CN109235772B - 装配式防屈曲钢板耗能连梁及其装配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种装配式防屈曲钢板耗能连梁，包括一体化预制连梁，所述一体化预制连梁包括连梁主体和固定在所述连梁主体左右两端的连梁端板，所述连梁主体包括钢板阻尼器和设置在所述钢板阻尼器前后两侧的预制混凝土盖板，所述预制混凝土盖板包括混凝土盖板和嵌固在所述混凝土盖板左右两端的耗能承力钢板。本发明还提供了一种装配式防屈曲钢板耗能连梁的装配方法。本发明的有益效果是：提供了一种兼顾刚度和耗能且只发生延性破坏的装配式防屈曲钢板耗能连梁，该装配式防屈曲钢板耗能连梁具有双阶屈服，延性好，耗能性能好的优点。
Description
技术领域
本发明涉及连梁，尤其涉及一种装配式防屈曲钢板耗能连梁及其装配方法。
背景技术
目前，高层建筑中多采用剪力墙作为主要的抗震结构构件，是因为：剪力墙侧向刚度大，容易满足小震作用下高层建筑结构的位移限值；地震作用下剪力墙变形小，破坏程度低；可以设计为延性剪力墙。在剪力墙设计中应遵循“强墙弱梁”、“强剪弱弯”的设计原则，要求连梁先于墙肢屈服，使塑性变形和耗能分散于连梁，避免墙肢剪切破坏。连梁在剪力墙结构体系中具有双重作用：一是正常使用状态及小震作用下在弹性范围工作，连接两侧剪力墙，保证结构具有足够抗侧刚度与整体性；二是在中震及大震作用下，连梁先于墙肢屈服，耗散地震输入能量，避免墙肢发生破坏，保证主体结构的安全。同时连梁是结构体系中第一道抗震防线，而目前连梁易出现剪切破坏，耗能性能差，因此对提高连梁的耗能能力的研究具有重要意义。
近年来，国内外许多学者对连梁耗能作用进行了研究与分析，并取得了一定的研究成果。结合目前对连梁的研究来看，大多连梁存在耗能不足，与剪力墙连接仍是采用湿连接，无法实现易安装可拆卸。由于连梁是结构体系中第一道抗震防线，因此若将连梁做成只发生延性破坏的双阶屈服连梁，即可更大程度的提高连梁的耗能能力，从而提高结构体系的抗震性能，同时连梁与剪力墙连接部位采用干式连接，可实现连梁的易安装可拆卸，震后易修复。目前连梁的主要破坏形式有剪切型破坏、弯剪型破坏和弯曲型破坏，通过合理设计，利用钢材具有较好延性，可以实现连梁在三种破坏模式下均发生延性破坏，提高连梁的耗能能力，从而使连梁具有更加广泛的适用性。
为了克服目前钢筋混凝土连梁易发生脆性破坏，耗能能力差和承载力不足的问题，如何提供一种兼顾延性和耗能的装配式双阶屈服耗能连梁是本领域技术人员所亟待解决的技术问题。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种装配式防屈曲钢板耗能连梁及其装配方法。
本发明提供了一种装配式防屈曲钢板耗能连梁，包括一体化预制连梁，所述一体化预制连梁包括连梁主体和固定在所述连梁主体左右两端的连梁端板，所述连梁主体包括钢板阻尼器和设置在所述钢板阻尼器前后两侧的预制混凝土盖板，所述预制混凝土盖板包括混凝土盖板和嵌固在所述混凝土盖板左右两端的耗能承力钢板，所述耗能承力钢板的一端与所述连梁端板固定连接，所述耗能承力钢板的另一端嵌入固定在所述混凝土盖板的端部之内，所述钢板阻尼器的两端分别与所述连梁端板固定连接，所述钢板阻尼器的前后两侧分别通过紧固件与所述混凝土盖板连接。
作为本发明的进一步改进，所述钢板阻尼器的两端分别与所述连梁端板焊接固定，所述钢板阻尼器、连梁端板之间焊接有角钢。
作为本发明的进一步改进，所述装配式防屈曲钢板耗能连梁还包括预埋在剪力墙内的预埋型钢件，所述一体化预制连梁的左右两端分别与所述预埋型钢件连接，所述连梁端板的内侧面分别与所述钢板阻尼器、耗能承力钢板连接，所述连梁端板的外侧面连接有牛腿附加端板，所述牛腿附加端板通过牛腿与所述剪力墙内的预埋型钢件连接。
作为本发明的进一步改进，所述钢板阻尼器的前后两侧分别通过螺杆与所述混凝土盖板连接，所述钢板阻尼器上设有与所述螺杆连接的第一安装孔，所述混凝土盖板上设有与所述螺杆连接的第二安装孔，所述第二安装孔的孔径大于所述第一安装孔的孔径。
作为本发明的进一步改进，所述钢板阻尼器的中部开设有钢板阻尼器屈服孔。
作为本发明的进一步改进，所述耗能承力钢板位于混凝土盖板、连梁端板之间的部位开设有耗能承力钢板屈服孔，所述耗能承力钢板屈服孔先屈服，所述钢板阻尼器屈服孔后屈服。
作为本发明的进一步改进，所述耗能承力钢板和钢板阻尼器均采用低屈服点高延性钢材制成，所述耗能承力钢板的屈服点低于所述钢板阻尼器的屈服点。
作为本发明的进一步改进，所述耗能承力钢板的设计承载力低于所述混凝土盖板的设计承载力。
作为本发明的进一步改进，所述耗能承力钢板与所述混凝土盖板的连接处设置有栓钉。
本发明还提供了一种装配式防屈曲钢板耗能连梁的装配方法，包括以下步骤：
S1、在耗能承力钢板的一端安装栓钉，将耗能承力钢板安装有栓钉的一端在混凝土盖板的钢筋网中定位，并进行焊接，随后整体浇筑混凝土，耗能承力钢板没有安装栓钉的一端露出于混凝土盖板之外，形成预制混凝土盖板；
S2、将钢板阻尼器与两端的连梁端板进行焊接固定，将钢板阻尼器与混凝土盖板采用螺杆进行连接，将耗能承力钢板与两端的连梁端板焊接固定，形成一体化预制连梁。
本发明的有益效果是：通过上述方案，提供了一种兼顾刚度和耗能且只发生延性破坏的装配式防屈曲钢板耗能连梁，该装配式防屈曲钢板耗能连梁具有双阶屈服，延性好，耗能性能好的优点，解决了实际工程中钢筋混凝土连梁在小跨高比下易发生脆性破坏而耗能性能差的问题，并且，采用装配式结构，损坏后易于更换。
附图说明
图1是本发明一种装配式防屈曲钢板耗能连梁的示意图。
图2是本发明一种装配式防屈曲钢板耗能连梁的局部剖面示意图。
图3是本发明一种装配式防屈曲钢板耗能连梁的局部分解示意图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1至图3所示，一种装配式防屈曲钢板耗能连梁，包括一体化预制连梁，所述一体化预制连梁包括连梁主体和固定在所述连梁主体左右两端的连梁端板3，即连梁端板3至少有两块并设置在连梁主体的左右两端，所述连梁主体包括钢板阻尼器6和设置在所述钢板阻尼器6前后两侧的预制混凝土盖板，所述预制混凝土盖板包括混凝土盖板5和嵌固在所述混凝土盖板5左右两端的耗能承力钢板4，所述耗能承力钢板4的一端与所述连梁端板3固定连接，所述耗能承力钢板4的另一端嵌入固定在所述混凝土盖板5的端部之内，所述钢板阻尼器6的两端分别与所述连梁端板3固定连接，所述钢板阻尼器6的前后两侧分别通过紧固件与所述混凝土盖板5连接。
如图1至图3所示，所述钢板阻尼器6的两端分别与所述连梁端板3焊接固定，所述钢板阻尼器6、连梁端板3之间焊接有角钢7，所述钢板阻尼器6为整个连梁的主要承力构件，主要用小跨高比的高板做成，通过焊接与连梁端板3连接，并用角钢7对两侧焊接固定。
如图1至图3所示，所述装配式防屈曲钢板耗能连梁还包括预埋在剪力墙内的预埋型钢件1，所述一体化预制连梁的左右两端分别与剪力墙内的预埋型钢件1连接，所述连梁端板3的内侧面分别与所述钢板阻尼器6、耗能承力钢板4连接，所述连梁端板3的外侧面连接有牛腿附加端板9，所述牛腿附加端板9通过牛腿2与所述剪力墙内预埋型钢件1连接，所述连梁端板3的外侧面与牛腿附加端板9通过螺栓连接。
如图1至图3所示，所述钢板阻尼器6的前后两侧分别通过螺杆8与所述混凝土盖板5连接，通过螺杆8连接混凝土盖板5与钢板阻尼器6，混凝土盖板5起到抑制钢板阻尼器6平面外屈曲和承担一定剪力和提高连梁刚度的作用。
如图1至图3所示，所述钢板阻尼器6上设有与所述螺杆8连接的第一安装孔，所述混凝土盖板5上设有与所述螺杆8连接的第二安装孔51，所述第二安装孔51的孔径大于所述第一安装孔的孔径，在混凝土盖板5上开孔且孔径稍大于钢板阻尼器6开孔，以便两者之间可以相互错动，在地震作用下保证两者之间变形不协调。
如图1至图3所示，所述钢板阻尼器6的中部开设有钢板阻尼器屈服孔，该钢板阻尼器屈服孔优选为带倒角的方形孔61，方形孔61的目的是引导塑型发展，实现塑性可控。
如图1至图3所示，所述耗能承力钢板4位于混凝土盖板5、连梁端板3之间的部位开设有耗能承力钢板屈服孔，该耗能承力钢板屈服孔优选为带倒角的方形孔41，方形孔41的大小尺寸可根据实际承载力的需求和耗能承力钢板4的尺寸来调节。
如图1至图3所示，所述混凝土盖板5，其长度和宽度根据钢板阻尼器6的尺寸来确定，并与连梁端板3保持可以使耗能承力钢板4外露的距离。
如图1至图3所示，所述耗能承力钢板4和钢板阻尼器6均采用低屈服点高延性钢材制成，所述耗能承力钢板4的屈服点低于所述钢板阻尼器6的屈服点，混凝土盖板5采用一般混凝土板。
如图1至图3所示，所述耗能承力钢板4的设计承载力低于所述混凝土盖板5的设计承载力。
如图1至图3所示，所述耗能承力钢板4与所述混凝土盖板5的连接处设置有栓钉10，加强耗能承力钢板4与混凝土盖板5之间的连接作用。
如图1至图3所示，本发明还提供了一种装配式防屈曲钢板耗能连梁的装配方法，包括以下步骤：
S1、在耗能承力钢板4的一端安装栓钉10，将耗能承力钢板4安装有栓钉10的一端在混凝土盖板5的钢筋网中定位，并进行焊接，随后整体浇筑混凝土，耗能承力钢板4没有安装栓钉10的一端露出于混凝土盖板之外，形成预制混凝土盖板；
S2、将钢板阻尼器6与两端的连梁端板3进行焊接固定，将钢板阻尼器6与混凝土盖板5采用螺杆8进行连接，将耗能承力钢板4与两端的连梁端板3焊接固定，形成一体化预制连梁。
如图1至图3所示，耗能承力钢板4与钢板阻尼器6开孔（方形孔41、方形孔61）大小视所需设计连梁的承载力而定，混凝土盖板5的尺寸根据钢板阻尼器6尺寸确定。耗能承力钢板4与钢板阻尼器6均采用低屈服点钢材，其中耗能承力钢板4采用钢材屈服点低于钢板阻尼器6所采用钢材，耗能承力钢板4设计承载力需低于混凝土盖板5的设计承载力。制作时，将钢板阻尼器6与耗能承力钢板4分别单独加工完成，将耗能承力钢板4在混凝土盖板5钢筋网中定位，并进行焊接，随后整体浇筑混凝土，一体化制成预制混凝土盖板，耗能承力钢板4与混凝土盖板5连接处设置有栓钉10，加强其与混凝土盖板5之间的连接作用。将钢板阻尼器6与两端的连梁端板3完成焊接后，与混凝土盖板5采用螺杆8进行连接，随后将耗能承力钢板4与连梁端板3焊接，形成一体化预制连梁，运输到施工现场便可直接安装，易安装可拆卸。
如图1至图3所示，该装配式防屈曲钢板耗能连梁的失效模式为：首先在耗能承力钢板4的方形孔41处出现屈服，其次为钢板阻尼器6的方形孔61处出现屈服，最后出现混凝土破坏，形成了多道屈服防线机制。耗能承力钢板4与钢板阻尼器6塑性发展均匀，均为延性破坏，实现塑性可控和双阶耗能，耗散大量地震能量，从而有效减小剪力墙损伤。
如图1至图3所示，本发明提供的一种装配式防屈曲钢板耗能连梁，耗能承力钢板4与钢板阻尼器6屈服次序不同，即耗能承力钢板4先屈服，钢板阻尼器6后屈服，形成双阶屈服耗能，滞回曲线饱满，具有良好的耗能性能。
如图1至图3所示，本发明提供的一种装配式防屈曲钢板耗能连梁，只发生延性破坏，具有良好耗能能力和抗侧刚度，构件之间通过焊接或螺栓连接，有利于实现工业化生产和现场干作业施工。
如图1至图3所示，本发明提供的一种装配式防屈曲钢板耗能连梁，引入防屈曲钢板剪力墙的设计理念，结合钢材具有较好延性，将钢板阻尼器6作为连梁主要受力构件，连梁两端采用焊接或螺栓连接的方式通过剪力墙内的预埋型钢件1与剪力墙连接，在中震或大震中损坏后易于更换。
如图1至图3所示，本发明提供的一种装配式防屈曲钢板耗能连梁，基于钢材具有较好延性，采用将钢板阻尼器6作为主要受力构件，混凝土盖板5承担部分剪力，主要用于约束钢板阻尼器6屈曲，同时在混凝土盖板5两侧设置耗能承力钢板4，一方面可以作为第一道抗震防线率先进入屈服，另一方面可将部分剪力传递到混凝土盖板5。所述装配式防屈曲钢板耗能连梁采用在工厂完成整体预制，在两端的连梁端板3预留螺栓孔，在现场与剪力墙预埋件部分（剪力墙内的预埋型钢件1）伸出牛腿2采用螺栓连接。综合看来，该装配式防屈曲钢板耗能连梁是一种只发生延性破，具有两道抗震防线，易安装可拆卸的性能优良的耗能构件。
如图1至图3所示，本发明提供的一种装配式防屈曲钢板耗能连梁，可广泛应用于装配式剪力墙结构体系和框架核心筒结构体系中，可有效提高地震作用下连梁的耗能能力。对装配式结构体系的推广具有重要意义。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种装配式防屈曲钢板耗能连梁的装配方法，其特征在于：应用于一种装配式防屈曲钢板耗能连梁，包括一体化预制连梁，所述一体化预制连梁包括连梁主体和固定在所述连梁主体左右两端的连梁端板，所述连梁主体包括钢板阻尼器和设置在所述钢板阻尼器前后两侧的预制混凝土盖板，所述预制混凝土盖板包括混凝土盖板和嵌固在所述混凝土盖板左右两端的耗能承力钢板，所述耗能承力钢板的一端与所述连梁端板固定连接，所述耗能承力钢板的另一端嵌入固定在所述混凝土盖板的端部之内，所述钢板阻尼器的两端分别与所述连梁端板固定连接，所述钢板阻尼器的前后两侧分别通过紧固件与所述混凝土盖板连接，所述钢板阻尼器的两端分别与所述连梁端板焊接固定，所述钢板阻尼器、连梁端板之间焊接有角钢，所述装配式防屈曲钢板耗能连梁还包括预埋在剪力墙内的预埋型钢件，所述一体化预制连梁的左右两端分别与所述预埋型钢件连接，所述连梁端板的内侧面分别与所述钢板阻尼器、耗能承力钢板连接，所述连梁端板的外侧面连接有牛腿附加端板，所述牛腿附加端板通过牛腿与所述剪力墙内的预埋型钢件连接，所述钢板阻尼器的前后两侧分别通过螺杆与所述混凝土盖板连接，所述钢板阻尼器上设有与所述螺杆连接的第一安装孔，所述混凝土盖板上设有与所述螺杆连接的第二安装孔，所述第二安装孔的孔径大于所述第一安装孔的孔径；
所述装配方法包括以下步骤：
S1、在耗能承力钢板的一端安装栓钉，将耗能承力钢板安装有栓钉的一端在混凝土盖板的钢筋网中定位，并进行焊接，随后整体浇筑混凝土，耗能承力钢板没有安装栓钉的一端露出于混凝土盖板之外，形成预制混凝土盖板；
S2、将钢板阻尼器与两端的连梁端板进行焊接固定，将钢板阻尼器与混凝土盖板采用螺杆进行连接，将耗能承力钢板与两端的连梁端板焊接固定，形成一体化预制连梁；
所述耗能承力钢板位于混凝土盖板、连梁端板之间的部位开设有耗能承力钢板屈服孔，所述耗能承力钢板屈服孔先屈服，所述钢板阻尼器屈服孔后屈服，所述耗能承力钢板和钢板阻尼器均采用低屈服点高延性钢材制成，所述耗能承力钢板的屈服点低于所述钢板阻尼器的屈服点。
2.根据权利要求1所述的装配式防屈曲钢板耗能连梁的装配方法，其特征在于：所述钢板阻尼器的中部开设有钢板阻尼器屈服孔。
3.根据权利要求1所述的装配式防屈曲钢板耗能连梁的装配方法，其特征在于：所述耗能承力钢板的设计承载力低于所述混凝土盖板的设计承载力。
4.根据权利要求1所述的装配式防屈曲钢板耗能连梁的装配方法，其特征在于：所述耗能承力钢板与所述混凝土盖板的连接处设置有栓钉。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant |