CN111734003A - 一种震后可恢复的装配式冷弯方钢管柱脚 - Google Patents

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Abstract

一种震后可恢复的装配式冷弯方钢管柱脚，包括连接件、上端板、下端板、长杆螺栓、底板、方钢管短柱和方钢管柱，底板与方钢管短柱通过连接件连接，底板与连接件通过螺栓固定，方钢管短柱的每个侧面上均设置有竖向长圆形螺栓孔，方钢管短柱与连接件通过摩擦型螺栓固定，方钢管短柱的上端连接下端板，下端板通过长杆螺栓与连接件连接，方钢管短柱套装在长杆螺栓外围，方钢管柱连接上端板，上端板和下端板通过螺栓连接。本发明安装方便，具有可快速恢复性，震后修复工作量低，综合经济效益高。

Description

一种震后可恢复的装配式冷弯方钢管柱脚
技术领域
本发明涉及建筑工程技术领域，具体涉及一种震后可恢复的装配式冷弯方钢管柱脚。
背景技术
钢框架由于其优秀的抗震性能，已被广泛应用于世界上许多高频地震区域。尽管人们提出了“强柱弱梁”的理念，在设计中通常使柱保持弹性，但是通过近期研究发现，在强震后柱脚处还是发生了由屈服导致的不可恢复的损伤。而柱脚作为钢框架中重要的连接之一，如果发生了不可恢复的非弹性变形将会导致建筑物产生无法轻易修复的层间位移，这将影响建筑物后期的正常使用，造成较高的重建成本，并且中断建筑物的正常使用也会引起社会经济损失；因此，传统的地震设计理念已经不能满足现代社会对建筑物可持续性和可恢复性的要求。
为了解决震后修复费用高和修复难度大的问题，有学者提出了“震后可恢复结构”，指的是在地震作用后不需要修复或者稍加修复就可恢复其使用功能的结构，主要目的是使建筑物具备快速恢复使用功能的能力，以此来减轻中断建筑物的使用所带来的影响。
目前，从结构体系上对震后可恢复结构进行分类主要有以下三种：设置摇摆构件的结构体系、自复位结构体系和设置可更换构件的结构体系；其中上述三种结构体系在钢结构中实现的方式主要有设置可恢复的梁柱节点和柱脚以及配置可恢复的支撑。可恢复的梁柱节点是在保证梁端剪力和轴力传递基础上，将梁柱节点处的刚性连接释放，通过设计使得梁端可以在截面处发生张合变形，同时利用可恢复装置和耗能装置共同抵抗节点弯矩；同样可以应用在柱脚上，通过释放柱脚约束，使得柱底在受力达到一定程度后可以抬起，避免柱脚连接处的柱发生塑性变形。可恢复结构体系有针对性地解决了传统钢框架结构的缺点，将地震后的损伤主要集中于可更换的耗能装置中，提高了结构震后的可恢复性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供安装方便、具有可快速恢复性，震后修复工作量低的一种震后可恢复的装配式冷弯方钢管柱脚。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种震后可恢复的装配式冷弯方钢管柱脚，包括连接件、上端板、下端板、长杆螺栓、底板、方钢管短柱和方钢管柱，所述底板与方钢管短柱连接，所述连接件连接在底板上，所述连接件上连接有长杆螺栓，所述方钢管短柱套装在长杆螺栓外围，所述方钢管短柱的每个侧面上均设置有竖向长圆形螺栓孔，所述方钢管短柱与连接件通过摩擦型螺栓连接，所述方钢管柱的底端通过螺栓连接上端板，所述方钢管短柱的底端通过螺栓连接下端板，所述长杆螺栓的顶端与下端板连接。
进一步的，所述连接件呈Z形，包括下翼缘、腹板和上翼缘，所述下翼缘通过螺栓固定于底板，所述腹板上设置与竖向长圆形螺栓孔相对应的腹槽孔，所述摩擦型螺栓贯穿于腹槽孔和竖向长圆形螺栓孔，所述上翼缘上设置有通孔，所述长杆螺栓贯穿于通孔；腹板和方钢管短柱的内壁形成摩擦副。
进一步的， 所述方钢管短柱的四个面均装配有一个连接件，以实现抵抗双向弯矩。
进一步的，所述长杆螺栓的上部贯穿于下端板，所述长杆螺栓的顶端设置有螺纹段，所述螺纹段上安装有螺母；当用螺母固定长杆螺栓时，施加预紧力，使下端板与方钢管短柱处于受压的状态。
进一步的，所述底板为高强钢底板，所述上端板为高强钢上端板，所述下端板为高强钢下端板，所述长杆螺栓为预应力超高强长杆螺栓，所述摩擦型螺栓为摩擦型高强螺栓，所述连接件为高强钢连接件，所述螺栓为高强螺栓。
进一步的，所述方钢管柱的底端与上端板焊接，焊缝为双面角焊缝。
进一步的，所述连接件的上翼缘长度与两倍的上翼缘宽度、两倍的腹板厚度之和小于方钢管短柱横截面内侧正方形的边长，以便连接件能正确安装在在方钢管短柱的内侧。
进一步的，所述上端板中间设置有方形凹槽，所述方形凹槽可容纳螺母，所述方形凹槽的截面边长略大于螺母外侧围成的正方形的边长。
本发明的有益效果是：
本发明提出一种震后可恢复的装配式冷弯方钢管柱脚连接。该连接构造简明，利用Z形高强钢连接件、预应力超高强长杆螺栓和摩擦型高强螺栓将方钢管短柱与高强钢上端板和高强钢下端板连接，形成一个不需要焊接的装配式连接装置，降低了施工难度，避免了多条焊缝产生的复杂应力场，可以很好地满足现代社会快速建造的需求；而方钢管柱通过焊接在其截面的上端板利用该装配式连接装置与高底板连接；在受到地震作用时，长杆螺栓和螺栓来承受拉力，拼接方钢管短柱来承受压力，这也防止了长杆螺栓受压时发生失稳的情况，同时利用高强螺栓和高强钢端板来承受剪力；本发明利用预应力超高强的长杆螺栓，使其既能发挥预应力筋的性能，又克服了预应力筋延性差、不能受压、易发生脆性破坏的缺点；同时，在方钢管短柱上开有竖向长圆形螺栓孔，使得长杆螺栓有更大的变形空间，在地震时方钢管短柱和底板产生开口，通过摩擦型高强螺栓等耗能元件消耗地震能量，震后在长杆螺栓的作用下回到初始位置，实现可恢复性和耗能。
与传统结构相比，本发明有如下创新：（1）、Z形铸钢连接件、预应力超高强长杆螺栓、摩擦型高强螺栓、拼接方钢管短柱、高强钢上端板和高强钢下端板组成的装配式连接装置不需要焊接，每个构件在工厂生产后便可以装配成一个小型连接装置，既可以在工厂里批量化生产和装配，又可以运输到现场随用随装；（2）、预应力超高强长杆螺栓和拼接方钢管短柱可以在地震作用下抗拉和抗压，而高强钢端板之间的摩擦力和高强螺栓可以用来抗剪，使方钢管柱基本处于弹性阶段，降低了破坏的可能性，在震后只需要更换少量损坏的元件便可恢复使用；（3）、拼接方钢管短柱上开有竖向长圆形螺栓孔，并使用摩擦型高强螺栓进行连接，增加了预应力超高强长杆螺栓的变形空间，同时Z形铸钢连接件和拼接方钢管短柱之间形成的摩擦副，也保证了本连接的耗能性能，提高了结构的抗震性能；（4）、整个柱脚连接的构造对称，所以在不同方向上的力学性能基本无差异，可以抵抗双向弯矩，并且在安装时无需考虑其方向上的复杂要求，对安装工人的技术要求低。
本发明的方钢管短柱及其内部的连接装置不用焊接，可直接装配，利用摩擦型高强螺栓的摩擦滑移和预应力超高强长杆螺栓的变形来耗能，减少甚至避免方钢管柱的塑性变形，震后通过更换少量元件便能实现快速恢复，应用于冷弯型钢结构中将显著改善抗震性能。
附图说明
图l为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的拆分细节图；
图3 为拼接方钢管短柱外部构造图；
图4为拼接方钢管短柱内部连接构造图；
图5为本发明的正视图；
图6为本发明的俯视图；
图7为图1中A-A截面剖面图；
图8为Z形铸钢连接件示意图；
图9为带方形凹槽的高强钢端板示意图；
图10为图1中B-B截面剖面图。
附图中：1、底板，11、连接件，111、下翼缘，112、腹板，1121、腹槽孔，113、上翼缘，1131、通孔，12、摩擦型螺栓，2、方钢管短柱，21、竖向长圆形螺栓孔，3、方钢管柱，31、上端板，311、螺栓，312、方形凹槽，32、下端板，321、长杆螺栓，322、螺纹段，3221、螺母。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细说明：
如图1-10所示，一种震后可恢复的装配式冷弯方钢管柱脚的实施例，包括连接件11、上端板31、下端板32、长杆螺栓321、底板1、方钢管短柱2和方钢管柱3，底板1与方钢管短柱2通过连接件11连接，底板1与连接件11通过螺栓311固定，方钢管短柱2的每个侧面上均设置有竖向长圆形螺栓孔21，方钢管短柱2与连接件11通过摩擦型螺栓12固定，方钢管短柱2的上端连接下端板32，下端板32通过长杆螺栓321与连接件11连接，方钢管短柱2套装在长杆螺栓321外围，方钢管柱3的底端通过焊接连接上端板31，上端板和下端板通过螺栓311连接。
方钢管短柱2的四个面均装配有一个连接件11，每个连接件11上装配有三根长杆螺栓321，以实现抵抗双向弯矩；底板1通过连接件11与长杆螺栓321连接，连接件11呈Z形，包括下翼缘111、腹板112和上翼缘113，下翼缘111通过螺栓311固定于底板1，腹板112上设置与竖向长圆形螺栓孔21相对应的腹槽孔1121，摩擦型螺栓12贯穿于腹槽孔1121和竖向长圆形螺栓孔21，上翼缘113上设置有通孔1131，长杆螺栓321贯穿于通孔1131；腹板112和方钢管短柱2的内壁形成摩擦副；长杆螺栓321的上部贯穿于下端板32，长杆螺栓321的顶端设置有螺纹段322，螺纹段322上安装有螺母3221；当用螺母3221固定长杆螺栓321时，施加预紧力，使下端板32与方钢管短柱2处于受压的状态。
底板1为高强钢底板，上端板31为高强钢端板，长杆螺栓321为预应力超高强长杆螺栓，摩擦型螺栓12为摩擦型高强螺栓，连接件11为高强钢连接件，螺栓311为高强螺栓；连接件11的上翼缘113长度（d1）与两倍的上翼缘113宽度（2*d2）、两倍的腹板112厚度（2*d3）之和小于方钢管短柱2横截面内侧正方形的边长，以便连接件11能正确安装在在方钢管短柱2的内侧；上端板31中间设置有方形凹槽312，方形凹槽312可容纳螺母3221，方形凹槽312的截面边长（d4）略大于螺母3221外侧围成的正方形的边长（d5）。
说明书中未详细说明的内容属于本领域技术人员熟知的现有技术。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应当视为在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种震后可恢复的装配式冷弯方钢管柱脚，其特征在于，包括连接件、上端板、下端板、长杆螺栓、底板、方钢管短柱和方钢管柱，所述底板与方钢管短柱通过连接件连接，所述底板与连接件通过螺栓固定，所述方钢管短柱的每个侧面上均设置有竖向长圆形螺栓孔，所述方钢管短柱与连接件通过摩擦型螺栓固定，所述方钢管短柱的上端连接下端板，所述下端板通过长杆螺栓与连接件连接，所述方钢管短柱套装在长杆螺栓外围，所述方钢管柱连接上端板，所述上端板和下端板通过螺栓连接。
2.根据权利要求1所述的一种震后可恢复的装配式冷弯方钢管柱脚，其特征在于，所述连接件呈Z形，包括下翼缘、腹板和上翼缘，所述下翼缘通过螺栓固定于底板，所述腹板上设置与竖向长圆形螺栓孔相对应的腹槽孔，所述摩擦型螺栓贯穿于腹槽孔和竖向长圆形螺栓孔，所述上翼缘上设置有通孔，所述长杆螺栓贯穿于通孔。
3.根据权利要求2所述的一种震后可恢复的装配式冷弯方钢管柱脚，其特征在于， 所述方钢管短柱的四个面均装配有一个连接件。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种震后可恢复的装配式冷弯方钢管柱脚，其特征在于，所述长杆螺栓的上部贯穿于下端板，所述长杆螺栓的顶端设置有螺纹段，所述螺纹段上安装有螺母。
5.根据权利要求1-3任一所述的一种震后可恢复的装配式冷弯方钢管柱脚，其特征在于，所述底板为高强钢底板，所述上端板为高强钢上端板，所述下端板为高强钢下端板，所述长杆螺栓为预应力超高强长杆螺栓，所述摩擦型螺栓为摩擦型高强螺栓，所述连接件为高强钢连接件，所述螺栓为高强螺栓。
6.根据权利要求1-3任一所述的一种震后可恢复的装配式冷弯方钢管柱脚，其特征在于，所述方钢管柱的底端与上端板焊接，焊缝为双面角焊缝。
7.根据权利要求2-3任一所述的一种震后可恢复的装配式冷弯方钢管柱脚，其特征在于，所述连接件的上翼缘长度与两倍的上翼缘宽度、两倍的腹板厚度之和小于方钢管短柱横截面内侧正方形的边长，以便连接件能正确安装在在方钢管短柱的内侧。
8.根据权利要求4所述的一种震后可恢复的装配式冷弯方钢管柱脚，其特征在于，所述上端板中间设置有方形凹槽，所述方形凹槽可容纳螺母，所述方形凹槽的截面边长略大于螺母外侧围成的正方形的边长。
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