一种基于奥氏体SMA-钢板组及马氏体SMA棒的装配式节点制造技术

本发明专利技术公开了一种基于奥氏体SMA‑钢板组及马氏体SMA棒的装配式节点。该节点包括工字形钢梁、摩擦型高强螺栓、高强钢矩形端板、狗骨式连接钢板、奥氏体SMA狗骨式连接板、奥氏体SMA碟形弹簧、马氏体SMA棒和锚固块。所述钢梁的上下翼缘通过所述钢‑SMA狗骨式连接板组以摩擦型高强螺栓连接，所述钢梁的腹板通过马氏体SMA棒和高强矩形端板来连接。进一步，所述马氏体SMA棒的其中一端利用螺纹固定在钢梁腹板上的锚固块上，另一端使用高强螺栓螺母固定并对其施加预紧力。SMA‑钢板组增强了节点的可恢复性，马氏体SMA棒增加了节点的耗能能力，且可通过简单加热实现震后变形恢复，该节点应用于钢框架抗震将显著改善结构抗震性能，并降低修复难度、节省修复成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于奥氏体SMA-钢板组及马氏体SMA棒的装配式节点
：本专利技术属于结构工程领域，具体涉及一种基于奥氏体SMA-钢板组及马氏体SMA棒的装配式节点。
技术介绍
：在抗震结构中，钢框架传统的设计理念为了保证结构在地震下的生存，追求的是可靠的机制和稳定的能量耗散能力。因此，为了利用钢框架的延展性，通常允许梁端、柱脚和结构中的连接节点同时发生非弹性变形，以平衡强地震的能量输入。虽然这样可以实现生命安全的目标，但遵循这一理念设计的结构的大多数构件在地震中都会承受非弹性变形，且不可恢复，所以此结构具有潜在的总体经济损失。为了减小地震作用下构件的残余变形，以及解决震后修复费用高和修复难度大的问题，人们提出良好的体系不仅需要满足结构的强度、刚度以及延性和耗能的设计要求，还应该保证有一定的自复位能力，这样才能满足地震作用下结构有较小甚至没有残余变形的要求。而节点作为结构中重要的组成部分，其设计的好坏直接影响着整个结构在外荷载作用下的性能，所以通过保证节点的自复位特性来实现体系的自复位能力是可选方案之一，而实现自复位特性有施加预应力和使用具有自复位性能的智能材料两种方法。具有自复位性能的智能材料包括形状记忆合金(shapememoryalloy，简称SMA)材料，其具有优越的形状记忆效应和超弹性性能，前者是指材料在受到荷载作用发生变形后卸掉荷载通过加热材料会恢复原有的形状，后者是指材料在受到荷载作用发生变形后卸掉荷载可以自主恢复原有的形状，而这两种特性分别对应于形状记忆合金的两种相：低温相马氏体相和高温相奥氏体相，即低温相马氏体SMA滞回曲线饱满，具有良好的耗能特性，在变形后需要通过简单的加热处理恢复原有形状；高温相奥氏体SMA具有良好的超弹性特性，在变形后卸载即能自动恢复原有形状，但其耗能能力较弱。在现有的节点设计中，为了实现结构的可恢复特性，节点中大部分使用的是奥氏体SMA材料，虽然能很好的实现自复位，但由于其超弹性特性，节点的刚度降低，其耗能能力减弱，所以在地震的循环作用中，结构整体会出现很大的变形，使除了节点外的其他构件发生较大变形且不可恢复，这样不仅给人以不安全的感觉而且还会造成一定的损失。
技术实现思路
：为解决上述技术问题，本专利技术提出一种基于奥氏体SMA-钢板组及马氏体SMA棒的装配式节点。节点位于远离梁柱节点1/3梁长处，这样会减小梁柱节点连接处受到的弯矩作用，可以将钢框架中的塑性变形集中在结构的此节点上。此节点是通过马氏体和奥氏体SMA制成的碟形弹簧、棒材和狗骨式连接板等构件并且配合狗骨式连接钢板的使用来实现其自复位和耗能特性的平衡。节点通过狗骨式连接钢板和马氏体SMA棒的复合耗能来保证其他部位在变形过程中处于弹性状态，通过马氏体SMA和奥氏体SMA的可恢复特性来实现节点的可恢复性，将结构的塑性变形集中在此节点的奥氏体SMA狗骨式连接板、马氏体SMA棒、奥氏体SMA碟形弹簧处，变形后马氏体SMA棒通过加热可恢复和奥氏体SMA狗骨式连接板可自主恢复，从而既实现了节点的可恢复特性又保证了其耗能能力，降低破坏的可能性，减小震后残余变形和损失。与传统结构相比，本结构有如下创新点：(1)马氏体SMA和奥氏体SMA的使用可以实现自复位的同时使节点具有较好的耗能特性。其中，马氏体SMA棒耗能特性较好，变形后通过加热即可恢复变形，奥氏体SMA狗骨式连接板具有超弹性性能，变形后卸载即可自动恢复变形(2)奥氏体SMA狗骨式连接板和狗骨式连接钢板的结合，不仅保证了节点的耗能性能和可恢复性，而且狗骨式连接钢板还能有效地防止SMA材料由于超弹性带来不足——局部屈曲。(3)钢-SMA和板组-棒的复合使用，可以使荷载作用下的变形主要集中在SMA制成的构件上，其他构件基本处于弹性阶段，降低了破坏的可能性。(4)高强钢所制的矩形端板在梁梁拼接节点中的利用能有效地减小端板厚度，增强梁的整体性，降低节点重量。同时在高强螺栓的螺帽与高强矩形端板之间加入奥氏体SMA碟形弹簧，能够吸收沿梁方向的轴向变形，从而使高强螺栓在剪切作用下的拉力最小化。并且奥氏体SMA碟形弹簧的超弹性在受到压力时还能够提供耗能和收缩能力，从而提高其连接的循环性能。为实现上述目的，本专利技术提供技术方案如下：一种基于奥氏体SMA-钢板组及马氏体SMA棒的装配式节点，包括两个相互对接的工字形钢梁；两个工字形钢梁的翼缘的上下表面，一面通过奥氏体SMA狗骨式连接板相连，另一面通过狗骨式连接钢板相连；两个工字形钢梁的腹板均焊接有锚固块；马氏体SMA棒两端分别与两个锚固块固定；两个工字形钢梁相互临近端的腹板上焊接有端板，两个端板的横截面处通过配置有奥氏体SMA碟形弹簧的高强螺栓连接。进一步的改进，所述锚固块包括带有螺纹的锚固块和无螺纹的锚固块；两个工字形钢梁的腹板上一个焊接有带有螺纹的锚固块，另一个焊接有无螺纹的锚固块；所述马氏体SMA棒两端刻有螺纹，马氏体SMA棒一端与螺纹的锚固块螺纹连接，另一端穿过无螺纹的锚固块与锚固马氏体SMA棒的高强螺栓螺母螺纹连接。进一步的改进，当用高强螺栓螺母固定马氏体SMA棒时，对马氏体SMA棒施加预紧力，使工字形钢梁和锚固块处于受压的状态。进一步的改进，所述钢梁的翼缘、翼缘、狗骨式连接钢板和奥氏体SMA狗骨式连接板上均开有对应的圆形螺栓孔，并通过摩擦型高强螺栓连接，奥氏体SMA狗骨式连接板位于钢梁上翼缘的上侧和下翼缘的下侧，狗骨式连接钢板位于钢梁上翼缘的下侧和下翼缘的上侧。进一步的改进，所述奥氏体SMA狗骨形连接板和狗骨式连接钢板装配在马氏体SMA棒的正上方和正下方，马氏体SMA棒和奥氏体SMA狗骨式连接板发挥形状可复位特性，同时结合狗骨式连接钢板进行耗能。进一步的改进，所述端板为高强钢矩形端板；所述钢梁的腹板横截面上双面角焊有高强钢矩形端板，高强钢矩形端板上开有圆形螺栓孔，圆形螺栓孔穿过有高强螺栓，高强螺栓与高强矩形端板之间配置有奥氏体SMA碟形弹簧。进一步的改进，所述奥氏体SMA狗骨式连接板、狗骨式连接钢板相连、锚固块、马氏体SMA棒、端板均沿两个工字形钢梁的连接处对称设置。进一步的改进，所述装配式节点节点位于远离梁柱节点1/3梁长处。本专利技术具有以下有益效果：1.本专利技术使用形状记忆合金，不仅改善了地震作用下节点的脆性破坏问题，而且提高了结构在地震作用下自复位能力，改善了出现较大残余变形的问题。2.本专利技术使用形状记忆合金和钢材、棒和板组的结合，保证了结构复合耗能性能的同时优化了节点的受力特性，使SMA材料发挥其自复位特性和钢材发挥其耗能特性得到了有机的配合。3.本专利技术使用了马氏体SMA和奥氏体SMA的组合，充分利用了马氏体SMA的耗能特性和奥氏体SMA的自复位特性，使节点的耗能特性和自复位特性得到了有机的平衡。4.本专利技术方便装配化施工，加快工程进度，且节点破坏后便于更换，从而能够继续正常使用，降低了震后的修复难度和成本。5.本专利技术提出的节点关于中性轴完全对称，所以节点在正负弯矩作用下的性能一致，以承受正弯矩为例，在正弯矩作用下，连接梁下翼缘上侧的狗骨式连接钢板、连接梁下翼缘下侧的奥氏体SMA狗骨式连接板以及梁腹板下侧的马氏体SMA棒承受拉力作用，端板上的拉力本应由螺栓承担，但是为了减小螺栓所受拉力，加入了奥氏体SMA碟形弹簧，从而将轴向力本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于奥氏体SMA‑钢板组及马氏体SMA棒的装配式节点，其特征在于：包括两个相互对接的工字形钢梁；两个工字形钢梁的翼缘的上下表面，一面通过奥氏体SMA狗骨式连接板相连，另一面通过狗骨式连接钢板相连；两个工字形钢梁的腹板均焊接有锚固块；马氏体SMA棒两端分别与两个锚固块固定；两个工字形钢梁相互临近端的腹板上焊接有端板，两个端板的横截面处通过配置有奥氏体SMA碟形弹簧的高强螺栓连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于奥氏体SMA-钢板组及马氏体SMA棒的装配式节点，其特征在于：包括两个相互对接的工字形钢梁；两个工字形钢梁的翼缘的上下表面，一面通过奥氏体SMA狗骨式连接板相连，另一面通过狗骨式连接钢板相连；两个工字形钢梁的腹板均焊接有锚固块；马氏体SMA棒两端分别与两个锚固块固定；两个工字形钢梁相互临近端的腹板上焊接有端板，两个端板的横截面处通过配置有奥氏体SMA碟形弹簧的高强螺栓连接。2.根据权利要求1所述的基于奥氏体SMA-钢板组及马氏体SMA棒的装配式节点，其特征在于，所述锚固块包括带有螺纹的锚固块和无螺纹的锚固块；两个工字形钢梁的腹板上一个焊接有带有螺纹的锚固块，另一个焊接有无螺纹的锚固块；所述马氏体SMA棒两端刻有螺纹，马氏体SMA棒一端与螺纹的锚固块螺纹连接，另一端穿过无螺纹的锚固块与锚固马氏体SMA棒的高强螺栓螺母螺纹连接。3.根据权利要求2所述的基于奥氏体SMA-钢板组及马氏体SMA棒的装配式节点，其特征在于，当用高强螺栓螺母固定马氏体SMA棒时，对马氏体SMA棒施加预紧力，使工字形钢梁和锚固块处于受压的状态。4.根据权利要求1所述的基于奥氏体SMA-钢板组及马氏体SMA棒的装配式节点，其特征在于，所述钢梁的翼缘、翼缘、狗骨式连接钢板和...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯珂，邓露，朱敏，李焦丽，钟玉婷，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43