本發(fā)明涉及建筑結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種模塊化鋼混組合結(jié)構(gòu)消能減震節(jié)點及其安裝方法。

背景技術(shù)：

1、模塊化建筑具有施工速度快、工程質(zhì)量好、耗費勞動力少、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢。模塊間連接節(jié)點是模塊化建筑的傳力樞紐，對模塊化鋼建筑整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和抗震性能起重要作用。目前，模塊化建筑局限于抗震設(shè)防較低的區(qū)域和中低層建筑，主要是因為缺乏具有良好抗震性能的模塊間連接節(jié)點?，F(xiàn)有模塊間的連接方式主要為焊接連接、預應力連接、自鎖連接與螺栓連接。焊接連接要在現(xiàn)場進行焊接操作，需要一定的操作空間和條件。同時，焊接存在熱影響區(qū)材料劣化、殘余應力集中且破壞后不可修復等問題，焊接質(zhì)量難以保證。預應力連接不需要現(xiàn)場施焊，但是需要在施工時施加預應力，施工工藝復雜。此外，預應力連接如果沒有施加足夠的預應力，其承載能力較低，并且長期預應力損失易導致節(jié)點松弛。自鎖連接施工便捷、對施工空間要求低，符合全裝配模塊化的要求。但自鎖連接的連接組件構(gòu)造復雜，加工精度要求高，并且抗剪承載力低且缺乏延性保障。此外，在安裝過程中對安裝精度有一定的要求。

2、螺栓連接的安裝與焊接連接和預應力連接相比更加便捷，不需要進行現(xiàn)場復雜的預張拉或者焊接操作，易于拆卸和維修，質(zhì)量可控，且具有較高的抗震性能，更加適用于建筑工業(yè)化。但現(xiàn)有的螺栓連接節(jié)點多采用純鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計，并且需要在鋼管柱上開設(shè)安裝孔洞，這將降低節(jié)點的強度和承載能力，導致模塊整體抗側(cè)剛度弱、耗能機制單一。目前模塊化結(jié)構(gòu)主要為模塊化鋼結(jié)構(gòu)體系，其抗彎剛度不足、混凝土協(xié)同工作缺失，難以滿足于地震區(qū)的高層和超高層建筑結(jié)構(gòu)體系的需求。此外，現(xiàn)有的模塊間節(jié)點缺乏可更換消能元件，地震作用下?lián)p傷集中于模塊本體，既影響震后修復效率，又造成模塊重復利用率不足。并且很難同時適用于角柱、邊柱、中柱。結(jié)構(gòu)體系整體抗側(cè)剛度薄弱、消能減震功能缺失、可恢復性能不足，嚴重制約了模塊化建筑向高層化、高烈度區(qū)的發(fā)展。因此研發(fā)具有可更換性、高性能的新型模塊化鋼混組合結(jié)構(gòu)體系已成為發(fā)展的必然趨勢。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供了一種模塊化鋼混組合結(jié)構(gòu)消能減震節(jié)點及其安裝方法，避免了現(xiàn)場焊接，減少了施工工序和時間，提高了施工效率，增強了結(jié)構(gòu)的抗震性能，增強了節(jié)點的連接強度和整體剛度。

2、本發(fā)明提供了一種模塊化鋼混組合結(jié)構(gòu)消能減震節(jié)點，包括：

3、鋼混組合柱，包括兩組方鋼管柱和uhpc，uhpc后澆于方鋼管柱內(nèi)；

4、槽型鋼梁，包括槽鋼、l型板和梁端連接板，l型板的一側(cè)邊與槽鋼的端部邊緣焊接連接，梁端連接板與l型板的另一側(cè)邊焊接連接，槽鋼通過l型板和梁端連接板與方鋼管柱側(cè)壁連接；

5、核心區(qū)連接件，用于將兩組方鋼管柱連接，包括水平連接板、兩個方形限位角鋼和四個內(nèi)套筒，水平連接板水平設(shè)置，方形限位角鋼垂直固定于水平連接板的上下表面，四個內(nèi)套筒以均布方式排列并置于方形限位角鋼的內(nèi)部空間內(nèi)，每個內(nèi)套筒的軸線與方形限位角鋼的中心軸線平行，且四個內(nèi)套筒圍成的正方形的幾何中心與方形限位角鋼的幾何中心重合，內(nèi)套筒貫穿水平連接板設(shè)置，水平連接板將內(nèi)套筒沿長度方向平分為兩個對稱部分；

6、阻尼器，可拆卸地安裝于l型板圍成的幾何限位空腔內(nèi)，用于傳遞水平與豎直荷載；

7、耗能連接件，可拆卸地安裝于方鋼管柱與槽鋼之間，用于連接方鋼管柱和槽鋼，并且傳遞水平荷載；

8、連接螺栓組，包括單向螺栓、對拉螺栓和高強螺栓，單向螺栓用于將限位角鋼與方鋼管柱連接，還用于方鋼管柱與梁端連接板連接，對拉螺栓和高強螺栓用于將耗能連接件與方鋼管柱和槽鋼連接，高強螺栓還用于將阻尼器與l型板連接。

9、所述的核心區(qū)連接件的水平連接板與限位角鋼焊接，限位角鋼設(shè)有用于卡接方鋼管柱的限位槽。

10、所述的阻尼器包括上連接板和下連接板，上、下連接板之間設(shè)置若干對稱分布的錐形耗能棒，形成中心耗能節(jié)點，錐形耗能棒的寬端分別與上、下連接板焊接，上、下連接板通過高強螺栓與l型板連接。

11、所述的阻尼器包括上連接板和下連接板，上、下連接板之間設(shè)置若干彎折耗能板，彎折耗能板上開設(shè)有菱形孔，上、下連接板通過高強螺栓與l型板連接。

12、所述的槽型鋼梁的梁端連接板高出方鋼管柱設(shè)置，用于與核心區(qū)連接件的水平連接板形成限位配合。

13、所述的內(nèi)套筒上設(shè)置若干抗剪鍵，抗剪鍵呈倒刺狀焊接于內(nèi)套筒表面。一是使上下方鋼管柱貫通，便于uhpc流動，使上下模塊單元柱成為一個整體，提高上下方鋼管柱之間的連接整體性能。二是，增加核心區(qū)連接件與uhpc之間的抗剪性能，提高核心區(qū)連接件與各模塊單元之間的整體性。

14、所述的耗能連接件包括豎板、斜向耗能板與橫板，豎板、斜向耗能板與橫板依次焊接連接，斜向耗能板上開設(shè)菱形開孔陣列。

15、一種模塊化鋼混組合結(jié)構(gòu)消能減震節(jié)點的安裝方法，包括以下步驟：

16、s1.工廠預制方鋼管柱、槽型鋼梁、核心區(qū)連接件、耗能連接件及阻尼器；

17、s2.將方鋼管柱與槽型鋼梁通過中間兩排螺栓連接；

18、s3.現(xiàn)場固定下部方鋼管柱，通過核心區(qū)連接件限位，并用單向螺栓連接；

19、s4.安裝上部方鋼管柱，通過單向螺栓與核心區(qū)連接件連接，并卡入限位角鋼；

20、s5.通過對拉螺栓和高強螺栓安裝耗能連接件及阻尼器；

21、s6.在方鋼管柱頂部澆筑uhpc，形成整體結(jié)構(gòu)。

22、所述的，步驟s6中，uhpc采用一次性澆筑至上部和下部的方鋼管柱中。保證上下方鋼管柱的整體性。

23、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

24、通過方鋼管柱、槽型鋼梁及核心區(qū)連接件的模塊化設(shè)計，實現(xiàn)工廠預制與現(xiàn)場快速裝配，減少焊接工序，降低施工誤差；采用單向螺栓、對拉螺栓與高強螺栓的組合連接技術(shù)，實現(xiàn)節(jié)點無焊接化安裝，縮短工期，并避免焊接熱影響區(qū)導致的材料性能退化；方鋼管柱與槽鋼間的耗能連接件通過預設(shè)薄弱截面的塑性變形，實現(xiàn)能量定向耗散以及塑性鉸外移的性能目標；l型板空腔內(nèi)的阻尼器通過材料剪切變形與金屬屈服協(xié)同作用，實現(xiàn)了耗能的多樣化；內(nèi)套筒與方形限位角鋼構(gòu)成的約束系統(tǒng)，提升節(jié)點區(qū)抗剪剛度，并通過內(nèi)套筒均布設(shè)計實現(xiàn)應力擴散，降低局部應力集中系數(shù)；后澆uhpc填充方鋼管柱，利用鋼-混凝土組合效應，使柱體軸壓承載力提升，抗彎剛度提高。核心區(qū)連接件的方形限位角鋼與內(nèi)套筒形成三維約束網(wǎng)格，確保軸力-彎矩-剪力的協(xié)同傳遞；槽型鋼梁的l型板與梁端連接板構(gòu)成剛性傳力邊界，提高了節(jié)點轉(zhuǎn)動剛度；阻尼器與耗能連接件采用高強螺栓連接，支持快速更換與性能復位，災后修復時間縮短。

技術(shù)特征：

1.一種模塊化鋼混組合結(jié)構(gòu)消能減震節(jié)點，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊化鋼混組合結(jié)構(gòu)消能減震節(jié)點，其特征在于，核心區(qū)連接件的水平連接板(10)與限位角鋼(11)焊接，限位角鋼(11)設(shè)有用于卡接方鋼管柱(1)的限位槽。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模塊化鋼混組合結(jié)構(gòu)消能減震節(jié)點，其特征在于，阻尼器(8)包括上連接板(803)和下連接板(802)，上、下連接板(802)之間設(shè)置若干對稱分布的錐形耗能棒(801)，形成中心耗能節(jié)點，錐形耗能棒(801)的寬端分別與上、下連接板(802)焊接，上、下連接板(802)通過高強螺栓(7)與l型板(3)連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全螺栓連接新型模塊化鋼混組合結(jié)構(gòu)消能減震節(jié)點，其特征在于，阻尼器(8)包括上連接板(803)和下連接板(802)，上、下連接板(802)之間設(shè)置若干彎折耗能板(804)，彎折耗能板(804)上開設(shè)有菱形孔，上、下連接板(802)通過高強螺栓(7)與l型板(3)連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全螺栓連接新型模塊化鋼混組合結(jié)構(gòu)消能減震節(jié)點，其特征在于，阻尼器(8)包括上連接板(803)和下連接板(802)，上連接板(803)和下連接板(802)之間設(shè)置若干阻尼元件(805)，阻尼元件(805)呈工字型設(shè)置。

6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的模塊化鋼混組合結(jié)構(gòu)消能減震節(jié)點，其特征在于，槽型鋼梁的梁端連接板(4)高出方鋼管柱(1)設(shè)置，用于與核心區(qū)連接件的水平連接板(10)形成限位配合。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的模塊化鋼混組合結(jié)構(gòu)消能減震節(jié)點，其特征在于，內(nèi)套筒(13)上設(shè)置若干抗剪鍵(12)，抗剪鍵(12)呈倒刺狀焊接于內(nèi)套筒(13)表面。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的模塊化鋼混組合結(jié)構(gòu)消能減震節(jié)點，其特征在于，耗能連接件(9)包括豎板(903)、斜向耗能板(902)與橫板(901)，豎板(903)、斜向耗能板(902)與橫板(901)依次焊接連接，斜向耗能板(902)上開設(shè)菱形開孔陣列。

9.一種根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項所述的模塊化鋼混組合結(jié)構(gòu)消能減震節(jié)點的安裝方法，其特征在于，包括以下步驟：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的模塊化鋼混組合結(jié)構(gòu)消能減震節(jié)點的安裝方法，其特征在于，步驟s6中，uhpc(14)采用一次性澆筑至上部和下部的方鋼管柱(1)中。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種模塊化鋼混組合結(jié)構(gòu)消能減震節(jié)點及其安裝方法。包括：鋼混組合柱，槽型鋼梁，核心區(qū)連接件，用于將兩組方鋼管柱連接，阻尼器，用于傳遞水平與豎直荷載；耗能連接件，用于連接方鋼管柱和槽鋼，并且傳遞水平荷載，連接螺栓組。本發(fā)明避免了現(xiàn)場焊接，減少了施工工序和時間，提高了施工效率，增強了結(jié)構(gòu)的抗震性能，增強了節(jié)點的連接強度和整體剛度。

技術(shù)研發(fā)人員：吳成龍,宋海濤,孟磊,王江濤,王永洪,王修軍,任杰,段海洋,劉遠明,蒿雨露,李大壯,程玉茹,張慶華
受保護的技術(shù)使用者：青島理工大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8