[发明专利]基于滑移机制的摩擦型耗能连接梁柱节点的设计方法

说明书

本发明公开了一种基于滑移机制的摩擦型耗能连接梁柱节点的设计方法，该梁柱节点涉及预制钢柱、预制悬臂钢梁段、预制钢梁和耗能节点，耗能节点由翼缘滑移耗能元件、腹板钢质铰组成。基于滑移机制的设计方法可提高连接节点的耗能能力和变形能力，将损伤集中在摩擦耗能阻尼器，可保护梁、柱、节点的塑性损伤，采用螺栓连接有利于实现预制装配和震后可拆卸，具有良好的工程实用性。

技术领域

本发明属于土木工程中建筑结构抗震技术领域，涉及预制装配式钢结构体系，具体涉及一种基于滑移机制的摩擦型耗能连接梁柱节点的设计方法。

背景技术

装配式结构是一种具有全寿命周期意义的绿色建筑结构，具有良好的延性和抗震性能，可实现模块化、标准化、工业化和信息化生产，方便安装和拆卸，施工速度快。随着绿色建筑的快速发展，装配式结构在实际工程中得到了广泛的推广应用。但传统的装配式框架结构利用各构件的塑性变形进行能量耗散，导致结构产生严重的塑性损伤，甚至发生倒塌。装配式建筑的倒塌主要是梁柱连接节点的破坏引起，未实现“强节点弱构件”的抗震设防要求。梁柱连接节点是保证装配式结构协同工作的关键，也是装配式结构的薄弱环节，节点的破坏导致结构丧失整体性，且损坏的节点震后修复难度大，不利于装配式结构的推广应用。

发明内容

为了克服现有装配式结构中梁柱连接节点存在的不足，本发明公开了一种基于滑移机制的摩擦型耗能连接梁柱节点设计制作方法。该梁柱连接节点具备以下特点：正常使用阶段满足将梁上荷载传递到节点核心区及框架柱的传力需求，中震和大震下具有良好的耗能能力和变形能力，损伤和耗能集中在耗能铰处，避免梁、柱、节点的塑性损伤，采用螺栓满足预制装配和震后可拆卸，震后可通过更换损伤元件以恢复使用功能。该发明可为消能减震结构和可恢复功能结构的抗震设计提供有利的理论基础。为实现上述目的，本发明的解法方案是：

基于滑移机制的摩擦型耗能连接梁柱节点的设计方法，所述摩擦型耗能连接梁柱节点包括预制钢柱，预制钢柱连接有预制悬臂钢梁段，预制悬臂钢梁段通过耗能节点连接有预制钢梁；

所述耗能节点包括上、下两个翼缘滑移耗能单元和腹板钢质铰，所述耗能节点通过上、下两个翼缘耗能单元的滑移和腹板钢质铰的转动，产生摩擦耗能；腹板钢质铰位于上、下两个翼缘滑移耗能单元之间的位置；

所述翼缘滑移耗能单元与所述悬臂钢梁段、预制钢梁在梁翼缘处通过高强螺栓连接，所述腹板钢质铰通与所述悬臂钢梁段、预制钢梁在梁腹板处通过L型板和高强螺栓连接；所述腹板钢质铰包括左耳板和右耳板，左耳板和右耳板通过销轴铰接；左耳板通过左端板与预制悬臂钢梁固定连接，右耳板通过右端板与预制钢梁固定连接；左耳板和右耳板上还设有相互对应的长圆弧形螺栓孔，高强螺栓穿过左耳板和右耳板上的长圆弧形螺栓孔；

所述摩擦型耗能连接梁柱节点的设计方法，包括如下步骤：

1)计算梁端的屈服弯矩和耗能铰极限弯矩；计算钢柱的屈服弯矩；计算耗能铰翼缘部分的最大弯矩及对应的最大荷载；

2)计算确定悬臂钢梁和预制钢梁翼缘处连接所需的高强螺栓数量；计算翼缘滑移耗能板的起滑弯矩及对应的起滑荷载；计算滑移耗能处连接所需的螺栓数量；

3)计算左耳板和右耳板之间的高强螺栓的数量；

4)计算左端板、右端板、L型板连接所需高强螺栓数量。

进一步的，所述步骤1)中的具体计算方法为：

计算梁端的屈服弯矩和耗能铰极限弯矩：

M_b，y＝W_b，n f_b，y