CN105507494A - 叠合齿形钢板复合阻尼耗能型可更换连梁及其施工方法 - Google Patents

Abstract

叠合齿形钢板复合阻尼耗能型可更换连梁及其施工方法，该连梁包括置于跨中的可更换段（11）及置于可更换段（11）两端的非屈服段（13）；可更换段（11）的两端分别设有一个可更换段端板（8）；非屈服段（13）内嵌有预埋型钢，且其一端内嵌非屈服段预埋端板（9），另一端与剪力墙（12）相连；可更换段端板（8）与非屈服段预埋端板（9）连接在一起。方法的步骤为：（1）制作预埋型钢及非屈服段预埋端板（9），（2）制作外包约束钢板（1）、约束钢板（2），（3）挤压最外侧的两个外包约束钢板（1），（4）将软钢钢板（5）布置在外包约束钢板（1）的前后两侧，（5）将制作好的连梁可更换段（11）与两端非屈服段通过可更换段端板（8）、非屈服段预埋端板（9）及高强螺栓（10）相连。

Description

叠合齿形钢板复合阻尼耗能型可更换连梁及其施工方法

技术领域

本发明涉及高层建筑耗能减震技术领域，尤其涉及叠合齿形钢板复合阻尼耗能型可更换连梁。

背景技术

由于用地紧张，越来越多的高层建筑或超高层建筑拔地而起，成为了现代城市的重要特征。高层建筑结构体系复杂、预期使用寿命长，且多为民用住宅、城市商业金融中心，使用人口众多，一旦遭遇地震破坏，将会产生巨大的经济损失，对人民群众的生产生活及社会安定造成严重影响，且高层建筑修复加固困难，耗时耗力，有些构件因为破坏位置的特殊性以及破坏严重性使其难以加固修复，最后整个结构只能被推翻重建，增加了整个建筑的寿命周期成本，造成了巨大的浪费。因此，提升现代高层建筑震后功能快速恢复能力迫在眉睫。

剪力墙结构是高层建筑中最常用的抗侧体系，由于建筑开门窗的需要及延性要求，剪力墙开洞口形成连梁，不同墙肢通过连梁相连得以协同工作共同抵抗地震作用。连梁的强度、刚度和变形性能对剪力墙抗震性能有重要的影响。正常使用及多遇地震作用下，连梁在弹性范围工作，连接剪力墙相邻墙肢，保证结构的抗侧刚度，传统连梁在小震时没有减震性能，高层建筑在小震时只能通过提高刚度来满足位移控制指标的要求，提高刚度后通常建筑物上的地震作用也会增加。设防烈度或罕遇地震作用下，连梁作为剪力墙结构的第一道抗震防线，先于墙肢发生破坏进入塑性耗散地震能量，但传统的钢筋混凝土连梁一般跨高比较小，在地震往复作用下，易发生脆性剪切破坏、延性差，震后难以修复，也无法更换。

过去众学者主要从两个角度提高传统连梁的延性，一是采用不同的构造措施或配筋方式，如连梁中设缝、配置交叉暗撑、菱形配筋等。二是用钢连梁或组合连梁代替传统的钢筋混凝土连梁组成混合联肢剪力墙结构。这两种方式都可一定程度提高连梁延性，但其共同的缺点是设计时没有充分考虑震后的可修复性或可更换性，震后不易修复或更换。

可恢复功能结构是现行抗震设计的新概念，指地震后不需要修复或在部分使用状况下稍许修复即可恢复其使用功能的结构，其实现方法包括可更换结构构件、摇摆结构、自复位结构等，因此，近年来国内外学者提出了可更换连梁的概念，包含了目前已有的各种类型可更换连梁，即一种在地震后易于修复或更换的连梁，连梁自身可以是钢筋混凝土连梁、钢连梁或组合连梁，其构造方式包括对连梁的部分截面进行削弱，或者在连梁上附加一个阻尼耗能部件，或者连梁整体通过某种易于拆卸的方式与墙体相连接，地震后连梁可以方便地进行更换。

目前，已有的可更换连梁大都通过可更换段屈服耗能，但其不足之处是有些可更换耗能部件未充分考虑其受力的合理性，导致耗能材料受拉产生撕裂，从而影响其耗能作用的充分发挥；而有些可更换连梁虽然在一定程度上提高了其耗能能力，但削弱了连梁与联肢剪力墙协同工作的性能或者改变了墙肢间连梁的传力特征，给设计人员在结构设计阶段应用商用设计软件进行计算分析时带来困难。目前提出的多数可更换连梁无法根据地震的强弱分阶段分部件更换，震后完全更换的造价较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种叠合齿形钢板复合阻尼耗能型可更换连梁及其施工方法。

本发明是叠合齿形钢板复合阻尼耗能型可更换连梁及其施工方法，该连梁包括置于跨中的可更换段11及置于所述可更换段11两端的非屈服段13；所述可更换段11的两端分别设有一个可更换段端板8；所述非屈服段13为普通钢筋混凝土连梁，其内嵌有预埋型钢，且其一端内嵌非屈服段预埋端板9，另一端与剪力墙12相连；所述可更换段端板8与所述非屈服段预埋端板9连接在一起。

叠合齿形钢板复合阻尼耗能型可更换连梁的施工方法，其步骤为：

（1）制作预埋型钢及非屈服段预埋端板9，非屈服段预埋端板9相应位置预留螺栓孔；施工剪力墙12及连梁两端非屈服段13，剪力墙12及非屈服段13内嵌有预埋型钢，非屈服段13与可更换段11连接的表面预埋可更换段端板8；

（2）制作外包约束钢板1、约束钢板2，在连接角钢6及可更换段端板8上相应位置打孔以预留螺栓孔，将外包约束钢板1、约束钢板2平行交错叠合布置，每块约束钢板2向外错开的一侧与可更换段端板8焊接连接，两个外包约束钢板1与约束钢板2之间及相邻的约束钢板2之间均填充粘弹性材料3；

（3）挤压最外侧的两个外包约束钢板1，使钢板间的耗能材料处于受压状态，然后将预应力钢板4焊接于外包约束钢板1的上下两侧；

（4）将软钢钢板5布置在外包约束钢板1的前后两侧，通过连接角钢6及普通螺栓7与两侧可更换段端板8连接；

（5）将制作好的连梁可更换段11与两端非屈服段通过可更换段端板8、非屈服段预埋端板9及高强螺栓10相连。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明中两端的非屈服段为普通钢筋混凝土连梁，内嵌有预埋型钢及非屈服段预埋端板，可方便地与可更换段相连。

2、本发明在小震下保持弹性，可以为双肢剪力墙及两端连梁非屈服段提供约束，同时也可以通过粘弹性材料耗能地震能量，降低小震时的结构地震响应。中震或者大震下，可更换段通过软钢钢板及粘弹性材料的塑性变形先于墙肢和非屈服段耗散地震能量，保护连梁非屈服段与墙肢的安全，地震后可以对中间的屈服段分部件进行更换，实现震后功能的快速恢复，节约时间成本，降低维修成本。若地震后中间的屈服段破坏不太严重，还可单独对先屈服耗能的软钢钢板进行更换。

3、本发明受力机理明确，耗能能力强，构造合理，原材料都属常见材料，加工难度低，施工方便，将消能减震装置与连梁原有功能相结合，不影响原有建筑方案的布置和建筑功能的实现，且震后可以分部件快速修复更换。

附图说明

图1为本发明中可更换段俯视图，图2为本发明中可更换段水平剖切构造图，图3为本发明主视图及与剪力墙连接示意图，图4为本发明中连梁可更换段外包钢板与预应力钢板的连接构造三维示意图，附图标记及对应名称为：图中：1—外包约束钢板，2—约束钢板，3—粘弹性材料，4—预应力钢板，5—软钢钢板，6—连接角钢，7—普通螺栓，8—可更换段端板，9—非屈服段预埋端板，10—高强螺栓，11—可更换段，12—剪力墙，13—非屈服段。

具体实施方式

如图1~4所示，本发明的叠合齿形钢板复合阻尼耗能型可更换连梁，该连梁包括置于跨中的可更换段11及置于可更换段11两端的非屈服段13。可更换段11的两端分别设有一个可更换段端板8；非屈服段13为普通钢筋混凝土连梁，其内嵌有预埋型钢，且其一端内嵌非屈服段预埋端板9，另一端与剪力墙12相连；可更换段端板8与非屈服段预埋端板9连接在一起。

以上所述可更换段端板8与所述非屈服段预埋端板9通过高强螺栓10连接在一起。

根据以上所述的叠合齿形钢板复合阻尼耗能型可更换连梁，所述剪力墙12为双肢剪力墙或多肢剪力墙。

根据以上所述的叠合齿形钢板复合阻尼耗能型可更换连梁，所述可更换段11包括两个内侧设有钢齿的外包约束钢板1及数块双侧均设有钢齿的约束钢板2；两个所述外包约束钢板1与数块所述约束钢板2平行交错叠合布置，且每块所述约束钢板2向外错开的一侧与所述可更换段端板8相连；两个所述外包约束钢板1与所述约束钢板2之间及相邻的所述约束钢板2之间均填充粘弹性材料3；两个所述外包约束钢板1的上下两侧分别设有多个预应力钢板4，且该两个所述外包约束钢板1的前后两侧各设有一个软钢钢板5，该软钢钢板5与所述可更换段端板8相连。

根据所述的叠合齿形钢板复合阻尼耗能型可更换连梁，软钢钢板5通过连接角钢6及普通螺栓7与所述可更换段端板8相连。

本发明中可更换段包括两个内侧设有钢齿的外包约束钢板及数块双侧均设有钢齿的约束钢板；两个外包约束钢板与数块约束钢板平行交错叠合布置，为连梁可更换段提供轴向拉压刚度和平面外刚度，保持了连梁作为协同联肢剪力墙共同工作的构件的特点。同时，两个外包约束钢板与约束钢板之间及相邻的约束钢板之间均填充粘弹性材料，当约束钢板受拉受剪时，钢齿带动粘弹性材料产生变形，无论连梁的轴力是拉力还是压力，粘弹性材料总有一部分处于钢板约束下的压剪变形状态，从而使粘弹性材料实现良好的耗能能力。

本发明中外包约束钢板的上下两侧分别设有多个预应力钢板，该预应力钢板的施加不仅可以给外侧钢板提供横向约束，也给粘弹性材料提供压力，使其处于双向受压状态，从而使粘弹性材料实现良好的耗能能力。

本发明中可更换段端板通过连接角钢及普通螺栓与软钢钢板相连，若地震后可更换段仅有软钢钢板产生较大塑性变形，还可单独对先屈服耗能的软钢钢板进行更换。

本发明中粘弹性材料与软钢钢板处于并联状态，当连梁两端产生相对位移时，可更换段均可耗散地震能量，金属耗能与粘弹性耗能相结合使连梁可更换段起到了优良的消能减震作用。

可更换段11包括两个内侧设有钢齿的外包约束钢板1及数块双侧均设有钢齿的约束钢板2；两个外包约束钢板1与数块约束钢板2平行交错叠合布置，且每块约束钢板2向外错开的一侧与可更换段端板8相连；两个外包约束钢板1与约束钢板2之间及相邻的约束钢板2之间均填充粘弹性材料3；两个外包约束钢板1的上下两侧分别设有多个预应力钢板4，且该两个外包约束钢板1的前后两侧各设有一个软钢钢板5，该软钢钢板5与可更换段端板8相连。

可更换段端板8通过连接角钢通过连接角钢6及普通螺栓7与软钢钢板5相连。

叠合齿形钢板复合阻尼耗能型可更换连梁的施工方法，其步骤为：

（1）制作预埋型钢及非屈服段预埋端板9，非屈服段预埋端板9相应位置预留螺栓孔；施工剪力墙12及连梁两端非屈服段13，剪力墙12及非屈服段13内嵌有预埋型钢，非屈服段13与可更换段11连接的表面预埋可更换段端板8；

（2）制作外包约束钢板1、约束钢板2，在连接角钢6及可更换段端板8上相应位置打孔以预留螺栓孔，将外包约束钢板1、约束钢板2平行交错叠合布置，每块约束钢板2向外错开的一侧与可更换段端板8焊接连接，两个外包约束钢板1与约束钢板2之间及相邻的约束钢板2之间均填充粘弹性材料3；

（3）挤压最外侧的两个外包约束钢板1，使钢板间的耗能材料处于受压状态，然后将预应力钢板4焊接于外包约束钢板1的上下两侧；

（4）将软钢钢板5布置在外包约束钢板1的前后两侧，通过连接角钢6及普通螺栓7与两侧可更换段端板8连接；

（5）将制作好的连梁可更换段11与两端非屈服段通过可更换段端板8、非屈服段预埋端板9及高强螺栓10相连。

Claims (6)

1.叠合齿形钢板复合阻尼耗能型可更换连梁，其特征在于：该连梁包括置于跨中的可更换段（11）及置于所述可更换段（11）两端的非屈服段（13）；所述可更换段（11）的两端分别设有一个可更换段端板（8）；所述非屈服段（13）为普通钢筋混凝土连梁，其内嵌有预埋型钢，且其一端内嵌非屈服段预埋端板（9），另一端与剪力墙（12）相连；所述可更换段端板（8）与所述非屈服段预埋端板（9）连接在一起。

2.根据权利要求1所述的叠合齿形钢板复合阻尼耗能型可更换连梁，其特征在于：所述剪力墙（12）为双肢剪力墙或多肢剪力墙。

3.根据权利要求1所述的叠合齿形钢板复合阻尼耗能型可更换连梁，其特征在于：所述可更换段（11）包括两个内侧设有钢齿的外包约束钢板（1）及数块双侧均设有钢齿的约束钢板（2）；两个所述外包约束钢板（1）与数块所述约束钢板（2）平行交错叠合布置，且每块所述约束钢板（2）向外错开的一侧与所述可更换段端板（8）相连；两个所述外包约束钢板（1）与所述约束钢板（2）之间及相邻的所述约束钢板（2）之间均填充粘弹性材料（3）；两个所述外包约束钢板（1）的上下两侧分别设有多个预应力钢板（4），且该两个所述外包约束钢板（1）的前后两侧各设有一个软钢钢板（5），该软钢钢板（5）与所述可更换段端板（8）相连。

4.根据权利要求1所述的叠合齿形钢板复合阻尼耗能型可更换连梁，其特征在于：所述可更换段端板（8）与所述非屈服段预埋端板（9）通过高强螺栓（10）连接在一起。

5.根据权利要求3所述的叠合齿形钢板复合阻尼耗能型可更换连梁，其特征在于：所述软钢钢板（5）通过连接角钢（6）及普通螺栓（7）与所述可更换段端板（8）相连。

6.叠合齿形钢板复合阻尼耗能型可更换连梁的施工方法，其特征在于，其步骤为：

（1）制作预埋型钢及非屈服段预埋端板（9），非屈服段预埋端板（9）相应位置预留螺栓孔；施工剪力墙（12）及连梁两端非屈服段（13），剪力墙（12）及非屈服段（13）内嵌有预埋型钢，非屈服段（13）与可更换段（11）连接的表面预埋可更换段端板（8）；

（2）制作外包约束钢板（1）、约束钢板（2），在连接角钢（6）及可更换段端板（8）上相应位置打孔以预留螺栓孔，将外包约束钢板（1）、约束钢板（2）平行交错叠合布置，每块约束钢板（2）向外错开的一侧与可更换段端板（8）焊接连接，两个外包约束钢板（1）与约束钢板（2）之间及相邻的约束钢板（2）之间均填充粘弹性材料（3）；

（3）挤压最外侧的两个外包约束钢板（1），使钢板间的耗能材料处于受压状态，然后将预应力钢板（4）焊接于外包约束钢板（1）的上下两侧；

（4）将软钢钢板（5）布置在外包约束钢板（1）的前后两侧，通过连接角钢（6）及普通螺栓（7）与两侧可更换段端板（8）连接；

（5）将制作好的连梁可更换段（11）与两端非屈服段通过可更换段端板（8）、非屈服段预埋端板（9）及高强螺栓（10）相连。