CN110792188A - 双保险机制的可更换连梁 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双保险机制的可更换连梁，包括可更换构件和位于可更换构件两端的混凝土连接梁，所述的可更换构件包括金属阻尼器、限位防屈曲约束支撑装置、可更换构件连接板和金属阻尼器连接板。本发明中的双保险机制可更换连梁在较大地震和主震作用下，金属阻尼器集中塑性损伤，在超大震作用或较大余震作用下金属阻尼器失效来不及更换，则由限位防屈曲约束支撑发挥作用继续塑性耗能，从而将塑性损伤始终集中于可更换构件，可保护结构其余部位不发生难以修复的损伤。

Description

双保险机制的可更换连梁

技术领域

本发明属于结构工程抗震技术领域，涉及应用于联肢剪力墙的连梁消能可更换技术，尤其涉及一种双保险机制的可更换连梁。

背景技术

随着抗震减震研究的发展与成熟，绝大部分建筑结构能够承受强烈地震而不倒塌，地震中人员伤亡的数量已经得到了有效控制，但震后建筑损伤修复难、时间长，甚至不得不拆除重建，造成的经济损失和社会影响仍十分巨大。

地震可恢复功能可使结构在较小地震时基本功能不丧失，较大地震后基本功能及时恢复，从而在遭受地震时抵抗灾害、地震过后快速恢复，大大提高救灾效率、减小震害损失。高层建筑中，钢筋混凝土剪力墙作为重要的抗侧力构件，常常因建筑需求开洞而形成联肢剪力墙。对钢筋混凝土联肢剪力墙而言，可通过设置可更换连梁提高其地震可恢复功能。可更换连梁将连梁两端破坏转移至可更换构件，通过可更换构件集中塑性，震后更换损伤构件即可快速恢复结构功能，提高联肢剪力墙的可恢复功能。

中国实用新型专利CN202644774U公开了一种可更换钢连梁，该连梁包括置于跨中的可更换段及置于所述可更换段两端的非消能梁段；所述可更换段的两端分别设有一个可更换段端板；所述非消能梁段为一端为连接端板，另一端与剪力墙相连；所述可更换段端板与所述非消能梁段端板通过高强螺栓相连。

上述可更换连梁能在较大地震作用下将塑性损伤集中于可更换构件，在设计罕遇地震作用下能够很好地发挥作用，但剪力墙震时和震后的性能表现主要取决于中部可更换耗能构件，而在实际应用中会出现制作误差、主震后余震作用、超强地震作用等不可控因素，一旦可更换耗能构件在这些不可控因素作用下严重损伤失去作用，墙肢间将失去连接，损伤将大量聚集到墙肢，震后难以修复。

发明内容

基于背景技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种双保险机制的可更换连梁，可更换构件采用双阻尼器，利用双阻尼器依次屈服耗能机制，保证可更换构件在遭受不可控因素作用下仍能发挥作用，从而保护墙肢和主体结构不发生难以修复的损伤，有效提高钢筋混凝土联肢剪力墙结构的震后功能恢复能力金属阻尼器作为第一道保险，较小地震作用下提供刚度、较大地震作用下屈服耗能；限位防屈曲约束支撑装置作为第二道保险，设计大震下不参与工作，余震或超大地震作用下进入塑性耗能、集中损伤。通过这种双保险机制的可更换连梁，损伤始终集中于连梁可更换构件，墙肢和其余主体构件可避免发生难以修复的损伤，从而克服现有技术的缺陷，震后可快速拆除损伤构件恢复功能，联肢剪力墙地震可恢复功能得以提高。

为了达到目的，本发明提供的技术方案为：

本发明涉及一种双保险机制的可更换连梁，其包括可更换构件和位于可更换构件两端的混凝土连接梁，所述的可更换构件包括金属阻尼器、限位防屈曲约束支撑装置、可更换构件连接板和金属阻尼器连接板，金属阻尼器两端连接在金属阻尼器连接板上，限位防屈曲约束支撑装置设于金属阻尼器的外侧，其两端与可更换构件连接板连接，所述的金属阻尼器连接板通过螺栓与可更换构件连接板连接，可更换构件连接板与混凝土连接梁通过螺栓固定。

优选地，所述混凝土连接梁的相对侧设有外端连接板，所述的可更换构件连接板与外端连接板通过螺栓连接。

优选地，所述的混凝土连接梁内置预埋钢板，预埋钢板与外端连接板焊接。

优选地，所述的金属阻尼器连接板的宽度小于可更换构件连接板的宽度，可以使限位防屈曲约束支撑装置的两端安装在可更换构件连接板的两侧边缘部位。

优选地，所述的金属阻尼器整体上是一个工字型钢构件，由上下两块横向钢板和一块纵向钢板组成，纵向钢板的上下两端分别与横向钢板的中部固定。

优选地，所述的限位防屈曲约束支撑装置设于金属阻尼器的前后侧，前后侧的两个限位防屈曲约束支撑装置呈斜对角反向设置，限位防屈曲约束支撑装置的两端通过三角加劲板固定在可更换构件连接板上。

优选地，所述的限位防屈曲约束支撑装置包括拉压耗能构件和两个限位装置；限位装置包括钢盒和滑动钢板，滑动钢板设于钢盒内部且与钢盒滑动连接；滑动的接触面光滑处理减少摩擦阻力，滑动钢板初始位置位于钢盒内的中部，拉压耗能构件的两端穿过钢盒与滑动钢板焊接。

优选地，所述的拉压耗能构件为软钢棒或软钢板或十字形钢板，拉压耗能构件上套设有钢套，拉压耗能构件与钢套之间的间隙内设有填充层，所述的钢套用于防止拉压耗能构件屈曲失稳破坏。

优选地，所述的钢盒为钢板组成的密闭结构。

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、本发明中的双保险机制可更换连梁在较大地震和主震作用下，金属阻尼器集中塑性损伤，在超大震作用或较大余震作用下金属阻尼器失效来不及更换，则由限位防屈曲约束支撑发挥作用继续塑性耗能，从而将塑性损伤始终集中于可更换构件，可保护结构其余部位不发生难以修复的损伤。

2、本发明中作为第一保险的金属阻尼器用螺栓与作为第二保险的限位防屈曲约束支撑连接板相连，震后可实现两者的分离更换，一般情况下只需更换作为第一保险的金属阻尼器即可恢复结构功能，可实现震后快速、经济的构件更换。

3、本发明中的两个阻尼器先后发生塑性耗能，限位防屈曲约束支撑在滑块钢板滑动时摩擦耗能，并将难以修复的塑性损伤集中于连梁可更换构件，不仅增强了抗震减震能力，更降低了震后修复费用。

附图说明

图1是本发明的结构立体图；

图2是本发明的主视结构图；

图3是本发明中限位防屈曲约束支撑装置结构示意图；

图4是本发明中钢板移动位置极限示意图一；

图5是本发明中钢板移动位置极限示意图二；

图6是本发明中金属阻尼器的结构示意图。

示意图中的标注说明：

1-可更换构件；2-混凝土连接梁；3-金属阻尼器；4-限位防屈曲约束支撑装；5-外端连接板；6-可更换构件连接板；7-金属阻尼器连接板；8-预埋钢板；9-三角形加劲板；31-横向钢板；32-纵向钢板；41-限位装置；42-拉压耗能构件；43-钢套；411-钢盒；412-钢套。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合实施例对本发明作详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1和图2所示，本实施例涉及一种双保险机制的可更换连梁，应用于高层剪力墙结构，提高其震后可恢复能力，其包括可更换构件1和位于可更换构件1两端的混凝土连接梁2，所述的可更换构件1包括金属阻尼器3、限位防屈曲约束支撑装置4、可更换构件连接板6和金属阻尼器连接板7，金属阻尼器3两端连接在金属阻尼器连接板7上，限位防屈曲约束支撑装置4设于金属阻尼器3的外侧，其两端与可更换构件连接板6连接，所述的金属阻尼器连接板7通过螺栓与可更换构件连接板6连接，可更换构件连接板6与混凝土连接梁通过螺栓2固定。

如图1所示，所述的所述混凝土连接梁2的相对侧设有外端连接板5，所述的可更换构件连接板6与外端连接板5通过螺栓连接。所述的混凝土连接梁2内置预埋钢板8，预埋钢板8与外端连接板5焊接，所述的金属阻尼器连接板7的宽度小于可更换构件连接板6的宽度，可以使限位防屈曲约束支撑装置4的两端安装在可更换构件连接板6的两侧边缘部位。

如图6所示，所述的金属阻尼器3整体上是一个工字型钢构件，由上下两块横向钢板31和一块纵向钢板32组成，纵向钢板32的上下两端分别与横向钢板31的中部固定；金属阻尼器3的两端均连接在金属阻尼器连接板7上。所述的限位防屈曲约束支撑装置4设于金属阻尼器3的前后侧，前后侧的两个限位防屈曲约束支撑装置4呈斜对角反向设置，限位防屈曲约束支撑装置4的两端通过三角加劲板9固定在可更换构件连接板6上。地震作用过后若金属阻尼器3需要更换而限位防屈曲约束支撑装置4无需更换，则拆卸金属阻尼器3的螺栓，更换金属阻尼器3后将原先的限位防屈曲约束支撑装置4一并安装。

如图3所示，所述的限位防屈曲约束支撑装置4包括两个限位装置41和拉压耗能构件42；限位装置41包括钢盒411和滑动钢板412，钢盒411为钢板组成的密闭结构，滑动钢板412设于钢盒411内部且与钢盒411滑动连接；拉压耗能构件42的两端穿过钢盒411与滑动钢板412焊接。

所述的拉压耗能构件42为软钢棒，拉压耗能构件42上套设有钢套43，拉压耗能构件42与钢套43之间的间隙内设有填充层，钢套43用于防止软钢棒屈曲失稳破坏。

如图3所示，滑动钢板412的起始位置位于钢盒411的中部，外荷载作用下，金属阻尼器3发挥作用，限位防屈曲约束支撑装置4只起到摩擦耗能作用，滑动钢板412在钢盒411内向左侧移动或者向右侧移动(如图4和图5所示)。滑动距离d与所述的金属阻尼器3极限位移du间的关系为：d＝du/sinα，α为所述的限位防屈曲约束支撑装置4与水平线所呈的水平角，从而保证金属阻尼器3发挥作用的时候限位防屈曲约束支撑装置4不发生阻尼耗能。当金属阻尼器3到达极限破坏后，滑动钢板412滑动至钢盒411左端或右端极限位置(如图4和图5所示)，拉压耗能构件42在外荷载作用下产生拉压塑性变形，从而实现拉压耗能。

本发明安装原理是：

步骤一：将拉压耗能构件42表面涂以无粘结材料，外套防屈曲约束钢套43并灌以填充材料。将作为钢盒411的一侧钢板开孔，孔洞的内径大于拉压耗能构件42截面1～2mm，插入拉压耗能构件42并将其两端与滑动钢板412焊接，再将其余钢板固定焊接形成封闭钢盒411。

步骤二：将限位防屈曲约束支撑装置4两端部(即钢盒411)焊接三角形加劲板9，按照对角位置关系将三角形加劲板9焊接固定于可更换构件连接板6上，前后两侧的限位防屈曲约束支撑装置4呈反向斜对角布置。

步骤三：将预制好的金属阻尼器3及金属阻尼器连接板7通过螺栓与可更换构件连接板6相连，金属阻尼器连接板7的宽度小于可更换构件连接板6的宽度，组装形成可更换构件1。

步骤四：固定混凝土连接梁2的模板，将预埋钢板8和外端连接板5置于混凝土连接梁2的模板内，通过螺栓将金属阻尼器连接板7与混凝土连接梁2上的外端连接板5相连，从而完成可更换构件1与两端混凝土连接梁2的固定。

步骤五：绑扎混凝土连接梁2和结构其他部位钢筋，浇筑混凝土，待混凝土达到强度后，拆除混凝土连接梁2的模板，可在连梁中部铺设装饰板用以建筑装修。

本发明震后修复的步骤是：

步骤一：检查金属阻尼器3和限位防屈曲约束支撑装置4，判断是否更换。

步骤二：若金属阻尼器3与限位防屈曲约束支撑装置4全部需要更换，则将可更换构件连接板6从外端连接板5上拆卸下来，重新组装可更换构件1，将组装后的可更换构件1安装到外端连接板5上；若只更换金属阻尼器3，只需将金属阻尼器连接板7从可更换构件连接板6上拆卸下来，更换金属阻尼器3后，将金属阻尼器3和原先的限位防屈曲约束支撑装置4一并安装。

步骤三：检查结构其余部位，进行简单修复。

本发明在高层剪力墙结构中提高联肢剪力墙的地震可恢复功能，采用双保险机制的可更换连梁，通过连梁可更换构件1的金属阻尼器3和限位防屈曲约束支撑装置4先后塑性耗能，使联肢剪力墙不仅在较大地震和主震作用下损伤集中于连梁的可更换构件1，超大震和较大余震作用下损伤也能始终集中于可更换构件1，地震作用后可单独更换损伤的金属阻尼器3或更换金属阻尼器3和限位防屈曲约束支撑装置4，结构其余部位不需修复或简单修复，快速恢复结构正常功能。本发明结构可持续抗震能力强、全寿命成本低，可广泛应用于钢筋混凝土结构抗震领域，具有良好的应用前景和技术经济效益。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方案，实际的结构并不局限于此。所以本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种双保险机制的可更换连梁，其特征在于，其包括可更换构件和位于可更换构件两端的混凝土连接梁，所述的可更换构件包括金属阻尼器、限位防屈曲约束支撑装置、可更换构件连接板和金属阻尼器连接板，金属阻尼器两端连接在金属阻尼器连接板上，限位防屈曲约束支撑装置设于金属阻尼器的外侧，其两端与可更换构件连接板连接，所述的金属阻尼器连接板通过螺栓与可更换构件连接板连接，可更换构件连接板与混凝土连接梁通过螺栓固定。

2.根据权利要求1所述的双保险机制的可更换连梁，其特征在于，所述混凝土连接梁的相对侧设有外端连接板，所述的可更换构件连接板与外端连接板通过螺栓连接。

3.根据权利要求1所述的双保险机制的可更换连梁，其特征在于，所述的混凝土连接梁内置预埋钢板，预埋钢板与外端连接板焊接。

4.根据权利要求1所述的双保险机制的可更换连梁，其特征在于，所述的金属阻尼器连接板的宽度小于可更换构件连接板的宽度。

5.根据权利要求1所述的双保险机制的可更换连梁，其特征在于，所述的金属阻尼器整体上是一个工字型钢构件，由上下两块横向钢板和一块纵向钢板组成，纵向钢板的上下两端分别与横向钢板的中部固定。

6.根据权利要求1所述的双保险机制的可更换连梁，其特征在于，所述的限位防屈曲约束支撑装置设于金属阻尼器的前后侧，前后侧的两个限位防屈曲约束支撑装置呈斜对角反向设置，限位防屈曲约束支撑装置的两端通过三角加劲板固定在可更换构件连接板上。

7.根据权利要求6所述的双保险机制的可更换连梁，其特征在于，所述的限位防屈曲约束支撑装置包括拉压耗能构件和两个限位装置；限位装置包括钢盒和滑动钢板，滑动钢板设于钢盒内部且与钢盒滑动连接；拉压耗能构件的两端穿过钢盒与滑动钢板焊接。

8.根据权利要求7所述的双保险机制的可更换连梁，其特征在于，所述的拉压耗能构件为软钢棒或软钢板或十字形钢板，拉压耗能构件上套设有钢套，拉压耗能构件与钢套之间的间隙内设有填充层。

9.根据权利要求7所述的双保险机制的可更换连梁，其特征在于，所述的钢盒为钢板组成的密闭结构。

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