CN103088918A - 一种震后具有自复位功能的新型预应力钢框架梁柱节点 - Google Patents
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Abstract
Description
一种震后具有自复位功能的新型预应力钢框架梁柱节点
技术领域
[0001] 本发明涉及一种钢结构体系，尤其是建筑结构领域应用的一种震后具有自复位功能的新型预应力钢框架梁柱节点。
背景技术
[0002] 钢框架梁柱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栓焊混合连接和全焊连接两种形式，但是这两种梁柱节点在地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，国外学者提出了震后具有自复位功能的钢框架梁柱节点(以下称普通自复位钢框架梁柱节点)，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。研究表明这种普通自复位钢框架梁柱节点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。
[0003] 申请号为201210232785.6的中国发明专利申请提供了一种震后可恢复功能的钢框架预制预应力梁柱节点，其包括钢框架柱和短梁段、梁柱连接装置和耗能装置，所述钢框架柱包括钢柱、柱加劲肋和柱加强板，所述短梁段包括短梁段腹板、短梁段翼缘和短梁段翼缘加强板，所述梁柱连接装置包括短梁段腹板加劲肋、预应力拉索和梁端顶板。地震作用达到一定程度时，梁与柱的接触面张开，高强度螺栓摩擦耗能，避免梁柱等主体构件的损坏，但是该钢框架梁柱节点需要现场张拉预应力拉索，尤其应用于高层建筑时，需要高空作业，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自复位钢框架结构体系在实际工程中的应用。该节点可以实现地震后结构恢复其原有功能，但是短梁段与柱通过在工厂张拉预应力索完成连接，在施工现场只需像普通钢梁一样的方法通过全栓接或栓焊混合连接安装中间梁段，现场无需张拉预应力拉索，方便了施工、提高了施工质量且减少了安装时间。
[0004] 申请号为201210232390.6的中国发明专利申请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，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。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。该专利与申请号为201210232785.6的中国发明专利不同的是预应力拉索不需要穿过柱子，节点受力性能更好。
发明内容
[0005] 本发明提供一种震后具有自复位功能的新型预制预应力钢框架梁柱节点，针对上述钢框架梁柱节点的缺陷加以改进，在申请号为201210232390.6的中国发明专利的基础上一方面将耗能装置中的槽钢改为钢板，便于预应力索的布置，另一方面增加了加强装置(包括短梁腹板上横向加劲肋与纵向加劲肋)，既提高了短梁的刚度又为预应力索张拉提供了施工空间，改进后的节点在中震或大震后可以实现自动复位和恢复原有结构的功能。
[0006] 为了实现上述目的，本发明提供的一种震后具有自复位功能的新型预应力钢框架梁柱节点，包括钢框架梁和钢框架柱，所述钢框架梁包括中间梁段、短梁段、加强装置、连接装置和耗能装置；所述钢框架柱包括钢柱、柱加劲肋、柱加强板。
[0007] 优选的是，所述中间梁段包括中间梁段腹板、中间梁段翼缘，其中中间梁段翼缘连接在中间梁段腹板的边缘。
[0008] 在上述任一方案中优选的是，所述短梁段包括短梁段腹板、短梁段翼缘，其中短梁段翼缘连接在短梁段腹板的边缘。
[0009] 在上述任一方案中优选的是，所述加强装置焊接在短梁段腹板上。
[0010] 在上述任一方案中优选的是，所述加强装置包括横向加劲肋和纵向加劲肋。
[0011] 在上述任一方案中优选的是，所述连接装置包括连接竖板、预应力拉索，所述连接装置用于连接中间梁段和两个短梁段。
[0012] 在上述任一方案中优选的是，所述连接竖板的一面与短梁段腹板和短梁段翼缘及短梁段腹板两侧的纵向加劲肋焊接。
[0013] 在上述任一方案中优选的是，所述连接竖板的另一面与中间梁段腹板之间装有钢板，所述连接竖板的另一面与中间梁段腹板两侧的钢板焊接。
[0014] 在上述任一方案中优选的是，所述耗能装置包括钢板、高强度螺栓，其中钢板和高强度螺栓均位于中间梁段腹板的两侧。
[0015] 在上述任一方案中优选的是，所述中间梁段腹板与高强度螺栓对应位置设置长孔，中间梁段腹板两侧的钢板之间通过穿过中间梁段腹板的高强度螺栓连接。
[0016] 在上述任一方案中优选的是，所述在短梁段腹板横向加劲肋与另一框架柱短梁段横向加劲肋之间沿中间梁段腹板穿施加了预应力的预应力拉索，通过预应力拉索将两根焊有连接竖板的短梁段与中间梁段连接在一起，形成一整根钢框架梁。
[0017] 在上述任一方案中优选的是，所述柱加劲肋焊接在钢柱与短梁段翼缘齐平位置。
[0018] 在上述任一方案中优选的是，所述柱加强板焊接在钢柱腹板两侧对应的节点位置。
[0019] 在上述任一方案中优选的是，所述短梁段腹板通过拼接板及高强螺栓与钢柱连接。
[0020] 在上述任一方案中优选的是，所述短梁段翼缘与钢柱焊接，钢柱在与短梁段翼缘齐平位置设置柱加劲肋，钢柱腹板两侧对应节点位置设加强板。
[0021] 在上述任一方案中优选的是，所述短梁段腹板的厚度与中间梁段腹板的厚度相同。[0022] 在上述任一方案中优选的是，所述短梁段腹板的厚度与中间梁段腹板的厚度不相同
在上述任一方案中优选的是，所述短梁段翼缘的厚度与中间梁段翼缘的厚度相同。
[0023] 在上述任一方案中优选的是，所述短梁段翼缘的厚度与中间梁段翼缘的厚度不相同。
[0024] 在上述任一方案中优选的是，所述钢板与中间梁段腹板之间夹有黄铜片，所述黄铜片用于保证一定的摩擦系数。
[0025] 在上述任一方案中优选的是，所述钢板与中间梁段腹板之间采用其他用于保证摩擦系数的措施。
[0026] 在上述任一方案中优选的是，所述钢框架柱的截面为H型、箱型或其他截面。
[0027] 在上述任一方案中优选的是，所述钢框架梁、钢柱材料为普通强度等级钢材。
[0028] 在上述任一方案中优选的是，所述钢框架梁、钢柱材料为Q235。
[0029] 在上述任一方案中优选的是，所述钢框架梁、钢柱材料为Q345。
[0030] 在上述任一方案中优选的是，所述钢框架梁、钢柱材料为Q420以上高性能钢材。
[0031] 一种震后具有自复位功能的新型预应力钢框架梁柱节点的安装步骤如下:
a.将连接竖板的一面与短梁段腹板和短梁段翼缘及短梁段腹板上加强装置的纵向加劲肋焊接；
b.将连接竖板的另一面与两钢板焊接；
c.在中间梁段腹板与高强度螺栓对应位置设置长孔，在两钢板与中间梁段腹板之间夹有黄铜板并通过高强度螺栓连接；
d.在两短梁段腹板上横向加劲肋之间沿中间梁段腹板穿预应力拉索，并对预应力拉索施加预应力；
e.将两根焊有连接竖板和加强装置的短梁段与中间梁段连接在一起，形成一整根钢框架梁；
优选的是，以上步骤依次进行。
[0032] 在上述任一方案中优选的是，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，从而避免或减少了钢框架梁和柱等主体构件的损坏。
[0033] 在上述任一方案中优选的是，地震作用后，所述钢框架梁柱节点结构在预应力作用下回到原先的竖向位置，恢复结构原有的功能。
[0034] 本发明的震后具有自复位功能的新型预应力钢框架梁柱节点可以实现地震后中间梁段回到原来位置，恢复其原有的结构功能，同时钢框架梁全部在现场地面上张拉制作，避免了高空张拉预应力拉索，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钢框架梁，方便施工、提高了施工质量及安全性、同时大大减少了施工时间。
[0035] 更多操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，不再赘述。
[0036] 本发明所提供的一种震后具有自复位功能的新型预应力钢框架梁柱节点的技术方案包括上述各部分的任意组合，上述各部分组件的简单变化或组合仍为本发明的保护范围。
附图说明[0037] 图1为按照本发明的一种震后具有自复位功能的新型预应力钢框架梁柱节点的一优选实施例的预制预应力钢梁的平面结构示意图；
图2为图1所示优选实施例预制预应力钢梁的立体结构三维示意图；
图3为图1所示优选实施例的组成框架结构体系示意图；
图4为图3所示优选实施例的组成框架结构体系的立体结构三维示意图；
图5为图3所示优选实施例的预制预应力钢框架梁与钢框架柱的连接细部三维示意
图；
图6为图3所示优选实施例在地震作用达到一定程度时，中间预应力梁段与连接竖板的接触面脱开的情况示意图；
图1-图6中数字分别表示:
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、横向加劲肋 8、纵向加劲肋
9、钢板 10、高强螺栓
I1、框架柱 12、柱加劲肋 13、柱加强板 14、拼接板
15、高强螺栓
具体实施方式
[0038] 为了更好地理解本发明，下面结合附图分别详细描述按照本发明的一种震后具有自复位功能的新型预应力钢框架梁柱节点的一优选实施例。
[0039] 图1、图2分别为按照本发明的一种震后具有自复位功能的新型预应力钢框架梁柱节点的一优选实施例的预制预应力钢梁的平面结构示意图和立体结构三维示意图，本实施例中，一种震后具有自复位功能的新型预应力钢框架梁柱节点包括钢框架梁和钢框架柱，所述钢框架梁包括中间梁段、短梁段、加强装置、连接装置和耗能装置。所述中间梁段包括中间梁段腹板1、中间梁段翼缘2，其中中间梁段翼缘2连接在中间梁段腹板I的边缘。所述短梁段包括短梁段腹板3、短梁段翼缘4，其中短梁段翼缘4连接在短梁段腹板3的边缘；所述加强装置包括横向加劲肋7和纵向加劲肋8，焊接在短梁段腹板3上。所述连接装置包括连接竖板5、预应力拉索6，所述连接装置用于连接中间梁段和两个短梁段；所述连接竖板5的一面与短梁段腹板3和短梁段翼缘4及短梁段腹板3两侧的纵向加劲肋8焊接；所述连接竖板5的另一面与中间梁段腹板I两侧的钢板9焊接；所述耗能装置包括钢板9、高强度螺栓10，其中钢板9和高强度螺栓10均位于中间梁段腹板I的两侧；所述中间梁段腹板I与高强度螺栓10对应位置设置长孔，中间梁段腹板I两侧的钢板9之间通过穿过中间梁段腹板I的高强度螺栓8连接；所述短梁段腹板3通过拼接板14及高强螺栓15与钢柱连接；所述短梁段腹板3的厚度与中间梁段腹板I的厚度相同；所述钢梁的材料为Q235、Q345普通强度等级钢材。
[0040] 图3为图1所示优选实施例的组成框架结构体系示意图，本实施例中，一种震后具有自复位功能的新型预应力钢框架梁柱节点包括钢框架梁和钢框架柱11，所述钢框架梁包括中间梁段、短梁段、加强装置、连接装置和耗能装置。所述中间梁段包括中间梁段腹板1、中间梁段翼缘2，其中中间梁段翼缘2连接在中间梁段腹板I的边缘。所述短梁段包括短梁段腹板3、短梁段翼缘4，其中短梁段翼缘4连接在短梁段腹板3的边缘；所述加强装置包括横向加劲肋7和纵向加劲肋8，焊接在短梁段腹板3上。所述连接装置包括连接竖板5、预应力拉索6，所述连接装置用于连接中间梁段和两个短梁段；所述连接竖板5的一面与短梁段腹板3和短梁段翼缘4及短梁段腹板3两侧的纵向加劲肋8焊接；所述连接竖板5的另一面与中间梁段腹板I两侧的钢板9焊接；所述耗能装置包括钢板9、高强螺栓10，其中钢板9和高强度螺栓10均位于中间梁段腹板I的两侧；所述中间梁段腹板I与高强度螺栓10对应位置设置长孔，中间梁段腹板I两侧的钢板9之间通过穿过中间梁段腹板I的高强度螺栓10连接；所述短梁段腹板3通过拼接板14及高强螺栓15与钢柱连接；所述在短梁段腹板横向加劲肋7与另一钢框架柱11短梁段横向加劲肋之间沿中间梁段腹板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5的短梁段与中间梁段连接在一起，形成一整根钢框架梁；所述柱加劲肋12焊接在钢框架柱11与短梁段翼缘4齐平位置；所述柱加强板焊接在钢柱腹板两侧对应的节点位置；所述短梁段腹板3通过拼接板14及高强螺栓15与钢框架柱11连接；所述短梁段翼缘4与钢框架柱11焊接，钢框架柱11在与短梁段翼缘4齐平位置设置柱加劲肋12，钢柱腹板两侧对应节点位置设加强板；所述短梁段腹板3的厚度与中间梁段腹板I的厚度相同；，所述短梁段翼缘4的厚度与中间梁段翼缘2的厚度相同；所述钢板9与中间梁段腹板I之间夹有黄铜片，所述黄铜片用于保证一定的摩擦系数；所述钢框架柱11的截面为H型；所述钢框架梁、钢框架柱11材料为Q235、Q345普通强度等级钢材或更高级别钢材。
[0041] 图4-图5分别为图3所示优选实施例的组成框架结构体系的立体结构三维示意图和钢框架梁与钢框架柱的连接细部三维示意图；
本实施例中，一种震后具有自复位功能的新型预应力钢框架梁柱节点包括钢框架梁和钢框架柱9，所述钢框架梁包括中间梁段、短梁段、加强装置、连接装置和耗能装置。所述中间梁段包括中间梁段腹板1、中间梁段翼缘2，其中中间梁段翼缘2连接在中间梁段腹板I的边缘。所述短梁段包括短梁段腹板3、短梁段翼缘4，其中短梁段翼缘4连接在短梁段腹板3的边缘；所述加强装置焊接在短梁段腹板3上。所述连接装置包括连接竖板5、预应力拉索6，所述连接装置用于连接中间梁段和两个短梁段；所述连接竖板5的一面与短梁段腹板3和短梁段翼缘4及短梁段腹板3两侧的纵向加劲肋焊接；所述连接竖板5的另一面与中间梁段腹板I两侧的钢板9焊接；所述耗能装置包括钢板9、高强度螺栓10，其中钢板9和高强度螺栓10均位于中间梁段腹板I的两侧；所述中间梁段腹板I与高强度螺栓10对应位置设置长孔，中间梁段腹板I两侧的钢板9之间通过穿过中间梁段腹板I的高强度螺栓10连接；所述短梁段腹板3通过拼接板及高强螺栓8与钢柱连接；所述在短梁段腹板横向加劲肋7与另一钢框架柱11短梁段横向加劲肋之间沿中间梁段腹板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5的短梁段与中间梁段连接在一起，形成一整根钢框架梁；所述柱加劲肋12焊接在钢框架柱11与短梁段翼缘4齐平位置；所述柱加强板焊接在钢柱腹板两侧对应的节点位置；所述短梁段腹板3通过拼接板14及高强螺栓15与钢框架柱11连接；所述短梁段翼缘4与钢框架柱11焊接，钢框架柱11在与短梁段翼缘4齐平位置设置柱加劲肋12，钢柱腹板两侧对应节点位置设加强板；所述短梁段腹板3的厚度与中间梁段腹板I的厚度相同；，所述短梁段翼缘4的厚度与中间梁段翼缘2的厚度相同；所述钢板9与中间梁段腹板I之间夹有黄铜片，所述黄铜片用于保证摩擦系数；所述钢框架柱11的截面为H型；所述钢框架梁、钢框架柱11材料为Q235、Q345普通强度等级钢材或更高级别钢材。
[0042] 图6为图3所示优选实施例在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示意图，本实施例中，一种震后具有自复位功能的新型预应力钢框架梁柱节点包括钢框架梁和钢框架柱11，所述钢框架梁包括中间梁段、短梁段、加强装置、连接装置和耗能装置。所述中间梁段包括中间梁段腹板1、中间梁段翼缘2，其中中间梁段翼缘2连接在中间梁段腹板I的边缘。所述短梁段包括短梁段腹板3、短梁段翼缘4，其中短梁段翼缘4连接在短梁段腹板3的边缘；所述加强装置包括横向加劲肋7和纵向加劲肋8，焊接在短梁段腹板3上。所述连接装置包括连接竖板5、预应力拉索6，所述连接装置用于连接中间梁段和两个短梁段；所述连接竖板5的另一面与中间梁段腹板I两侧的钢板9焊接；所述耗能装置包括钢板9、高强度螺栓10，柱加劲肋12焊接在钢框架柱11与短梁段翼缘4齐平位置；钢框架柱11在与短梁段翼缘4齐平位置设置柱加劲肋12，钢柱腹板两侧对应节点位置设加强板；当地震力传递至预制预应力钢框架梁和钢框架柱结构体系时，且地震作用达到一定程度时，中间梁段与连接竖板5的接触面脱开，高强度螺栓10摩擦耗能，从而避免或减少钢框架梁和钢框架柱11等主体构件的损坏。地震作用后，钢框架梁和钢框架柱结构在预应力作用下回到原先的竖向位置并恢复结构原有的功能。
[0043] 图1-图6所示一种震后具有自复位功能的新型预应力钢框架梁柱节点的优选实施例的安装步骤为:a.将连接竖板的一面与短梁段腹板和短梁段翼缘及短梁段腹板上加强装置的纵向加劲肋焊接；b.将连接竖板的另一面与两钢板焊接；c.在中间梁段腹板与高强度螺栓对应位置设置长孔，在两钢板与中间梁段腹板之间夹有黄铜板并通过高强度螺栓连接；d.在两短梁段腹板上横向加劲肋之间沿中间梁段腹板穿预应力拉索，并对预应力拉索施加预应力；e.将两根焊有连接竖板和加强装置的短梁段与中间梁段连接在一起，形成一整根钢框架梁。
[0044] 更多操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，不再赘述。
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