CN108533045B - 可复位的形状记忆合金耗能组合柱及安装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可复位的形状记忆合金耗能组合柱及安装方法,属于结构工程技术领域,本发明包括基础、装配方钢管柱、工字型柱、H型钢梁、防屈曲支撑、连接短梁,装配方钢管柱的节点域部分固定有T型拼装板,T型拼装板上下均设有凹槽,T型拼装板与装配方钢管柱采用自锁螺栓连接;工字型柱的节点域部分采用可复位式节点连接,工字型柱在每层中部由三块拼接板通过螺栓连接,工字型柱上下翼缘之间设有形状记忆合金长螺栓,通过L型连接板一端与连接短梁固定连接,另一端与H型钢梁固定连接,柱的相应位置焊接肋板;装配方钢管柱和工字型柱间防屈曲支撑进行组合连接。本发明实现了施工现场完全装配、地震时可耗能以及提高震后恢复能力的作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种可复位的形状记忆合金耗能组合柱及安装方法,属于结构工程技术领域。
背景技术
随着技术的发展,建筑结构的高度和跨度不断变大,在高耸、大跨框架结构建筑物中,梁和柱组成的框架骨架是主要的承重结构破坏形式通常是剪切破坏。在实际设计中,柱子的轴压比需严格控制以保证地震作用下的安全承载,当轴压比较大时,设计中通常采用的调整方法是增大柱子截面和设置抗水平剪力体系(如剪力墙和柱间支撑等)。在住宅结构中传统的框架结构柱子通常采用方形、矩形截面,柱子截面过大会造成不能完全被墙体所包围,会造成占用更多的室内空间,使得家具摆设和房间布置受到一定的限制,尤其对于小面积住宅更显影响。剪力墙的设置会提高房屋造价,柱间支撑的增加限制了建筑门窗开洞的灵活性。
方钢管混凝土组合异形柱是一种新型的结构体系,它由单根方钢管混凝土柱通过缀件连接组合而成其最突出的特点是具有灵活的截面形式。常用的截面形式有L形、丁形和十字形截面。它不仅解决了普通规则截面柱突出墙体的问题,同时由于柱肢间有缀条连接大大增加了柱的抗侧刚度提高了框架结构的抗侧力能力,解决了柱间支撑对建筑布局的影响,可谓一举多得。在全国大力推广钢结构住宅体系的背景下,方钢管混凝土组合异形柱具有广阔的发展前景。但传统的方钢管混凝土组合异形柱单肢主要采用方钢管混凝土,柱肢间焊接缀条,这就导致现场焊接工作繁琐,无法保证焊接质量,满足不了现在装配式钢结构发展的大需求。同时传统的方钢管混凝土组合异形柱由于其装配程度不够,连接处主要以焊接为主,就造成在地震作用下破坏后维修难度加大,无法恢复功能的后果,同时其没有耗能机制,在地震作用下无法耗散能量。
发明内容
针对现有技术存在的上述缺陷,本发明提出了一种可复位的形状记忆合金耗能组合柱及安装方法,其目的是用以解决现有技术中组合异形柱装配程度低、无法耗能、自恢复的问题,实现施工现场完全装配、地震时可耗能以及提高震后恢复能力的作用。
本发明所述的可复位的形状记忆合金耗能组合柱,包括基础、装配方钢管柱、工字型柱、H型钢梁、防屈曲支撑、连接短梁,位于底部的基础上固定安装有装配方钢管柱、工字型柱;装配方钢管柱的节点域部分固定有T型拼装板,T型拼装板上下均设有凹槽,T型拼装板与装配方钢管柱采用自锁螺栓连接;工字型柱的节点域部分采用可复位式节点连接,工字型柱在每层中部由三块拼接板通过螺栓连接,工字型柱上下翼缘之间设有形状记忆合金长螺栓,通过L型连接板一端与连接短梁固定连接,另一端与H型钢梁固定连接,柱的相应位置焊接肋板;装配方钢管柱和工字型柱间防屈曲支撑进行组合连接;内筒套件与装配方钢管柱内壁间浇筑混凝土。
优选地,装配方钢管柱由四部分装配柱标准件组装而成,柱内由内筒套件连接固定。
优选地,装配柱标准件呈“L”型,一端有凸起,一端有凹槽,拐角处也设有滑道,每四部分可组装成完整的方钢管柱,竖向上,装配柱标准件之间有橡胶垫,以免混凝土浇筑时漏浆,连接缝要错开,以免形成薄弱面。
优选地,内筒套件在装配方钢管柱中间,四个伸出部位端部有凸起,由上到下经装配柱标准件拐角处的滑道滑入柱中。
优选地,连接短梁一端通过四块拼装板与分割板和T型拼装板螺栓固定连接,一端通过两块L型连接板与工字型柱螺栓固定连接。
优选地,分割板的下端带有凸字滑道,两侧有组装板;分割板采用工厂预制的标准件,每四个可组装成完整的环板。
优选地,分割板位置对应后通过高强螺栓连接固定,每个节点域需要组装两组环板。
优选地,防屈曲支撑中间设有钢板芯材,梁端有端板;与柱外端板固定连接,装配方钢管柱与工字型柱间交错设置,呈叉字形。
优选地,装配方钢管柱的装配柱标准件外预制焊接端板。
本发明所述的可复位的形状记忆合金耗能组合柱的安装方法,包括以下步骤:
第一步:将装配方钢管柱由装配柱标准件组装好;
第二步:将内筒套件由上到下经装配柱标准件拐角处的滑道滑入柱中;
第三步:将T型拼装板通过自锁螺栓,固定在装配方钢管柱外壁;
第四步:在内筒套件与装配方钢管柱内壁间浇筑混凝土;
第五步:将分割板标准件每四个组装成完整的环板,组装板位置对应后通过高强螺栓连接固定,每个节点域需要组装两组环板;
第六步:将工字型柱在对应位置固定好,每层中部由三块拼接板通过螺栓连接;
第七步,将连接短梁一端通过四块拼装板与分割板和T型拼装板螺栓固定连接,一端通过两块L型连接板与工字型柱连接;
第七步:将形状记忆合金长螺栓,通过L型连接板一端与连接短梁固定连接,另一端与H型钢梁固定连接。
本发明具有以下有益效果:
(1)本发明将两类不同构造的柱进行组合连接形成组合异形柱,实现了承受荷载与节省空间的结合,也避免了梁柱节点过大的浪费,充分节省了建筑空间与建筑成本;大震后部分构件损坏可做到标准件更换,从而达到缩短维修工期和成本,并是组合柱尽快恢复使用功能的目标。
(2)本发明提供的可复位的形状记忆合金耗能组合柱,在四周工字型柱设计形状记忆合金长螺栓,具有超弹性在外力作用下,形状记忆合金长螺栓具有比普通螺栓更强的变形恢复能力,即地震作用后产生的大变形会随着卸载而恢复。因此在地震作用时在组合柱四周的形状记忆合金长螺栓通过大变形,在地震时首先变形,耗散能量,保证了装配方钢管柱不被地震所破坏,同时在塑性变形后可恢复到原来位置,达到自恢复的效果。
(3)本发明巧妙地采用防屈曲支撑将装配方钢管柱和工字型柱紧密连接在一起,同时,防屈曲支撑是一种兼具普通支撑和金属阻尼器双重功能的支撑形式,其具有良好的滞回特性,在拉压情况下都可以充分屈服,是地震作用下的主要耗能部件,可充分耗能有效保护结构的安全,同时在本发明中也可以做到破坏后及时更换的效果。
(4)本发明组合柱的所有构件均可在工厂加工完成,现场全部通过螺栓连接,实现了完全装配化施工,可避免现场焊接可能带来的质量问题,并加快施工进度、提高劳动生产率,地震过后,任意破坏的构件均可精准拆卸并实现快速更换。
附图说明
图1是本发明整体结构立体图。
图2是本发明整体结构主视图。
图3是本发明整体结构俯视图。
图4是装配方钢管柱节点立体图。
图5是装配方钢管柱节点俯视图。
图6是工字型柱节点立体图。
图7是工字型柱节点侧视图。
图8是工字型柱节点与连接短梁立体图。
图9是柱间防屈曲支撑立体图。
图10是防屈曲支撑立体图。
图11是本发明“T”字型组合柱结构立体图。
图12是本发明“T”字型组合柱结构俯视图。
图13是本发明“L”字型组合柱结构立体图。
图14是本发明“L”字型组合柱结构俯视图。
图中:1、装配方钢管柱;2、工字型柱;3、H型钢梁;4、基础;5、防屈曲支撑;501、钢板芯材;502、端板;6、内筒套件;7、混凝土;8、分割板;801、凸字滑道;802、组装板;9、T型拼装板;10、自锁螺栓;11、高强螺栓;12、拼装板;13、装配柱标准件;14、连接短梁;15、L型连接板;16、形状记忆合金长螺栓;17、普通螺栓;18、肋板;19、拼接板。
具体实施方式
为了使本发明目的、技术方案更加清楚明白,下面结合实施例,对本发明作进一步详细说明。
实施例1:
如图1至图3所示,本发明所述的可复位的形状记忆合金耗能组合柱,包括装配方钢管柱1、工字型柱2、H型钢梁3、基础4、防屈曲支撑5、连接短梁14,位于底部的基础4上固定安装有装配方钢管柱1、工字型柱2;装配方钢管柱1的节点域部分固定有T型拼装板9,T型拼装板9上下均设有凹槽,T型拼装板9与装配方钢管柱1采用自锁螺栓10连接;工字型柱2的节点域部分采用可复位式节点连接,工字型柱2在每层中部由三块拼接板19通过螺栓连接,工字型柱2上下翼缘之间设有形状记忆合金长螺栓16,通过L型连接板15一端与连接短梁14固定连接,另一端与H型钢梁3固定连接,柱的相应位置焊接肋板18;装配方钢管柱1和工字型柱2间防屈曲支撑5进行组合连接;内筒套件6与装配方钢管柱1内壁间浇筑混凝土7。
本发明将两类不同构造的柱进行组合连接形成组合异形柱,实现了承受荷载与节省空间的结合,也避免了梁柱节点过大的浪费,充分节省了建筑空间与建筑成本;大震后部分构件损坏可做到标准件更换,从而达到缩短维修工期和成本,并是组合柱尽快恢复使用功能的目标。
本发明提供的可复位的形状记忆合金耗能组合柱,在四周工字型柱2设计形状记忆合金长螺栓16,具有超弹性在外力作用下,形状记忆合金长螺栓16具有比普通螺栓17更强的变形恢复能力,即地震作用后产生的大变形会随着卸载而恢复。因此在地震作用时在组合柱四周的形状记忆合金长螺栓16通过大变形,在地震时首先变形,耗散能量,保证了装配方钢管柱1不被地震所破坏,同时在塑性变形后可恢复到原来位置,达到自恢复的效果。
如图4至图5所示,装配方钢管柱1由四部分装配柱标准件13组装而成,柱内由内筒套件6连接固定。
装配柱标准件13呈“L”型,一端有凸起,一端有凹槽,拐角处也设有滑道,每四部分可组装成完整的方钢管柱,竖向上,装配柱标准件13之间有橡胶垫,以免混凝土7浇筑时漏浆,连接缝要错开,以免形成薄弱面。
内筒套件6在装配方钢管柱1中间,四个伸出部位端部有凸起,由上到下经装配柱标准件13拐角处的滑道滑入柱中。
如图6至图8所示,连接短梁14一端通过四块拼装板12与分割板8和T型拼装板9螺栓固定连接,一端通过两块L型连接板15与工字型柱2螺栓固定连接。
分割板8的下端带有凸字滑道801,两侧有组装板802;分割板8采用工厂预制的标准件,每四个可组装成完整的环板。
分割板8位置对应后通过高强螺栓11连接固定,每个节点域需要组装两组环板。
如图9至图10所示,防屈曲支撑5中间设有钢板芯材501,梁端有端板502;与柱外端板502固定连接,装配方钢管柱1与工字型柱2间交错设置,呈叉字形。装配方钢管柱1的装配柱标准件13外预制焊接端板502。
传统的方钢管混凝土7组合异形柱单肢主要采用方钢管混凝土7,柱肢间焊接缀条,导致现场焊接工作繁琐,无法保证焊接质量。
本发明巧妙地采用防屈曲支撑5将装配方钢管柱1和工字型柱2紧密连接在一起,同时,防屈曲支撑5是一种兼具普通支撑和金属阻尼器双重功能的支撑形式,其具有良好的滞回特性,在拉压情况下都可以充分屈服,是地震作用下的主要耗能部件,可充分耗能有效保护结构的安全,同时在本发明中也可以做到破坏后及时更换的效果。
实施例2:
需要在本实施例说明的是,如图11至图14所示,本发明所述的可复位的形状记忆合金耗能组合柱,装配方钢管柱1和工字型柱2结构的组合方式是多变的,结构是不唯一的。
例如,如图1至图3所示,一根装配方钢管柱1与四根工字型柱2结构相连构成“十”字形的组合柱结构。
如图11至图12所示,一根装配方钢管柱1与三根工字型柱2结构相连构成“T”字型的边柱组合柱结构。
如图13至图14所示,一根装配方钢管柱1与两根工字型柱2结构相连构成“L”字型的角柱组合柱结构。
实施例3:
本发明所述的可复位的形状记忆合金耗能组合柱的安装方法,包括以下步骤:
第一步:将装配方钢管柱1由装配柱标准件13组装好;
第二步:将内筒套件6由上到下经装配柱标准件13拐角处的滑道滑入柱中;
第三步:将T型拼装板9通过自锁螺栓10,固定在装配方钢管柱1外壁;
第四步:在内筒套件6与装配方钢管柱1内壁间浇筑混凝土7;
第五步:将分割板8标准件每四个组装成完整的环板,组装板802位置对应后通过高强螺栓11连接固定,每个节点域需要组装两组环板;
第六步:将工字型柱2在对应位置固定好,每层中部由三块拼接板19通过螺栓连接;
第七步,将连接短梁14一端通过四块拼装板12与分割板8和T型拼装板9螺栓固定连接,一端通过两块L型连接板15与工字型柱2连接;
第七步:将形状记忆合金长螺栓16,通过L型连接板15一端与连接短梁14固定连接,另一端与H型钢梁3固定连接。
本发明组合柱的所有构件均可在工厂加工完成,现场全部通过螺栓连接,实现了完全装配化施工,可避免现场焊接可能带来的质量问题,并加快施工进度、提高劳动生产率,地震过后,任意破坏的构件均可精准拆卸并实现快速更换。
本发明可广泛运用于结构工程场合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而己,并不以本发明为限制,凡在本发明的精神和原则之内所作的均等修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的专利涵盖范围内。
Claims (8)
1.一种可复位的形状记忆合金耗能组合柱,其特征在于,包括装配方钢管柱(1)、工字型柱(2)、H型钢梁(3)、基础(4)、防屈曲支撑(5)、连接短梁(14),位于底部的基础(4)上固定安装有装配方钢管柱(1)、工字型柱(2);装配方钢管柱(1)的节点域部分固定有T型拼装板(9),T型拼装板(9)上下均设有凹槽,T型拼装板(9)与装配方钢管柱(1)采用自锁螺栓(10)连接;工字型柱(2)的节点域部分采用可复位式节点连接,工字型柱(2)在每层中部由三块拼接板(19)通过螺栓连接,工字型柱(2)上下翼缘之间设有形状记忆合金长螺栓(16),通过L型连接板(15)一端与连接短梁(14)固定连接,另一端与H型钢梁(3)固定连接,柱的相应位置焊接肋板(18);装配方钢管柱(1)和工字型柱(2)间防屈曲支撑(5)进行组合连接;内筒套件(6)与装配方钢管柱(1)内壁间浇筑混凝土(7);
装配方钢管柱(1)由四部分装配柱标准件(13)组装而成,柱内由内筒套件(6)连接固定;内筒套件(6)在装配方钢管柱(1)中间,四个伸出部位端部有凸起,由上到下经装配柱标准件(13)拐角处的滑道滑入柱中。
2.根据权利要求1所述的可复位的形状记忆合金耗能组合柱,其特征在于,装配柱标准件(13)呈“L”型,一端有凸起,一端有凹槽,拐角处也设有滑道,每四部分可组装成完整的方钢管柱,竖向上,装配柱标准件(13)之间有橡胶垫,以免混凝土(7)浇筑时漏浆,连接缝要错开,以免形成薄弱面。
3.根据权利要求1所述的可复位的形状记忆合金耗能组合柱,其特征在于,连接短梁(14)一端通过四块拼装板(12)与分割板(8)和T型拼装板(9)螺栓固定连接,一端通过两块L型连接板(15)与工字型柱(2)螺栓固定连接。
4.根据权利要求3所述的可复位的形状记忆合金耗能组合柱,其特征在于,分割板(8)的下端带有凸字滑道(801),两侧有组装板(802);分割板(8)采用工厂预制的标准件,每四个可组装成完整的环板。
5.根据权利要求4所述的可复位的形状记忆合金耗能组合柱,其特征在于,分割板(8)位置对应后通过高强螺栓(11)连接固定,每个节点域需要组装两组环板。
6.根据权利要求1所述的可复位的形状记忆合金耗能组合柱,其特征在于,防屈曲支撑(5)中间设有钢板芯材(501),梁端有端板(502);与柱外端板(502)固定连接,装配方钢管柱(1)与工字型柱(2)间交错设置,呈叉字形。
7.根据权利要求6所述的可复位的形状记忆合金耗能组合柱,其特征在于,装配方钢管柱(1)的装配柱标准件(13)外预制焊接端板(502)。
8.一种根据权利要求1-7任一所述的可复位的形状记忆合金耗能组合柱的安装方法,其特征在于,包括以下步骤:
第一步:将装配方钢管柱(1)由装配柱标准件(13)组装好;
第二步:将内筒套件(6)由上到下经装配柱标准件(13)拐角处的滑道滑入柱中;
第三步:将T型拼装板(9)通过自锁螺栓(10),固定在装配方钢管柱(1)外壁;
第四步:在内筒套件(6)与装配方钢管柱(1)内壁间浇筑混凝土(7);
第五步:将分割板(8)标准件每四个组装成完整的环板,组装板(802)位置对应后通过高强螺栓(11)连接固定,每个节点域需要组装两组环板;
第六步:将工字型柱(2)在对应位置固定好,每层中部由三块拼接板(19)通过螺栓连接;
第七步,将连接短梁(14)一端通过四块拼装板(12)与分割板(8)和T型拼装板(9)螺栓固定连接,一端通过两块L型连接板(15)与工字型柱(2)连接;
第七步:将形状记忆合金长螺栓(16),通过L型连接板(15)一端与连接短梁(14)固定连接,另一端与H型钢梁(3)固定连接。
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