CN102758499A - 一种震后可恢复功能的预制预应力钢梁 - Google Patents

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一种震后可恢复功能的预制预应力钢梁，属于建筑结构领域。所述钢梁包括中间梁段、位于中间梁段两端的短梁段、连接装置和耗能装置，所述中间梁段包括中间梁段腹板和连接在中间梁段腹板边缘的中间梁段翼缘；所述短梁段包括短梁段腹板和连接在短梁段腹板边缘的短梁段翼缘；所述连接装置是指用于连接中间梁段和短梁段的连接装置，包括连接竖板、预应力拉索；所述耗能装置包括中间梁段腹板两侧的槽钢和高强度螺栓；当地震作用达到一定程度时，中间梁段与连接竖板的接触面脱开，高强度螺栓摩擦耗能，从而避免了梁柱等主体构件的损坏。地震作用后，结构在预应力作用下恢复到原先的竖向位置。

Description

一种震后可恢复功能的预制预应力钢梁
技术领域：
本发明专利涉及一种钢结构体系，尤其是建筑结构领域应用的一种可恢复功能的预制预应力梁钢框架抗震结构体系。 
背景技术
钢框架梁柱节点刚接节点广泛应用于抗震钢结构中，传统的钢框架梁柱刚接节点分为两种形式，第一种为栓焊混合连接，这种连接方式为梁翼缘与钢柱翼缘采用工地焊接，梁腹板与拼接板通过高强螺栓连接，拼接板与钢柱翼缘工厂焊接；第二种为焊接短梁式，这种连接形式为短梁与钢柱在工厂全焊连接，短梁与框架梁在工地栓焊混合连接或全栓连接。但是这两种梁柱节点震后因梁端焊缝得不到保护容易发生脆性破坏，近年来广泛研究的加强和削弱等改进型钢框架梁柱节点能够达到强震时塑性铰外移的目的，保护了梁端焊缝而不发生脆性破坏，但在强震过后，钢框架都会产生较大的残余变形，结构和构件变形较大，震后难以修复或修复成本大大增加。人们重新审视并寻求更好的结构体系，提出了可恢复功能的钢框架梁柱节点的结构体系，其基本构成包括框架梁、柱、预应力构件、耗能装置，其中框架梁通过水平设置的预应力拉索和框架柱连接在一起。当地震作用达到一定程度时，梁柱的接触面张开，耗能装置耗能，从而避免了梁柱等主体构件的损坏。地震作用后，结构在预应力作用下恢复到原先的竖向位置。研究表明这种震后可恢复功能的钢框架体系克服了传统钢结构梁柱节点和改进型梁柱节点的不足，能够避免现场焊接，发挥预应力钢 结构的优势，在强震发生后控制结构损伤，减少或消除结构残余变形，震后结构容易修复。但是现有可恢复功能钢框架体系中需要现场张拉预应力拉索，不但会增加钢框架的施工难度，而且延长了钢框架的施工时间，因此在一定程度上阻碍了可恢复功能钢框架结构体系在实际工程中的应用。 
发明内容
本发明的目的在于克服了传统钢框架梁柱节点、改进型梁柱节点和现有震后可恢复功能的钢框架体系的上述缺陷，提出了一种新型震后可恢复功能的预制预应力钢梁，该梁在中震或大震后结构可以恢复原有功能。同时实现了现场不需要张拉预应力拉索，只需像普通钢梁一样采用栓焊混合连接方法与框架柱相连，从而减小了施工难度，提高了施工质量且减少了施工时间。 
为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案： 
一种震后可恢复功能的预制预应力钢梁，包括中间梁段、位于中间梁段两端的短梁段、连接装置和耗能装置，其特征在于：所述中间梁段包括中间梁段腹板1和连接在中间梁段腹板1边缘的中间梁段翼缘2；所述短梁段包括短梁段腹板3和连接在短梁段腹板3边缘的短梁段翼缘4；用于连接中间梁段和两个短梁段的连接装置，包括连接竖板5、预应力拉索6；所述耗能装置包括中间梁段腹板1两侧的槽钢7和高强度螺栓8；连接竖板5一面与短梁段腹板3和短梁段翼缘4焊接，另一面与中间梁段腹板1两侧的槽钢7焊接；中间梁段腹板1与高强度螺栓8对应位置设置长孔，中间梁段腹板1两侧的槽钢7 之间通过穿过中间梁段腹板1的高强度螺栓8连接；中间梁段两侧的连接竖板5之间沿中间梁段腹板1穿施加了预应力的预应力拉索(6)，通过预应力拉索6将两根焊有连接竖板的短梁段与中间梁段连接在一起，形成一整根预制预应力钢梁。 
所述震后可恢复功能的预制预应力钢梁与框架柱9连接方式为短梁段腹板3通过拼接板10和高强螺栓11与框架柱9连接，短梁段翼缘4通过焊接与框架柱9连接，框架柱9在与短梁段翼缘4齐平位置设置柱加劲肋12，详见附图3。 
所述短梁腹板3厚度与中间梁段腹板1厚度相同或不相同。 
所述短梁翼缘4厚度与中间梁段翼缘2厚度相同或不相同。 
所述槽钢7与中间梁段腹板2之间夹有用来保证摩擦系数黄铜片，或其他用于保证摩擦系数的措施。 
所述框架柱9的截面为H型、箱型或其他截面。 
所述钢梁、钢柱材料为Q235、Q345普通强度等级钢材、或采用Q420以上高性能钢材。 
连接竖版5采用加强刚度的措施。 
一种震后可恢复功能的预制预应力钢梁的安装工艺，步骤如下： 
1）将连接竖板5一面与短梁段腹板3和短梁段翼缘4焊好，另一面与两槽钢7焊好； 
2）中间梁段腹板1与高强度螺栓8对应位置设置长孔，两槽钢7与中间梁段腹板1通过高强度螺栓8连接； 
3）在两连接竖板5之间沿中间梁段腹板1穿预应力拉索6， 对预应力拉索6施加预应力，将两根焊有连接竖板的短梁段与中间梁段连接在一起，形成一整根预制预应力钢梁。 
当地震作用达到一定程度时，中间预应力梁段与连接竖板5的接触面脱开（详见附图6），高强度螺栓8摩擦耗能，从而避免了梁柱等主体构件的损坏。地震作用后，结构在预应力作用下恢复到原先的竖向位置，恢复了结构原有功能。（详见附图1） 
本发明可以取得如下有益效果： 
带有震后可恢复功能的预制预应力钢梁的钢框架结构体系可以实现地震后恢复其原有功能，同时预应力钢梁全部在工厂制作，在施工现场只需像普通钢梁一样的方法通过栓焊混合方法安装预应力钢梁，现场无需张拉预应力拉索，方便了施工、提高了施工质量，最重要的是大大减少了施工时间。 
附图说明
图1是本发明专利震后可恢复功能的预制预应力钢梁； 
图2是本发明专利震后可恢复功能的预制预应力钢梁的三维图； 
图3是本发明专利震后可恢复功能的预制预应力钢梁及其组成框架结构体系形式； 
图4是本发明专利震后可恢复功能的预制预应力钢梁及其组成框架结构体系三维整体图； 
图5是本发明专利震后可恢复功能的预制预应力钢梁与框架柱连接细部的三维图；
图6是当地震作用达到一定程度时，中间预应力梁段与连接竖板5的接触面脱开的情况。 
图7是本发明专利震后可恢复功能的预制预应力钢梁中的连接竖板5； 
图8是本发明专利震后可恢复功能的预制预应力钢梁中的预应力拉索6； 
图9是本发明专利震后可恢复功能的预制预应力钢梁中的槽钢7； 
图10是本发明专利震后可恢复功能的预制预应力钢梁中的用于连接框架柱9和短钢梁腹板3拼接板10； 
图中：1、中间梁段腹板；2、中间梁段翼缘；3、短梁段腹板；4、短梁段翼缘；5、连接竖板；6、预应力拉索；7、槽钢；8、高强度螺栓；9、框架柱；10、拼接板；11、高强螺栓；12、柱加劲肋。 
具体实施方式：
如图1-9所示，本发明的一种震后可恢复功能的预制预应力钢梁，包括中间梁段、两端短梁段、连接装置和耗能装置，所述中间梁段包括中间梁段腹板1和中间梁段翼缘2；所述短梁段包括短梁段腹板3和短梁段翼缘4；所述连接装置是指中间梁段与两短梁段之间的连接装置，包括连接竖板5、预应力拉索6；所述耗能装置包括两个槽钢7和高强度螺栓8（详见附图1）。 
所述预制预应力钢梁在工厂安装工艺如下： 
1）将连接竖板5一面与短梁段腹板3和短梁段翼缘4焊好，另一面与两槽钢7焊好； 
2）两槽钢7与中间梁段腹板1通过高强度螺栓8连接，中间梁段腹板1与高强度螺栓8对应位置设置长孔； 
3）在两连接竖板5之间沿中间梁段腹板1穿预应力拉索6，对预应力拉索6施加预应力，将两根焊有连接竖板的短梁段与中间梁段连接在一起，形成一整根预制预应力钢梁。 
所述震后可恢复功能的预制预应力钢梁与框架柱9连接方式：短梁段腹板3通过拼接板10和高强螺栓11与框架柱9连接，短梁段翼缘4通过焊缝与框架柱9连接，框架柱在与短梁段翼缘4齐平位置设置柱加劲肋12（详见附图3）。 
当地震作用达到一定程度时，中间预应力梁段与连接竖板5的接触面脱开（详见附图6），高强度螺栓8摩擦耗能，从而避免了梁柱等主体构件的损坏。地震作用后，结构在预应力作用下恢复到原先的竖向位置，恢复了结构原有功能（详见附图3）。 

Claims (9)

1.一种震后可恢复功能的预制预应力钢梁，包括中间梁段、位于中间梁段两端的短梁段、连接装置和耗能装置，其特征在于：所述中间梁段包括中间梁段腹板（1）和连接在中间梁段腹板（1）边缘的中间梁段翼缘（2）；所述短梁段包括短梁段腹板（3）和连接在短梁段腹板（3）边缘的短梁段翼缘（4）；用于连接中间梁段和两个短梁段的连接装置，包括连接竖板（5）、预应力拉索（6）；所述耗能装置包括中间梁段腹板（1）两侧的槽钢（7）和高强度螺栓（8）；连接竖板（5）一面与短梁段腹板（3）和短梁段翼缘（4）焊接，另一面与中间梁段腹板（1）两侧的槽钢（7）焊接；中间梁段腹板（1）与高强度螺栓（8）对应位置设置长孔，中间梁段腹板（1）两侧的槽钢（7）之间通过穿过中间梁段腹板（1）的高强度螺栓（8）连接；中间梁段两侧的连接竖板（5）之间沿中间梁段腹板（1）穿施加了预应力的预应力拉索(6)，通过预应力拉索（6）将两根焊有连接竖板的短梁段与中间梁段连接在一起，形成一整根预制预应力钢梁。
2.根据权利要求1所述的一种震后可恢复功能的预制预应力钢梁，其特征在于：所述震后可恢复功能的预制预应力钢梁与框架柱（9）连接方式为短梁段腹板（3）通过拼接板（10）和高强螺栓（11）与框架柱（9）连接，短梁段翼缘（4）通过焊接与框架柱（9）连接，框架柱（9）在与短梁段翼缘（4）齐平位置设置柱加劲肋（12）。
3.根据权利要求1所述的一种震后可恢复功能的预制预应力钢梁，其特征在于：所述短梁腹板（3）厚度与中间梁段腹板（1）厚度相同或不相同。
4.根据权利要求1所述的一种震后可恢复功能的预制预应力钢梁，其特征在于：所述短梁翼缘（4）厚度与中间梁段翼缘（2）厚度相同或不相同。
5.根据权利要求1所述的一种震后可恢复功能的预制预应力钢梁，其特征在于：所述槽钢（7）与中间梁段腹板（2）之间夹有用来保证摩擦系数黄铜片，或其他用于保证摩擦系数的措施。
6.根据权利要求1所述的一种震后可恢复功能的预制预应力钢梁，其特征在于：所述框架柱（9）的截面为H型、箱型或其他截面。
7.根据权利要求1所述的一种震后可恢复功能的预制预应力钢梁，其特征在于：所述钢梁、钢柱材料为Q235、Q345普通强度等级钢材、或采用Q420以上高性能钢材。
8.根据权利要求1所述的一种震后可恢复功能的预制预应力钢梁，其特征在于：连接竖版（5）采用加强刚度的措施。
9.权利要求1至权利要求8任一权利要求所述的一种震后可恢复功能的预制预应力钢梁的安装工艺，其特征在于：步骤如下：
1）将连接竖板（5）一面与短梁段腹板（3）和短梁段翼缘（4）焊好，另一面与两槽钢（7）焊好；
2）中间梁段腹板（1）与高强度螺栓（8）对应位置设置长孔，两槽钢（7）与中间梁段腹板（1）通过高强度螺栓（8）连接；
3）在两连接竖板（5）之间沿中间梁段腹板（1）穿预应力拉索（6），对预应力拉索（6）施加预应力，将两根焊有连接竖板的短梁段与中间梁段连接在一起，形成一整根预制预应力钢梁。
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