CN108222269A - 一种损伤可控的网架结构平板支座 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种损伤可控的网架平板支座。包括肋板和支座球；混凝土结构顶面上自下而上依次设有砂浆层、复合开孔底板、肋板和支座球，支座球与网架结构杆件焊接连接；所述复合开孔底板上设有两排通孔，每排通孔由长圆孔和圆孔构成，所述长圆孔设于靠近混凝土结构顶面边缘的一侧，长圆孔的横向轴与混凝土结构顶面边缘垂直，横向轴长度大于纵向轴长度；所述圆孔设于远离混凝土结构顶面边缘的一侧，本发明支座具有良好的抗震性能和变形能力，有效避免了钢筋混凝土结构顶面边缘混凝土发生损伤。本发明支座易于施工，传力路径明确，成本低，对在地震作用下的网架结构性能具有一定程度的改善，具有较强的工程实际应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及网架结构，具体涉及一种损伤可控的网架结构平板支座。
背景技术
网架结构被经常用于体育馆、展览馆等大跨空间结构中，其整体结构抗震性能良好，经常作为灾后避难场所使用。在近些年国内外多次地震中发现，用于连接上部钢网架与混凝土结构的平板支座经常发生破坏，尤其以混凝土结构顶面边缘破坏模式较为常见。该种破坏模式的主要现象为，在平板支座中的混凝土结构顶面，自锚栓朝向混凝土边缘产生近似35°扩散角度的损伤破坏区域，从而大块混凝土从高空跌落，这对建筑物中的财产和人身安全造成极大的威胁，严重影响着网架结构的继续使用性能。产生该种破坏模式的根本原因在于支座锚栓在地震中产生水平方向较大的塑性变形，支座锚栓对边缘混凝土产生水平推力，在该水平推力大于混凝土抗拉强度的情况下，边缘混凝土发生损伤。我国现有网架支座设计方法尚未对平板支座中混凝土结构顶面破坏模式提出相关构造措施和设计方法的规定。
现有研究结果表明，通过保证足够的锚栓与混凝土边缘间的距离，可以减小混凝土结构的损伤，避免混凝土结构顶面破坏模式的发生。然而在网架结构设计中，上部钢网架与混凝土结构常分开进行考虑，混凝土结构的平面尺寸基于自身结构的受力状态进行设计，并未考虑对平板支座节点中锚栓与混凝土边缘距离尺寸的设计。此外，上部网架结构斜腹杆需避免与混凝土结构顶面相碰，故网架平板支座锚栓与混凝土结构边缘间距离不宜过大，以免对上部钢网架结构的设计造成困难。因此在实际设计中，经常出现平板支座位于混凝土结构顶面边缘的情况，这对平板支座混凝土结构顶面的受力是极其不利的。
采用易于施工的方法保证上部钢网架与混凝土结构的合理连接，避免平板支座节点发生严重的损伤破坏，保证网架结构的震后继续使用性，是网架结构平板支座设计方法亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是克服以上网架结构平板支座设计方法的不足，提供一种损伤可控的网架结构平板支座。
本发明的技术方案如下：
一种损伤可控的网架结构平板支座，包括支座球和肋板，混凝土结构顶面上自下而上设有砂浆层、复合开孔底板、肋板和支座球，支座球与网架结构杆件进行焊接连接；所述复合开孔底板上设有两排通孔，每排通孔由长圆孔和圆孔构成，所述长圆孔设于靠近混凝土结构顶面边缘的一侧，长圆孔的横向轴与混凝土结构顶面边缘垂直，长圆孔的横向轴长度大于纵向轴长度；所述圆孔设于远离混凝土结构顶面边缘的一侧，所述混凝土结构顶面边缘为平板支座与网架结构杆件相连的一侧(混凝土结构顶面边缘为平板支座与网架结构杆件相连的一侧所对应的顶面一边)。
锚栓预埋于混凝土结构中，上部穿过砂浆层和复合开孔底板的通孔，通过垫片及螺母将复合开孔底板固定。
复合开孔底板的厚度为30mm～50mm。
砂浆层的最小厚度由下式进行计算：
式中：tmin为砂浆层的最小厚度，Mab,p为锚栓的塑性弯矩，A为锚栓的截面积，fy为锚栓的抗拉屈服强度，d为锚栓的直径。
砂浆层采用强度等级为M50的水泥砂浆。
优选所述螺母为双螺母。
为了使平板支座受力均匀，长圆孔的中心与圆孔的中心镜面对称分布于复合开孔底板上。进一步地，长圆孔的中心与圆孔的中心以复合开孔底板的纵向中心线镜面对称分布。
通孔之间的净距最小为2倍圆孔直径。
所述肋板为十字形，锚栓位于肋间处。
本发明的有益效果是本发明长圆孔可保证底板在水平推力下滑移时，混凝土结构边缘一侧锚栓不发生明显的塑性变形，以控制边缘混凝土的损伤。与现有网架结构平板支座相比，本发明有效避免其发生破坏和跌落，避免了平板支座节点发生严重的损伤破坏，具有减小混凝土结构顶面边缘损伤的作用，避免了混凝土结构边缘破坏的混凝土块坠落，提高了支座的抗震性能和变形能力，有效连接上部钢网架结构与下部混凝土结构，保证网架结构的震后继续使用性。
附图说明
图1是损伤可控网架结构平板支座的正侧面轴侧视图；
图2是损伤可控网架结构平板支座的俯视图；
图3是复合开孔底板的构造详图。
图4是安装有本发明损伤可控的网架结构平板支座的网架结构及混凝土结构示意图。
图5是利用有限元模拟分析得到的不同复合开孔底板支座对混凝土结构边缘损伤影响情况。
图6是利用有限元模拟分析得到的不同复合开孔底板平板支座承载力-位移曲线。
图中：
支座球1、肋板2、锚栓3、螺母4、垫片5、复合开孔底板6、砂浆层7、长圆孔8、圆孔9、网架结构杆件10、混凝土结构11。
具体实施方式
下面结合附图对本实用专利作详细说明：
实施例1
如图1-4所示，一种损伤可控的网架结构平板支座，包括支座球1和肋板2，混凝土结构11顶面上自下而上依次设有砂浆层7、复合开孔底板6、肋板2和支座球1，所述复合开孔底板6与肋板2焊接连接，肋板2与支座球1焊接连接，支座球1与网架结构杆件10焊接连接；所述复合开孔底板6上设有两排通孔，每排通孔由长圆孔8和圆孔9构成，所述长圆孔8设于靠近混凝土结构顶面边缘的一侧，长圆孔8的横向轴与混凝土结构顶面边缘垂直，横向轴长度大于纵向轴长度；所述圆孔9设于远离混凝土结构顶面边缘的一侧，所述混凝土结构顶面边缘为平板支座与网架结构杆件相连的一侧。锚栓3预埋于混凝土结构11中，锚栓3上部穿过砂浆层7和复合开孔底板6的通孔，通过垫片5及螺母4将复合开孔底板6固定。复合开孔底板6的厚度为30mm～50mm。砂浆层7采用强度等级为M50的水泥砂浆。所述螺母4为双螺母。长圆孔的中心与圆孔的中心以复合开孔底板的纵向中心线对称分布。通孔之间的净距最小为2倍圆孔直径。所述肋板为十字形，锚栓位于肋间处。
砂浆层7的最小厚度由下式进行计算：
式中：tmin为砂浆层7的最小厚度，Mab,p为锚栓3的塑性弯矩，A为锚栓3的截面面积，fy为锚栓3的抗拉屈服强度，d为锚栓3的直径。
本发明的实际应用过程如下，首先根据设计需要确定与支座连接的上部网架结构杆件10的布置以及与支座连接的混凝土结构11的位置及平面尺寸，由此在保证网架杆件10不与混凝土结构相碰的原则下，尽量降低肋板2的高度，以减小由于支座高度引起的附加弯矩。接着，依据现行规范要求确定支座球1的尺寸、肋板2的厚度、锚栓3的直径，并对各钢构件间的焊缝进行设计和承载力验算。长圆孔8的平直段长度依据结构分析结果中网架结构支座的水平滑移限值确定。
对不同开孔底板的通孔结构进行比较，结果如图5-6所示，当底板达到相同水平位移时，圆孔底板支座塑性损伤最为严重，长圆孔底板支座也发生了塑性损伤破坏，而本发明平板支座对应的下部混凝土结构未发生明显的塑性损伤破坏。若底板通孔结构均为长圆孔，当钢底板孔壁与锚栓接触时，支座刚度瞬间增大，很可能造成与之相连的网架结构杆件的内力突增，导致杆件破坏。本发明平板支座底板的开孔结构形式，可保证支座稳定的承载力，且可避免边缘混凝土发生破坏，具有良好的工作性能。
本发明能够减小混凝边距较小侧锚栓的塑性变形量，以控制边缘混凝土的损伤，由此保护边缘混凝土不发生破坏，防止混凝土跌落，以保证网架结构安全。
Claims (8)
1.一种损伤可控的网架结构平板支座，包括肋板(2)和支座球(1)，其特征在于，混凝土结构(11)顶面上自下而上依次设有砂浆层(7)、复合开孔底板(6)、肋板(2)和支座球(1)，支座球(1)与网架结构杆件(10)焊接连接；所述复合开孔底板(6)上设有两排通孔，每排通孔由长圆孔(8)和圆孔(9)构成，所述长圆孔(8)设于靠近混凝土结构顶面边缘的一侧，长圆孔(8)的横向轴与混凝土结构(11)顶面边缘垂直，横向轴长度大于纵向轴长度；所述圆孔(9)设于远离混凝土结构顶面边缘的一侧，所述混凝土结构(11)顶面边缘为平板支座与网架结构杆件相连的一侧。
2.根据权利要求1所述的一种损伤可控的网架结构平板支座，其特征在于，锚栓(3)预埋于混凝土结构(11)中，锚栓(3)上部穿过砂浆层(7)和复合开孔底板(6)的通孔，通过垫片(5)及螺母(4)将复合开孔底板(6)固定。
3.根据权利要求1所述的一种损伤可控的网架结构平板支座，其特征在于，复合开孔底板(6)的厚度为30mm～50mm。
4.根据权利要求1所述的一种损伤可控的网架结构平板支座，其特征在于，砂浆层(7)的最小厚度由下式进行计算：
式中：tmin为砂浆层(7)的最小厚度，Mab,p为锚栓(3)的塑性弯矩，A为锚栓(3)的截面面积，fy为锚栓(3)的抗拉屈服强度，d为锚栓(3)的直径。
5.根据权利要求1所述的一种损伤可控的网架结构平板支座，其特征在于，砂浆层(7)采用强度等级为M50的水泥砂浆。
6.根据权利要求1所述的一种损伤可控的网架结构平板支座，其特征在于，所述螺母(4)为双螺母。
7.根据权利要求1所述的一种损伤可控的网架结构平板支座，其特征在于，长圆孔(8)的中心与圆孔(9)的中心镜面对称分布于复合开孔底板上。
8.根据权利要求1所述的一种损伤可控的网架结构平板支座，其特征在于，通孔之间的净距最小为2倍圆孔的直径。
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