CN104929310A - 一种可更换耗能梁 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可更换耗能梁，与普通梁相比，该耗能梁分为多段，之间用可更换耗能组件连接。耗能组件在梁上、下翼缘处用高强螺栓连接，对称布置，梁截面旋转中心位于截面中心，此种布置可位于框架外露跨和其他易于检查和更换的场所。预期地震作用下，梁段保持弹性或轻微塑性而损伤集中于耗能组件，地震后通过更换耗能组件使结构恢复到正常使用功能。耗能组件可以是角钢，钢板，槽钢等。以角钢作为耗能组件为例，在该耗能梁中，梁上宏观弯矩转化为角钢轴力，角钢作为集中耗能部件。且由于角钢两肢的相互约束，屈曲得到一定程度的抑制，滞回耗能稳定。本发明可以实现结构中部分构件的震后可更换性能，使结构迅速恢复正常使用功能，减少震后修复时间和经济损失，且更换操作简便。

Description

一种可更换耗能梁

技术领域

本发明涉及一种可更换耗能梁，提升钢框架结构在地震作用下的可更换性能，减少其震后修复费用和修复时间，属于建筑工程领域。

背景技术

近年来，地震灾害造成了重大的人员伤亡和财产损失。对于生命线工程如供水、供电、通信工程和医院、避难中心等，功能的保持或快速恢复对灾后救援与重建、社会安定极其重要。

而结构的塑性耗能意味着结构中某些部位的破坏，给震后修复带了极大的经济和时间代价。虽然部分结构的延性设计避免了结构的倒塌，但构件损坏普遍且严重，结构残余位移较大，修复十分困难或者代价过高，只能拆除重建。

普通钢框架结构在地震作用下，塑性发展集中在梁端，并引起梁端焊缝开裂，梁柱节点连接破坏严重，危害性大。

目前损伤集中的研究和应用实例较多，如缩减梁截面连接、偏心支撑消能梁段等，但进一步考虑损伤分离的研究和实例相对较少。同时现有的耗能组件在构造形式、耗能效率和变形能力方面也存在很大的提升空间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可更换耗能梁，使普通建筑结构能以较低代价实现预期地震作用下的可恢复性能。

为了实现上述目的，本发明的解决方案是：

一种可更换耗能梁，包括钢梁段和耗能组件，所述钢梁段包括两段及以上H形非屈服钢梁段，相邻的H形非屈服钢梁段之间通过位于H形非屈服钢梁段截面上翼缘和下翼缘处的耗能组件连接；所述耗能组件布置于H形非屈服钢梁段截面的上翼缘和下翼缘两处，且分别关于H形非屈服钢梁段截面水平轴和H形非屈服钢梁段腹板对称设置，耗能组件与H形非屈服钢梁段的上翼缘，或腹板，或同时与上翼缘和腹板用高强螺栓连接，耗能组件与H形非屈服钢梁段的下翼缘，或腹板，或同时与下翼缘和腹板用高强螺栓连接；所述钢梁段中弯矩由耗能组件轴力组成的一对力偶和耗能组件局部弯矩共同承担，梁中剪力由耗能组件承担；耗能组件在连接处形成的承载力小于H形非屈服钢梁段。

本发明中，所述耗能组件采用角钢、钢板或槽钢一种或几种。

本发明中，所述H形非屈服钢梁段翼缘或腹板或翼缘和腹板上均留有螺栓孔，耗能组件相应位置也留有螺栓孔。

本发明中，所述H形非屈服钢梁段与耗能组件的连接所需要的高强螺栓个数满足传递耗能组件轴力和剪力要求，保证耗能组件受力屈服过程中不发生滑移。

由于采用上述方案，本发明的有益效果是：

预期地震作用下，避免了梁端焊缝处的开裂，耗能组件先行屈服集中耗能，而梁端保持弹性或轻微塑性。

震后只需更换耗能组件，结构便能迅速恢复到正常使用状态，减少修复时间和修复费用。且合理选择耗能组件可以改善其耗能效率和变形能力，如选用角钢作为耗能组件时，由于角钢两肢的相互约束作用，角钢局部屈曲得到一定程度的抑制，耗能效果更好。

梁既能承重又耗能，以较低代价实现了更高的抗震性能。

附图说明

图1是本发明实施例的可更换耗能梁三维示意图（以三段非屈服钢梁段为例）；

图2是图1所示实施例的可更换耗能梁主视图；

图3是图1所示实施例的可更换耗能梁俯视图；

图4是图2中沿A-A剖面图；

图中标号：1为第一H形非屈服钢梁段，2为第一耗能组件，3为第二H形非屈服钢梁段，4为第二耗能组件，5为第三H形非屈服钢梁段。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1：如图1至图3所示，一种可更换耗能梁，包括第一H形非屈服钢梁段1、第二H形非屈服钢梁段3，第三H形非屈服钢梁段5和第一耗能组件2、第二耗能组件4。第一耗能组件2和第二耗能组件4均选择角钢，布置于梁截面上下翼缘两处且关于梁截面水平轴对称，角钢同时与上翼缘和腹板用高强螺栓连接，角钢同时与下翼缘和腹板用高强螺栓连接；第一耗能组件2、第二耗能组件4分别在连接处形成的承载力小于第一H形非屈服钢梁段1、第二H形非屈服钢梁段3和第三H形非屈服钢梁段5。

角钢截面的选择，角钢全截面面积取决于设计要求，但梁上下翼缘处全截面轴力形成的力矩不高于梁边缘屈服承载力弯矩，贴近腹板肢面积满足抗剪要求。螺栓个数满足传递角钢轴力和剪力要求，不发生滑移。

本实施例中，H形非屈服钢梁段截面为450×200×8×18(单位：mm)，根据连接处中心距离柱壁的距离与耗能组件承担弯矩和剪力的比值，选择耗能组件为角钢96×74×10(单位：mm)。在距离柱壁500mm的梁段间连接处，第一H形非屈服钢梁段1与第二H形非屈服钢梁段3及第二H形非屈服钢梁段3与第三H形非屈服钢梁段5之间用位于梁上、下翼缘处的第一耗能组件2(角钢)、第二耗能组件4(角钢)连接，角钢两肢分别与梁翼缘和腹板贴合，并用螺栓连接，且考虑到抗剪要求，角钢短肢边（74mm）贴近梁腹板。

为了提供耗能组件（角钢）先行屈服的变形空间，第一H形非屈服钢梁段1与第二H形非屈服钢梁段3及第二H形非屈服钢梁段3与第三H形非屈服钢梁段5之间的间距为20mm。

如图2所示，H形非屈服钢梁段连接处耗能组件的自由变形长度（耗能组件在两个H形非屈服钢梁段间的螺栓中心连接间距长度）决定了耗能组件的变形耗能能力，本实施例中，H形非屈服钢梁段上、下翼缘螺栓孔中心距离端部最近距离为55mm，则自由变形长度为130mm（55mm×2＋20mm）。

如图2所示，H形非屈服梁段上下翼缘板上布置2排，螺栓孔间距为80mm。角钢中两肢螺栓孔位置相互错开，不在同一截面上，H形非屈服梁段中翼缘和腹板上螺栓孔位置也相互错开，不在同一截面上。本实施例中，每个连接处，梁上下翼缘处分别2个角钢，共4个角钢。

本发明的可更换耗能梁，首先在专业化的钢构公司生产并运输到施工现场，然后将第一H形非屈服钢梁段1和第三H形非屈服钢梁段3的一端与现场钢柱连接就位，最后吊装第二H形非屈服钢梁段2，通过高强螺栓和耗能组件角钢把第一H形非屈服钢梁段1与第二H形非屈服钢梁段3及第二H形非屈服钢梁段3与第三H形非屈服钢梁段5组装成一个整体。

预期地震作用下，仅角钢发生塑性屈服，耗散地震能量，而H形非屈服钢梁段保持弹性或轻微塑性，更换角钢耗能组件后，结构便能恢复至正常使用状态。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种可更换耗能梁，其特征在于：包括钢梁段和耗能组件，所述钢梁段包括两段及以上H形非屈服钢梁段，相邻的H形非屈服钢梁段之间通过位于H形非屈服钢梁段截面上翼缘和下翼缘处的耗能组件连接；所述耗能组件布置于H形非屈服钢梁段截面的上翼缘和下翼缘两处，且分别关于H形非屈服钢梁段截面水平轴和H形非屈服钢梁段腹板对称设置，耗能组件与H形非屈服钢梁段的上翼缘，或腹板，或同时与上翼缘和腹板用高强螺栓连接，耗能组件与H形非屈服钢梁段的下翼缘，或腹板，或同时与下翼缘和腹板用高强螺栓连接；所述钢梁段中弯矩由耗能组件轴力组成的一对力偶和耗能组件局部弯矩共同承担，梁中剪力由耗能组件承担；耗能组件在连接处形成的承载力小于H形非屈服钢梁段。

2.根据权利要求1所述的可更换耗能梁，其特征在于：所述耗能组件采用角钢、钢板或槽钢一种或几种。

3.根据权利要求1所述的可更换耗能梁，其特征在于：所述H形非屈服钢梁段翼缘或腹板或翼缘和腹板上均留有螺栓孔，耗能组件相应位置也留有螺栓孔。

4.根据权利要求1所述的可更换耗能梁，其特征在于：所述H形非屈服钢梁段与耗能组件的连接所需要的高强螺栓个数满足传递耗能组件轴力和剪力要求，保证耗能组件受力屈服过程中不发生滑移。