CN109763565A - 一种自复位框架中心支撑体系 - Google Patents

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康轶涛
周宝儒
申存杰
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Abstract

本发明涉及一种自复位框架中心支撑体系,属于结构工程领域。该体系包括两个焊接组合方钢管柱、两个带悬臂梁段的方钢管中柱、一个带斜支撑杆的工字梁段、两个防屈曲支撑、组合自复位装置及数个连接装置;通过增加由拉索、工装及梁柱节点连接装置组成的组合自复位装置,能有效提高节点的整体承载力且能避免组合自复位装置中拉索预张力过大对工字梁段的超应力负荷;梁柱之间设有防屈曲支撑,提高了框架整体稳定性和耗能能力,并减小拉索的工作压力,促进框架结构体系自复位的实现。

Description

一种自复位框架中心支撑体系
技术领域
本专利涉及一种自复位框架中心支撑体系,属于结构工程技术领域。
背景技术
装配式钢结构建筑体系已成为建筑钢结构发展的新方向和新趋势,具有设计标准化、生产工厂化、施工装配化、绿色建筑节能环保等优点。其中,构件的连接方式占据了重要的一环。传统的钢框架在现场施工过程中经常用到焊接的方式,但由于施工场地环境复杂,使得焊接的施工质量不好把握,螺栓连接可以更好地对施工质量进行把控,但存在一定的设计难度。如何把焊接工作留在工作环境更好的工厂进行,在施工现场只进行螺栓连接,是在装配化施工领域的重要问题。
现有的多高层公共建筑及住宅建筑,一旦发生地震损伤,将导致建筑终止使用,对社会经济恢复和人民群众生活将造成严重影响,震后的修复工作更是费时费力。如何通过合理的框架设计,既能保证结构在地震中的抗倒塌能力,又可降低结构震后修复加固的经济成本和时间成本,实现建筑结构的震后功能可快速恢复,是结构抗震研究的重点问题。
为克服上述问题,本专利提出了一种自复位框架中心支撑体系。构件的螺栓连接部分紧固工作方便快捷,加快了施工速度,又可利用连接板处的高强螺栓摩擦耗能,避免梁柱等主体构件的损坏。地震作用发生时,防屈曲支撑能起到很好的耗能作用,同时工字梁段可在拉索的作用下自动恢复到原位置。
发明内容
本发明提出的一种自复位框架中心支撑体系,地震作用发生时,防屈曲支撑能起到很好的耗能作用,同时工字梁段可在拉索的作用下自动恢复到原位置。
为实现上述目的,本发明采用如下技术手段:
一种自复位框架中心支撑体系,其特征在于:该体系包括两个焊接组合方钢管柱、两个带悬臂梁段的方钢管中柱、一个带斜支撑杆的工字梁段、两个防屈曲支撑、组合自复位装置及数个连接装置;该体系具有震后自复位功能,所述的组合自复位装置包括两个工装、一条拉索及两个梁柱节点连接装置,为本专利的创新点之一,梁柱节点连接装置将带悬臂梁段的方钢管中柱中的悬臂梁段与工字梁段紧密连接,盖板和拉索的组合能提高节点的整体承载力且能避免组合自复位装置中拉索预应力对工字梁段的超应力负荷;带悬臂梁段的方钢管中柱中的悬臂梁段与工字梁段顶紧,安装后不留缝隙,能避免由于梁端转动位移引起的预应力损失,拉索的作用能控制塑性变形的发展和损伤的积累,从而提升结构的抗震性能和复位能力;且所述该组合自复位装置与防屈曲支撑共同工作,拉索与防屈曲支撑共同作用实现自复位效果;防屈曲支撑的耗能能力,减小了拉索的工作压力,提高了结构的稳定性和自复位能力。
所述的焊接组合方钢管柱由带法兰盘的上方钢管柱、中方钢管柱、悬臂梁段及第一斜支撑杆焊接而成;所述的带斜支撑杆的工字梁段由工字梁段和两个第二斜支撑杆以两组第一连接装置连接而成;所述的组合自复位装置包括两个工装、一条拉索及两个梁柱节点连接装置;该体系左右对称布置,一个带悬臂梁段的方钢管中柱与一个焊接组合方钢管柱通过一组第二连接装置连接,另一个带悬臂梁段的方钢管中柱与另一个焊接组合方钢管柱通过另一组第二连接装置连接;两个带悬臂梁段的方钢管中柱分别位于带斜支撑杆的工字梁段两端,分别通过两个梁柱节点连接装置连接,带悬臂梁段的方钢管中柱中的悬臂梁段与工字梁段顶紧,安装完成后不留缝,在该悬臂梁段焊接工装,用于固定拉索和辅助拉索施加预张力;所述两个防屈曲支撑分别通过四组第三连接装置与焊接组合方钢管柱及带斜支撑杆的工字梁段连接,防屈曲支撑下端与焊接组合方钢管柱的第一斜支撑杆通过第三连接装置连接,防屈曲支撑上端通过第三连接装置与带斜支撑杆的工字梁段中的第二斜支撑杆连接。
该体系带悬臂梁段的方钢管中柱中的悬臂梁段与工字梁段顶紧,安装后不留缝隙,能避免由于梁端转动位移引起的预应力损失,翼缘上盖板采用内盖板式设计,便于与楼板的连接,下翼缘盖板采用外盖板式设计,带悬臂梁段的方钢管中柱中的悬臂梁段和工字梁段下翼缘处的螺栓不对称布置,目的在于先安装悬臂梁段下翼缘盖板,下翼缘盖板能作为工字梁段在安装过程中的支托,加快施工速度,提高施工质量,适应装配式钢结构的发展。
本专利的优点主要表现在以下几个方面:
1、组合自复位装置包括两个工装、一条拉索及两个梁柱节点连接装置,与传统拉索自复位装置相比,在拉索预张力相同的情况下,采用组合自复位装置的梁柱节点的整体承载力会更高;在梁柱节点的承载力相同的情况下,组合自复位装置的拉索预应力需求会降低,能避免拉索预应力过大对工字梁段的超应力负荷;通过合理设计索力大小,使结构最大程度地控制塑性变形的发展和损伤的积累,使结构具有良好的抗震性能和复位能力。
2、震后自复位。防屈曲支撑与拉索共同作用,相互配合。地震作用发生时,防屈曲支撑能起到很好的耗能作用,极大地减小了地震荷载带来的影响,当地震荷载造成更大的影响时,工字梁段可在拉索的作用下自动恢复到原位置,实现了抗震及震后自复位功能。
3、该体系中上翼缘盖板设置成内盖板式,能使上翼缘外混凝土更加平整,而下翼缘盖板设置成外盖板式,可作为工字梁在安装过程中的支托,同时也便于节点在使用过程中对翼缘盖板屈曲变形进行观测,具有良好的性能可视性及更换可判性。
4、该体系各构件和节点连接装置焊接部分均在工厂内完成,其焊缝精度和质量更易控制,现场只采用高强螺栓对各构件进行装配,螺栓的紧固工作方便快捷,提高了施工速度和施工质量,适应装配式钢结构的发展。
附图说明
图1为一种自复位框架中心支撑体系的三维图;
图2为一种自复位框架中心支撑体系的拆分图;
图3为一种自复位框架中心支撑体系的正视图。
具体实施方式
下面结合附图,详细说明本专利的实施方式。
如图1~3所示,一种自复位框架中心支撑体系包括以下构件。
1——焊接组合方钢管柱;
2——带悬臂梁段的方钢管中柱;
3——带斜支撑杆的工字梁段;
4——防屈曲支撑;
5——组合自复位装置;
6——梁柱节点连接装置;
7——第一连接装置;
8——第二连接装置;
9——第三连接装置;
10——带法兰盘的上方钢管柱;
11——中方钢管柱;
12——悬臂梁段;
13——工字梁段;
14——第一斜支撑杆;
15——第二斜支撑杆;
16——工装;
17——拉索;
18——上翼缘盖板;
19——下翼缘盖板;
20——一字型腹板。
如图1~3所示,该体系包括两个焊接组合方钢管柱(1)、两个带悬臂梁段的方钢管中柱(2)、一个带斜支撑杆的工字梁段(3)、两个防屈曲支撑(4)、组合自复位装置(5) 及数个连接装置;所述的焊接组合方钢管柱(1)由带法兰盘的上方钢管柱(10)、中方钢管柱(11)、悬臂梁段(12)及第一斜支撑杆(14)焊接而成,所述的带斜支撑杆的工字梁段(3)由工字梁段(13)和两个第二斜支撑杆(15)以两组第一连接装置(7)连接而成;所述的组合自复位装置(5)包括两个工装(16)、一条拉索(17)及两个梁柱节点连接装置(6),该梁柱节点连接装置(6)包括两个上翼缘盖板(18),一个下翼缘盖板(19) 及两个一字型腹板(20)。
如图1、2所示,该体系左右对称布置,两个带悬臂梁段的方钢管中柱(2)与两个焊接组合方钢管柱(1)通过两组第二连接装置(8)连接;两个带悬臂梁段的方钢管中柱(2) 分别位于带斜支撑杆的工字梁段(3)两端,通过两个梁柱节点连接装置(6)连接;所述两个防屈曲支撑(4)通过四组第三连接装置(9)与焊接组合方钢管柱(1)及带斜支撑杆的工字梁段(3)连接,防屈曲支撑(4)下端与焊接组合方钢管柱的第一斜支撑杆(14) 通过第三连接装置(9)连接,防屈曲支撑(4)上端通过第三连接装置(9)与带斜支撑杆的工字梁段中的第二斜支撑杆(15)连接。
如图1所示,带悬臂梁段的方钢管中柱(2)中的悬臂梁段与工字梁段(13)顶紧,安装完成后不留缝;在带悬臂梁段的方钢管中柱(2)中的悬臂梁段焊接工装(16),用于固定拉索(17)和辅助拉索施加预张力;所述的梁柱节点连接装置(6)处,上翼缘盖板 (18)设置为内盖板式,下翼缘盖板(19)采用外盖板式设计,带悬臂梁段的方钢管中柱 (2)中的悬臂梁段和工字梁段(13)下翼缘处的螺栓不对称布置,目的在于先安装悬臂梁段下翼缘盖板(19),下翼缘盖板(19)能作为工字梁段(13)在安装过程中的支托。

Claims (4)

1.一种自复位框架中心支撑体系,其特征在于:该体系包括两个焊接组合方钢管柱、两个带悬臂梁段的方钢管中柱、一个带斜支撑杆的工字梁段、两个防屈曲支撑、组合自复位装置及数个连接装置;所述的焊接组合方钢管柱由带法兰盘的上方钢管柱、中方钢管柱、悬臂梁段及第一斜支撑杆焊接而成,中方钢管柱焊接于上方钢管柱无法兰盘的下端,悬臂梁段焊接于中方钢管柱上,第一斜支撑杆焊接于悬臂梁段与上方钢管柱连接处;所述的带斜支撑杆的工字梁段由工字梁段和两个第二斜支撑杆以两组第一连接装置连接而成,两个第二斜支撑杆位于工字梁段中间位置,并连接在工字梁段下翼缘;所述的组合自复位装置包括两个工装、一条拉索及两个梁柱节点连接装置,所述的梁柱节点连接装置共两个,每个梁柱节点连接装置包括两个上翼缘盖板,一个下翼缘盖板及两个一字型腹板,两个上翼缘盖板位于工字梁段上翼缘内侧,分列于工字梁段腹板两侧对称布置,有利于与楼板的连接,同时能避免盖板鼓曲对楼板的影响,两个一字型腹板分列于工字梁段腹板两侧对称布置,一个下翼缘盖板位于工字梁段下翼缘外侧;该体系左右对称布置,一个带悬臂梁段的方钢管中柱与一个焊接组合方钢管柱通过一组第二连接装置连接,另一个带悬臂梁段的方钢管中柱与另一个焊接组合方钢管柱通过另一组第二连接装置连接;两个带悬臂梁段的方钢管中柱分别位于带斜支撑杆的工字梁段两端,通过两个梁柱节点连接装置连接,带悬臂梁段的方钢管中柱中的悬臂梁段与工字梁段顶紧,安装完成后不留缝,在该悬臂梁段焊接工装,用于固定拉索和辅助拉索施加预张力;所述两个防屈曲支撑通过四组第三连接装置与焊接组合方钢管柱及带斜支撑杆的工字梁段连接,防屈曲支撑下端与焊接组合方钢管柱的第一斜支撑杆通过第三连接装置连接,防屈曲支撑上端通过第三连接装置与带斜支撑杆的工字梁段中的第二斜支撑杆连接。
2.根据权利要求1所述的一种自复位框架中心支撑体系,其特征在于:所述的第一连接装置为工字梁段和第二斜支撑杆连接处的高强螺栓群,共两组。
3.根据权利要求1所述的一种自复位框架中心支撑体系,其特征在于:所述的第二连接装置为焊接组合方钢管柱和带悬臂梁段的方钢管中柱连接处的高强螺栓群,共两组。
4.根据权利要求1所述的一种自复位框架中心支撑体系,其特征在于:所述的第三连接装置为防屈曲支撑与斜支撑杆连接处的高强螺栓群,共四组,用于两个防屈曲支撑与四个斜支撑杆之间的连接。
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