用于钢结构梁柱连接的铸钢模块化连接件以及连接节点的制作方法【技术领域】，涉及一种梁柱连接件以及梁柱连接节点。[0002]钢结构具有强度高、重量轻、施工工期短等优点，在建筑行业中有着广泛的应用。[0003]钢框架梁柱连接是钢结构设计的一个重要【技术领域】。传统的梁柱栓焊节点在1994年美国的北岭地震和1995年日本的阪神地震中，发生了大量的脆性断裂，严重影响了钢结构的抗震性能的发挥。震后，以美国、日本为主的各国进行了大量研究:一方面，提出了多种改进节点的形式，但是这些节点基本仍都是通过梁端形成塑性铰进行耗能，震后结构难以修复；另一方面，为了避免现场焊接质量难以保障等问题，螺栓连接受到重视，而通常采用的端板或T形件均是通过轧制钢材制作，其形状的规格化限制了连接件延性和耗能能力的发挥。[0004]如图1所示，梁柱端板连接节点的连接端板板件具有一定的柔性，梁端弯矩作用产生的拉力经上翼缘通过高强螺栓传递给端板，外伸端板在较大拉力作用下会发生一定的弯曲变形,此时端板对于螺栓的作用相当于杠杆,端板由于弯曲变形的挤压产生接触力。该接触力即图2所示的螺栓撬力Q。螺栓撬力是由于T形件的受拉变形在螺栓上产生的一种附加轴力。理论上螺栓的拉力为2N的一半，即Nt=N ;但由于螺栓撬力Q的存在，螺栓实际受到的拉力Nt=N+Q。因此，在杠杆作用的影响下，高强螺栓收到的拉力大于理论计算值，很可能造成螺栓承载力不足而破坏。因此，需要研制便于替换修复、延性和耗能能力优越的一种用于钢结构梁柱连接的铸钢模块化连接件。
[0005]本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种在保证连接强度和刚度基础上具有良好的延性和耗能能力并且震后方便替换的用于钢结构梁柱连接的铸钢模块化连接件以及含有该种铸钢模块化连接件的钢结构梁柱连接节点。[0006]为达到上述目的，本发明的解决方案是:
[0007]本发明首先提供一种用于钢结构梁柱连接的铸钢模块化连接件，包括:与钢柱固定连接的竖肢和与钢梁固定连接的横肢，竖肢和横肢一体浇筑成横向放置的T型结构，竖肢包括两块平行设置的端部板以及分别与两块端部板相连的开圆弧孔板，开圆弧孔板和端部板的厚度相同并排列在相同的平面上，开圆弧孔板包含结合板和排列在结合板两侧的多个沙漏型组件，结合板的中间部分与横肢固定相连，沙漏型组件的一端与端部板的侧面相连并且另一端与结合板的侧面相连。
[0008]上述沙漏型组件的端部宽度和高度之比为3?4:5，沙漏型组件的中央宽度和端部宽度之比为I?2:5。
[0009]上述结合板的中间部分与横肢通过圆弧过渡连接，圆弧的半径为15?30mm。上述结合板的长度不小于多个沙漏型组件的端部宽度之和并且不大于横肢的长度。[0010]上述铸钢模块化连接件，还包括分别设置在开圆弧孔板的两侧的两块矩形板，矩形板沿自身长度方向的两端分别与两块端部板相连，矩形板和端部板的厚度相同并且排列在相同的平面上。进一步地，两块矩形板的宽度与结合板的长度之和小于端部板沿矩形板短边方向的长度。更进一步地，矩形板与端部板通过圆角过渡相连。
[0011]上述端部板沿自身长度方向开设有多个第一类螺栓孔，端部板通过多个贯穿第一类螺栓孔的第一类螺栓与钢柱相连，横肢上开设有多个第二类螺栓孔，横肢通过多个贯穿第二类螺栓孔的第二类螺栓与钢梁相连。进一步地，第一类螺栓和第二类螺栓为高强螺栓。
[0012]本发明还提供一种钢结构梁柱连接节点，包括钢柱、钢梁、用于连接钢梁的上翼缘和钢柱的柱翼缘的上连接件以及用于连接钢梁的下翼缘和柱翼缘的下连接件，上连接件和下连接件均为上面提及的铸钢模块化连接件，上连接件的横肢与上翼缘相连并且其竖肢与柱翼缘相连，下连接件的横肢与下翼缘相连并且其竖肢与柱翼缘相连。
[0013]由于采用上述方案，本发明的有益效果是:
[0014]首先，开圆弧孔板由结合板和多个沙漏型组件构成，每个沙漏型组件的一端与端部板的侧面相连并且另一端与结合板的侧面相连，相邻两个沙漏型组件之间形成镂空，在地震中，沙漏型组件易发生塑性变形，消耗地震输入结构的能量，使得钢柱和钢梁基本维持在弹性状态而不发生损坏，从而有效地保护了主体结构，起到了抗震效果。
[0015]另外，铸钢模块化连接件的竖肢和横肢分别与钢柱和钢梁通过螺栓连接，可以容易地安装和拆卸，当原铸钢模块化连接件受损后，只需要将其拆卸并更换上新的铸钢模块化连接件即可重新恢复抗震性能，因此能够实现震后的快速修复并且有效地节约了维修成本。
[0016]最后，整个铸钢模块化连接件是通过铸钢工艺一体浇筑而成，不含有焊缝，冲击韧性高、质量易于保证。



[0017]图1为现有技术的梁柱外伸式端板连接节点的立体图。
[0018]图2为现有技术的受拉螺栓的撬力示意图。
[0019]图3为本发明实施例的用于钢结构梁柱连接的铸钢模块化连接件的立体图。
[0020]图4为本发明实施例的用于钢结构梁柱连接的铸钢模块化连接件的后视立体图。
[0021]图5为本发明实施例的用于钢结构梁柱连接的铸钢模块化连接件的主视图。
[0022]图6为本发明实施例的用于钢结构梁柱连接的铸钢模块化连接件的后视图。
[0023]图7为本发明实施例的钢结构梁柱连接节点的立体图。
[0024]图8为本发明实施例的钢结构梁柱连接节点的主视图。
[0025]图9为本发明实施例的钢结构梁柱连接节点的左视图。
[0026]图10为本发明实施例的含有钢筋混凝土楼板的钢结构梁柱连接节点的立体图。
[0027]图11为本发明实施例的含有钢筋混凝土楼板的钢结构梁柱连接节点的主视图。
[0028]图12为本发明实施例的含有钢筋混凝土楼板的钢结构梁柱连接节点的左视图。
[0029]附图标记:
[0030]竖肢1、横肢2、开圆弧孔板3、矩形板4、第一类螺栓孔5、端部板6、铸钢模块化连接件7、沙漏型组件8、柱翼缘9、下翼缘10、圆角11、上翼缘12、第二类螺栓孔13、钢柱14、钢梁15、第一类螺栓16、第二类螺栓17、结合板18、钢筋混凝土楼板19、上连接件20、下连接件21和钢结构梁柱连接节点22。

[0031]以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
[0032]实施例
[0033]本实施例提供了一种用于钢结构梁柱连接的铸钢模块化连接件，用于对由钢柱和钢梁组成的梁柱结构提供抗震支承。钢梁与水平地面平行，钢柱与水平地面垂直。如图3所示，用于钢结构梁柱连接的铸钢模块化连接件7包括与钢柱固定连接的竖肢I和与钢梁固定连接的横肢2，竖肢I和横肢2采用铸钢工艺一体浇筑成横向放置的T型结构，这样，竖肢I和横肢2的连接处不含有焊缝，使得铸钢模块化连接件冲击韧性高、质量易于保证。该铸钢模块化连接件关于横肢2沿自身厚度方向的中心平面以及横肢2沿自身宽度方向的中心平面是对称的。
[0034]如图3和图4所示，竖肢I包括两块平行设置的端部板6、一块开圆弧孔板3和两块矩形板4。
[0035]开圆弧孔板3位于两块端部板6之间并且分别与这两块端部板6相对向的两个侧面相连。开圆弧孔板3由一块结合板18和排列在该结合板18两侧的多个沙漏型组件8构成。
[0036]结合板18外形为长方体，其中间部分与横肢2通过圆弧过渡连接，圆弧的半径可以为15?30mm。因为竖肢I和横肢2 —体烧筑成型,所以结合板18和横肢2之间没有焊缝。如图5和图6所不，结合板18的长度L3 —般不大于横肢2的长度Q。
[0037]沙漏型组件8的一端与端部板6的侧面相连并且另一端与结合板18的侧面相连。如图6所示，沙漏型组件8的宽度从中央到端部按照一定趋势逐渐增大，因此相邻两个沙漏型组件8之间形成镂空。每个沙漏型组件8的中央宽度W1为25mm，端部宽度W2为75mm，高度H为100mm，中央宽度W1和端部宽度W2之比为1: 3，中央宽度W1和高度H之比为1:4，端部宽度W2和高度H之比为3:4。另外，沙漏型组件8的中央宽度W1和端部宽度W2之比也可以在I?2:5之内，端部宽度W2和高度H之比也可以在3?4:5之内。沙漏型组件8的数量根据实际工程要求确定，最终应保证位于结合板18 —侧的所有沙漏型组件8的端部宽度W2之和不大于结合板18的长度L3。沙漏型组件8的易发生塑性变形的性质使开圆弧孔板3具有很强的延性变形能力和稳定高效的耗能能力。一旦发生地震，沙漏型组件8发生的塑性变形能够消耗地震输入结构的能量，同时也降低了螺栓撬力，使得钢柱和钢梁基本维持在弹性状态而不发生损坏，从而有效地保护了主体结构，取得了比传统梁柱连接更优越的抗震效果。
[0038]两块矩形板4分别设置在开圆弧孔板3的两侧，每块矩形板4沿自身长度方向的两端又分别与两块端部板6通过圆角11过渡相连。如图6所示，两块矩形板4的宽度％之和与结合板18的长度L3之和小于端部板6沿矩形板4短边方向的长度L2。如图3所示，矩形板4的厚度T1、开圆弧孔板3的厚度T3以及端部板6的厚度T2均相同并且三者排列在相同的平面上。因为竖肢I整体是一体浇铸成型的，所以矩形板4与端部板6之间也没有焊缝。[0039]如图3和图6所示，端部板6外形为长方体，其沿自身长度方向(X方向)开设有多个第一类螺栓孔5。横肢2上开设有多个第二类螺栓孔13。第一类螺栓孔5和第二类螺栓孔13通过机械加工制作。
[0040]如图7、图8和图9所示，本实施例还提供了一种钢结构梁柱连接节点22，包括钢柱14、钢梁15、用于连接钢梁14的上翼缘12和钢柱14的柱翼缘9的上连接件20以及用于连接钢梁15的下翼缘10和柱翼缘9的下连接件21。其中，上连接件20和下连接件21均为上面提及的铸钢模块化连接件7。上连接件20的端部板通过多个贯穿第一类螺栓孔5的第一类螺栓16与钢柱14的柱翼缘9相连，其横肢通过多个贯穿第二类螺栓孔13的第二类螺栓17与钢梁15的上翼缘12相连。下连接件21的端部板通过多个贯穿第一类螺栓孔5的第一类螺栓16与钢柱14的柱翼缘9相连，其横肢通过多个贯穿第二类螺栓孔13的第二类螺栓17与钢梁15的下翼缘10相连。第一类螺栓16和第二类螺栓17均为高强螺栓。
[0041]如图10、11和12所示，在施工过程中，当上连接件20和下连接件21与钢梁15和钢柱14分别连接完毕后，再在钢梁15的上翼缘12周围浇筑钢筋混凝土楼板19。
[0042]在上述的钢结构梁柱连接节点22中，钢梁14的上翼缘12和下翼缘10分别通过上连接件20和下连接件21与钢柱14的柱翼缘9相连，当发生地震时，钢梁14的靠近柱翼缘9的端部将以钢梁14的上翼缘12或下翼缘10与柱翼缘9的交点为转动中心，因为上连接件20和下连接件21具有良好的延性变形能力，能够通过重复受拉变形来耗散地震输入结构的能量，保证了钢梁14端部的转动能力，从而使得钢柱14、钢梁15基本保持弹性状态，结构上不易损坏。在地震的往复作用下，上连接件20和下连接件21都将发生塑性变形，在地震后，只要替换模块化的铸钢模块化连接件7便可修复钢结构梁柱连接节点，使其恢复抗震性能。
[0043]本实施例中的铸钢模块化连接件可以在对抗震性能要求较高的装配式钢框架结构中使用，更适合用于对抗震性能要求高而节点修复时间相对宽松的结构中。
[0044]上述的对实施例的描述是为便于该【技术领域】的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。