一種采用形狀記憶合金拉桿的自復(fù)位鋼連梁體系的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鋼連梁體系，尤其涉及一種采用形狀記憶合金拉桿的、具有自復(fù) 位功能的、抗震鋼連梁體系。
【背景技術(shù)】
[0002] 連梁是建筑結(jié)構(gòu)中的一種重要構(gòu)件，主要承受剪力與彎矩。在抗震結(jié)構(gòu)中，鋼連梁 一般被設(shè)計(jì)成允許發(fā)生塑性剪切變形，從而達(dá)到增加結(jié)構(gòu)延性與耗能的目的。上述塑性剪 切變形將使連梁結(jié)構(gòu)在地震后存在較大的殘余變形，修復(fù)成本較高。近年來興起自復(fù)位結(jié) 構(gòu)體系的概念，其核心是通過采用一定的裝置提供抗震結(jié)構(gòu)的自恢復(fù)力與耗能能力，達(dá)到 減小結(jié)構(gòu)震后殘余變形、免修復(fù)的目的。
[0003] 對于自復(fù)位連梁結(jié)構(gòu)而言，一般的思路是采用預(yù)應(yīng)力鋼拉索提供自恢復(fù)力、采用 角鋼或摩擦耗能裝置提供耗能能力。這種將自恢復(fù)裝置與耗能裝置分離的思路在構(gòu)造上相 對復(fù)雜，同時存在角鋼在震后需要替換、摩擦耗能裝置安裝要求高等不足?；谧詮?fù)位結(jié)構(gòu) 體系的原理，利用形狀記憶合金特有的超彈性性能，本發(fā)明提出了一種采用形狀記憶合金 拉桿的自復(fù)位鋼連梁體系。目前尚無采用形狀記憶合金拉桿的自復(fù)位鋼連梁體系。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新穎的自復(fù)位鋼連梁體系。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：一種采用形狀記憶合金拉桿的自復(fù) 位鋼連梁體系，由鋼連梁與形狀記憶合金拉桿組成，所述鋼連梁介于所需連接的主結(jié)構(gòu)構(gòu) 件之間，所述形狀記憶合金拉桿貫穿鋼連梁的全長，兩端錨固于鋼連梁所連接的主結(jié)構(gòu)構(gòu) 件上。
[0006] 進(jìn)一步地，所述形狀記憶合金拉桿在錨固前施加預(yù)拉力，在錨固后，該預(yù)拉力將使 鋼連梁與其連接的主結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間形成預(yù)壓力。
[0007] 進(jìn)一步地，所述鋼連梁與兩端的主結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間無直接焊接或螺栓連接，完全依 靠預(yù)壓力保持交界面的接觸連接。
[0008] 進(jìn)一步地，在主結(jié)構(gòu)構(gòu)件的端板上位于連梁頂端和低端的位置分別焊有限位鍵， 以防止連梁豎向滑移。
[0009] 進(jìn)一步地，在設(shè)計(jì)地震荷載下，形狀記憶合金拉桿將發(fā)生超彈性變形，鋼連梁除端 部局部接觸部位外全部處于彈性狀態(tài)，鋼連梁與其所連接的主結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間將出現(xiàn)間隙， 在荷載消失后，鋼連梁與其所連接的主結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的間隙將消除，整個連梁體系復(fù)位到 初始狀態(tài)，無全局的殘余變形。
[0010] 進(jìn)一步地，所述形狀記憶合金拉桿對稱布置于連梁的高度范圍內(nèi)。
[0011] 進(jìn)一步地，所述形狀記憶合金拉桿兩端錨固于位于主結(jié)構(gòu)構(gòu)件上的錨固板上，錨 固板的位置可根據(jù)形狀記憶合金拉桿的長度來確定，當(dāng)形狀記憶合金拉桿的長度較小時， 也可直接錨固于主結(jié)構(gòu)構(gòu)件的端板上。
[0012] 進(jìn)一步地，所述形狀記憶合金拉桿的兩端設(shè)計(jì)成螺紋形式，采用螺栓緊固的方式 施加預(yù)應(yīng)力。
[0013] 進(jìn)一步地，所述連梁的截面選擇需要保證連梁在形狀記憶合金拉桿達(dá)到最大可恢 復(fù)應(yīng)力時除端部局部接觸應(yīng)力集中部位外整體處于彈性狀態(tài)。
[0014] 進(jìn)一步地，所述形狀記憶合金拉桿的長度選擇需要保證在設(shè)計(jì)要求的連梁轉(zhuǎn)角變 形下其應(yīng)變處于可恢復(fù)的范圍內(nèi)，所述形狀記憶合金拉桿截面的選擇需要保證在設(shè)計(jì)荷載 下拉桿的應(yīng)力水平處于可恢復(fù)的范圍內(nèi)。
[0015] 本發(fā)明的有益效果是：在設(shè)計(jì)地震荷載的作用下，形狀記憶合金拉桿將發(fā)生超彈 性變形，從而提供耗能和自恢復(fù)力，鋼連梁除端部局部接觸應(yīng)力集中部位外整體處于彈性 狀態(tài)；在荷載消失后，整個連梁體系將復(fù)位到初始狀態(tài)，無全局的殘余變形，無需維修。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本發(fā)明中采用形狀記憶合金拉桿的自復(fù)位鋼連梁體系的示意圖；
[0017] 圖2為本發(fā)明中采用形狀記憶合金拉桿的自復(fù)位鋼連梁體系達(dá)到設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)角時的 變形示意圖；
[0018] 圖中，形狀記憶合金拉桿1、鋼連梁2、主結(jié)構(gòu)構(gòu)件3、主結(jié)構(gòu)構(gòu)件端板4、限位鍵5、 錨固板6、錨固裝置7、連梁端板8。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一下詳細(xì)說明。
[0020] 如圖1所示，本發(fā)明一種采用形狀記憶合金拉桿的自復(fù)位鋼連梁體系，由鋼連梁2 與形狀記憶合金拉桿1組成，所述鋼連梁2介于所需連接的主結(jié)構(gòu)構(gòu)件3之間，所述形狀記 憶合金拉桿1貫穿鋼連梁2的全長，兩端錨固于鋼連梁2所連接的主結(jié)構(gòu)構(gòu)件3上。
[0021] 所述形狀記憶合金拉桿2在錨固前施加預(yù)拉力，在錨固后，該預(yù)拉力將使鋼連梁2 與其連接的主結(jié)構(gòu)構(gòu)件3之間形成預(yù)壓力?？蓪⑿螤钣洃浐辖鹄瓧U1的兩端設(shè)計(jì)成螺紋形 式，采用螺栓緊固的方式施加預(yù)應(yīng)力，也可采用專門的錨固裝置7。
[0022] 所述鋼連梁2與兩端的主結(jié)構(gòu)構(gòu)件3之間無直接焊接或螺栓連接，完全依靠預(yù)壓 力保持交界面的接觸連接。
[0023] 在設(shè)計(jì)地震荷載下，形狀記憶合金拉桿1將發(fā)生超彈性變形，鋼連梁2除端部局部 接觸部位外全部處于彈性狀態(tài)，鋼連梁2與其所連接的主結(jié)構(gòu)構(gòu)件3之間將出現(xiàn)間隙，如圖 2所示，在荷載消失后，鋼連梁2與其所連接的主結(jié)構(gòu)構(gòu)件3之間的間隙將消除，整個連梁體 系復(fù)位到初始狀態(tài)，無全局的殘余變形。
[0024] 所述形狀記憶合金拉桿1兩端錨固于位于主結(jié)構(gòu)構(gòu)件3上的錨固板6上，錨固板 6的位置可根據(jù)形狀記憶合金拉桿1的長度來確定，當(dāng)形狀記憶合金拉桿1的長度較小時， 也可直接錨固于主結(jié)構(gòu)構(gòu)件端板4上。
[0025] 所述鋼連梁2的截面選擇需要保證連梁在形狀記憶合金拉桿1達(dá)到最大可恢復(fù)應(yīng) 力時除端部局部接觸應(yīng)力集中部位外整體處于彈性狀態(tài)。
[0026] 所述形狀記憶合金拉桿1的長度選擇需要保證在設(shè)計(jì)要求的連梁轉(zhuǎn)角變形下其 應(yīng)變處于可恢復(fù)的范圍內(nèi)，所述形狀記憶合金拉桿1截面的選擇需要保證在設(shè)計(jì)荷載下拉 桿的應(yīng)力水平處于可恢復(fù)的范圍內(nèi)。
[0027] 在主結(jié)構(gòu)構(gòu)件3的端板上位于連梁頂端和低端的位置可分別焊有限位鍵5,以防 止連梁豎向滑移。
[0028] 優(yōu)選地，所述形狀記憶合金拉桿1對稱布置于連梁的高度范圍內(nèi)。
[0029] 1、形狀記憶合金拉桿1的選擇。如圖1所示，所述鋼連梁2的長度為e，主結(jié)構(gòu)構(gòu) 件端板4高度為h，所述形狀記憶合金拉桿1安裝完畢時的長度為1。如圖2所示，所述采 用形狀記憶合金拉桿1的自復(fù)位鋼連梁體系的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)角為Yd，根據(jù)幾何關(guān)系和力的平衡關(guān) 系，所需形狀記憶合金拉桿1的長度1和截面積A分別可通過下面公式估算：
[0030]
[0031]
[0032] 其中，ε。和ε u分別為形狀記憶合金拉桿1的初始應(yīng)變和最大可恢復(fù)應(yīng)變，η為 形狀記憶合金拉桿1的數(shù)量，1為鋼連梁2的名義設(shè)計(jì)剪力，〇 y為形狀記憶合金拉桿1的 屈服應(yīng)力。
[0033] 2、鋼連梁2的截面選擇。為保證鋼連梁2在設(shè)計(jì)荷載下除端部局部接觸應(yīng)力集中 部位外整體處于彈性狀態(tài)，其截面彈性抗剪強(qiáng)度I和彈性抗彎強(qiáng)度t分別小于等于形狀記 憶合金拉桿1達(dá)到最大可恢復(fù)應(yīng)力σ u時的連梁剪力V u和連梁彎矩M u，Vu和M u可通過以下 公式估算：
[0034]
[0035]
[0036] 3、結(jié)構(gòu)的組裝。待主結(jié)構(gòu)構(gòu)件3安裝完成后，將鋼連梁2吊裝至設(shè)計(jì)位置，擱置于 下方的限位鍵5上，然后將形狀記憶合金拉桿1穿過連梁端板8、主結(jié)構(gòu)構(gòu)件端板4和錨固 板6,采用特制的螺帽將形狀記憶合金拉桿1固定于錨固板6并緊固到指定的預(yù)拉力，在形 狀記憶合金拉桿1的預(yù)拉力的作用下鋼連梁2與主結(jié)構(gòu)構(gòu)件3預(yù)壓結(jié)合在一起。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種采用形狀記憶合金拉桿的自復(fù)位鋼連梁體系，其特征在于，由鋼連梁與形狀記 憶合金拉桿組成，所述形狀記憶合金拉桿貫穿鋼連梁的全長，兩端錨固于鋼連梁所連接的 主結(jié)構(gòu)構(gòu)件上。2. 如權(quán)利要求1所述的采用形狀記憶合金拉桿的自復(fù)位鋼連梁體系，其特征在于，所 述形狀記憶合金拉桿在錨固前施加預(yù)拉力，在錨固后，該預(yù)拉力將使鋼連梁與其連接的主 結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間形成預(yù)壓力。3. 如權(quán)利要求2所述的采用形狀記憶合金拉桿的自復(fù)位鋼連梁體系，其特征在于，所 述鋼連梁與兩端的主結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間無直接焊接或螺栓連接，完全依靠權(quán)利要求2中所述的 預(yù)壓力保持交界面的接觸連接。4. 如權(quán)利要求1所述的采用形狀記憶合金拉桿的自復(fù)位鋼連梁體系，其特征在于，在 設(shè)計(jì)地震荷載下，形狀記憶合金拉桿將發(fā)生超彈性變形，鋼連梁除端部局部接觸部位外全 部處于彈性狀態(tài)，鋼連梁與其所連接的主結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間將出現(xiàn)間隙，在荷載消失后，鋼連梁 與其所連接的主結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的間隙將消除，整個連梁體系復(fù)位到初始狀態(tài)，無全局的殘 余變形。5. 如權(quán)利要求1所述的采用形狀記憶合金拉桿的自復(fù)位鋼連梁體系，其特征在于，所 述形狀記憶合金拉桿對稱布置于連梁的高度范圍內(nèi)。6. 如權(quán)利要求1所述的采用形狀記憶合金拉桿的自復(fù)位鋼連梁體系，其特征在于，所 述形狀記憶合金拉桿兩端錨固于位于主結(jié)構(gòu)構(gòu)件上的錨固板上，或直接錨固于主結(jié)構(gòu)構(gòu)件 的端板上。7. 如權(quán)利要求1所述的采用形狀記憶合金拉桿的自復(fù)位鋼連梁體系，其特征在于，所 述形狀記憶合金拉桿的兩端設(shè)計(jì)成螺紋形式，采用螺栓緊固的方式施加預(yù)應(yīng)力。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種采用形狀記憶合金拉桿的自復(fù)位鋼連梁體系，目前尚無采用形狀記憶合金拉桿的自復(fù)位鋼連梁結(jié)構(gòu)體系。本發(fā)明中的鋼連梁可以采用任何適合實(shí)際需要的截面形式與長度尺寸，形狀記憶合金拉桿貫穿鋼連梁的全長，錨固于連梁兩端的主結(jié)構(gòu)構(gòu)件上。形狀記憶合金拉桿在錨固前施加一定的預(yù)應(yīng)力，從而在鋼連梁與其所連接的主結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間形成一定的預(yù)壓力。在受到設(shè)計(jì)的地震荷載時，形狀記憶合金拉桿將發(fā)生超彈性變形，鋼連梁除端部局部接觸應(yīng)力集中部位外整體處于彈性狀態(tài)，鋼連梁與其所連接的主結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間出現(xiàn)間隙。在荷載消失后，鋼連梁與其所連接的主結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的間隙將消除，整個連梁體系復(fù)位到初始狀態(tài)，無全局的殘余變形。
【IPC分類】E04B1/98, E04C3/04
【公開號】CN105155712
【申請?zhí)枴緾N201510534481
【發(fā)明人】許賢, 羅堯治
【申請人】浙江大學(xué)
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年8月27日