高阻尼型鋼混凝土框架的構(gòu)造優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種高阻尼型鋼混凝土框架的構(gòu)造優(yōu)化方法。該優(yōu)化方法所涉及的構(gòu)造包括多個型鋼柱，型鋼柱上固定連接有橫向延伸的梁型鋼弧形連接段，梁型鋼弧形連接段包括等截面段、弧形削弱段及自梁型鋼翼緣削弱段到型鋼柱端依次橫向延伸的擴大段。根據(jù)橫梁端部和所述翼緣最大削弱處抗彎能力的極差，確定所述削弱段為塑性鉸的塑性鉸區(qū)。在確定的所述塑性鉸區(qū)澆注高阻尼混凝土以形成塑性鉸并提高這一部位的耗能能力。在梁型鋼弧形連接段的翼緣上根據(jù)級差，使得節(jié)點處塑性鉸外移，防止塑性鉸區(qū)的非線性變形對節(jié)點核心區(qū)的破壞，避免了核心區(qū)混凝土開裂，提高了核心區(qū)抗剪能力。
【專利說明】高阻尼型鋼混凝土框架的構(gòu)造優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種高阻尼型鋼混凝土框架的構(gòu)造優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]型鋼混凝土節(jié)點具有良好的延性和耗能能力。但在地震作用下型鋼混凝土節(jié)點的塑性鉸區(qū)一般產(chǎn)生在梁端，梁端塑性鉸區(qū)的非線性變形向節(jié)點核心區(qū)滲透容易造成梁柱連結(jié)焊縫應(yīng)力增高，引起焊縫斷裂；此外，梁端塑性鉸區(qū)的非線性變形向節(jié)點核心區(qū)的滲透作用還容易造成節(jié)點核心區(qū)混凝土開裂，降低節(jié)點核心區(qū)混凝土的抗剪能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在下文中給出關(guān)于本發(fā)明的簡要概述，以便提供關(guān)于本發(fā)明的某些方面的基本理解。應(yīng)當(dāng)理解，這個概述并不是關(guān)于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關(guān)鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細(xì)描述的前序。
[0004]本發(fā)明提供一種高阻尼型鋼混凝土框架的構(gòu)造優(yōu)化方法，用以解決現(xiàn)有型鋼混凝土節(jié)點存在節(jié)點核心區(qū)混凝土開裂，抗剪能力差的問題。
[0005]本發(fā)明提供一種高阻尼型鋼混凝土框架的構(gòu)造優(yōu)化方法，
[0006]所述高阻尼型鋼混凝土框架包括多個型鋼柱，所述型鋼柱上固定連接有橫向延伸的梁型鋼弧形連接段，所述梁型鋼弧形連接段包括自型鋼柱依次橫向延伸的擴大段、削弱段和等截面段；所述擴大段自所述削弱段至所述型鋼柱的寬度逐漸變大，所述削弱段由所述梁型鋼弧形連接段的翼緣向中心凹陷弧形削弱形成；所述弧形削弱的輪廓包括直線部及所述直線部兩端連接的弧線部；兩個對應(yīng)的所述等截面段連接有橫梁；所述型鋼柱、所述梁型鋼弧形連接段及所述橫梁外設(shè)置有箍筋；
[0007]所述高阻尼型鋼混凝土框架的優(yōu)化方法包括:根據(jù)橫梁端部和所述翼緣最大削弱處抗彎能力的極差，確定所述削弱段的弧形削弱處為塑性鉸的塑性鉸區(qū)；在確定的所述塑性鉸區(qū)澆注高阻尼混凝土以形成塑性鉸。
[0008]本發(fā)明提供的高阻尼型鋼混凝土框架的構(gòu)造優(yōu)化方法，在梁型鋼弧形連接段設(shè)置擴大段，且采用輪廓包括直線部及所述直線部兩端連接的弧線部的削弱段，使得在梁型鋼弧形連接段的翼緣上根據(jù)級差，使得節(jié)點處塑性鉸外移，防止塑性鉸區(qū)的非線性變形對節(jié)點核心區(qū)的破壞，避免了核心區(qū)混凝土開裂，提高了核心區(qū)抗剪能力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]參照下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例的說明，會更加容易地理解本發(fā)明的以上和其它目的、特點和優(yōu)點。附圖中的部件只是為了示出本發(fā)明的原理。在附圖中，相同的或類似的技術(shù)特征或部件將采用相同或類似的附圖標(biāo)記來表示。[0010]圖1為本發(fā)明實施例提供的高阻尼型鋼混凝土節(jié)點的俯視圖；
[0011]圖2為本發(fā)明實施例提供的高阻尼型鋼混凝土節(jié)點的弧形削弱輪廓圖；
[0012]圖3為本發(fā)明實施例提供的高阻尼型鋼混凝土節(jié)點的主視圖；
[0013]圖4為本發(fā)明實施例提供的高阻尼型鋼混凝土框架局部的示意圖；
[0014]圖5為本發(fā)明實施例提供的高阻尼型鋼混凝土框架的示意圖；
[0015]圖6為圖5的A-A剖視圖；
[0016]圖7為圖5的B-B剖視圖；
[0017]圖8為圖5的C-C剖視圖；
[0018]圖9為圖5的D-D剖視圖。
【具體實施方式】
[0019]下面參照附圖來說明本發(fā)明的實施例。在本發(fā)明的一個附圖或一種實施方式中描述的元素和特征可以與一個或更多個其它附圖或?qū)嵤┓绞街惺境龅脑睾吞卣飨嘟Y(jié)合。應(yīng)當(dāng)注意，為了清楚的目的，附圖和說明中省略了與本發(fā)明無關(guān)的、本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的部件和處理的表示和描述。
[0020]圖1為本發(fā)明實施例提供的高阻尼型鋼混凝土節(jié)點的俯視圖；圖2為本發(fā)明實施例提供的高阻尼型鋼混凝土節(jié)點的弧形削弱輪廓圖；圖3為本發(fā)明實施例提供的高阻尼型鋼混凝土節(jié)點的主視圖；圖4為本發(fā)明實施例提供的高阻尼型鋼混凝土框架的示意圖。如圖1-4所示，本發(fā)明實施例提供的高阻尼型鋼混凝土框架的構(gòu)造優(yōu)化方法，本方法用于優(yōu)化上述結(jié)構(gòu)的高阻尼型鋼混凝土框架。其中，另參見圖5，高阻尼型鋼混凝土框架包括多個型鋼，2，型鋼柱2上固定連接有橫向延伸的梁型鋼弧形連接段，梁型鋼弧形連接段包括自型鋼柱依次橫向延伸的擴大段、削弱段和等截面段；擴大段自所述型鋼柱至削弱段的寬度逐漸變大，也即在靠近型鋼柱的端部形成擴大端，削弱段由所述梁型鋼弧形連接段的翼緣向中心弧形削弱形成；弧形削弱的輪廓包括直線部及直線部兩端連接的弧線部；削弱段的弧形削弱處澆注有高阻尼混凝土形成塑性鉸；兩個對應(yīng)的等截面段連接有橫梁7 ;型鋼柱、梁型鋼弧形連接段及橫梁7外設(shè)置有箍筋10、13 (另參見圖6-圖9);
[0021]所述高阻尼型鋼混凝土框架的優(yōu)化方法包括:根據(jù)橫梁7端部和所述翼緣最大削弱處抗彎能力的極差，確定所述削弱段的弧形削弱處為塑性鉸的塑性鉸區(qū)；在確定的所述塑性鉸區(qū)澆注高阻尼混凝土 15以形成塑性鉸。
[0022]本發(fā)明提供的高阻尼型鋼混凝土框架的優(yōu)化方法，在梁型鋼弧形連接段的翼緣上根據(jù)級差，使得節(jié)點處塑性鉸外移，防止塑性鉸區(qū)的非線性變形對節(jié)點核心區(qū)的破壞，避免了核心區(qū)混凝土開裂，提高了核心區(qū)抗剪能力。
[0023]實際使用中，型鋼柱2及梁型鋼弧形連接段3，橫梁均可但不限于采用工字鋼。型鋼柱2外自下而上套有多個箍筋10，多個箍筋10通過縱筋11連接，在型鋼柱2的第二削弱段澆注高阻尼混凝土 12，在型鋼柱的其它位置澆注一般混凝土。橫梁7的外側(cè)，從左至右套有多個箍筋13，多個箍筋13通過縱筋14連接，在橫梁7的第一削弱段澆注高阻尼混凝土15，其它部位澆注一般混凝土。
[0024]本發(fā)明提供的高阻尼型鋼混凝土框架的優(yōu)化方法，通過計算在梁型鋼弧形連接段3的翼緣上設(shè)有弧形削弱4，使得節(jié)點處塑性鉸外移，防止塑性鉸區(qū)5 (參見圖3)的非線性變形對節(jié)點核心區(qū)的破壞，避免了節(jié)點核心區(qū)I混凝土開裂，提高了節(jié)點核心區(qū)I抗剪能力。此外，由于具有自型鋼柱2依次橫向延伸的擴大段，使得梁端部和弧形削弱4形成的削弱部位形成抗彎剛度的級差，從而進(jìn)一步使得塑性鉸區(qū)5從梁的端部轉(zhuǎn)移出去。
[0025]在上述方法中，為了避免梁端塑性鉸區(qū)的非線性變形對節(jié)點核心區(qū)造成侵害，在距離節(jié)點核心區(qū)一定距離的梁型鋼翼緣采用了弧形削弱，如圖1所示。圖1中，a為削弱部位距柱的距離a=0.5bf，可根據(jù)削弱部位塑性鉸區(qū)對梁柱連接焊縫的影響程度來確定，bf為梁型鋼翼緣的寬度。
[0026]圖2中弧形削弱4的輪廓包括直線部及所述直線部兩端連接的弧線部，且c ( 0.25bf;其中，c為弧形削弱4的深度，弧形削弱4的深度用來控制塑性鉸在梁中的位置及向節(jié)點核心區(qū)I傳遞的彎矩大小。
[0027]圖2型鋼翼緣最大削弱位置的設(shè)計參數(shù)，需要滿足公式(I)和(2)。
[0028]I ( 0.25bf;…(I)
[0029]公式(I)中，I為最大削弱部位水平段的長度，主要是控制最大應(yīng)力區(qū)的范圍，使塑性鉸在這一范圍內(nèi)充分發(fā)展，防止在這一部位產(chǎn)生應(yīng)力集中。
[0030]b=0.75hb+0.25bf; (2)
[0031]公式(2)中，b為削弱長度，主要是為了控制塑性鉸區(qū)變形的程度，其中hb為型鋼截面的高度。
[0032]為了避免在梁型鋼翼緣截面改變的部位產(chǎn)生應(yīng)力集中，本專利在這一部位采用了弧形過渡(如附圖2所示)，這一弧形過渡區(qū)為拋物線弧形過渡，這樣可以更好的避免在這一過渡區(qū)域產(chǎn)生應(yīng)力集中的現(xiàn)象，經(jīng)過反復(fù)有限元計算，本專利給出最優(yōu)的拋物線弧長的計算公式為:
[0033]
【權(quán)利要求】
1.一種高阻尼型鋼混凝土框架的構(gòu)造優(yōu)化方法，其特征在于， 所述高阻尼型鋼混凝土框架包括多個型鋼柱，所述型鋼柱上固定連接有橫向延伸的梁型鋼弧形連接段，所述梁型鋼弧形連接段包括自型鋼柱依次橫向延伸的擴大段、削弱段和等截面段；所述擴大段自所述削弱段至所述型鋼柱的寬度逐漸變大，所述削弱段由所述梁型鋼弧形連接段的翼緣向中心弧形削弱形成；所述弧形削弱的輪廓包括直線部及所述直線部兩端連接的弧線部；兩個對應(yīng)的所述等截面段連接有橫梁；所述型鋼柱、所述梁型鋼弧形連接段及所述橫梁外設(shè)置有箍筋； 所述高阻尼型鋼混凝土框架的優(yōu)化方法包括:根據(jù)橫梁端部和所述翼緣最大削弱處抗彎能力的極差，確定所述削弱段的弧形削弱處為塑性鉸區(qū)；在確定的所述塑性鉸區(qū)澆注高阻尼混凝土以形成塑性鉸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高阻尼型鋼混凝土框架的構(gòu)造優(yōu)化方法，其特征在于，根據(jù)以下參數(shù)確定所述削弱段的形狀及位置:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高阻尼型鋼混凝土框架的構(gòu)造優(yōu)化方法，其特征在于，所述優(yōu)化方法還包括: 確定梁型鋼弧形連接段靠近型鋼柱一端鋼筋混凝土的屈服彎矩、以及梁型鋼弧形連接段靠近型鋼柱一端到所述翼緣最大削弱處之間的區(qū)域的鋼筋混凝土的實際屈服彎矩； 比較所述屈服彎矩和所述實際屈服彎矩，如果所述屈服彎矩小于所述實際屈服彎矩，則增加所述區(qū)域的配筋量以使所述屈服彎矩大于所述實際屈服彎矩。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高阻尼型鋼混凝土框架的構(gòu)造優(yōu)化方法，其特征在于，所述屈服彎矩和所述實際屈服彎矩的計算、以及二者關(guān)系需滿足:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高阻尼型鋼混凝土框架的構(gòu)造優(yōu)化方法，其特征在于，在確定的所述塑性鉸區(qū)澆注高阻尼混凝土以形成塑性鉸之前，還包括:確定所述塑性鉸區(qū)的抗剪能力是否合格，如果合格，在所述塑性鉸區(qū)澆注高阻尼混凝土以形成塑性鉸； 確定所述塑性鉸區(qū)的抗剪能力是否合格包括:確定所述塑性鉸區(qū)能夠承受的最大剪力Vbfflax;根據(jù)所述橫梁的截面計算橫梁的抗剪能力Vb ;如果所述Vb大于所述Vbmax,則確定所述所述塑性鉸區(qū)的抗剪能力合格。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高阻尼型鋼混凝土框架的構(gòu)造優(yōu)化方法，其特征在于，所述VbniM所述Vb的計算、以及二者關(guān)系需滿足:
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的高阻尼型鋼混凝土框架的構(gòu)造優(yōu)化方法，其特征在于，還包括:確定所述型鋼柱與所述梁型鋼弧形連接段連接處為節(jié)點核心區(qū)，在所述節(jié)點核心區(qū)設(shè)置T形加勁肋，并將所述T形加勁肋固定連接于所述型鋼柱上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高阻尼型鋼混凝土框架的構(gòu)造優(yōu)化方法，其特征在于，沿所述型鋼柱的長度延伸方向設(shè)置所述T形加勁肋，且使所述T形加勁肋的長度延伸方向與所述型鋼柱的長度延伸方向一致。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的高阻尼型鋼混凝土框架的構(gòu)造優(yōu)化方法，其特征在于，在所述削弱段的兩側(cè)分別設(shè)置加強鋼筋，且使所述加勁肋位于所述梁型鋼弧形連接段的上下兩翼緣之間，且所述加強鋼筋沿所述梁型鋼弧形連接段及所述型鋼柱的外緣彎折延伸。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的高阻尼型鋼混凝土框架的構(gòu)造優(yōu)化方法，其特征在于，在所述型鋼柱的相對兩側(cè)均設(shè)置所述梁型鋼弧形連接段，且在所述型鋼柱與所述梁型鋼弧形連接段連接位置處的外側(cè)設(shè)置加強鋼筋，使所述加強鋼筋從兩所述梁型鋼弧形連接段之一的削弱段中部，延伸至另一所述梁型鋼弧形連接段的削弱段的中部。
【文檔編號】E04B1/30GK103835367SQ201410065356
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年2月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月25日
【發(fā)明者】張雪松 申請人:中國電力科學(xué)研究院