CN109797852A - 一种可恢复功能的钢框架偏心支撑体系 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可恢复功能的钢框架偏心支撑体系，属于结构工程领域。本发明的主要构件和连接装置主要构件可在工厂内生产，大大缩短施工周期，提高了施工质量；上翼缘盖板设置成内盖板式进行翼缘盖板屈曲幅值控制；下翼缘盖板设置成外盖板式，具有良好的性能可视性及更换可判性；通过针对性设计可使地震荷载作用下结构的破坏位置发生在易于更换的高强螺栓及连接板等耗能构件处，便于震后修复，适应于可恢复功能的装配式钢结构的发展需求。

Description

一种可恢复功能的钢框架偏心支撑体系

技术领域

本专利涉及一种可恢复功能的钢框架偏心支撑体系，属于结构工程技术领域。

背景技术

随着城市化进程的加快，建筑领域的发展及技术水平不断提升，加之环境污染及资源浪费问题的影响，传统建筑体系存在的环保性差的缺陷逐渐暴露，绿色装配式钢结构，开始成为了建筑体系的主要类型。与传统体系相比，该体系在施工质量、施工效率等方面，均具有显著的优势。“搭积木”是一种具有代表性的施工方法，极大程度上加快了施工速度，节约了工程资金。将其应用到各类建筑体系的设计与开发中，是建筑领域未来发展的主要趋势。

框架体系设计不合理，使结构在地震荷载作用下发生脆性破坏加重地震灾害，威胁人民生命财产安全。现有研究表明，对框架体系的梁柱节点进行针对性加强或对梁上特定区域采取削弱手段可达到塑性铰外移的目的，从而保护梁柱节点，满足“强节点弱构件”的设计要求；同时，楼板与梁段预组装后运至施工现场进行拼装可大大节省现场混凝土浇筑的时间；此外，传统框架体系破坏后修复难度大或无法修复带来的损失十分巨大，迫切需要一种地震后无需修复或稍加修复即可恢复使用功能的可恢复功能结构，这也成为了近年来国际地震工程领域的研究热点。可恢复功能框架结构不仅能够在地震中保护人们的生命财产安全，而且在地震后也能尽快恢复其使用功能，因此亟需将可恢复功能结构的理念落实于新结构的研发设计工作中，以实现建筑从单一追求抗倒塌能力向兼顾震后可修复能力的转变。为满足以上需求，本发明专利提出了一种可恢复功能的钢框架偏心支撑体系。

本发明专利提出的一种可恢复功能的钢框架偏心支撑体系，包括两个带悬臂梁段的方钢管柱、两个工字梁段、一个中间耗能梁段、两个工字斜撑段、两个斜支撑段、两组第一连接装置、两组第二连接装置、两组第三连接装置和两组第四连接装置。本发明基于损伤控制理念引进第一连接装置和中间耗能梁段，将塑性铰转移到悬臂梁段和工字梁段交接处避免整体破坏，破坏后只需更换连接装置，降低修复成本，快速恢复使用功能，极大的提升经济效益。

发明内容

本发明提出一种可恢复功能的钢框架偏心支撑体系，属于结构工程技术领域。

该体系创新点之一在于带悬臂梁段的方钢管柱和工字梁段通过第一连接装置连接时，上翼缘盖板内置，下翼缘盖板外置，倒L型腹板剪切板与上翼缘盖板留有10-20mm的间距，悬臂梁段和工字梁段安装后留有10-20mm间隙；上翼缘盖板内置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，可作为普通梁段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；上翼缘盖板与倒L型腹板剪切板之间的间隙为10-20mm，根据梁柱节点的实际情况进行设置，保证既能使盖板屈曲耗能，又能限制盖板变形过大，从而能达到节点承载力更加稳定，耗能更多的目的；悬臂梁段和工字梁段留有10-20mm间距，目的在于提高节点转动能力，避免悬臂连端和工字梁端发生碰撞。

该体系的特点还有：带悬臂梁段的方钢管柱通过加厚上悬臂梁段翼缘厚度实现梁端加强，通过第一连接装置及悬臂梁段与工字梁段之间的间隙设置，达到塑性铰外移及提高转动能力的目的，通过合理参数设计使得塑性破坏发生在拼接区，而在梁柱节点其余部分基本保持弹性，震后只需替换连接装置即可恢复主体结构的使用功能；倒L型腹板剪切板的设计，能对上翼缘盖板的屈曲幅值进行有效控制。

一种可恢复功能钢框架偏心支撑体系包含两个带悬臂梁段方钢管柱、两个工字梁段、一个中间耗能梁段、两个工字斜撑段、两个斜支撑段、两组第一连接装置、两组第二连接装置、两组第三连接装置和两组第四连接装置。

所述的连接装置在施工安装时，先将第一连接装置中的下翼缘盖板通过螺栓与带悬臂梁段的方钢管柱下翼缘连接，将工字梁段搁置在外伸下翼缘连接板上，再将悬臂梁段的腹板通过腹板连接板与工字梁段腹板连接，然后连接上翼缘连接板与垫板，其中垫板紧贴普通工字梁段上翼缘下表面，最后安装拉索并施加预应力。上翼缘连接板和下翼缘连接板设置成圆弧狗骨削弱区或者开洞剪切削弱区，削弱区的尺寸根据实际情况设计。

本专利的优点主要表现在以下几个方面：

1、本专利的节点连接装置是一种可恢复功能的钢框架偏心支撑体系，其通过加厚悬臂梁段翼缘厚度实现梁端加强，达到塑性铰外移的目的；第一连接装置下翼缘采用单翼缘盖板连接形式，通过合理参数设计使得塑性破坏发生在拼接区，而在梁柱节点其余部分基本保持弹性，震后只需替换连接装置即可恢复主体结构的使用功能。通过加强带悬臂梁段的方钢管柱的壁厚及增加悬臂梁段翼缘厚度，以实现对柱节点域及悬臂梁段的有效加强；通过对翼缘盖板设置圆弧狗骨削弱区或者开洞剪切削弱区，以实现连接区的有效削弱，达到塑性铰外移的目的。

2、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，可作为普通梁段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。

3、本发明的中间耗能梁段能够有效的保护中间梁段主体部分在地震时不被破坏，震后只需更换中间耗能梁段即可快速恢复中间梁段的使用功能，降低震后修复成本，适应钢结构的发展。

附图说明

图1为一种可恢复功能的钢框架偏心支撑体系构造形式的三维图；

图2为一种可恢复功能的钢框架偏心支撑体系拆分图；

图3为一种可恢复功能的钢框架偏心支撑体系正视图；

图4为一种可恢复功能的钢框架偏心支撑体系侧视图；

图5为一种可恢复功能的钢框架偏心支撑体系俯视图。

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1－5所示，一种可恢复功能的钢框架偏心支撑体系包括以下部件：

1——带悬臂梁段的方钢管柱；

2——斜支撑段；

3——工字梁段；

4——中间耗能梁段；

5——工字斜撑段；

6——第一连接装置；

7——第二连接装置；

8——第三连接装置；

9——第四连接装置。

如图1－5所示，一种可恢复功能的钢框架偏心支撑体系以中间耗能梁段为对称轴，包含两个带悬臂梁段的方钢管柱(1)、两个工字梁段(3)、一个中间耗能梁段(4)、两个工字斜撑段(5)、两个斜支撑段(2)、两组第一连接装置(6)、两组第二连接装置(7)、两组第三连接装置(8)和两组第四连接装置(9)；所述的一个带悬臂梁段的方钢管柱(1)包括一个方钢管柱、两个悬臂梁段，其中一个悬臂梁段焊接在方钢管柱上端，另一个悬臂梁段焊接在方钢管柱下端；所述的一个斜支撑段(2)焊接在方钢管柱下端和悬臂梁段的交接处；所述的一组第一连接装置(6)包括两个个上翼缘盖板、两个上翼缘垫板、一个下翼缘盖板、两个倒L型腹板剪切板和高强螺栓群；所述的一组第二连接装置(7)包括一个下翼缘盖板和高强螺栓群；所述的一组第三连接装置(8)包括两块拼接板和高强螺栓群；所述的一组第四连接装置(9)包括一个上翼缘盖板、一个下翼缘盖板、两个腹板连接板及高强螺栓群。

如图1、2所示，所述的一个带悬臂梁段的方钢管柱(1)与一个工字梁段(3)通过一组第一连接装置(6)连接，悬臂梁段和工字梁段(3)之间留有10-20mm间隙；所述的一个工字梁段(3)远离带悬臂梁段的方钢管柱的一侧下翼缘端通过一组第二连接装置(7)和一个工字斜撑段(5)连接；所述的中间耗能梁段(4)一端通过一组第三连接装置(8)和一个工字梁段(3)连接，另一端通过一组第三连接装置(8)和另一个工字梁段(3)连接；所述的一个工字斜撑段(5)未连接的一侧通过一组第四连接装置(9)与一个斜支撑段(2)连接。

Claims (3)

1.一种可恢复功能的钢框架偏心支撑体系，其特征在于：该体系以中间耗能梁段为对称轴，包含两个带悬臂梁段的方钢管柱、两个工字梁段、一个中间耗能梁段、两个工字斜撑段、两个斜支撑段、两组第一连接装置、两组第二连接装置、两组第三连接装置和两组第四连接装置；所述的一个带悬臂梁段的方钢管柱包括一个方钢管柱、两个悬臂梁段，其中一个悬臂梁段焊接在方钢管柱上端，另一个悬臂梁段焊接在方钢管柱下端；所述的一个斜支撑段焊接在方钢管柱下端和悬臂梁段的交接处；所述的一个带悬臂梁段的方钢管柱与一个工字梁段通过一组第一连接装置连接，悬臂梁段和工字梁段之间留有10-20mm间隙；所述的一个工字梁段远离带悬臂梁段的方钢管柱的一侧下翼缘端通过一组第二连接装置和一个工字斜撑段连接；所述的中间耗能梁段一端通过一组第三连接装置和一个工字梁段连接，另一端通过一组第三连接装置和另一个工字梁段连接；所述的一个工字斜撑段未连接的一侧通过一组第五连接装置与一个斜支撑段连接。

2.根据权利要求1所述的一种可恢复功能的钢框架偏心支撑体系，其特征在于：所述的一组第一连接装置包括两个上翼缘盖板、两个上翼缘垫板、一个下翼缘盖板、两个腹板剪切板和高强螺栓群；所述的第二连接装置包括一个下翼缘盖板和高强螺栓群；所述的一组第三连接装置包括两块拼接板和高强螺栓群；所述的一组第四连接装置包括一个上翼缘盖板、一个下翼缘盖板、两个腹板连接板及高强螺栓群。

3.根据权利要求1所述的一种可恢复功能的钢框架偏心支撑体系，其特征在于：所述的第一连接装置中的一个上翼缘盖板和一个上翼缘垫板内置，上翼缘盖板连接带悬臂梁段方钢管柱的悬臂梁段和工字梁段，上翼缘垫板放置在上翼缘盖板和工字梁段之间以弥补悬臂梁段和工字梁段的翼缘高度差，下翼缘盖板外置，连接带悬臂梁段的方钢管柱和工字梁段，一个腹板剪切板用螺栓群连接在带悬臂梁段的方钢管柱的悬臂梁段和工字梁段交接处一侧并与上翼缘盖板留有10-20mm的间距，交接处另一侧一个腹板剪切板相同布置。