(fā)明采用形狀記憶合金螺栓桿和高強螺栓在擴孔型螺栓孔中的摩擦滑移的雙重變形及耗能機制，可有效提高該梁柱節(jié)點的變形和耗能能力。另外，該連接節(jié)點中梁柱間未有焊縫連接，避免了由焊縫斷裂所引起的脆性破壞的可能。該鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點具有震后自復(fù)位、施工方便和震后修復(fù)簡單等優(yōu)點，可用于抗震設(shè)防烈度較高的建筑結(jié)構(gòu)中。