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1、10申请公布号43申请公布日21申请号201410571942522申请日20141023E04B1/38200601E04B1/58200601E04B5/4020060171申请人广州大学地址510006广东省广州市大学城外环西路230号72发明人刘坚周观根高玥陈凡潘澎高奎于志伟74专利代理机构广州市天河庐阳专利事务所44244代理人胡济元欧阳凯54发明名称一种抗震墙与钢梁连接节点57摘要本发明公开了一种抗震墙与钢梁连接节点，包括楼板、带钢柱的抗震墙、钢梁、齐平端板、顶部角钢、底部角钢、左腹板角钢和右腹板角钢，顶部角钢的水平面与钢梁的上翼缘通过摩擦型高强度螺栓连接，底部角钢的水平面与钢梁的。
2、下翼缘通过摩擦型高强度螺栓连接，左腹板角钢的第一竖直面和右腹板角钢的第一竖直面夹着钢梁的腹板并且通过摩擦型高强度螺栓连接，顶部角钢的竖直面与钢柱翼缘通过摩擦型高强度螺栓连接，底部角钢的竖直面与钢柱翼缘通过摩擦型高强度螺栓连接，左腹板角钢的第二竖直面、齐平端板与钢柱翼缘通过摩擦型高强度螺栓连接，右腹板角钢的第二竖直面、齐平端板与钢柱翼缘通过摩擦型高强度螺栓连接，楼板铺设在钢梁上。本连接节点初始刚度大，屈服强度高，滞回曲线饱满，抗震性能表现卓越。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书9页附图11页10申请公布号CN104499572A43申请公布日201。
3、50408CN104499572A1/1页21一种抗震墙与钢梁连接节点，其特征在于，包括楼板、带钢柱的抗震墙、钢梁、齐平端板、顶部角钢、底部角钢、左腹板角钢和右腹板角钢，其中，所述钢柱位于抗震墙的端柱内，钢柱的翼缘开有若干螺栓孔，钢柱为H型钢，抗震墙内设有箍筋，所述钢梁的上下翼缘开有若干螺栓孔，钢梁为H型钢，所述齐平端板开有若干螺栓孔，齐平端板的高度与钢梁的高度相同，所述顶部角钢、底部角钢、左腹板角钢和右腹板角钢的2个面均开有若干螺栓孔，所述顶部角钢的水平面与钢梁的上翼缘通过摩擦型高强度螺栓连接，底部角钢的水平面与钢梁的下翼缘通过摩擦型高强度螺栓连接，左腹板角钢的第一竖直面和右腹板角钢的第一竖。
4、直面夹着钢梁的腹板并且通过摩擦型高强度螺栓连接，顶部角钢的竖直面与钢柱翼缘通过摩擦型高强度螺栓连接，底部角钢的竖直面与钢柱翼缘通过摩擦型高强度螺栓连接，左腹板角钢的第二竖直面、齐平端板与钢柱翼缘通过摩擦型高强度螺栓连接，右腹板角钢的第二竖直面、齐平端板与钢柱翼缘通过摩擦型高强度螺栓连接，楼板铺设在钢梁上。2根据权利要求1所述的一种抗震墙与钢梁连接节点，其特征在于，所述楼板包括压型钢板、混凝土、方格钢网和栓钉，栓钉固定焊接在压型钢板的凹槽边缘，方格钢网放置在压型钢板上，混凝土浇筑在方格钢网上。3根据权利要求1所述的一种抗震墙与钢梁连接节点，其特征在于，所述钢柱在连接节点域内带有两道水平的加强筋，。
5、两道加强筋的位置与钢梁的上下翼缘平齐。权利要求书CN104499572A1/9页3一种抗震墙与钢梁连接节点技术领域0001本发明涉及一种属于结构工程钢结构技术领域，特别涉及一种抗震墙与钢梁连接节点。技术背景0002在上世纪80年代以前，我国的高层建筑大多采用钢筋混凝土结构形式，但随着高度和层数的增加，建筑功能的使用也日趋复杂，单一的结构形式已经不能满足使用功能的要求。面对高层、超高层的巨大挑战，钢结构被越来越多的应用到高层建筑结构中。但目前采用纯钢结构的高层建筑造价太高，多数采用钢混凝土混合结构体系，尤其以外钢框架内混凝土抗震墙结构体系最为普遍。0003近十几年来，我国大量新建了混合结构的高层。
6、建筑，一些还建在抗震区。但是上述钢框架混凝土抗震墙结构体系中抗震墙采用的是混凝土抗震墙，普通的混凝土抗震墙延性不好。其中典型钢结构梁与钢柱全焊接刚性连接或焊接时钢材变脆。以栓焊混合刚性连接为例，钢梁上、下翼缘与柱翼缘采用完全熔透焊缝连接，钢梁腹板和钢柱翼缘采用高强度螺栓摩擦型连接。这种虽然刚性节点刚度大、承载力高，具有一定的延性和韧性，但是节点的构造复杂，施工难度较大，在强烈地震作用下，在梁上、下翼缘与柱翼缘采用完全熔透焊缝连接，由于焊接时钢材变脆，梁柱节点易发生脆性断裂现象。0004在1994年美国的北岭地震和1995年日本的阪神地震中，钢结构栓焊混接节点的破坏情况十分严重，震害调查表明，焊。
7、缝容易存在质量缺陷，且裂缝多起始于下翼缘焊接处，该处的下翼缘焊缝是中断的，不易进行超声波检查，而与之相对，高强度螺栓半刚性连接钢结构梁柱节点则很少发生破坏。0005钢混凝土组合梁与钢柱组成的框架成为组合钢框架。在组合钢框架中，钢梁和压型钢板混凝土板组合楼板之间设置有足够数量的栓钉，形成整体共同工作作用。由于压型钢板混凝土板组合楼板的组合作用，不仅节省了钢梁钢材的用量，同时压型钢板混凝土板组合楼板还能有效地抑制钢梁的局部屈曲失稳，提高构件的延性。钢混凝土组合梁与纯钢梁相比，其承载力、刚度提高很多，而且可以减小梁高和楼层结构高度。0006现有技术中，公开号为CN102587495A的发明专利，公开。
8、了一种“钢梁混凝土墙半刚性全螺栓连接节点”，其结构相对合理，但是，其接连节点的初始刚度比较小，屈服强度比较低，滞回曲线不够饱满，抗震性能表现还不够卓越。发明内容0007本发明的目的是，针对传统的墙与梁的连接是在墙里面设置预埋件，不方便施工，地震时容易掉落从而容易发生破坏的缺陷，提供一种抗震墙与钢梁连接节点，并且本连接节点初始刚度大，屈服强度高，滞回曲线饱满，抗震性能表现卓越。0008本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下0009一种抗震墙与钢梁连接节点，包括楼板、带钢柱的抗震墙、钢梁、齐平端板、顶部角说明书CN104499572A2/9页4钢、底部角钢、左腹板角钢和右腹板角钢，其中，0010。
9、所述钢柱位于抗震墙的端柱内，钢柱的翼缘开有若干螺栓孔，钢柱为H型钢，抗震墙内设有箍筋，0011所述钢梁的上下翼缘开有若干螺栓孔，钢梁为H型钢，0012所述齐平端板开有若干螺栓孔，齐平端板的高度与钢梁的高度相同，0013所述顶部角钢、底部角钢、左腹板角钢和右腹板角钢的2个面均开有若干螺栓孔，0014所述顶部角钢的水平面与钢梁的上翼缘通过摩擦型高强度螺栓连接，底部角钢的水平面与钢梁的下翼缘通过摩擦型高强度螺栓连接，左腹板角钢的第一竖直面和右腹板角钢的第一竖直面夹着钢梁的腹板并且通过摩擦型高强度螺栓连接，顶部角钢的竖直面与钢柱翼缘通过摩擦型高强度螺栓连接，底部角钢的竖直面与钢柱翼缘通过摩擦型高强度螺。
10、栓连接，左腹板角钢的第二竖直面、齐平端板与钢柱翼缘通过摩擦型高强度螺栓连接，右腹板角钢的第二竖直面、齐平端板与钢柱翼缘通过摩擦型高强度螺栓连接，楼板铺设在钢梁上。0015所述楼板包括压型钢板、混凝土、方格钢网和栓钉，栓钉固定焊接在压型钢板的凹槽边缘，方格钢网放置在压型钢板上，混凝土浇筑在方格钢网上。0016所述钢柱在连接节点域内带有两道水平的加强筋，两道加强筋的位置与钢梁的上下翼缘平齐。0017与现有技术相比，本发明有以下优点00181抗震性能良好，变形性能优越。钢框架结构在水平力作用下发生剪切变形，抗震墙结构在在水平力作用下发生弯曲变形。两种不同构件组成的结构体系，通过各层楼板的联系进行协同。
11、工作，这将显著减小结构的顶点侧移和下部各楼层的最大层间位移。另外端板与钢柱开洞翼缘紧密贴合在一起，洞口相对，不采用任何焊接工艺，从而改善了节点的延性，使得结构在地震作用下具有良好的塑性变形和耗能能力而且采用高强度摩擦型螺栓连接，节点是靠钢板间接触表面的摩擦力传递外力的，接头中的应力集中现象得到改善，提高了连接件的抗疲劳性能。00192受力合理，材料利用充分。由于压型钢板混凝土板组合楼板的组合作用，不仅节省了钢梁钢材的用量，同时压型钢板混凝土板组合楼板还能有效地抑制钢梁的局部屈曲失稳，提高构件的延性。本发明抗震墙与钢梁连接节点，与现有节点相比，其承载力高，初始刚度大，屈服强度高，滞回曲线饱满，抗。
12、震性能表现卓越，而且可以减小梁高和楼层结构高度。附图说明0020图1图2是实施例的一种抗震墙与钢梁连接节点的结构图。其中，图1为立体图，图2为纵向剖视图。0021图3是对实施例两种连接节点结构进行加载的低周循环加载制度图。两种连接节点的M曲线对比，图中，实线为新型连接节点，虚线为盖板犬骨式节点。0022图4是本发明连接节点结构的有限元模型图。0023图5是图4隐藏混凝土的结构图。0024图6是图4的网格划分图。说明书CN104499572A3/9页50025图7是CN102587495A的发明专利的连接节点的有限元模型图。0026图8是图7加楼板的节点整体有限元模型图。0027图9是图8的网格。
13、划分图。0028图10是图4的循环加载应力云图为了清楚显示钢柱钢梁等部件的应力分布，隐去楼板。0029图11是图4的楼板应力云图带H型钢孔。0030图12是图4的压型钢板应力云图。0031图13是图4的楼板钢筋网应力云图。0032图14是图4的抗震墙箍筋应力云图。0033图15是图4的抗震墙应力云图为了显示墙体内部应力分布，切开并隐藏四分之一墙体。0034图16是图7的循环加载应力云图为了清楚显示钢柱钢梁等部件的应力分布，隐去楼板。0035图17是图4的连接节点结构与图7的连接节点结构的M曲线对比图。由上图可见抗震墙与钢梁连接节点的初始刚度比全螺栓连接节点的初始刚度更大，屈服强度更高。0036。
14、图18是图4的连接节点结构的滞回曲线。0037图19是图7的连接节点结构的滞回曲线。0038图20是图18和图19的叠合对比图。0039图21是齐平端板尺寸及螺栓孔位置图。0040图22是两种连接节点的M对比曲线，图中，实线为新型连接节点，虚线为盖板犬骨式节点。具体实施方式0041如图1和图2所示的抗震墙与钢梁连接节点，包括楼板1、带钢柱2的抗震墙3、钢梁4、齐平端板5、顶部角钢6、底部角钢7、左腹板角钢8和右腹板角钢，其中，0042钢柱2位于抗震墙3的端柱内，钢柱2的翼缘开有8个螺栓孔，钢柱2为H型钢，抗震墙3内设有箍筋，钢梁4的上下翼缘各开有2个螺栓孔，钢梁4为H型钢，齐平端板5开有4个螺。
15、栓孔，齐平端板5的高度与钢梁4的高度相同，顶部角钢6、底部角钢7、左腹板角钢8和右腹板角钢图中被钢梁遮挡的2个面均开有2个螺栓孔，0043顶部角钢6的水平面与钢梁4的上翼缘通过摩擦型高强度螺栓连接，底部角钢7的水平面与钢梁4的下翼缘通过摩擦型高强度螺栓连接，左腹板角钢8的第一竖直面和右腹板角钢的第一竖直面夹着钢梁4的腹板并且通过摩擦型高强度螺栓连接，顶部角钢6的竖直面与钢柱2翼缘通过摩擦型高强度螺栓连接，底部角钢7的竖直面与钢柱2翼缘通过摩擦型高强度螺栓连接，左腹板角钢8的第二竖直面、齐平端板5与钢柱2翼缘通过摩擦型高强度螺栓连接，右腹板角钢的第二竖直面、齐平端板5与钢柱2翼缘通过摩擦型高强度。
16、螺栓连接，楼板1铺设在钢梁4上。0044楼板1包括压型钢板9、混凝土10、方格钢网11和栓钉12，栓钉12固定焊接在压型钢板9的凹槽边缘，方格钢网11放置在压型钢板9上，混凝土10浇筑在方格钢网11上。说明书CN104499572A4/9页60045钢柱2在连接节点域内带有两道水平的加强筋13，两道加强筋13的位置与钢梁4的上下翼缘平齐。0046本连接节点的加工和施工如下00471钢柱在两侧翼缘通透开洞；0048钢梁上下翼缘均需开洞；0049齐平端板开洞；00504个角钢的两个面均开洞。00512首先顶部角钢和底部角钢与钢梁上下翼缘通过高强度螺栓连接；00523左腹板角钢和右腹板角钢与钢梁的腹。
17、板通过高强度螺栓连接；00534左腹板角钢、右腹板角钢和齐平端板连接钢柱，顶部角钢和底部角钢连接钢柱。00545在钢梁上铺设压型钢板，并配方格钢网，设置栓钉形成抗剪键，之后浇筑混凝土，形成压型钢板混凝土板组合楼板。0055本连接节点在连接安装过程中，注意保证孔洞对齐，安装高强度螺栓时还应注意初拧与终拧操作步骤。0056本实施例的连接节点结构有限元模型与背景技术中公开号为CN102587495A的连接节点结构有限元模型的对比试验如下00571、试件设计0058A、样品试件为上述实施例的一种抗震墙与钢梁连接节点；0059B、对照品试件按公开号为CN102587495A的钢梁混凝土墙半刚性全螺栓连接。
18、节点，为其添加与本发明相同的楼板。00602、构建有限元模型0061根据样品试件和对照试件的实际尺寸及细部构造，采用大型通用有限元软件ABAQUS，按照常规方法分别构建样品试件和对照品试件的有限元模型。0062以下对构建两个有限元模型的要点进行简要描述。006321试件设计0064根据钢结构设计规范GB50017、建筑抗震设计规范GB50011、高层民用建筑钢结构技术规程JGJ99和门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS102，并参考相关文献，从螺栓、端板、节点域及构造要求等方面对齐平端板连接节点进行尺寸设计。0065选用的钢柱梁柱截面尺寸分别为HN25012569、HW200200812，其。
19、中梁长11M、柱高18M，梁柱均采用Q345级钢材。螺栓规格选用M20、109级摩擦型高强螺栓；柱腹板设置加强筋。4个角钢采用8010，压型钢板采用YX70200600。00661钢材均采用Q345级，屈服强度为FY345N/MM2，抗拉强度为FU600N/MM2，弹性模量E206105N/MM2，切线模量ET003E。螺栓采用109级M20摩擦型高强螺栓，屈服强度为FY940N/MM2，FU1040N/MM2，ET002E。箍筋采用HRB335级。钢结构材料泊松比均取为03，采用VONMISES屈服准则，材料屈服后采用随动强化准则。0067混凝土楼板采用塑性损伤本构模型，强度等级为C30级，。
20、E300104N/MM2，泊松比为03，膨胀角为35，偏心率为01，初始等效双轴抗压屈服应力与初始单轴抗压屈服应力的比值为116，K0667，粘滞系数为00001。具体材料参数见下表说明书CN104499572A5/9页700680069注抗震墙混凝土强度为C40，弹性模量取EC325104MPA，泊松比取02；楼板强度为C30，弹性模量取EC300104MPA，泊松比取03。00702为了使试验结果更加客观和准确，两种连接节点的构件选用相同的材料。0071211螺栓设计00721抗拉设计0073螺栓抗拉设计应满足下式00740075且0076式中，NT梁翼缘两侧第一排受拉螺栓总数；0077单。
21、个螺栓抗拉承载力设计值，即P为螺栓预拉力；0078NFB梁端翼缘等效轴力设计值；0079单个螺栓的极限抗拉承载力，其中AEFF为螺栓螺纹处有效截面面积，为螺栓的极限抗拉强度最小值；0080RE节点域承载力抗震调整系数，取075；0081考虑撬力作用的调整系数，有加强筋时取12，无时取13；0082AFB、FU梁端单个翼缘有效截面面积及其极限抗拉强度最小值。00832抗剪设计00840085且0086式中，N螺栓总数；说明书CN104499572A6/9页80087单个螺栓的抗剪承载力设计值，其中，NTNFB/NT，为摩擦系数；0088V梁端剪力设计值；0089螺栓受剪极限承载力，0090所连接。
22、板件的极限承压力，其中D为螺栓公称直径，TMIN为所连接板件中较薄板件厚度，为板件极限承压强度，近似取15FU；0091FU板件的极限抗拉强度最小值；0092HWB、TWB梁腹板的高度和厚度。00933螺栓布局设计0094螺栓的排列布局应简单划一、力求紧凑、便于施工。由于螺栓孔的存在会对构件截面产生一定的削弱作用，因此螺栓中距不应过小。但螺栓间距离过大又会是接触面不够紧密，易使潮气渗入板内缝隙产生锈蚀。0095螺栓间距按下式进行设计，009615D0,35MMEF3D025A00972D0,EFET4D0,8TMIN25B00983D0EB8D0,12TMIN25C009915D0,35MME。
23、W3D0,04BFB25D010015D0ES4D0,8TMIN25E0101式中，D0为螺栓孔直径，TMIN为所连接板件中较薄板件厚度，其余字母表示螺距，具体位置示意如图21所示。0102212端板设计01031高度和宽度0104根据螺栓排列布局，并结合梁截面尺寸等因素，对端板高度按下式设计0105端板高度，HEPHB2ETEF260106端板宽度，BEPTWB2ESEW270107且BFBBEPBFC2801082厚度0109端板厚度采用两边支撑类并按照下式设计01100111且0112式中，TEP端板厚度；0113NT1由梁端弯矩设计值计算得出的单个螺栓拉力，NT1M/NTH1；0114。
24、NT2由梁形成塑性铰时对应的单个螺栓拉力NT212MPB/NTH1，12为节点承载力调整系数，MPB为梁截面塑性弯矩；说明书CN104499572A7/9页90115F、FU端板的抗拉强度设计值及其极限抗拉强度最小值。011622受力验算0117钢结构设计规范中规定节点域是指以柱翼缘和腹板横向加劲肋为边界的节点腹板区域。它是整个钢结构体系中较为薄弱的单元，其受力情况也较为复杂。节点域的受力性能对整个框架的强度和刚度都有很大的影响。我国现行钢结构设计规范和建筑抗震设计规范都对节点域的设计进行了说明。01181节点域抗剪强度及屈服承载力01191钢结构设计规范的规定01200121式中，MB1、M。
25、B2节点两侧梁端弯矩设计值；0122VP节点域腹板体积，H型钢取VPHCTWHB；0123FV钢材抗剪强度设计值；0124HC、TW、HB分别为柱腹板的高度、厚度及梁腹板的高度。01252建筑抗震设计规范的规定01260127式中，MPB1、MPB2分别为节点域两侧梁的全塑形受弯承载力；0128FYV钢材的屈服抗剪强度，为钢材屈服强度的058倍；0129折减系数，三、四级取06，一、二级取07。01302柱翼缘0131为了防止柱翼缘的螺栓孔周围出现冲剪破坏，其承载力按下式计算01320133且0134式中符号与前述定义相同。01353柱腹板加劲肋01360137TSTFB2160138式中为B。
26、S、TS为加劲肋的宽度和厚度。01394强柱弱梁验算0140建筑抗震设计规范对钢框架节点处的承载力验算还应符合“强柱弱梁”的规定，即0141WPCFYCN/ACWPBFYB2170142式中，WPC、WPB说明书CN104499572A8/9页100143FYC、FYB分别为柱和梁的钢材屈服强度；0144N柱的轴向压力设计值；0145AC柱的截面面积；0146强柱系数分别按一级115，二级110，三级105选取。014723有限元建模0148进行ABAQUS有限元实体建模，梁、柱、齐平端板、加强筋、角钢、高强螺栓等部件均采用SOLID实体形态。混凝土楼板部件采用SOLID实体形态，钢筋则采用W。
27、IRE线形态，除高强螺栓采用REVOLUTION方式展开形成3D模型外，其余部件均采用EXTRUSION方式进行三维建模，型钢、混凝土楼板等采用C3D8R单元，箍筋采用T3D2桁架单元，模型采用8节点六面体减缩积分实体单元，此类单元可以避免完全积分单元容易出现的剪切闭锁问题，并且能够减小完全积分单元可能造成的单元过刚和计算挠度偏小等问题；单元算法采用MEDIALAXIS中轴算法，该算法的单元形状较规则且计算速度更快。0149接触采用以下方式01501假定型钢与混凝土为协同工作，不考虑二者之间的滑移。因此在进行数值模拟时，用绑接TIE模拟型钢与混凝土的接触，不再创建抗剪连接件。01512采用嵌入。
28、连接模拟纵向受力钢筋和箍筋组成的钢筋网与混凝土之间的连接关系。01523为便于网格划分，采用圆头螺帽的预应力螺栓，其中螺帽与齐平端板、角钢的连接采用隐式算法面面接触方式SURFACETOSURFACECONTACT。选用光面螺杆，忽略螺纹对构件的影响，螺杆与齐平端板、角钢、钢柱翼缘以及钢梁翼缘腹板的接触选用绑接连接TIE。0153为了得出客观准确的实验结果，本发明节点有限元建模与对比件节点有限元建模采用相同方法。01543、试验加载01551根据建筑抗震试验方法规程JGJ101的相关规定，采用梁端位移控制方式进行加载。在对模型进行正式加载计算前，预先对试件备份模型进行预加载试算，确定试件的屈服。
29、位移。在进行循环加载时，最大梁端位移设置为100MM，将梁端位移20MM前按照2MM的步长逐级加载，20MM后按照5MM的步长逐级加载，加载至100MM时停止，共26个加载步。01562在进行低周循环加载时，试件屈服前分四级加载，每级循环一周，屈服后按照屈服位移Y的倍数逐级加载，每级循环两周。试件模型的低周循环加载制度如图3所示。0157图10是图4的循环加载应力云图为了清楚显示钢柱钢梁等部件的应力分布，隐去楼板。0158图11是图4的楼板应力云图带H型钢孔。0159图12是图4的压型钢板应力云图。0160图13是图4的楼板钢筋网应力云图。0161图14是图4的抗震墙箍筋应力云图。0162图1。
30、5是图4的抗震墙应力云图为了显示墙体内部应力分布，切开并隐藏四分之一墙体。0163图16是图7的循环加载应力云图为了清楚显示钢柱钢梁等部件的应力分布，隐说明书CN104499572A9/9页11去楼板。0164结论0165图17中，实线是本发明连接节点的M曲线，虚线是现有连接节点的M曲线，可见本发明连接节点的初始刚度比现有连接节点的初始刚度更大，屈服强度更高。0166图18是本发明的连接节点结构的滞回曲线，图19是现有连接节点结构的滞回曲线，图20是图18和图19的叠合对比图，可见本发明连接节点的滞回曲线饱满，与现有连接节点相比，抗震性能表现更加卓越。说明书CN104499572A1/11页1。
31、2图1说明书附图CN104499572A2/11页13图2说明书附图CN104499572A3/11页14图3说明书附图CN104499572A4/11页15图4图5图6说明书附图CN104499572A5/11页16图7图8图9说明书附图CN104499572A6/11页17图10图11说明书附图CN104499572A7/11页18图12图13图14图15说明书附图CN104499572A8/11页19图16图17说明书附图CN104499572A9/11页20图18图19说明书附图CN104499572A10/11页21图20说明书附图CN104499572A11/11页22图21图22说明书附图CN104499572A。