CN104878850B - 跨中截断式可更换钢连梁 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种跨中截断式可更换钢连梁，属于建筑物耗能减震技术领域。包括有翼缘传力板（1）、耗能板（2）、摩擦型高强螺栓（3）、承压型高强螺栓（4）、工字钢梁（5）、普通螺栓（6）、连接角钢（7）、预埋连接板（8）。其中翼缘传力板（1）与工字钢梁（5）翼缘通过承压型高强螺栓（4）相连接，耗能板（2）与工字钢梁（5）腹板通过摩擦型高强螺栓（3）相连接，耗能板（2）与工字钢梁（5）腹板接触面的处理方法为喷砂（丸）后生赤锈。在外力作用下通过选取适当尺寸的传力板与耗能板材，使其较整体结构提前进入塑性状态，进而耗散能量，具有震后灵活更换的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢连梁，特别是一种震后具有灵活更换性的跨中截断式可更换钢连梁，属于建筑物耗能减震技术领域。
背景技术
众所周知，连梁的耗能减震技术主要通过在连梁端部或跨中增设耗能器或耗能部件,为整个结构提供一定的附加刚度或附加阻尼,在外力、地震作用或风荷载作用下主要通过耗能部件来耗散输入建筑结构的能量,以减轻建筑结构的动力反应,从而更好地保护主体结构的安全,是一种有效、安全、经济且日渐成熟的工程减震技术。耗能减震装置主要有金属耗能器、摩擦耗能器、粘弹性耗能器、粘滞耗能器,前两种耗能器的耗能特性主要与耗能器两端的相对位移有关,称为位移相关型耗能器(或滞变型耗能器),后两种耗能器的耗能特性主要与耗能器两端的相对速度有关,称为速度相关型耗能器。
连梁在联肢剪力墙中除了需要有足够的强度和刚度给墙肢提供足够的约束外，其另一个主要功能就是耗散大量的地震能量保护墙肢免遭严重破坏。而现有的连梁大概有以下两种：第一种是针对传统的钢筋混凝土连梁采用不同配筋方式或构造措施来增强连梁的耗能能力，比如配置交叉暗撑，菱形配筋，在连梁中设缝等多种方法，但交叉暗撑的施工有一定难度；第二种是用钢连梁或组合连梁来代替钢筋混凝土连梁，组成混合联肢剪力墙结构，即墙体仍然是传统的钢筋混凝土墙体，连梁采用钢连梁或组合连梁，其目的是通过钢连梁或组合连梁的延性变形来耗散能量，但其缺点是震后修复或更代价较高。以上两种不足使得此类连梁在实际应用中受到了不同的限制。
发明内容
基于上述缺陷，本发明提出了一种跨中截断式可更换钢连梁，用于解决地震能量耗散以及耗能装置在发生较大塑性位移而导致破坏后不能迅速更换的技术问题。
本发明的技术方案如下：
一种跨中截断式可更换钢连梁，所述钢连梁包括翼缘传力板、耗能板、摩擦型高强螺栓、承压型高强螺栓、工字钢梁、普通螺栓、连接角钢以及预埋连接板；
其中，两块预埋连接板分别预埋于两侧的混凝土剪力墙墙肢表面；两根工字钢梁分别与两端的预埋连接板通过连接角钢以及普通螺栓垂直连接；
左、右两根工字钢梁上翼缘间以及下翼缘间均通过承压型高强螺栓连接设置有翼缘传力板；
左、右两根工字钢梁腹板间还设置有耗能板，两块耗能板对称设置于工字钢梁腹板前后两侧，所述耗能板包括跨中部位以及两端的未削弱部位，所述未削弱部位与工字钢梁腹板间通过摩擦型高强螺栓连接；
所述耗能板的跨中部位以及两端的未削弱部位形状变形处采用内凹圆弧过渡方式，以避免耗能板在截面变化处产生应力集中；
所述耗能板跨中部位的截面面积与两端未削弱部位的截面面积之和的比值为0.75～1.0。其中，该取值越小耗能越多，但抗拉或抗剪极限承载力相对降低，上述比值是根据建筑物的具体耗能要求以及耗能材料的性质优选确定的，兼顾整体结构耗能以及抗拉或抗剪极限承载力。
进一步地，所述的耗能板与工字钢梁腹板接触面采用喷砂或喷丸后生赤锈处理。
进一步地，所述翼缘传力板采用屈服强度大于等于390MPa的钢板。
进一步地，所述翼缘传力板的厚度为35～50mm。
进一步地，所述耗能板采用软钢Q235。
进一步地，所述耗能板的厚度为16～40mm。
进一步地，所述预埋连接板与剪力墙墙肢之间采用钢绞线固定连接。
进一步地，所述翼缘传力板也包括跨中部位以及两端的未削弱部位，所述耗能板的未削弱部位与工字钢梁的上、下翼缘间均通过承压型高强螺栓固定连接。
进一步地，所述翼缘传力板每一端的未削弱部位均对称布置有4根承压型高强螺栓；所述耗能板每一端的未削弱部位均对称布置有4根摩擦型高强螺栓。
上述跨中截断式可更换钢连梁的施工方法如下：
步骤一：施工混凝土剪力墙，并在两侧的混凝土剪力墙墙肢表面分别预埋预埋连接板；
步骤二：制作翼缘传力板、耗能板、工字钢梁、连接角钢，并在其上相应部位打孔，将耗能板与工字钢梁腹板接触面喷砂或喷丸后生赤锈处理；
步骤三：将两根工字钢梁分别与左、右两侧预埋的预埋连接板通过连接角钢以及普通螺栓连接，同时保持左、右两根工字钢梁的上、下翼缘均在同一水平线上；
步骤四：将两块耗能板连接设置于左、右两根工字钢梁腹板间，且两块耗能板对称夹紧设置于工字钢梁腹板前后两侧，所述耗能板两端的未削弱部位与工字钢梁腹板间通过摩擦型高强螺栓固定连接；
步骤五：将两块翼缘传力板设置于左、右两块工字钢梁的上翼缘间以及下翼缘间，且翼缘传力板两端的未削弱部位与工字钢梁的翼缘间通过承压型高强螺栓连接；
步骤六：完成跨中截断式可更换钢连梁的施工，同时对所述钢连梁进行防锈防腐处理。
本发明的跨中截断式钢连梁的工作原理是：剪力墙墙肢在外力、地震作用或风荷载作用下产生水平位移或转角，带动紧挨两侧墙肢的工字钢梁移动，工字钢梁的移动使腹板耗能板与翼缘传力板产生位移或转角，在耗能板屈服前，通过由摩擦型高强螺栓连接的两块钢板之间所产生的的摩擦力消耗部分能量；随着结构相对位移或转角的继续增加，耗能板由弹性阶段渐渐进入塑性阶段，在其即将达到屈服强度之际，通过选取适当尺寸的传力板与耗能板，使得其优先于工字钢梁屈服，提前进入塑性状态并产生塑性位移，外力在此位移上做功，从而耗散能量。震后当耗能板发生较大的塑性变形以至影响正常使用，可迅速将其拆卸并更换全新耗能板材，达到灵活更换的效果。
有益效果：
采用本发明的钢连梁，在外力作用下通过选取适当尺寸的传力板与耗能板，能够使其较整体结构提前进入塑性状态，进而耗散能量，具有震后灵活更换、方便安装与施工的效果。其解决了现有耗能连梁的不足，将能量通过工字钢梁传递于跨中耗能板，而跨中耗能板可提供双重防线，且具有灵活更换的优点，从而提高了耗能减震效果并降低了震后修复费用。
附图说明
图1是本发明跨中截断式可更换钢连梁的主视图；
图2是本发明跨中截断式可更换钢连梁的俯视图；
图3是本发明跨中截断式可更换钢连梁的纵向剖切构造图；
图4是本发明跨中截断式可更换钢连梁的横向剖切构造图。
图中：1、翼缘传力板，2、耗能板，3、摩擦型高强螺栓，4、承压型高强螺栓，5、工字钢梁，6、普通螺栓，7、连接角钢，8、预埋连接板，9、剪力墙墙肢。
具体实施方式
如图1～4所示，本发明的一种跨中截断式可更换钢连梁，包括翼缘传力板1、耗能板2、摩擦型高强螺栓3、承压型高强螺栓4、工字钢梁5、普通螺栓6、连接角钢7以及预埋连接板8。其中，翼缘传力板1采用屈服强度较高的Q390钢板，厚度为40mm，耗能板2采用软钢Q235，厚度为30mm。两块预埋连接板8分别预埋于两侧的混凝土剪力墙墙肢9表面，且预埋连接板8与剪力墙墙肢9之间采用钢绞线固定连接（图中未示出）。两根工字钢梁5分别与两端的预埋连接板8通过连接角钢7以及普通螺栓6垂直连接。左、右两根工字钢梁5上翼缘间以及下翼缘间均通过承压型高强螺栓4连接设置有翼缘传力板1。左、右两根工字钢梁5腹板间还设置有耗能板2，两块耗能板2对称设置于工字钢梁5腹板前后两侧，如图3所示，耗能板2包括跨中部位以及两端的未削弱部位，未削弱部位与工字钢梁5腹板间通过摩擦型高强螺栓3连接。耗能板2的跨中部位以及两端的未削弱部位形状变形处采用内凹圆弧过渡方式，以避免耗能板2在截面变化处产生应力集中，即采用中间颈缩模式。所述耗能板2跨中部位的截面面积与两端未削弱部位的截面面积之和的比值，即跨中部位的截面面积/（两端未削弱部位的截面面积之和）为0.75～1.0，本实施例中具体涉及取值0.85，上述比值的确定使得本发明的整体结构具有最优的耗能以及抗拉或抗剪极限承载力。如图4所示，耗能板2与工字钢梁5腹板接触面采用喷砂或喷丸后生赤锈处理。如图2所示，翼缘传力板1也包括跨中部位以及两端的未削弱部位，所述耗能板2的未削弱部位与工字钢梁5的上、下翼缘间均通过承压型高强螺栓4固定连接。其中，翼缘传力板1每一端的未削弱部位均对称布置有4根承压型高强螺栓4，耗能板2每一端的未削弱部位均对称布置有4根摩擦型高强螺栓3，每个连接角钢7中对称设有4个螺栓孔。
上述跨中截断式可更换钢连梁的施工方法，具体施工步骤如下：
步骤一：施工混凝土剪力墙，并在两侧的混凝土剪力墙墙肢9表面分别预埋预埋连接板8；
步骤二：制作翼缘传力板1、耗能板2、工字钢梁5、连接角钢7，并在其上相应部位打孔，将耗能板2与工字钢梁5腹板接触面喷砂或喷丸后生赤锈处理；
步骤三：将两根工字钢梁5分别与左、右两侧预埋的预埋连接板8通过连接角钢7以及普通螺栓6连接，同时保持左、右两根工字钢梁5的上、下翼缘均在同一水平线上；
步骤四：将两块耗能板2连接设置于左、右两根工字钢梁5腹板间，且两块耗能板2对称夹紧设置于工字钢梁5腹板前后两侧，所述耗能板2两端的未削弱部位与工字钢梁5腹板间通过摩擦型高强螺栓3固定连接；
步骤五：将两块翼缘传力板1设置于左、右两块工字钢梁5的上翼缘间以及下翼缘间，且翼缘传力板1两端的未削弱部位与工字钢梁5的翼缘间通过承压型高强螺栓4连接；
步骤六：完成跨中截断式可更换钢连梁的施工，同时对所述钢连梁进行防锈防腐处理。
以上是本发明的一典型实施例，本发明的实施不限于此。
Claims (8)
1.一种跨中截断式可更换钢连梁，其特征在于：所述钢连梁包括翼缘传力板（1）、耗能板（2）、摩擦型高强螺栓（3）、承压型高强螺栓（4）、工字钢梁（5）、普通螺栓（6）、连接角钢（7）以及预埋连接板（8）；
其中，两块预埋连接板（8）分别预埋于两侧的混凝土剪力墙墙肢（9）表面；两根工字钢梁（5）分别与两端的预埋连接板（8）通过连接角钢（7）以及普通螺栓（6）垂直连接；
左、右两根工字钢梁（5）上翼缘间以及下翼缘间均通过承压型高强螺栓（4）连接设置有翼缘传力板（1）；
左、右两根工字钢梁（5）腹板间还设置有耗能板（2），两块耗能板（2）对称设置于工字钢梁（5）腹板前后两侧，所述耗能板（2）包括跨中部位以及两端的未削弱部位，所述未削弱部位与工字钢梁（5）腹板间通过摩擦型高强螺栓（3）连接；
所述耗能板（2）的跨中部位以及两端的未削弱部位形状变形处采用内凹圆弧过渡方式，以避免耗能板（2）在截面变化处产生应力集中；
所述耗能板（2）跨中部位的截面面积与两端未削弱部位的截面面积之和的比值为0.75～1.0；
所述的耗能板（2）与工字钢梁（5）腹板接触面采用喷砂或喷丸后生赤锈处理；
所述预埋连接板（8）与剪力墙墙肢（9）之间采用钢绞线固定连接。
2.根据权利要求1所述的跨中截断式可更换钢连梁，其特征在于：所述翼缘传力板（1）采用屈服强度大于等于390MPa的钢板。
3.根据权利要求1所述的跨中截断式可更换钢连梁，其特征在于：所述翼缘传力板（1）的厚度为35～50mm。
4.根据权利要求1所述的跨中截断式可更换钢连梁，其特征在于：所述耗能板（2）采用软钢Q235。
5.根据权利要求1所述的跨中截断式可更换钢连梁，其特征在于：所述耗能板（2）的厚度为16～40mm。
6.根据权利要求1所述的跨中截断式可更换钢连梁，其特征在于：所述翼缘传力板（1）也包括跨中部位以及两端的未削弱部位，所述耗能板（2）的未削弱部位与工字钢梁（5）的上、下翼缘间均通过承压型高强螺栓（4）固定连接。
7.根据权利要求1所述的跨中截断式可更换钢连梁，其特征在于：所述翼缘传力板（1）每一端的未削弱部位均对称布置有4根承压型高强螺栓（4）；所述耗能板（2）每一端的未削弱部位均对称布置有4根摩擦型高强螺栓（3）。
8.根据权利要求1-7任一项所述的跨中截断式可更换钢连梁的施工方法，其特征在于：具体施工步骤如下：
步骤一：施工混凝土剪力墙，并在两侧的混凝土剪力墙墙肢（9）表面分别预埋预埋连接板（8）；
步骤二：制作翼缘传力板（1）、耗能板（2）、工字钢梁（5）、连接角钢（7），并在其上相应部位打孔，将耗能板（2）与工字钢梁（5）腹板接触面喷砂或喷丸后生赤锈处理；
步骤三：将两根工字钢梁（5）分别与左、右两侧预埋的预埋连接板（8）通过连接角钢（7）以及普通螺栓（6）连接，同时保持左、右两根工字钢梁（5）的上、下翼缘均在同一水平线上；
步骤四：将两块耗能板（2）连接设置于左、右两根工字钢梁（5）腹板间，且两块耗能板（2）对称夹紧设置于工字钢梁（5）腹板前后两侧，所述耗能板（2）两端的未削弱部位与工字钢梁（5）腹板间通过摩擦型高强螺栓（3）固定连接；
步骤五：将两块翼缘传力板（1）设置于左、右两块工字钢梁（5）的上翼缘间以及下翼缘间，且翼缘传力板（1）两端的未削弱部位与工字钢梁（5）的翼缘间通过承压型高强螺栓（4）连接；
步骤六：完成跨中截断式可更换钢连梁的施工，同时对所述钢连梁进行防锈防腐处理。
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