CN105888058B - 一种损伤可修复的装配式组合柱脚 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种损伤可修复的装配式组合柱脚，包括钢筋混凝土上柱段、方钢管、可替换块体、可替换钢板、地梁端板、地梁和纵筋连接板，钢筋混凝土上柱段通过纵筋连接板与方钢管之间浇筑连接，方钢管的下端位于地梁端板的中部，可替换块体和可替换钢板均为四个，四个可替换块体位于方钢管的四周，四个可替换钢板位于四个可替换块体外并通过螺栓与方钢管连接，可替换钢板的下端通过螺栓与地梁端板连接，地梁端板与地梁连接。与现有技术相比，本发明提供RCS框架柱脚损伤的可控性和可更换性能，在强地震后，将被损坏的柱脚可替换部分取下替换，保证柱脚的完好性从而不影响RCS结构利用可更换钢梁实现震后快速恢复结构性能。

Description

一种损伤可修复的装配式组合柱脚

技术领域

本发明涉及一种建筑施工设备，尤其涉及一种损伤可修复的装配式组合柱脚。

背景技术

城市发展的智能化和可持续性对建筑工业化和工程结构抗震结构提出了新的要求和挑战，其中，实现结构震害快速修复和建筑功能快速恢复是“可恢复功能城市”的基本要求和重要研究方向。可恢复性能结构一般指结构遭遇地震后不需要修复或适度修复即可恢复其性能的建筑结构，可恢复性能结构的研发和推广应用，不仅可显著减少直接震害损失，而且可显著缩短震后修复周期，为最终实现可恢复城市提供基本技术支持。

目前可恢复性能结构领域的研究，主要集中在剪力墙的可更换消能连梁技术和自复位剪力墙结构等方面，如中国实用新型专利CN201220411822.5提出一种新型联肢剪力墙结构。在实际地震作用下，即使在钢筋混凝土柱-钢梁(简称RCS)装配式混合框架结构中设置了可更换钢梁，钢筋混凝土柱的柱脚(简称RC柱脚)仍将不可避免地出现严重损坏或不可恢复的破坏，主要可能出现在以下两种情况：

(1)当可更换钢梁作为RCS混合结构第一道抗震防线出现塑性铰后，底层柱脚仍有可能在后续地震作用下出现塑性铰，抗震性能相对较差；

(2)由于基础地梁的刚度远远大于首层钢梁的刚度，反弯点一般位于柱上端，造成柱底弯矩远大于柱顶弯矩。这种情况下，RC柱底往往难以避免比可更换钢梁节段先出现塑性铰，从而无法实现利用可更换钢梁实现震后快速恢复结构性能。

因此，研究RC柱脚震损可更换技术和自复位技术显得尤为重要。而目前有关RC柱脚震损可更换技术的研究仍很少，尚未见柱脚震损可更换技术的研究报道。现有RCS框架结构在水平地震作用下，当可更换钢梁作为RCS混合结构第一道抗震防线出现塑性铰后，底层柱脚仍有可能在后续地震作用下出现塑性铰，抗震性能相对较差；由于基础地梁的刚度远远大于首层钢梁的刚度，反弯点一般位于柱上端，造成柱底弯矩远大于柱顶弯矩。这种情况下，RC柱底往往难以避免比可更换钢梁节段先出现塑性铰，从而无法实现利用可更换钢梁实现震后快速恢复结构性能。而目前RCS结构的研究工作主要集中在节点连接构造和抗剪机理，对于装配施工性能、整体抗震性能和可持续性能的研究尚非常缺乏。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种损伤可修复的装配式组合柱脚。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

本发明包括钢筋混凝土上柱段、方钢管、可替换块体、可替换钢板、地梁端板、地梁和纵筋连接板，所述钢筋混凝土上柱段通过所述纵筋连接板与所述方钢管之间浇筑连接，所述方钢管的下端位于所述地梁端板的中部，所述可替换块体和所述可替换钢板均为四个，四个所述可替换块体位于所述方钢管的四周，四个所述可替换钢板位于四个所述可替换块体外并通过螺栓与所述方钢管连接，所述可替换钢板的下端通过螺栓与所述地梁端板连接，所述地梁端板与所述地梁连接。

作为改进，所述可替换钢板的折弯处设置有加强筋。

本发明的有益效果在于：

本发明是一种损伤可修复的装配式组合柱脚，与现有技术相比，本发明提供RCS框架柱脚损伤的可控性和可更换性能，在强地震后，将被损坏的柱脚可替换部分取下替换，保证柱脚的完好性从而不影响RCS结构利用可更换钢梁实现震后快速恢复结构性能。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的方钢管结构示意图；

图3是本发明的加强型的可替换钢板结构示意图；

图4是本发明的普通强度的可替换钢板结构示意图；

图5是本发明的地梁端板俯视图；

图6是本发明的地梁端板侧视图。

图中：1-钢筋混凝土上柱段、2-方钢管、3-可替换块体、4-可替换钢板、5-地梁端板、6-地梁、7-纵筋连接板、8-加强筋。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1至图6所示：本发明包括钢筋混凝土上柱段1、方钢管2、可替换块体3、可替换钢板4、地梁端板5、地梁6和纵筋连接板7，所述钢筋混凝土上柱段1通过所述纵筋连接板7与所述方钢管2之间浇筑连接，所述方钢管2的下端位于所述地梁端板5的中部，所述可替换块体3和所述可替换钢板4均为四个，四个所述可替换块体3位于所述方钢管2的四周，四个所述可替换钢板4位于四个所述可替换块体3外并通过螺栓与所述方钢管2连接，所述可替换钢板4的下端通过螺栓与所述地梁端板5连接，所述地梁端板5与所述地梁6连接。

作为改进，所述可替换钢板4的折弯处设置有加强筋8。

本发明具有明确的传力途径、良好的抗震性能。混凝土上柱段包括核心方钢管主要承担竖向荷载，当发生水平地震作用时，柱脚核心方钢管一侧受压，而另一侧被抬起，使得可替换钢板左右两侧分别承受拉压力屈服耗能，可替换块体采用高强灌浆料或者高韧性水泥基复合材料制成，在水平地震作用下只承受压力，通过受压屈服耗散地震能量，受拉一侧不受力。在小震下，结构均处于弹性状态，强震时，可更换消能部件产生较大塑性变形直至损坏，而核心方钢管部分仍处于弹性状态，保证结构不发生倒塌。通过可替换消能部件的塑性屈服耗散地震能量，实现损伤部位的可控性，同时可更换消能部件是可拆卸的，在强震后，将其取下换成完好的部件，便可实现震后的快速修复。

作为本发明的一种改进，所述核心方钢管可分为上下两部分。上部核心方钢管由四周钢板和底部中间开有洞口的方形板组成；下部核心方钢管由四周钢板和底部方形板组成。所述上部核心方钢管的底板洞口尺寸与下部核心方钢管内径尺寸相同。所述上部核心方钢管和下部核心方钢管通过焊接形成一整体。所述上部核心方钢管外围尺寸与钢筋混凝土上柱段相同。核心方钢管的设置应保证柱脚核心部分的抗剪承载能力。

作为本发明的一种改进，所述上部核心方钢管四周钢板内侧焊接有连接钢板，所述连接钢板与钢筋混凝土上柱段纵筋焊接连接。通过上述改进，对上柱纵筋进行焊接锚固，保证混凝土上柱和核心方钢管的整体性。

作为本发明的一种改进，所述可替换钢板由竖向受力板和底部水平连接板焊接组成。所述竖向受力板上端设有圆形螺栓孔洞，通过摩擦型高强螺栓与上部核心方钢管拼接，螺栓平头一侧与上部核心方钢管孔洞内侧点焊在一起；竖向受力板中受力段设计成多条带板形式，可根据设计需要调整条带板的个数和宽度。所述底部水平连接板开设有U型通孔，与地梁端板通过螺栓连接。U型通孔的设置便于可替换钢板的拼接。通过上述改进，便于可替换钢板的拆卸安装。

作为本发明的一种改进，所述可替换钢板中竖向受力板和底部水平连接板焊接处焊接有多变形加劲肋，提供可替换钢板抗弯刚度。

作为本发明的一种改进，所述底部水平连接板的设置分强弱两种形式，强板的尺寸大于弱板，即可安装的螺栓个数较多。拼装时强板对应组合柱强轴方向，弱板对应组合柱弱轴方向。

作为本发明的一种改进，所述可替换块体放置于上部核心方钢管下面，填满下部核心方钢管和可替换钢板之间的空间。所述可替换块体内部预埋有高强螺栓，通过可替换钢板中受力条带板间的空隙伸出，利用盖板将可替换块体和可替换钢板紧固在一起，加强整体性。

作为本发明的一种改进，所述地梁端板预设于地梁顶面，高强螺杆预埋于地梁内部。所述地梁端板中间设置有与所述下部核心方钢管外围尺寸相匹配的凹槽，所述核心方钢管放置在凹槽内并与所述地梁形成榫卯连接。通过上述改进，有助于钢筋混凝土柱的定位和其侧向剪力的有效传递。

作为本发明的一种改进，所述消能可更换部件的底部一定范围内高度低于建筑地面的水平位置。通过上述改进，可将柱脚突出柱面部分隐藏起来，避免对建筑的美观和正常使用造成影响。

本发明提供一种受力明确、抗震性能良好、可实现震后快速修复的装配式可替换组合柱，包括有处于中部的核心方钢管、四周的消能可更换部件、以及预埋于地梁的端板组成。所述核心方钢管通过内部焊接连接钢板与柱纵筋焊接，与整体上柱钢筋笼浇筑成为一整体，装配式可替换组合柱利用方钢管承担竖向荷载。所述的消能可更换部件包括有可替换钢板和可替换块体，可替换钢板通过高强螺栓与核心方钢管和地梁端板连接，在地震作用下承受拉压力屈服耗能，可替换块体放置于核心方钢管和可替换钢板之间的空位，依靠螺栓与可替换钢板连接以加强整体性，在地震作用下只承受压力，通过受压屈服耗散地震能量，消能可更换部件的设置方便拼装和拆卸。采用上述技术方案后，本发明的装配式可替换组合柱可实现工厂预制及现场装配式建造，具有良好抗震性能，以及便捷的震损后修复功能，在正常情况下构成柱体组成部分的强度。通过合理调整消能可更换部件能力强弱，可达到如下效果：

(1)小震时，核心方钢管和外围消能可更换部件共同作用，提供结构抗侧刚度，减小层间位移，核心方钢管和外围消能可更换部件均处于弹性状态，满足规范“小震不坏”的第一水准设防目标；

(2)中震时，核心方钢管外围消能可更换部件产生较大变形，吸收大部分地震能量，控制结构层间位移，核心方钢管仍处于弹性状态，满足规范“中震可修”的第二水准设防目标；

(3)大震时，结构层间位移过大，外围消能可更换部件产生剧烈变形直至损坏，变形以及能量耗散主要集中在外围消能可更换部件，使得核心方钢管部分得到保护，保证结构不发生倒塌，满足规范“大震不倒”的第三水准设防目标。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种损伤可修复的装配式组合柱脚，其特征在于：包括钢筋混凝土上柱段、方钢管、可替换块体、可替换钢板、地梁端板、地梁和纵筋连接板，所述钢筋混凝土上柱段通过所述纵筋连接板与所述方钢管之间浇筑连接，所述方钢管的下端位于所述地梁端板的中部，所述可替换块体和所述可替换钢板均为四个，四个所述可替换块体位于所述方钢管的四周，四个所述可替换钢板位于四个所述可替换块体外并通过螺栓与所述方钢管连接，所述可替换钢板的下端通过螺栓与所述地梁端板连接，所述地梁端板与所述地梁连接。

2.根据权利要求1所述的损伤可修复的装配式组合柱脚，其特征在于：所述可替换钢板的折弯处设置有加强筋。