CN112627340A - 一种新型摩擦连接支撑多重摇摆柱钢框架结构体系 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及减隔震结构技术领域，且公开了一种新型摩擦连接支撑多重摇摆柱钢框架结构体系，包括框架柱、框架梁、钢支撑、连接底板、靴梁板、普通螺栓、碟簧、高强度螺栓、盖板、摩擦材料、连接竖板、垫板、加劲肋、连接钢板、长圆孔、底梁、端板、竖向板，所述框架梁呈贯通状，所述框架柱分段，所述框架柱采用摇摆柱，所述连接底板与底梁翼缘外侧贴合并沿底梁纵向方向放置，所述靴梁板的长短边分别与柱翼缘与连接底板贴合。本发明通过柱脚和梁柱节点在小震下保证固接，框架柱在中大震下可以抬起，框架梁在中大震下可转动，同时可以实现大震下低损伤。

Description

一种新型摩擦连接支撑多重摇摆柱钢框架结构体系
技术领域
本发明涉及减隔震结构技术领域，尤其涉及一种新型摩擦连接支撑多重摇摆柱钢框架结构体系。
背景技术
一方面，摇摆节点是分层摇摆结构体系的关键部分，包括梁柱节点和柱脚节点，需要较大的塑性转动能力以避免结构的脆性破坏，同时需要释放柱底与基础间、梁柱节点及支撑与框架间的约束以实现结构分层摇摆和支撑摩擦滑移。整体结构摇摆隔震、梁柱节点消能减震、自重与弹簧可提供自复位能力成为了摇摆钢框架结构设计中的关键问题。另一方面，钢支撑可以为框架提供足够的抗侧刚度，提升小震下的抗震性能，钢支撑与框架连接一般为焊接或螺栓连接，但受压时易屈曲。当前传统结构体系使主体结构出现塑性损伤区，在震后不仅难以修复，而且会产生极大的经济损失；“韧性城市”概念的提出对结构损伤控制提出了新的要求，可恢复功能结构体系的发展成为热点；促进摇摆体系的推广使用，解决钢支撑受压屈曲问题，进一步提高摇摆体系中梁柱节点、柱脚节点和支撑与框架连接节点的耗能能力和自复位能力成为关键。
发明内容
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种新型摩擦连接支撑多重摇摆柱钢框架结构体系，包括框架柱、框架梁、钢支撑、连接底板、靴梁板、普通螺栓、碟簧、高强度螺栓、盖板、摩擦材料、连接竖板、垫板、加劲肋、连接钢板、长圆孔、底梁、端板、竖向板，所述框架梁呈贯通状，所述框架柱分段，所述框架柱采用摇摆柱，所述连接底板与底梁翼缘外侧贴合并沿底梁纵向方向放置，所述靴梁板的长短边分别与柱翼缘与连接底板贴合，所述框架柱的柱底与底梁通过两侧竖向普通螺栓外套碟簧的方式连接，框架柱与底梁通过高强度螺栓相连形成柱脚摩擦型节点，该节点位于柱腹板处，所述高强度螺栓依次穿过盖板、摩擦材料、框架柱与底梁连接竖板、摩擦材料和摇摆柱腹板，所述框架柱与框架梁采用全装配式新型摩擦耗能钢框架梁柱节点连接，上下柱段与梁的连接方式相同，所述梁柱连接竖板与框架柱的腹板贴合并沿柱竖向放置，所述梁柱连接竖板依次穿过梁柱连接底板和框架梁的上翼缘，位于梁腹板的所述普通螺栓依次穿过梁柱连接竖板、垫板、框架梁腹板。普通螺栓和碟簧组成的预压弹簧将连接底板和框架梁的上翼缘相连，所述靴梁板的长短边分别通过对接焊缝与柱翼缘与连接底板连接，使框架柱、靴梁、连接底板成为一个整体，所述框架梁与梁柱连接底板左右两边的腹板处设置加劲肋，在柱端和梁相应位置均设置加劲肋，支撑下端与连接钢板通过高强度螺栓形成摩擦型连接节点，所述连接钢板开多个长圆孔，所述盖板、摩擦材料、长圆孔、连接钢板和钢支撑被高强度螺栓依次穿过，所述连接底板平放紧贴底梁翼缘外侧并沿底梁纵向方向放置，连接底板与连接钢板通过焊接方式连接，所述连接底板与底梁通过高强度螺栓连接，所述连接钢板与支撑上部通过高强度螺栓连接，连接钢板开孔，高强度螺栓依次穿过盖板、连接钢板和钢支撑，所述连接钢板横向与框架梁翼缘通过螺栓连接，所述端板横向放置，所述高强度螺栓依次穿过端板与框架梁翼缘，所述连接钢板竖向与竖向板通过焊接方式与框架柱翼缘连接。
优选的，所述框架柱柱脚和框架梁节点均为新型摩擦耗能节点，通过放松节点约束实现结构分层摇摆，并在节点中增加弹簧预压力与摩擦阻尼分别实现自复位及耗能，同时增设钢支撑，提升框架抗侧刚度，小震下摩擦节点和钢支撑共同提供抗侧刚度，可以提高摇摆钢框架小震下的使用性能，降低结构整体变形。
优选的，所述钢支撑支撑与钢框架的连接一端采用摩擦节点连接，另一端采用螺栓连接，保证钢支撑在受压状态下不发生屈曲，在受拉和受压状态下都能有效摩擦耗能，同时摩擦节点参与耗能，提升了钢框架的耗能能力。
优选的，所述框架梁梁柱节点处、框架柱柱脚节点处和支撑摩擦节点处的摩擦材料使用高硬度钢，这样可以提高摩擦节点滞回耗能的稳定性，同时减小摩擦面的磨损以及长时间的接触造成接触面材料相互侵蚀的问题。
优选的，所述框架梁梁柱摩擦节点在达到其转动的临界弯矩时，梁截面不进入塑性，使主体结构在大震下低损，然后通过自重和碟簧实现自复位。
优选的，所述连接钢板上的每个连接螺栓处都开长圆孔，保证支撑在受到荷载时能够顺利滑动，并通过摩擦耗能。
优选的，所述碟簧在工作负荷范围内接近线弹性，所述碟簧采用螺旋弹簧、橡胶弹簧或环形弹簧。
优选的，所述框架梁梁柱节点处靴梁板通过对接焊缝与框架梁的翼缘和垫板连接，保证了垫板转动时接近刚性转动，柱脚处靴梁板通过对接焊缝与底梁的翼缘和垫板连接，保证了垫板转动时为刚性转动可以通过调节靴梁板和垫板的厚度，使柱脚和节点在转动时靴梁板不得发生屈曲塑性等变形甚至破坏。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明通过柱脚和梁柱节点在小震下保证固接，框架柱在中大震下可以抬起，框架梁在中大震下可转动，同时可以实现大震下低损伤。
(2)本发明通过钢支撑与框架梁在小震下保证固接，在中大震下节点可以滑动，通过摩擦耗能，解决钢支撑受压易屈曲的缺点，为框架提供足够的抗侧刚度的同时实现大震下低损伤。
(3)本发明通过梁柱摩擦节点和柱脚摩擦节点均位于腹板，且通过碟簧或劲性弹簧实现自复位，减小强震下结构的残余位移。
(4)本发明通过在受到较大的地震荷载时，塑性变形仅发生在梁柱节点、柱脚节点和支撑连接节点的摩擦材料上，框架梁柱处于弹性阶段且支撑不发生屈曲，震后修复仅需要更换摩擦材料即可，方便修复并且经济。
附图说明
图1为本发明的一种新型摩擦连接支撑多重摇摆柱钢框架正视结构示意图；
图2为本发明的一种新型摩擦连接支撑多重摇摆柱钢框架的梁柱节点和柱脚节点俯视结构示意图；
图3为本发明的一种新型摩擦连接支撑多重摇摆柱钢框架A-A剖面结构示意图；
图4为本发明的一种新型摩擦连接支撑多重摇摆柱钢框架B-B剖面结构示意图；
图5为本发明的一种新型摩擦连接支撑多重摇摆柱钢框架支撑与底梁连接处装配细节三视图；
图6为本发明的一种新型摩擦连接支撑多重摇摆柱钢框架支撑与梁柱节点连接处装配细节三视图；
图7为本发明的一种新型摩擦连接支撑多重摇摆柱钢框架梁柱节点和柱脚节点处柱底板装配图的三视图；
图8为本发明的一种新型摩擦连接支撑多重摇摆柱钢框架梁柱节点和柱脚节点处摩擦节点装配图；
图9为本发明的一种新型摩擦连接支撑多重摇摆柱钢框架梁柱节点处和柱脚节点处弹簧连接装配图；
图10为本发明的钢支撑与底梁连接钢板的开洞细节图；
图11为本发明的钢支撑与梁柱节点连接钢板的开洞细节图；
图12为本发明的梁柱节点处和柱脚节点处连接竖板的开洞细节图；
图13为本发明的梁柱节点处和柱脚节点处摩擦材料的开洞细节图；
图14为本发明的梁柱节点处和柱脚节点处盖板的开洞细节图；
图15为本发明的框架柱的开洞细节图；
图16为本发明的框架梁腹板的开洞细节图；
图17为本发明的连接底板的开洞细节图；
图18为本发明的框架梁上翼缘的开洞细节图。
图中：1、框架柱；2、框架梁；3、钢支撑；4、连接底板；5、靴梁板；6、普通螺栓；7、碟簧；8、高强度螺栓；9、盖板；10、摩擦材料；11、连接竖板；12、垫板；13、加劲肋；14、连接钢板；15、长圆孔；16、底梁；17、端板；18、竖向板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参照图1-18，一种新型摩擦连接支撑多重摇摆柱钢框架结构体系，包括框架柱1、框架梁2、钢支撑3、连接底板4、靴梁板5、普通螺栓6、碟簧7、碟簧7在工作负荷范围内接近线弹性，碟簧7采用螺旋弹簧、橡胶弹簧或环形弹簧，高强度螺栓8、盖板9、摩擦材料10、连接竖板11、垫板12、加劲肋13、连接钢板14、长圆孔15、底梁16、端板17、竖向板18，框架梁2呈贯通状，框架柱1分段，框架柱1采用摇摆柱，连接底板4与底梁16翼缘外侧贴合并沿底梁16纵向方向放置，靴梁板5的长短边分别与柱翼缘与连接底板4贴合，框架柱1的柱底与底梁16通过两侧竖向普通螺栓6外套碟簧7的方式连接，框架柱1与底梁16通过高强度螺栓8相连形成柱脚摩擦型节点，该节点位于柱腹板处，高强度螺栓8依次穿过盖板9、摩擦材料10、框架柱1与底梁16连接竖板11、摩擦材料10和摇摆柱腹板，框架柱1与框架梁2采用全装配式新型摩擦耗能钢框架梁柱节点连接，上下柱段与梁的连接方式相同，梁柱连接竖板11与框架柱1的腹板贴合并沿柱竖向放置，梁柱连接竖板11依次穿过梁柱连接底板4和框架梁2的上翼缘，位于梁腹板的普通螺栓6依次穿过梁柱连接竖板11、垫板12、框架梁腹板。普通螺栓6和碟簧7组成的预压弹簧将连接底板4和框架梁2的上翼缘相连，靴梁板5的长短边分别通过对接焊缝与柱翼缘与连接底板4连接，使框架柱、靴梁、连接底板4成为一个整体，框架梁2与梁柱连接底板4左右两边的腹板处设置加劲肋13，在柱端和梁相应位置均设置加劲肋13，支撑下端与连接钢板14通过高强度螺栓8形成摩擦型连接节点，连接钢板14开多个长圆孔15，盖板9、摩擦材料10、长圆孔15、连接钢板14和钢支撑3被高强度螺栓8依次穿过，连接底板4平放紧贴底梁16翼缘外侧并沿底梁16纵向方向放置，连接底板4与连接钢板14通过焊接方式连接，连接底板4与底梁16通过高强度螺栓8连接，连接钢板14与支撑上部通过高强度螺栓8连接，连接钢板14开孔，高强度螺栓8依次穿过盖板9、连接钢板14和钢支撑3，连接钢板14横向与框架梁翼缘通过螺栓连接，端板17横向放置，高强度螺栓8依次穿过端板17与框架梁2翼缘，连接钢板14竖向与竖向板18通过焊接方式与框架柱1翼缘连接，框架梁2梁柱节点处靴梁板5通过对接焊缝与框架梁2的翼缘和垫板12连接，保证了垫板12转动时接近刚性转动，柱脚处靴梁板5通过对接焊缝与底梁16的翼缘和垫板12连接，保证了垫板12转动时为刚性转动可以通过调节靴梁板5和垫板12的厚度，使柱脚和节点在转动时靴梁板5不得发生屈曲塑性等变形甚至破坏，框架柱1柱脚和框架梁2节点均为新型摩擦耗能节点，通过放松节点约束实现结构分层摇摆，并在节点中增加弹簧预压力与摩擦阻尼分别实现自复位及耗能，同时增设钢支撑3，提升框架抗侧刚度，小震下摩擦节点和钢支撑3共同提供抗侧刚度，可以提高摇摆钢框架小震下的使用性能，降低结构整体变形，钢支撑3支撑与钢框架的连接一端采用摩擦节点连接，另一端采用螺栓连接，保证钢支撑3在受压状态下不发生屈曲，在受拉和受压状态下都能有效摩擦耗能，同时摩擦节点参与耗能，提升了钢框架的耗能能力，框架梁2梁柱节点处、框架柱1柱脚节点处和支撑摩擦节点处的摩擦材料10使用高硬度钢，这样可以提高摩擦节点滞回耗能的稳定性，同时减小摩擦面的磨损以及长时间的接触造成接触面材料相互侵蚀的问题，框架梁2梁柱摩擦节点在达到其转动的临界弯矩时，梁截面不进入塑性，使主体结构在大震下低损，然后通过自重和碟簧7实现自复位，连接钢板14上的每个连接螺栓处都开长圆孔15，保证支撑在受到荷载时能够顺利滑动，并通过摩擦耗能。
本发明中，使用者使用该装置时，通过柱脚和梁柱节点在小震下保证固接，框架柱在中大震下可以抬起，框架梁在中大震下可转动，同时可以实现大震下低损伤，通过钢支撑3与框架梁2在小震下保证固接，在中大震下节点可以滑动，通过摩擦耗能，解决钢支撑3受压易屈曲的缺点，为框架提供足够的抗侧刚度的同时实现大震下低损伤。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

Claims (8)

1.一种新型摩擦连接支撑多重摇摆柱钢框架结构体系，包括框架柱(1)、框架梁(2)、钢支撑(3)、连接底板(4)、靴梁板(5)、普通螺栓(6)、碟簧(7)、高强度螺栓(8)、盖板(9)、摩擦材料(10)、连接竖板(11)、垫板(12)、加劲肋(13)、连接钢板(14)、长圆孔(15)、底梁(16)、端板(17)、竖向板(18)，其特征在于，所述框架梁(2)呈贯通状，所述框架柱(1)分段，所述框架柱(1)采用摇摆柱，所述连接底板(4)与底梁(16)翼缘外侧贴合并沿底梁(16)纵向方向放置，所述靴梁板(5)的长短边分别与柱翼缘与连接底板(4)贴合，所述框架柱(1)的柱底与底梁(16)通过两侧竖向普通螺栓(6)外套碟簧(7)的方式连接，框架柱(1)与底梁(16)通过高强度螺栓(8)相连形成柱脚摩擦型节点，该节点位于柱腹板处，所述高强度螺栓(8)依次穿过盖板(9)、摩擦材料(10)、框架柱(1)与底梁(16)连接竖板(11)、摩擦材料(10)和摇摆柱腹板，所述框架柱(1)与框架梁(2)采用全装配式新型摩擦耗能钢框架梁柱节点连接，上下柱段与梁的连接方式相同，所述梁柱连接竖板(11)与框架柱(1)的腹板贴合并沿柱竖向放置，所述梁柱连接竖板(11)依次穿过梁柱连接底板(4)和框架梁(2)的上翼缘，位于梁腹板的所述普通螺栓(6)依次穿过梁柱连接竖板(11)、垫板(12)、框架梁腹板。普通螺栓(6)和碟簧(7)组成的预压弹簧将连接底板(4)和框架梁(2)的上翼缘相连，所述靴梁板(5)的长短边分别通过对接焊缝与柱翼缘与连接底板(4)连接，使框架柱、靴梁、连接底板(4)成为一个整体，所述框架梁(2)与梁柱连接底板(4)左右两边的腹板处设置加劲肋(13)，在柱端和梁相应位置均设置加劲肋(13)，支撑下端与连接钢板(14)通过高强度螺栓(8)形成摩擦型连接节点，所述连接钢板(14)开多个长圆孔(15)，所述盖板(9)、摩擦材料(10)、长圆孔(15)、连接钢板(14)和钢支撑(3)被高强度螺栓(8)依次穿过，所述连接底板(4)平放紧贴底梁(16)翼缘外侧并沿底梁纵向方向放置，连接底板(4)与连接钢板(14)通过焊接方式连接，所述连接底板(4)与底梁(16)通过高强度螺栓(8)连接，所述连接钢板(14)与支撑上部通过高强度螺栓(8)连接，连接钢板(14)开孔，高强度螺栓(8)依次穿过盖板(9)、连接钢板(14)和钢支撑(3)，所述连接钢板(14)横向与框架梁翼缘通过螺栓连接，所述端板(17)横向放置，所述高强度螺栓(8)依次穿过端板(17)与框架梁(2)翼缘，所述连接钢板(14)竖向与竖向板(18)通过焊接方式与框架柱(1)翼缘连接。
2.根据权利要求1所述的一种新型摩擦连接支撑多重摇摆柱钢框架结构体系，其特征在于，所述框架柱(1)柱脚和框架梁(2)节点均为新型摩擦耗能节点，通过放松节点约束实现结构分层摇摆，并在节点中增加弹簧预压力与摩擦阻尼分别实现自复位及耗能，同时增设钢支撑(3)，提升框架抗侧刚度，小震下摩擦节点和钢支撑(3)共同提供抗侧刚度，可以提高摇摆钢框架小震下的使用性能，降低结构整体变形。
3.根据权利要求1所述的一种新型摩擦连接支撑多重摇摆柱钢框架结构体系，其特征在于，所述钢支撑(3)支撑与钢框架的连接一端采用摩擦节点连接，另一端采用螺栓连接，保证钢支撑(3)在受压状态下不发生屈曲，在受拉和受压状态下都能有效摩擦耗能，同时摩擦节点参与耗能，提升了钢框架的耗能能力。
4.根据权利要求1所述的一种新型摩擦连接支撑多重摇摆柱钢框架结构体系，其特征在于，所述框架梁(2)梁柱节点处、框架柱(1)柱脚节点处和支撑摩擦节点处的摩擦材料(10)使用高硬度钢，这样可以提高摩擦节点滞回耗能的稳定性，同时减小摩擦面的磨损以及长时间的接触造成接触面材料相互侵蚀的问题。
5.根据权利要求1所述的一种新型摩擦连接支撑多重摇摆柱钢框架结构体系，其特征在于，所述框架梁(2)梁柱摩擦节点在达到其转动的临界弯矩时，梁截面不进入塑性，使主体结构在大震下低损，然后通过自重和碟簧(7)实现自复位。
6.根据权利要求1所述的一种新型摩擦连接支撑多重摇摆柱钢框架结构体系，其特征在于，所述连接钢板(14)上的每个连接螺栓处都开长圆孔(15)，保证支撑在受到荷载时能够顺利滑动，并通过摩擦耗能。
7.根据权利要求1所述的一种新型摩擦连接支撑多重摇摆柱钢框架结构体系，其特征在于，所述碟簧(7)在工作负荷范围内接近线弹性，所述碟簧(7)采用螺旋弹簧、橡胶弹簧或环形弹簧。
8.根据权利要求1所述的一种新型摩擦连接支撑多重摇摆柱钢框架结构体系，其特征在于，所述框架梁(2)梁柱节点处靴梁板(5)通过对接焊缝与框架梁(2)的翼缘和垫板(12)连接，保证了垫板(12)转动时接近刚性转动，柱脚处靴梁板(5)通过对接焊缝与底梁(16)的翼缘和垫板(12)连接，保证了垫板(12)转动时为刚性转动可以通过调节靴梁板(5)和垫板(12)的厚度，使柱脚和节点在转动时靴梁板(5)不得发生屈曲塑性等变形甚至破坏。
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