CN104594558A - 钢筋混凝土框架梁结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢筋混凝土框架梁结构，包括：立柱；钢筋组件，所述钢筋组件设置在相邻两个所述立柱之间，所述钢筋组件上构造有变形结构，所述变形结构位于或临近所述钢筋混凝土框架梁结构在竖向载荷作用下的弯矩最小处；以及加强结构，所述加强结构至少设置在所述变形结构处。根据本发明实施例的钢筋混凝土框架梁结构，通过设置变形结构且配置加强结构，从而使发生诸如地震等自然灾害时能够有效形成塑性铰，确保“强柱弱梁”的耗能机制的实现。

Description

钢筋混凝土框架梁结构

技术领域

本发明涉及土木建筑领域，尤其是涉及一种钢筋混凝土框架梁结构。

背景技术

我国是一个地震多发的国家，地震对于人民的生命和财产安全造成了巨大的威胁。通过震后调查分析发现，地震造成的损害绝大多数都是由于房屋的倒塌所引起的。因此，防止或者限制房屋在地震作用下的倒塌是抗震的关键。

结构工程经过长久以来的发展，在抗震领域发展出了众多的抗震、隔振和消能技术，其中最为基础的便是利用结构构件本身的耗能机制来抵抗地震能量，即在结构的合理位置形成塑性铰，通过塑性铰的转动来耗散地震能量。

对于钢筋混凝土结构来说，在梁端形成塑性铰是最为合理的耗能机制，因为在柱端只要形成少量的塑性铰结构便会发生倒塌，而在梁端即使形成数量较多的塑性铰，结构也能保持相对安全而不倒塌的状态。这也就是为什么要在结构设计中进行“强柱弱梁”设计。

然而现实情况往往是，由于梁端超配筋、楼板隔墙的加强作用等因素，使得梁端具有比柱端更高的强度，进而导致在地震时塑性铰常常率先出现在柱端，最后引起结构的倒塌。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。

为此，本发明提出一种钢筋混凝土框架梁结构，该钢筋混凝土框架梁结构至少能够在一定程度上形成“强柱弱梁”的耗能机制。

根据本发明实施例的钢筋混凝土框架梁结构，包括：钢筋组件，所述钢筋组件设置在相邻两个立柱之间，所述钢筋组件上构造有变形结构，所述变形结构位于或临近所述钢筋混凝土框架梁结构在竖向载荷作用下的弯矩最小处。

根据本发明实施例的钢筋混凝土框架梁结构，通过设置变形结构且配置加强结构，从而使发生诸如地震等自然灾害时能够有效形成塑性铰，确保“强柱弱梁”的耗能机制的实现。

根据发明的一个实施例，钢筋混凝土框架梁结构还包括加强结构，所述加强结构至少设置在所述变形结构处。

根据发明的一个实施例，所述钢筋组件包括上下间隔设置的至少两组。

根据发明的一个实施例，所述钢筋组件包括钢筋，所述钢筋包括钢筋本体，所述钢筋本体包括至少一段直线段和凸出所述直线段的至少一段凸起段，所述凸起段构成所述变形结构。

根据发明的一个实施例，位于上面的一组所述钢筋组件的凸起段与位于下面的一组所述钢筋组件的凸起段在竖向上彼此正对。

根据发明的一个实施例，位于上面的一组所述钢筋组件的凸起段向下凸出且位于下面的一组所述钢筋组件的凸起段向上凸出。

根据发明的一个实施例，所述钢筋组件通过箍筋固定，所述箍筋构成所述加强结构。

根据发明的一个实施例，所述凸起段处配置加密箍筋。

根据发明的一个实施例，每组所述钢筋组件包括并排间隔设置并处于同一水平高度的多个钢筋组件。

根据发明的一个实施例，所述凸起段包括：第一斜直线段和第二斜直线段，所述第一斜直线段的第一端和所述第二斜直线段的第一端相连，所述第一斜直线段的第二端与一条直线段相连且所述第二斜直线段的第二端与另一条斜直线段相连。

根据发明的一个实施例，所述第一斜直线段和第二斜直线段之间通过第一过渡段相连；所述第一斜直线段的第二端与所述一条直线段通过第二过渡段相连，所述第二斜直线段的第二端与所述另一条直线段通过第三过渡段相连。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的钢筋的示意图；

图2是根据本发明另一个实施例的钢筋的示意图；

图3是根据本发明一个实施例的钢筋的变形示意图；

图4是根据本发明实施例的钢筋组件的立体图；

图5是根据本发明实施例的钢筋混凝土框架梁结构的示意图；

图6是根据本发明另一实施例的钢筋混凝土框架梁结构的示意图；

图7是根据本发明实施例的钢筋混凝土框架梁结构的在竖向载荷和水平载荷下的弯矩对比图；

图8是根据本发明一个实施例的隔离套的立体图；

图9是隔离套内设置有凸起段的示意图；

图10是根据本发明另一个实施例的隔离套的立体图；

图11是隔离套内设置有凸起段的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面参考图1-图11详细描述根据本发明实施例的钢筋组件101(如图4且结合图5所示)，该钢筋组件101可应用于钢筋混凝土结构中。

如图4且结合图1-图3所示，根据本发明实施例的钢筋组件101包括钢筋100和隔离套104，钢筋100包括钢筋本体，钢筋本体包括至少一段直线段2和至少一段凸起段1，凸起段1相对直线段2凸出设置，换言之，凸起段1与直线段2为非共线结构。该至少一段例如多段直线段2可以共线布置，如图1和图2所示，但不限于此。

可选地，如图1所示，两个直线段2之间可以形成有一个凸起段1。或者可选地，两个直线段2之间可以形成有多个凸起段1。当然，凸起段1和直线段2还可以是交错布置的，即钢筋本体按照一个凸起段1、一个直线段2排列而成。需要说明的是，这里关于凸起段1和直线段2的排布方式的描述仅是示意性的，不能理解为是对本发明的一种限制。

根据本发明实施例的钢筋本体由于至少具有一段凸起段1，即凸出直线段2的凸起结构，因此根据本发明实施例的钢筋100也可以称之为“起波钢筋”。

该“起波钢筋”的凸起段1在受到拉力时会被拉直，因此该“起波钢筋”在具有与传统直线型钢筋相同强度的情况下，还具有比传统直线型钢筋更好的延伸变形能力，通过控制“起波”(即凸起段1)的大小、构造等还可以形成具有不同变形能力的“起波钢筋”。

相比于传统直线型钢筋而言，根据本发明实施例的具有“起波”结构的“起波钢筋”具有更好的变形能力，在发生诸如地震等自然灾害中，这种“起波钢筋”可以充分吸收能量。

结合图4、图6以及图8-图11所示，隔离套104套设在凸起段1处以将凸起段1与混凝土隔离开。通过设置隔离套104，从而能够有效防止混凝土填入“起波钢筋”的“起波”处，使得“起波钢筋”的“起波”处在地震时能够被顺利地拉直，以充分发挥其变形能力强的优点，保证梁中塑性铰的形成，提高塑性铰的可靠性，同时隔离套104还能够保证混凝土保护层不受到来自钢筋的压力，避免位于“起波钢筋”的“起波”处的混凝土开裂甚至脱落。

下面对“起波钢筋”的构造结合图1-图3的实施例进行详细描述。

对于凸起段1的形状，其直接关系到钢筋100的变形能力，在本发明的一些实施例中，如图1所示，凸起段1可以形成为大体三角形。在图2的实施例中，凸起段1也可以是圆弧形，如半圆弧形。当然，凸起段1还可以是抛物线形或其它形状。

具体地，结合图1的实施例，凸起段1包括第一斜直线段11和第二斜直线段12，第一斜直线段11的第一端111和第二斜直线段12的第一端121相连，第一斜直线段11和第二斜直线段12可成一定夹角，例如该夹角可以是30°-150°，但不限于此。第一斜直线段11的第二端112与一条直线段2(左侧的直线段2)相连，第二斜直线段12的第二端122与另一条直线段2(右侧的直线段2)相连，也就是说，如图1所示，在该三角形凸起段1的左右两侧各连接一直线段2。

进一步，如图1所示，第一斜直线段11和第二斜直线段12之间可以通过第一过渡段21相连，第一斜直线段11的第二端112与所述一条直线段2(左侧的直线段2)通过第二过渡段22相连，第二斜直线段12的第二端122与所述另一条直线段2(右侧的直线段2)通过第三过渡段23相连。由此，凸起段1与直线段2之间平滑过渡，可以有效提高钢筋100的变形能力。

作为优选的实施方式，第一过渡段21分别与第一斜直线段11和第二斜直线段12相切，第二过渡段22分别与第一斜直线段11的第二端112和所述一条直线段2(左侧的直线段2)相切，第三过渡段23分别与第二直线段2的第二端122以及所述另一条直线段(右侧的直线段2)2相切。由此，使得凸起段1与直线段2之间过渡得更加平滑，更利于提高钢筋100的变形能力。

该实施例中，如图1所示，钢筋本体可为一体结构且可通过对传统直线型钢筋加工而成。例如，钢筋本体可通过对传统直线型钢筋进行冷加工形成。由此，工艺简单、成型方便，可有效降低成本。

在本发明的另一些实施例中，如图2所示，凸起段1的两端分别连接有端部直线段13，端部直线段13的距离凸起段1较远的一端与一条直线段2通过固定连接件(如金属套筒3)进行固定。从而凸起段1与该凸起段1两端的端部直线段13可以形成“起波短钢筋”，该“起波短钢筋”的两端可各连接一直线型钢筋即直线段2，从而构成根据本发明实施例的“起波钢筋”。

该实施例中，如图2所示，固定连接件可以是金属套筒3，由此固定方便、牢靠。但本发明并不限于此，例如“起波短钢筋”与两端的直线段钢筋也可以是通过焊接或其它方式进行固定的。

结合图3所示，图3示出的是根据本发明实施例的“起波钢筋”在受到较大外力时的变形情况，从图3的示意图中我们可以清洗地看出，“起波钢筋”的变形率先发生在“起波”处(即凸起段1部分)，随着外力的变大，“起波”部分被逐渐拉直，在该部分被基本拉直后再发生普通直线型钢筋的变形形式，因此相比传统直线型钢筋，根据本发明实施例的“起波钢筋”由于多了“起波”部分被拉直的过程，因此具有比普通直线型钢筋更好的变形能力，使得这种钢筋混凝土结构在地震中能够更好地变形以吸收地震能量，有效防止建筑坍塌。

下面结合图4、图6和图8-图11对隔离套104的构造进行详细描述。

如图8-图11所示，作为优选的实施方式，凸起段1整体收纳在对应的隔离套104内，换言之，隔离套104将“起波”部分完全覆盖处，这样使得隔离套104能够有效将凸起段1与混凝土隔离开，保证凸起段1在发生诸如地震等自然灾害时能够充分变形。

在一些实施例中，如图8和图9所示，隔离套104可以为U形结构，但不限于此。例如，在另一些实施例中，如图10和图11所示，隔离套104还可以是套管状，该套管状结构可以具有但不限于椭圆形结构。

根据本发明的一些实施例，隔离套104可为FRP(纤维增强复合材料，fiber reinforcedpolymer/plastic，简称FRP)隔离套104。该FRP隔离套104可由纤维和基体经过一定的工艺复合而成，具有轻质高强、耐腐蚀等优秀特性。可选地，FRP隔离套104可以进一步为碳纤维(CFRP)隔离套104、玻璃纤维(GFRP)隔离套104或芳纶纤维(AFRP)隔离套104。

综上，根据本发明实施例的钢筋组件101，通过在“起波钢筋”的“起波”处设置用于隔离混凝土的隔离套104，使得“起波”处在受到较大外力时能够被充分拉直，保证变形能力，避免“起波”处与混凝土直接接触对混凝土产生压力而导致“起波”部分从梁上崩出，进而导致该截面出现较大的裂缝，影响塑性铰的承载能力。

下面对根据本发明实施例的钢筋混凝土框架梁结构1000结合具体的实施例进行描述。

在一些实施例中，如图5和图6所示，钢筋混凝土框架梁结构1000可以包括立柱102和钢筋组件101。钢筋组件101设置在相邻的两个立柱102之间。立柱102可以是竖向设置的，钢筋组件101可以正交地布置在相邻两个立柱102之间，立柱102同样可以采用钢筋混凝土结构。

在一些实施例中，钢筋组件101可以包括钢筋100。在进一步的实施例中，钢筋组件101还可以包括上述的隔离套104。

由此，根据本发明实施例的钢筋混凝土框架梁结构1000中由于配置有“起波钢筋”，在钢筋起波截面处，梁有效高度至少在一定程度上降低，抗弯承载力被削弱。从而该截面在地震作用下易形成塑性铰，同时由于钢筋的变形能力增强，截面的转动能力得到增强，能够保证塑性铰的安全，以此来达成“强柱弱梁”耗能机制。

进一步，如图4-图6所示，钢筋组件101可以包括至少两组且上下间隔设置。例如，在一些实施例中，钢筋组件101可以分为上面一组钢筋结构和下面一组钢筋结构。可选地，如图4所示，每组钢筋组件101包括并排间隔设置并处于同一水平高度的多个钢筋组件101，如每排钢筋组件101包括两个钢筋结构，如图4所示，但不限于此。

作为优选的实施方式，结合图5所示，位于上面的一组钢筋组件101的凸起段1与位于下面的一组钢筋组件101的凸起段1在竖向上彼此正对。进一步，位于上面的一组钢筋组件101的凸起段1向下凸出且位于下面的一组钢筋组件101的凸起段1向上凸出。

由此，减小了该“起波”截面处梁的有效高度，削弱其受弯承载力的同时其受剪承载力保持不变。在日常的荷载作用下，该处弯矩较小而剪力较大，从而能够保证其承载力足够。而在地震荷载作用下，该截面所受的弯矩较大而其截面受弯承载力又较小，因此容易形成塑性铰，进而达成“强柱弱梁”耗能机制。另外，“起波”处的钢筋在地震荷载作用下能够被拉直，具有比一般直线型钢筋更好的延伸变形能力，因此在该处形成的“塑性铰”具有更好的转动能力。

如图4所示，在一个实施例中，凸起段1上套设的隔离套104为U形结构，其中位于上面的凸起段1上的U形的隔离套104的开口朝下，位于下面的凸起段1上的U形的隔离套104的开口朝上。这样，一方面便于将隔离套104套装在“起波”处，另一方面，U形隔离套104能够更好地将混凝土与“起波”处隔离开，保护“起波”能够在受力时充分变形。

由于上述钢筋混凝土框架梁结构1000中的钢筋100具有“起波”结构，“起波”结构受力能够被拉直变形，因此该“起波”结构可以构成变形结构，简言之，钢筋组件101上构造有变形结构。

变形结构1的设置位置关系到梁中塑性铰的形成，发明人通过大量实验和多年行业经验发现，变形结构1位于钢筋混凝土框架梁结构1000在竖向载荷作用下的弯矩最小处时易在梁中形成塑性铰，从而可以充分变形吸收能量。当然，变形结构1邻近该钢筋混凝土框架梁结构1000在竖向载荷作用下的弯矩最小处也能达到较佳的效果。

结合图7所示，从根据本发明实施例的钢筋混凝土框架梁结构1000在竖向荷载(F₁)和水平荷载(F₂)下的弯矩图进行对比可知：框架梁结构在竖向载荷(F₁)作用下，在钢筋“起波”处(即变形结构)的弯矩接近为零，在受到水平荷载(F₂)时，该截面的弯矩变为一个较大值。配置“起波钢筋”的混凝土梁在平时主要承受竖向荷载，如建筑自重和楼面活荷载等，在钢筋“起波”处弯矩较小，其截面承载力虽小，但仍是足够的。而在遭遇地震时，该截面的弯矩如图7所示将增大很多，相比其它截面，该截面由于承载力被削弱，会率先屈服形成塑性铰，从而达成“强柱弱梁”机制。

进一步，为了增加变形结构1例如“起波”处的强度，还可以在变形结构处设置加强结构103。可以理解的是，加强结构不仅可以设置在“起波”处，还可以设置在钢筋100的其它位置。

由此，由于“起波钢筋”具有优秀的变形能力，该截面在屈服后拥有更好的转动能力，加上配置的加强结构例如箍筋103，使得“起波”截面的转动能力得到了更好的保障。

根据本发明的一些实施例，加强结构可以是箍筋103，钢筋组件101通过该箍筋103进行固定。

在一些实施例中，凸起段1处配置加密箍筋103，换言之，凸起段1处设置的箍筋103密度相对较大。

作为优选的实施方式，如图4和图5所示，从立柱102到距离最近的凸起段1处的箍筋103的设置密度大于位于相邻两凸起段1之间的箍筋103的设置密度。换言之，结合图4所示，左侧立柱102到左侧的凸起段1处的箍筋103的设置密度以及右侧立柱102到右侧凸起段1处的箍筋103的设置密度要大于左侧和右侧凸起段1之间的箍筋103的设置密度。由此，“起波”处截面在屈服后拥有更好的转动能力，加上密集设置的箍筋103，截面的转动能力进一步增强，从而能够充分耗散地震能量。

进一步，钢筋100上的箍筋103可以采用135°弯钩进行固定，而隔离套104处的箍筋103可以采用90°弯钩进行固定，但不限于此。同时，隔离套104轴向两端处可以各设置一箍筋103，从而对隔离套104进行轴向定位。在一些实施例中，隔离套104可以通过但不限于拉挤、模压等工艺形成。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (11)

1.一种钢筋混凝土框架梁结构，其特征在于，包括：

钢筋组件，所述钢筋组件设置在相邻两个立柱之间，所述钢筋组件上构造有变形结构，所述变形结构位于或临近所述钢筋混凝土框架梁结构在竖向载荷作用下的弯矩最小处。

2.根据权利要求1所述的钢筋混凝土框架梁结构，其特征在于，还包括：加强结构，所述加强结构至少设置在所述变形结构处。

3.根据权利要求2所述的钢筋混凝土框架梁结构，其特征在于，所述钢筋组件包括上下间隔设置的至少两组。

4.根据权利要求3所述的钢筋混凝土框架梁结构，其特征在于，所述钢筋组件包括钢筋，所述钢筋包括钢筋本体，所述钢筋本体包括至少一段直线段和凸出所述直线段的至少一段凸起段，所述凸起段构成所述变形结构。

5.根据权利要求4所述的钢筋混凝土框架梁结构，其特征在于，位于上面的一组所述钢筋组件的凸起段与位于下面的一组所述钢筋组件的凸起段在竖向上彼此正对。

6.根据权利要求4所述的钢筋混凝土框架梁结构，其特征在于，位于上面的一组所述钢筋组件的凸起段向下凸出且位于下面的一组所述钢筋组件的凸起段向上凸出。

7.根据权利要求4所述的钢筋混凝土框架梁结构，其特征在于，所述钢筋组件通过箍筋固定，所述箍筋构成所述加强结构。

8.根据权利要求7所述的钢筋混凝土框架梁结构，其特征在于，所述凸起段处配置加密箍筋。

9.根据权利要求4所述的钢筋混凝土框架梁结构，其特征在于，每组所述钢筋组件包括并排间隔设置并处于同一水平高度的多个钢筋组件。

10.根据权利要求4所述的钢筋，其特征在于，所述凸起段包括：第一斜直线段和第二斜直线段，所述第一斜直线段的第一端和所述第二斜直线段的第一端相连，所述第一斜直线段的第二端与一条直线段相连且所述第二斜直线段的第二端与另一条直线段相连。

11.根据权利要求10所述的钢筋，其特征在于，所述第一斜直线段和第二斜直线段之间通过第一过渡段相连；所述第一斜直线段的第二端与所述一条直线段通过第二过渡段相连，所述第二斜直线段的第二端与所述另一条直线段通过第三过渡段相连。