CN104100017B - 易修复偏心支撑框架体系 - Google Patents

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本发明公开了一种易修复偏心支撑框架体系,包括框架柱、框架非消能梁段、支撑和框架消能梁段;所述框架消能梁段包括梁弹性部件和消能部件,所述梁弹性部件包括梁的翼缘和梁的完整腹板移除部分后的残余腹板;所述消能部件安装在梁移除腹板的空出位置,消能部件包括消能板、连接板和连接肋。本发明在强震作用下,通过合理设计使得消能梁段的消能部件首先进入塑性消能,而消能梁段的梁弹性部件一直保持弹性范围内,因为消能部件与梁弹性部件是通过螺栓连接,所以在震后消能部件可方便快速更换,而消能梁段的梁弹性部件无需修复,显著降低了偏心支撑框架体系在震后修复的困难,满足当前结构可快速修复。

Description

易修复偏心支撑框架体系
技术领域
本发明属于土木工程领域,涉及用于减小工程结构地震响应的一种偏心支撑结构体系。
背景技术
框架支撑结构体系分为中心支撑框架结构体系和偏心支撑框架结构体系。中心支撑在小震作用下保持弹性,能够提供较高的抗侧刚度。但是,在大震作用下中心支撑容易失稳造成刚度急剧下降。如果将普通中心支撑设计成不屈曲又会造成地震力过大且设计不够经济。中心支撑框架体系虽然增加了结构抗侧刚度,然而支撑屈曲后其性能退化,影响整体结构的抗震性能。特别是在地震作用下,中心支撑框架结构体系会由于支撑重复压屈,其抗压承载力急剧降低。
偏心支撑框架体系是指支撑至少有一端与梁连接,支撑轴线偏离梁柱交点,在梁端或跨中形成耗能梁段的结构形式。设计合理的偏心支撑框架在小震作用下处于弹性阶段,能够提供足够的抗侧刚度,其工作性能与中心支撑框架体系相似,满足规范要求的层间位移及侧移。在强震作用下,保证耗能梁段屈服先于支撑的屈曲来耗散地震能量。在偏心支撑结构体系中,耗能梁段就象结构“保险丝”,通过塑性变形有效地限制了支撑中的轴向力,使支撑不屈曲。与中心支撑钢框架相比,偏心支撑框架具有较大的结构延性,自日本阪神地震与美国北岭地震后,偏心支撑框架作为一种性能优越的消能减震结构形式,在日本、美国等多震的发达国家得到了广泛的关注,在我国的研究也处于发展阶段。如图1所示,一种偏心支撑框架体系,由框架柱1、框架非消能梁段2、支撑3和框架消能梁段4组成。
但是偏心支撑框架也存在一定的问题:(1)偏心支撑框架的耗能梁段与结构楼板相连,在地震过程中耗能梁段进入塑性耗能,而震后有一定的残余变形,如公开专利CN103741795A所述将耗能梁段整体更换会影响结构的正常使用,而且施工也较为复杂;(2)在地震中耗能梁段主要是通过腹板剪切耗能,所以一般腹板的残余变形较大,如将耗能梁段一起更换,则会有较大的浪费,不符合节能环保的要求;(3)进一步,如果仅仅更换腹板,通过焊接替换,考虑到焊接和现场施工作业的不利影响,很难进一步保证更换后腹板的耗能效果。(4)现阶段,大震过后会伴随系列强余震,如何快速恢复结构的抗震能力和使用功能,也是结构和耗能构件设计需要特别关注的问题,对于偏心支撑框架结构,更换耗能梁段显然会花费较长的时间。
发明内容
本发明为了解决偏心支撑框架结构体系在震后耗能梁段整体更换困难,花费时间较长,不能够快速恢复结构抗震性能和使用功能,提出了一种易修复偏心支撑框架体系。
本发明采用的技术方案为:一种易修复偏心支撑框架体系,包括框架柱、框架非消能梁段、支撑和框架消能梁段;所述支撑为两个,对称安装在框架柱之间的梁下面,两个支撑与梁交点之间为框架非消能梁段,支撑与梁的交点和柱之间为框架消能梁段;
所述框架消能梁段包括梁弹性部件和消能部件,所述梁弹性部件包括梁的翼缘和梁的完整腹板移除部分后的残余腹板;梁弹性部件横截面分为上下两部分:上翼缘与楼面板相接部分为一字形(仅翼缘)或T形(翼缘和部分腹板),下翼缘为T形(翼缘和部分腹板);所述消能部件安装在梁移除腹板的空出位置,消能部件包括消能板、连接板和连接肋,所述消能板沿框架消能梁段长度方向的一端或两端通过连接板、夹板与梁弹性部件的腹板拼接,或者通过连接肋与设置在梁弹性部件上的加劲肋螺栓连接。
作为优选,所述消能部件中的消能板与连接板直接对接,或者消能板和连接板共同焊接在垂直于消能板的加劲板上形成间接连接。
作为优选,所述梁弹性部件由高屈服钢材制作(如Q345钢等),消能部件中的消能板由低屈服钢材制作(如LY160钢和Q235钢等)。
作为优选,所述消能部件中的消能板是完整板或带有缝隙的板或带有孔洞的板,如条状槽、多边形孔洞等。
作为优选,所述消能部件中的消能板周围焊接有翼缘板。
作为优选,所述消能部件中的消能板内部焊接有水平或竖向加劲肋。
本发明具有以下有益效果:
1.偏心支撑框架的耗能梁段的梁弹性部件与结构楼板相连,在地震过程中梁弹性部件保持在弹性范围内,震后无需更换,显著降低了施工难度;
2.在地震后耗能梁段的塑性变形主要集中在消能部件中,而消能部件主要通过螺栓与梁弹性部件相连,震后非常容易更换,可保证快速及时恢复结构的抗震性能和使用功能;
3.在地震过程中,消能部件的消能板基本全部进入屈服,将这部分进行更换,能够实现最大的经济效益。
4.震后更换的全部消能部件在工厂制作,加工精度更容易控制,消能部件的耗能效果更佳。
5.消能部件可作为单独的消能器进行设计,不仅仅局限于原来平腹板的形式,可以结合最新的研究成果,使用更为合理可靠的消能器产品,包括摩擦型阻尼器或者形状记忆合金阻尼器等。
附图说明
图1是一种传统偏心支撑框架体系形式;
图2是本发明设置消能板前的平面图;
图3是本发明设置消能板后的平面图;
图4是本发明实施例1设置的消能板示意图;
图5是图3的A-A剖视图;
图6是图3的B-B剖视图;
图7是本发明实施例1设置的消能板连接示意图;
图8是本发明实施例2设置的连接板与消能板对接连接的消能板示意图;
图9是本发明实施例3的带有规则多边形孔洞的消能板示意图;
图10是本发明实施例4的带有规则条状孔洞的消能板示意图;
图11是本发明实施例5的带有翼缘板的消能板示意图;
图12是本发明实施例6的带有加劲肋的消能板示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
实施例1
如图2-7所示,一种易修复偏心支撑框架体系,包括框架柱1、框架非消能梁段2、支撑3和框架消能梁段4;所述的框架消能梁段4位于支撑3与梁交点和柱之间,由梁弹性部件4-1和消能部件4-2两部分组成;所述的梁弹性部件4-1是通过常规消能梁段移除部分腹板得到,消能部件4-2能够置入相应空出位置,顺着耗能梁段长度方向的两端与梁弹性部件4-1的腹板固接;所述的梁弹性部件4-1由高屈服钢材制作,消能部件4-2中的消能板4-2-2由低屈服钢材制作;所述消能部件4-2顺着耗能梁段长度方向的一端通过加劲板间接焊接平行于消能板4-2-2的连接板4-2-1,连接板4-2-1与梁弹性部件4-1腹板通过夹板5-1拼接,消能板4-2-2顺着耗能梁段长度方向的另一端焊接垂直于消能板4-2-2的连接肋4-2-3,连接肋4-2-3与梁弹性部件4-1的加劲肋5-2通过螺栓拼接。
实施例2
如图8所示:本实施例与实施例1其余部分相同,不同之处在于连接板4-2-1与消能板4-2-2直接连接。
实施例3
如图9所示:本实施例与实施例1其余部分相同,不同之处在于消能板4-2-2开有规则的多边形孔洞。
实施例4
如图10所示:本实施例与实施例1其余部分相同,不同之处在于消能板4-2-2开有条形孔洞。
实施例5
如图11所示:本实施例与实施例1其余部分相同,不同之处在于消能板4-2-2平行于消能梁段长度方向的两边焊有翼缘板6-1。
实施例6
如图12所示:本实施例与实施例1其余部分相同,不同之处在于消能板4-2-2平行于消能梁段长度方向的两边焊有翼缘板及内部焊接水平或竖向加劲肋6-2。
应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (6)

1.一种易修复偏心支撑框架体系,包括框架柱、框架非消能梁段、支撑和框架消能梁段;所述支撑为两个,对称安装在框架柱之间的梁下面,两个支撑与梁交点之间为框架非消能梁段,支撑与梁的交点和柱之间为框架消能梁段;其特征在于:
所述框架消能梁段包括梁弹性部件和消能部件,所述梁弹性部件包括梁的翼缘和梁的完整腹板移除部分后的残余腹板;梁弹性部件横截面分为上下两部分:上翼缘与楼面板相接部分为一字形或T形,下翼缘为T形;所述消能部件安装在梁移除腹板的空出位置,消能部件包括消能板、连接板和连接肋,所述消能板沿框架消能梁段长度方向的一端或两端通过连接板、夹板与梁弹性部件的腹板拼接,或者通过连接肋与设置在梁弹性部件上的加劲肋螺栓连接。
2.根据权利要求1所述的易修复偏心支撑框架体系,其特征在于:所述消能部件中的消能板与连接板直接对接,或者消能板和连接板共同焊接在垂直于消能板的加劲板上形成间接连接。
3.根据权利要求1所述的易修复偏心支撑框架体系,其特征在于:所述梁弹性部件由高屈服钢材制作,消能部件中的消能板由低屈服钢材制作。
4.根据权利要求1所述的易修复偏心支撑框架体系,其特征在于:所述消能部件中的消能板是完整板或带有缝隙的板或带有孔洞的板。
5.根据权利要求1所述的易修复偏心支撑框架体系,其特征在于:所述消能部件中的消能板周围焊接有翼缘板。
6.根据权利要求1所述的易修复偏心支撑框架体系,其特征在于:所述消能部件中的消能板内部焊接有水平或竖向加劲肋。
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