CN104047367A - 一种可更换钢连梁的新型连接结构 - Google Patents

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王彦栋
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一种可更换钢连梁的新型连接结构，在消能梁段和非消能梁段连接的端部分别设置有消能梁段端板和非消能梁段端板，在消能梁段端板上设置有抗剪键，在非消能梁段端板上与消能梁段端板上的抗剪键位置对应处开设有键槽；在所述消能梁段端板和非消能梁段端板相对应的位置还开设有高强螺栓连接的螺栓孔；所述抗剪键承担消能梁段和非消能梁段连接处的剪力，所述高强螺栓承担消能梁段和非消能梁段连接处的弯矩；本发明在强震作用下传力可靠，在强震后拆卸方便，可保证消能梁段的快速更换，实现连梁的快速修复，从而提升高层建筑结构震后功能快速恢复的能力。

Description

一种可更换钢连梁的新型连接结构
技术领域
本发明涉及建筑工程和结构抗震技术领域，具体涉及一种可更换钢连梁的新型连接结构。
背景技术
高层、超高层建筑是现代城市的主要建筑形式之一，剪力墙结构或框架-剪力墙结构是高层建筑广泛采用的结构体系。连梁是剪力墙结构或框架-剪力墙结构的耗能构件，但钢筋混凝土连梁由于跨高比小，易发生剪切破坏，变形能力和耗能能力差，地震后修复困难。近年来，提出了可更换钢连梁，由跨中的可更换消能梁段(或阻尼器)和两端的非消能梁段组成，通过合理控制消能梁段(或阻尼器)和非消能梁段的承载力之比，可使强震下连梁的损伤和塑性变形集中于消能梁段(或阻尼器)，并耗散地震能量。地震后仅需更换消能梁段(或阻尼器)，便可实现连梁的修复，从而提升高层建筑结构的震后功能快速恢复能力。
消能梁段(或阻尼器)与非消能梁段之间的连接是可更换钢连梁的关键技术之一。该连接既要保证地震作用下传力可靠，又要保证震后消能梁段易于更换。钢构件常用的连接型式包括焊接与螺栓连接两种。焊接连接传力可靠，但不具有可拆卸性，不能实现地震后消能梁段(或阻尼器)的更换要求。螺栓连接具有可拆卸性，但由于连接处剪力和弯矩较大，需要布设大量的高强螺栓，而往往实际工程中由于连接面有限，螺栓排布困难，甚至无法实现。以往试验研究还表明，即使采用摩擦型高强螺栓连接，在较大的地震往复作用下，也可能发生连接处的螺栓滑移。因此，迫切需要开发一种既传力可靠、有便于更换的新型连接型式。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种可更换钢连梁的新型连接结构，在强震作用下传力可靠，在强震后拆卸方便，可保证消能梁段(或阻尼器)的快速更换，实现连梁的快速修复，从而提升高层建筑结构震后功能快速恢复的能力。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种可更换钢连梁的新型连接结构，在消能梁段1和非消能梁段2连接的端部分别设置有消能梁段端板6和非消能梁段端板7，在消能梁段1端部的消能梁段端板6上设置有抗剪键4，在非消能梁段2端部的非消能梁段端板7上与消能梁段端板6上的抗剪键4位置对应处开设有键槽5；在所述消能梁段端板6和非消能梁段端板7相对应的位置还开设有高强螺栓3连接的螺栓孔；所述抗剪键4承担消能梁段1和非消能梁段2连接处的剪力，所述高强螺栓3承担消能梁段1和非消能梁段2连接处的弯矩。
所述消能梁段1的高度小于非消能梁段2时，非消能梁段2的非消能梁段端板7的内侧设置有水平加劲肋，水平加劲肋的布设位置与消能梁段1的翼缘相对应。
所述消能梁段1和非消能梁段2连接端部分别设置的消能梁段端板6和非消能梁段端板7、消能梁段端板6上设置的抗剪键4、非消能梁段端板7上开设的键槽5分别随消能梁段1和非消能梁段2在工厂制作完成。
所述消能梁段1包括工字钢梁、金属阻尼器、摩擦阻尼器或粘弹性阻尼器。
所述抗剪键4和消能梁段端板6采用全熔透焊接，并铣去焊脚。
本发明用于可更换钢连梁的消能梁段或阻尼器与非消能梁段之间；该连接通过抗剪键传递剪力，通过高强螺栓传递弯矩，“弯剪分离”，受力明确；地震后通过拆卸连接，快速更换消能梁段(或阻尼器)，实现连梁的震损修复。本发明和现有技术相比，具有如下优点：
1.传力可靠。抗剪键传递剪力的能力大，高强螺栓可有效传递弯矩，大尺寸试件的试验表明，地震往复作用下，本发明的连接结构传力可靠，由于抗剪键与键槽楔合紧密，端板间无滑移，保证了钢连梁的整体性。
2.施工简便。端板、抗剪键、键槽等均随梁段(或阻尼器)在工厂制作完成，现场将抗剪键楔入键槽，再安装高强螺栓，现场施工快速便捷。
3.拆卸容易。强震后，拆除高强螺栓，将消能梁段(或阻尼器)沿键槽方向推出，然后将新的消能梁段(或阻尼器)沿键槽方向楔入，安装高强螺栓，便可实现连梁修复。试验表明，采用本发明的连接型式时，2个工人半小时便可完成一组消能梁段(或阻尼器)的更换。
4.经济性好。端板、抗剪键均为一般钢材，抗剪键和键槽的加工也不复杂，且本发明的连接型式使用的高强螺栓数量少，因此经济性优良。
总之，本发明在强震作用下传力可靠，在强震后拆卸方便，可保证消能梁段(或阻尼器)的快速更换，实现连梁的快速修复，从而提升高层建筑结构震后功能快速恢复的能力。
附图说明
图1为本发明的构造示意图。
图2为图1的俯视图。
图3为抗剪键和键槽的局部详图，其中图3a为抗剪键和键槽楔合前示意图，图3b为抗剪键和键槽楔合后示意图。
图4为本发明在混合联肢剪力墙钢连梁中的应用。
图5为本发明在地震力作用下的变形和受力示意图。
图6为使用本发明的消能梁段在强震后更换示意图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的详细描述。
如图1、图2和图3所示，本发明一种可更换钢连梁的新型连接结构，在消能梁段1和非消能梁段2连接的端部分别设置有消能梁段端板6和非消能梁段端板7，在消能梁段1端部的消能梁段端板6上设置有抗剪键4，在非消能梁段2端部的非消能梁段端板7上与消能梁段端板6上的抗剪键4位置对应处开设有键槽5；在所述消能梁段端板6和非消能梁段端板7相对应的位置还开设有高强螺栓3连接的螺栓孔。所述抗剪键4承担消能梁段1和非消能梁段2连接处的剪力，所述高强螺栓3承担消能梁段1和非消能梁段2连接处的弯矩。
作为本发明的优选实施方式，所述消能梁段1的高度小于非消能梁段2时，非消能梁段2的非消能梁段端板7的内侧设置有水平加劲肋，水平加劲肋的布设位置与消能梁段1的翼缘相对应，保证消能梁段1翼缘的拉力有效传递。
作为本发明的优选实施方式，所述消能梁段1和非消能梁段2连接端部分别设置的消能梁段端板6和非消能梁段端板7、消能梁段端板6上设置的抗剪键4、非消能梁段端板7上开设的键槽5分别随消能梁段1和非消能梁段2在工厂制作完成。
作为本发明的优选实施方式，所述消能梁段1为工字钢梁、金属阻尼器、摩擦阻尼器或粘弹性阻尼器。
作为本发明的优选实施方式，所述抗剪键4和消能梁段端板6采用全熔透焊接，并铣去焊脚；键槽5为端板7上直接开槽而成。
本发明的现场组装方法为：先将抗剪键4沿水平方向楔入至键槽5，再通过安装和扭紧高强螺栓3将消能梁段端板6和非消能梁段端板7完全贴合。
采用钢筋混凝土剪力墙时，可将组装好的钢连梁埋入到两侧的墙肢内；如图4所示，当采用钢骨(或钢管)混凝土剪力墙时，可将钢连梁与墙肢边缘的钢骨(或钢管)焊接，在钢连梁上方浇注混凝土楼板。
如图5所示，强震作用下，钢连梁的损伤和塑性变形集中于消能梁段(或阻尼器)1。连接处，抗剪键4传递地震引起的剪力，高强螺栓3传递地震引起的弯矩，连接处不发生地震损伤。
如图6所示，地震后，楼层可能存在残余位移，根据连梁的实际残余转角，确定新的消能梁段(或阻尼器)1的几何尺寸、抗剪键4的位置和尺寸。消能梁段(或阻尼器)1的长度可略小于原长度，抗剪键4的尺寸略小于原尺寸，以保证能顺利装入，空隙处可采用铁片填充。强震后，现场拆除连接，更换消能梁段(或阻尼器)1，实现连梁的震损修复。

Claims (5)

1.一种可更换钢连梁的新型连接结构，其特征在于：在消能梁段(1)和非消能梁段(2)连接的端部分别设置有消能梁段端板(6)和非消能梁段端板(7)，在消能梁段(1)端部的消能梁段端板(6)上设置有抗剪键(4)，在非消能梁段(2)端部的非消能梁段端板(7)上与消能梁段端板(6)上的抗剪键(4)位置对应处开设有键槽(5)；在所述消能梁段端板(6)和非消能梁段端板(7)相对应的位置还开设有高强螺栓(3)连接的螺栓孔；所述抗剪键(4)承担消能梁段(1)和非消能梁段(2)连接处的剪力，所述高强螺栓(3)承担消能梁段(1)和非消能梁段(2)连接处的弯矩。
2.根据权利要求1所述的一种可更换钢连梁的新型连接结构，其特征在于：所述消能梁段(1)的高度小于非消能梁段(2)时，非消能梁段(2)的非消能梁段端板(7)的内侧设置有水平加劲肋，水平加劲肋的布设位置与消能梁段(1)的翼缘相对应。
3.根据权利要求1所述的一种可更换钢连梁的新型连接结构，其特征在于：所述消能梁段(1)和非消能梁段(2)连接端部分别设置的消能梁段端板(6)和非消能梁段端板(7)、消能梁段端板(6)上设置的抗剪键(4)、非消能梁段端板(7)上开设的键槽(5)分别随消能梁段(1)和非消能梁段(2)在工厂制作完成。
4.根据权利要求1所述的一种可更换钢连梁的新型连接结构，其特征在于：所述消能梁段(1)为工字钢梁、金属阻尼器、摩擦阻尼器或粘弹性阻尼器。
5.根据权利要求1所述的一种可更换钢连梁的新型连接结构，其特征在于：所述抗剪键(4)和消能梁段端板(6)采用全熔透焊接，并铣去焊脚。
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