一種新型震后易修復(fù)鋼異形柱框架結(jié)構(gòu)柱腳的制作方法
【專利摘要】一種新型震后易修復(fù)鋼異形柱框架結(jié)構(gòu)柱腳，自復(fù)位柱腳預(yù)應(yīng)力柱腳通過加強(qiáng)板來優(yōu)化柱底部的軸向與水平向的受力性能，防屈曲鋼板主要用來耗散地震能量，剪切板是防止剪力過大造成柱底的局部屈服；所述預(yù)應(yīng)力柱腳的關(guān)鍵構(gòu)件是預(yù)應(yīng)力拉桿，拉桿的作用是對柱提供預(yù)壓力使柱與梁緊密連接，從而使柱腳在承受彎矩較小時近似剛性連接，并使其具有震后自復(fù)位能力。
【專利說明】一種新型震后易修復(fù)鋼異形柱框架結(jié)構(gòu)柱腳
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新型震后易修復(fù)鋼異形柱框架結(jié)構(gòu)柱腳，屬于抗震減災(zāi)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種新型震后易修復(fù)鋼異形柱框架結(jié)構(gòu)柱腳
【背景技術(shù)】
[0002]地震中建筑的倒塌是威脅人民生命安全和造成財(cái)產(chǎn)損失最主要的原因。汶川及雅安地震表明混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能不佳，目前我國鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展迅速，尤其是預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)處于國際先進(jìn)水平，國家體育館雙向張弦結(jié)構(gòu)和北京工業(yè)大學(xué)體育館弦支穹頂結(jié)構(gòu)均創(chuàng)當(dāng)時同類結(jié)構(gòu)跨度最大世界記錄，引領(lǐng)了預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展。發(fā)揮預(yù)應(yīng)力技術(shù)優(yōu)勢，將其應(yīng)用到鋼框架節(jié)點(diǎn)上，會提高節(jié)點(diǎn)的抗震性能及自復(fù)位能力，而鋼框架節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)得好壞直接影響到鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。倘若構(gòu)件沒破壞而節(jié)點(diǎn)已經(jīng)失效，就達(dá)不到結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的初衷，更不能滿足“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)，弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)理念。
[0003]1994年I月17日，美國洛杉磯發(fā)生地震，100多幢鋼結(jié)構(gòu)建筑在梁柱節(jié)點(diǎn)部位斷裂，裂紋通常起源于梁柱節(jié)點(diǎn)焊縫。一年后，日本的阪神發(fā)生了地震，震后調(diào)查顯示，造成大部分?jǐn)嗔训母驹蛟谟诠?jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)和施工方面的問題。這兩次地震促使了學(xué)者研究和調(diào)整節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)。在1994年洛杉磯發(fā)生地震以前，多采用如圖1所示的節(jié)點(diǎn)形式。在洛杉磯地震發(fā)生前，這種節(jié)點(diǎn)造價(jià)低廉，施工方便，而且當(dāng)時普遍認(rèn)為該節(jié)點(diǎn)形式能夠較好的利用材料延性，促使梁端出現(xiàn)塑性鉸，使節(jié)點(diǎn)免于破壞，實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)，弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)思想。但是，在地震中這類節(jié)點(diǎn)形式并沒有表現(xiàn)出應(yīng)有的延性，而過早地出現(xiàn)了脆性斷裂，裂紋通常起源于梁柱節(jié)點(diǎn)焊縫。經(jīng)過分析得出造成大部分?jǐn)嗔训母驹蛟谟诠?jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)和施工方面的問題。在洛杉磯地震以后的十年，梁柱連接性能及其對鋼框架結(jié)構(gòu)的影響成為鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的重點(diǎn)研究內(nèi)容之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供了一種新型震后易修復(fù)鋼異形柱框架結(jié)構(gòu)柱腳，該柱腳可以顯著提高結(jié)構(gòu)的抗震性能，減少震后修復(fù)難度與維護(hù)費(fèi)用；是在施工過程中，先安裝頂?shù)捉卿?，然后安裝高強(qiáng)鋼拉桿并進(jìn)行張拉，在拉桿張拉力的作用下梁柱接觸面產(chǎn)生壓應(yīng)力，這種預(yù)壓應(yīng)力將為柱腳提供較大的抵抗彎矩，而梁柱接觸面的摩擦力又將為柱腳提供較大的抵抗剪力。梁端部與柱之間安裝墊板即梁柱連接板，防止梁腹板與柱直接接觸造成局部應(yīng)力過大，在梁的上下翼緣處各焊接一塊加強(qiáng)板，加強(qiáng)板可以增大梁翼緣與柱之間的接觸面，從而減小梁翼緣中的壓應(yīng)力，避免梁翼緣在壓應(yīng)力作用下局部屈服。
[0005]柱腳的初始剛度與焊接節(jié)點(diǎn)基本相當(dāng)，在層間位移角達(dá)到5%的情況下，主體結(jié)構(gòu)梁和柱仍保持彈性，高性能鋼則進(jìn)入塑性狀態(tài)以耗散能量，地震作用后柱腳可以回復(fù)到其初始位置。
[0006]預(yù)應(yīng)力的施加使鋼框架結(jié)構(gòu)能夠得到較高的安全系數(shù)。預(yù)應(yīng)力柱腳的主要優(yōu)點(diǎn):
(I)擁有自定心的能力，從而大大減小了震后殘余變形；(2)初始剛度較大與全焊接節(jié)點(diǎn)相似，相當(dāng)于剛性節(jié)點(diǎn)；(3)地震下梁柱均保持彈性，非彈性變形集中在節(jié)點(diǎn)，并通過高性能鋼的非彈性變形提供耗能機(jī)制；(4)大大降低了震后修復(fù)難度及成本。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種新型震后易修復(fù)鋼異形柱框架結(jié)構(gòu)柱腳，該結(jié)構(gòu)所涉及的梁是由型鋼構(gòu)成的雙槽鋼梁，雙槽鋼梁是由單槽鋼在梁端用梁端腹板拼接而成。
[0008]柱腳位置在異形柱與地基相連處。
[0009]本發(fā)明所述的新型震后易修復(fù)鋼異形柱框架結(jié)構(gòu)柱腳中，L形柱腳連接步驟為梁柱連接板與梁端腹板在工廠先行焊接，梁柱連接板垂直于梁端腹板，梁端腹板位于梁柱連接板的中部，其高度等于雙槽鋼梁的型鋼腹板高度，現(xiàn)場用螺栓將焊接在一起的梁柱連接板與梁端腹板固定在L形異形柱翼緣上；雙槽鋼梁分為兩根槽鋼，柱腳連接時，將兩根槽鋼一起用螺栓連接在梁端腹板上，為加強(qiáng)柱腳處梁與異形柱連接的強(qiáng)度與剛度，在雙槽鋼梁與梁柱連接板接觸處即槽鋼內(nèi)圈施加三面圍焊；另一肢與本肢相同；在L形異形柱彎矩較大的短肢內(nèi)部焊接橫向加勁肋(焊接可以在工廠加工完成，T形、十字形不需要焊接)在加勁肋上下焊接角鋼用以固定預(yù)應(yīng)力拉桿；將預(yù)應(yīng)力拉桿穿過預(yù)留孔洞，并施加預(yù)應(yīng)力，用永久錨具錨固在角鋼上；再將防屈曲板、加強(qiáng)板、以及蓋板用螺栓連接于L形異形柱翼緣處；蓋板周邊有突出圍邊，以蓋板與加強(qiáng)板絕對密實(shí)，防止潮氣入侵蓋板內(nèi)腐蝕防屈曲板；再將剪切板用螺栓與雙槽鋼梁連接。
[0010]T形柱腳與十字形柱腳連接步驟與L形相同，焊接角鋼均布置在異形柱所受彎矩較大的一肢上，另一肢不需要布置；由于T形柱腳與十字形柱腳為單面對稱或雙面對稱，不易失穩(wěn)，可以不布置加勁肋。
[0011]本發(fā)明所述的新型震后易修復(fù)鋼異形柱框架結(jié)構(gòu)柱腳中，異形柱的形式有三種，分別為L形異形柱、T形異形柱、十字形異形柱；其柱腳形式包括三種形式L形柱腳、T形柱腳、十字形柱腳；其中，L形柱腳分為A、B兩面，T形柱腳共分A、B、C三個面，十字形柱腳共四個面，但四個面均相同。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果。
[0013]1、在上述新型震后易修復(fù)鋼異形柱框架結(jié)構(gòu)柱腳中，所采用的梁都是型鋼梁，由于梁的腹部空隙較大，便于管線穿過，有效地增加了房間的凈高。
[0014]2、所述新型震后易修復(fù)鋼異形柱框架結(jié)構(gòu)柱腳，完全采用螺栓進(jìn)行現(xiàn)場裝配，取消了傳統(tǒng)的現(xiàn)場焊接方式和混凝土澆筑方式，有效的保證了施工質(zhì)量，完全避免了混凝土澆筑和鋼材焊接造成的環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場施工的“無水、無火、無塵”的三無標(biāo)準(zhǔn)，減少了火災(zāi)等危害事故的發(fā)生。本發(fā)明在構(gòu)件拆除時，可以高效的回收利用，減少了建筑垃圾，真正的實(shí)現(xiàn)了綠色環(huán)保的理念，是一種綠色的，可持續(xù)發(fā)展的鋼結(jié)構(gòu)體系。
[0015]3、所述新型震后易修復(fù)鋼異形柱框架結(jié)構(gòu)柱腳，采用預(yù)應(yīng)力自復(fù)位柱腳形式，實(shí)現(xiàn)了震后節(jié)點(diǎn)的自復(fù)位，大大減少了震后修復(fù)成本；提高節(jié)點(diǎn)的抗震性能，從而提高框架結(jié)構(gòu)體系的抗震性能。
[0016]4、本發(fā)明提出的新型震后易修復(fù)鋼異形柱框架結(jié)構(gòu)柱腳是對傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)建筑柱腳的顛覆，充分發(fā)揮了鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢。與傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)柱腳相比，它具有安全性能高，環(huán)境污染小，安全事故少和工程造價(jià)低等諸多優(yōu)點(diǎn)?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的槽鋼型鋼梁示意圖
[0018]圖2是本發(fā)明的自復(fù)位柱腳位置示意圖
[0019]圖3是本發(fā)明的L形預(yù)應(yīng)力自復(fù)位柱腳拆分示意圖
[0020]圖4是本發(fā)明的T形預(yù)應(yīng)力自復(fù)位柱腳拆分示意圖
[0021]圖5是本發(fā)明的十字形預(yù)應(yīng)力自復(fù)位柱腳拆分示意圖
[0022]圖6是本發(fā)明的L形柱示意圖
[0023]圖7是本發(fā)明的T形柱示意圖
[0024]圖8是本發(fā)明的十字形柱示意圖
[0025]圖9是本發(fā)明的L形自復(fù)位柱腳立面A分解示意圖
[0026]圖10是本發(fā)明的L形自復(fù)位柱腳立面B分解示意圖
[0027]圖11是本發(fā)明的T形自復(fù)位柱腳立面A分解示意圖
[0028]圖12是本發(fā)明的T形自復(fù)位柱腳立面B分解示意圖
[0029]圖13是本發(fā)明的T形自復(fù)位柱腳立面C分解示意圖
[0030]圖14是本發(fā)明的十字形自復(fù)位柱腳立面分解示意圖
[0031]圖中:1、雙槽鋼梁，2、蓋板，3、防屈曲板，4、加強(qiáng)板，5、剪切板，6、加勁肋，7、預(yù)應(yīng)力拉桿，8、角鋼,9、L形異形柱,10、T形異形柱,11、十字形異形柱，
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0033]如附圖1所示，所涉及的梁是由型鋼構(gòu)成的雙槽鋼梁1，雙槽鋼梁I是由單槽鋼在梁端用梁端腹板拼接而成。
[0034]如附圖2所示，柱腳位置在異形柱與地基相連處。
[0035]如附圖3-5所示，本發(fā)明所述的新型震后易修復(fù)鋼異形柱框架結(jié)構(gòu)柱腳中，L形柱腳連接步驟為梁柱連接板與梁端腹板在工廠先行焊接，梁柱連接板垂直于梁端腹板，梁端腹板位于梁柱連接板的中部，其高度等于雙槽鋼梁I的型鋼腹板高度，現(xiàn)場用螺栓將焊接在一起的梁柱連接板與梁端腹板固定在L形異形柱9翼緣上；雙槽鋼梁I分為兩根槽鋼，柱腳連接時，將兩根槽鋼一起用螺栓連接在梁端腹板上，為加強(qiáng)柱腳處梁與異形柱連接的強(qiáng)度與剛度，在雙槽鋼梁I與梁柱連接板接觸處即槽鋼內(nèi)圈施加三面圍焊；另一肢與本肢相同；在L形異形柱彎矩較大的短肢內(nèi)部焊接橫向加勁肋6 (焊接可以在工廠加工完成，T形、十字形不需要焊接)在加勁肋6上下焊接角鋼8用以固定預(yù)應(yīng)力拉桿；將預(yù)應(yīng)力拉桿7穿過預(yù)留孔洞，并施加預(yù)應(yīng)力，用永久錨具錨固在角鋼8上；再將防屈曲板3，加強(qiáng)板4，以及蓋板2用螺栓連接于L形異形柱9翼緣處；蓋板2周邊有突出圍邊，以蓋板2與加強(qiáng)板4絕對密實(shí)，防止潮氣入侵蓋板內(nèi)腐蝕防屈曲板3 ;再將剪切板5用螺栓與雙槽鋼梁I連接。
[0036]T形柱腳與十字形柱腳連接步驟與L形相同，焊接角鋼均布置在異形柱所受彎矩較大的一肢上，另一肢不需要布置，由于T形柱腳與十字形柱腳為單面對稱或雙面對稱，不易失穩(wěn)，可以不布置加勁肋6。
[0037]如附圖6-14所示，本發(fā)明所述的新型震后易修復(fù)鋼異形柱框架結(jié)構(gòu)柱腳中，異形柱的形式有三種，分別為L形異形柱9、T形異形柱10、十字形異形柱11;所述新型震后易修復(fù)鋼異形柱框架結(jié)構(gòu)柱腳，其柱腳形式包括三種形式=L形柱腳、T形柱腳、十字形柱腳；其中，L形柱腳分為A、B兩面，T形柱腳共分A、B、C三個面，十字形柱腳共四個面,但四個面均相同。
【權(quán)利要求】
1.一種新型震后易修復(fù)鋼異形柱框架結(jié)構(gòu)柱腳，其特征在于:所涉及的梁是由型鋼構(gòu)成的雙槽鋼梁(I)，雙槽鋼梁(I)是由單槽鋼在梁端用梁端腹板拼接而成； 柱腳位置在異形柱與地基相連處； L形柱腳連接步驟為梁柱連接板與梁端腹板在工廠先行焊接，梁柱連接板垂直于梁端腹板，梁端腹板位于梁柱連接板的中部，其高度等于雙槽鋼梁(I)的型鋼腹板高度，現(xiàn)場用螺栓將焊接在一起的梁柱連接板與梁端腹板固定在L形異形柱(9)翼緣上；雙槽鋼梁(I)分為兩根槽鋼，柱腳連接時，將兩根槽鋼一起用螺栓連接在梁端腹板上，為加強(qiáng)柱腳處梁與異形柱連接的強(qiáng)度與剛度，在雙槽鋼梁(I)與梁柱連接板接觸處即槽鋼內(nèi)圈施加三面圍焊；另一肢與本肢相同；在L形異形柱彎矩較大的短肢內(nèi)部焊接橫向加勁肋(6)，在加勁肋(6)上下焊接角鋼(8)用以固定預(yù)應(yīng)力拉桿；將預(yù)應(yīng)力拉桿(7)穿過預(yù)留孔洞，并施加預(yù)應(yīng)力，用永久錨具錨固在角鋼(8)上；再將防屈曲板(3)、加強(qiáng)板(4)以及蓋板(2)用螺栓連接于L形異形柱(9)翼緣處；蓋板(2)周邊有突出圍邊，以保證蓋板(2)與加強(qiáng)板(4)絕對密實(shí)，防止潮氣入侵蓋板內(nèi)腐蝕防屈曲板(3);再將剪切板(5)用螺栓與雙槽鋼梁(I)連接； T形柱腳與十字形柱腳連接步驟與L形相同，焊接角鋼均布置在異形柱所受彎矩較大的一肢上，另一肢不需要布置，由于T形柱腳與十字形柱腳為單面對稱或雙面對稱，不易失穩(wěn)，可以不布置加勁肋(6)； 異形柱的形式有三種，分別為L形異形柱(9)、T形異形柱(10)、十字形異形柱(11);所述新型震后易修復(fù)鋼異形柱框架結(jié)構(gòu)柱腳，其柱腳形式包括三種形式，L形柱腳、T形柱腳、十字形柱腳；其中，L形柱腳分為Α、Β兩面，T形柱腳共分A、B、C三個面，十字形柱腳共四個面，但四個面均相同。
【文檔編號】E04B1/58GK103669722SQ201310703496
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月19日
【發(fā)明者】高嬌嬌, 蘇經(jīng)宇, 馬東輝, 王威, 郭小東, 王志濤, 熊志陽 申請人:北京工業(yè)大學(xué)