[发明专利]钢管柱新型法兰带内套筒拼接节点及力学性能分析方法

说明书

本发明涉及装配式钢结构技术领域，涉及一种钢管柱新型法兰带内套筒拼接节点及力学性能分析方法，方法包括：1)、确定钢管柱法兰内套筒拼接节点构造，法兰内套筒尺寸、螺栓规格和数目；2)、采用有限元方法建立钢管柱法兰内套筒拼接节点模型；3)、通过对钢管柱拼接节点进行变参数分析，讨论不同参数取值对节点和构件整体的承载力和滞回性能的影响，并给出合理的取值范围；4)、对钢管柱新型法兰带内套筒拼接节点和传统节点力学性能进行对比分析。本发明能有效降低螺栓拉力，抑制法兰板的翘曲；节点承载力高、延性和滞回性能好，同时有现场装配速度快和施工效率高的特点；分析方法较佳地验证了新型节点在工程应用中的可行性。

技术领域

本发明涉及装配式钢结构技术领域，具体地说，涉及一种运用于装配式钢结构中的钢管柱新型法兰带内套筒拼接节点及力学性能分析方法。

背景技术

发展装配式钢结构建筑，有利于推动行业绿色健康发展，提升建筑性能，随着我国用工成本的提升，在国家的大力提倡和政策鼓励下，装配式建筑将越来越多的应用到民用建筑中来。装配式钢结构主要优势有：自重轻、刚度大、施工周期短、环境污染小且能实现更高的机械化施工。因此，随着装配式建筑研究的不断完善，将有越来越多的建筑开发商采用装配式钢结构建筑。装配式建筑中拼接节点一直是设计和施工中质量控制的重点，如何充分利用节点发挥装配式建筑的优势是节点研究的关键。

传统钢框架中方钢管柱和圆钢管柱主要采用焊缝连接和法兰连接。焊接的优点是：构造简单，适用范围广，可应用于各种形式的钢柱连接；用料经济，连接密封性好，结构刚度容易满足。缺点是：容易在焊接部位形成热影响区，使得钢材内部组织发生变化，导致局部脆断；焊接遗留的残余应变和残余应力会降低结构的承载能力；焊接结构一旦发生局部裂纹，容易影响整体构件，同时焊缝连接的低温冷脆现象也比较突出。钢结构建筑由于构件只能在工地现场拼装，焊接作业的质量不能很好的控制，且焊缝连接对现场精度要求较高，一般会设置耳板进行定位，在焊接完成后还需要切除耳板，会增加工作量，因此该连接方式应用于预制装配式建筑中。在法兰连接中如果节点刚度不够，一般通过增设加劲肋或增加法兰厚度来提高法兰板刚度，但增设的加劲肋主要通过焊缝将其与构件连接，而焊缝过多会存在残余应力，不利于节点的受力，且法兰连接中易发生法兰板变形过大和螺栓被拉断，所以此类节点也存在不足。

发明内容

本发明的目的是为了解决装配式钢结构中传统焊接和法兰连接均存在残余应力等问题，针对目前装配式钢结构发展迅猛而钢管柱拼接节点形式较为单一的现状，提出了一种运用于装配式钢结构中的钢管柱新型法兰带内套筒拼接节点及力学性能分析方法，以充分发挥法兰和内套筒各自的优势，从而增强节点刚度、承载力、耗能能力、降低螺栓拉力和抑制法兰板翘曲等。

根据本发明的钢管柱新型法兰带内套筒拼接节点，其拼接节点处采用带内套筒的法兰板拼接，法兰板之间采用高强度螺栓摩擦型连接。

本发明的钢管柱新型法兰带内套筒拼接节点力学性能分析方法，其包括以下步骤：

1)、确定拼接节点构造，确定法兰内套筒尺寸、螺栓规格和数目；

2)、采用有限元方法建立钢管柱法兰内套筒拼接节点模型；

3)、通过对钢管柱拼接节点进行变参数分析，讨论不同参数取值对节点和构件整体的承载力和滞回性能的影响，并给出合理的取值范围；

4)、对钢管柱新型法兰带内套筒拼接节点和传统节点力学性能进行对比分析。

作为优选，步骤2)中，建立钢管柱法兰内套筒拼接节点模型的步骤具体如下：

(1)定义材料属性、确定相互作用、边界条件及加载制度；

(2)网格划分；

(3)有限元求解；

(4)输出计算结果；

(5)后处理，结果可视化。