CN113123523A - 一种可恢复耗能能力增强的连梁结构 - Google Patents

一种可恢复耗能能力增强的连梁结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可恢复耗能能力增强的连梁结构，包括墙体和至少一个结构单元，结构单元包括两个T型钢和一个摩擦内板，两个T型钢相互平行且连接于两个墙体之间，摩擦内板位于两个T型钢之间，两个T型钢和摩擦内板能够相互竖向移动，每个T型钢均与墙体进行螺栓连接，两个T型钢和摩擦内板的同向腹板两侧各设有两个与其滑动摩擦的摩擦外板，且四个摩擦外板通过弹性复位组件与T型钢连接。本发明通过T型钢的腹板与摩擦外板间的摩擦滑动起到耗能作用，通过弹性复位组件实现自复位功能，通过两个T型钢和摩擦内板的相互横向错动机制，增强了连梁的耗能功能和可恢复功能，且能满足不同层次的抗震需求。

Description

一种可恢复耗能能力增强的连梁结构
技术领域
本发明属于土木工程领域，涉及一种可恢复耗能能力增强的连梁结构。
背景技术
在高层建筑结构体系中，剪力墙作为常见的抗侧力结构单元，能有效地控制房屋的侧移。为了方便电梯入口及门窗洞口的布置，剪力墙往往通过连梁相互连接，形成联肢剪力墙结构。连梁的受力性能对整个联肢剪力墙结构的受力性能起着至关重要的作用：一方面，在横向荷载作用下，连梁端部的内力会减少墙肢的内力和变形，对墙肢起到一定的约束作用；另一方面，发生延性破坏的连梁的端部会形成塑性铰，吸收地震能量，减少墙体底部破坏，从而降低震后的修复费用。传统钢筋混凝土连梁易发生剪切破坏，延性和耗能能力较差，虽然可以通过使用交叉暗支撑配筋改善钢筋混凝土连梁的延性和耗能能力，但是其施工过程较为复杂。此外，钢连梁在实际工程中也得到广泛应用，较钢筋混凝土连梁而言，钢连梁具有良好的延性和较强的耗能能力，但是在耗能过程中会造成较大的残余变形，不具备可持续使用的功能。
在此背景下，本发明提供了一种可恢复耗能能力增强的连梁结构，采用“三段式”变形机制，即通过左T型钢、摩擦内板和右T型钢三者之间的相互错动来实现连梁内部变形，利用摩擦外板与T型钢的腹板，以及摩擦外板与摩擦内板之间的摩擦滑动来吸收地震能量，并且通过碟形垫片的弹性回复力实现自复位功能，此外，该结构中的摩擦力和回复力可以通过改变高强螺栓中的预紧力以及相应摩擦面和碟形垫片的个数来调节，从而使得该结构可以满足不同层次的抗震需求。与以往连梁结构相比，本发明具有可恢复耗能能力强、易于调节、安装简单、便于替换的优点。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种可恢复耗能能力增强的连梁结构，用于解决现有技术中建筑物构件在震后产生严重变形而难于恢复的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种可恢复耗能能力增强的连梁结构，包括墙体和至少一个结构单元，所述结构单元包括左右两个T型钢和一个摩擦内板，两个T型钢相互平行且连接于两个墙体之间，摩擦内板位于两个T型钢之间，两个T型钢和摩擦内板能够相互竖向移动，两个所述T型钢的窄端面相对设置，每个T型钢均与墙体进行螺栓连接，两个T型钢和摩擦内板的同向腹板两侧各设有两个与其滑动摩擦的摩擦外板，且四个摩擦外板通过弹性复位组件与T型钢连接。
进一步的，所述T型钢的宽端面上对称设置有两排T型钢螺栓孔，所述墙体对应位置设置有两排预埋螺纹套筒，通过螺栓连接所述的T型钢螺栓孔和预埋螺纹套筒，以使所述T型钢与墙体连接。
进一步的，所述弹性复位组件包括高强螺栓和碟形垫片，所述高强螺栓将四个摩擦外板连接于T型钢的腹板上和摩擦外板宽端面上，所述碟形垫片由高强螺栓压紧在摩擦外板上。
进一步的，所述T型钢的腹板上和摩擦内板上分别间隔开设有多个T型钢竖向滑槽和摩擦内板竖向滑槽，所述摩擦外板上对应设置有多个外板螺栓孔，所述弹性复位组件将所述外板螺栓孔分别连接到T型钢竖向滑槽和摩擦内板竖向滑槽上。
进一步的，所述T型钢的腹板两侧设置有第一内摩擦面，所述摩擦内板上设置有第二内摩擦面，所述摩擦外板与T型钢的腹板和摩擦内板相对的一侧设置有外摩擦面，所述外摩擦面分别与第一内摩擦面和第二内摩擦面相互交错嵌合；所述外摩擦面、第一内摩擦面和第二内摩擦面均具有摩擦坡面段和摩擦平面段，所述T型梁与摩擦外板的摩擦系数值小于摩擦坡面段倾斜角度的正切值，所述摩擦内板与摩擦外板的摩擦系数值小于摩擦坡面段倾斜角度的正切值。
进一步的，多个所述结构单元在竖直方向上依次连接，并共用两个墙体。
进一步的，多个所述结构单元在水平方向上依次连接，且两个相邻的所述结构单元共用一个墙体。
如上所述，本发明的一种可恢复耗能能力增强的连梁结构，具有以下有益效果：
1)本发明有效提高了连梁的弹性变形能力。本发明的连梁采用“三段式”变形机制，即通过两个T型钢和摩擦内板三者之间的相互错动来实现连梁内部变形。在碟形垫片弹性变形能力相同的前提下，相较于仅采用两个T型钢相互错动的变形方式，本发明所采用的变形方式具有更大的弹性变形范围。
2)本发明有效融合了摩擦耗能和自复位功能。本发明通过T型钢的腹板和摩擦内板与摩擦外板之间的摩擦滑动消耗能量，并在此过程中通过碟形垫片的弹性回复力实现自复位，从而有效融合了摩擦耗能和自复位功能。
3)本发明实现了结构的耗能能力和恢复能力可控。在本发明中，摩擦外板和T型钢腹板间的摩擦力可以通过改变高强螺栓个数和预紧力，以及摩擦坡面的角度和摩擦系数来改变，自复位能力可以通过多个碟形垫片的串联和并联来调整，实现结构的耗能能力和恢复能力可控。
4)本发明的所有构件都通过螺栓连接，安装过程简单高效，也便于拆卸和维修，实现连接结构的可持续性使用。所有构件都没有涉及较为复杂的加工工艺，便于批量生产，从而有效地降低了生产成本，具有良好的经济效益，有利于推广。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种可恢复耗能能力增强的连梁结构的立体结构图；
图2为本发明实施例提供的一种可恢复耗能能力增强的连梁结构的正视图；
图3为图2的A-A剖面图；
图4a和图4b为图2中T型钢的立体结构图和左视图；
图5a和图5b为图2中摩擦内板的立体结构图和左视图；
图6a和图6b为图2中摩擦外板的立体结构图和左视图；
图7为本发明结构向左位移时的工作示意图；
图8为本发明结构向右位移时的工作示意图；
图9为图7中连梁的正视图；
图10为图8中连梁的正视图；
图11为图9的B-B剖面图；
图12为图10的C-C剖面图。
附图标记说明
1-墙体；
2-T型钢；21-宽端面；211-T型钢螺栓孔；22-腹板；23-第一内摩擦面；231-第一内摩擦面平面段；232-第一内摩擦面坡面段；24-T型钢竖向滑槽；
3-摩擦内板；31-第二内摩擦面；311-第二内摩擦面平面段；312-第二内摩擦面坡面段；32-摩擦内板竖向滑槽；
4-摩擦外板；41-外摩擦面；411-外摩擦面平面段；412-外摩擦面坡面段；42-外板螺栓孔；
5-弹性复位组件；51-高强螺栓；52-碟形垫片。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
请结合图1至图6b所示，本发明提供一种可恢复耗能能力增强的连梁结构，本实施例中，包括两个墙体1和至少一个结构单元，所述结构单元包括左右两个T型钢2和一个摩擦内板3，两个T型钢2相互平行且连接于两个墙1体之间，摩擦内板3位于两个T型钢2之间，两个T型钢2和摩擦内板3能够相互竖向移动，两个所述T型钢2的窄端面相对设置，每个T型钢2均与墙体1进行螺栓连接，两个T型钢2和摩擦内板3的同向腹板两侧各设有两个与其滑动摩擦的摩擦外板4，且四个摩擦外板4通过弹性复位组件5与T型钢2连接。
具体的，通过T型钢2的腹板22和摩擦外板之间的摩擦滑动来吸收能量起到耗能的作用，并通过弹性复位组件5的弹性恢复力实现自复位功能。并且，本发明通过采用“三段式”变形机制，即通过两个T型钢2和摩擦内板3三者之间的相互错动来实现连梁剪切变形，在弹性复位组件5的弹性变形能力相同的前提下，相较于仅采用两个T型钢相互错动的变形方式，本发明所采用的变形方式具有更大的弹性变形范围。
本实施例中，所述T型钢2的宽端面21上对称设置有两排T型钢螺栓孔211，所述墙体1对应位置设置有两排预埋螺纹套筒，通过螺栓连接所述的T型钢螺栓孔211和预埋螺纹套筒，以使所述T型钢2与墙体1连接。
所述弹性复位组件5包括高强螺栓511和碟形垫片52，所述高强螺栓51将两个摩擦外板4连接于T型钢2的腹板22上，所述碟形垫片52由高强螺栓51压紧在摩擦外板4上。所述碟形垫片52可为多个串联或并联，以增强碟形垫片52的弹性复位力。
其中，所述T型钢2的腹板22和摩擦内板3上分别间隔开设有多个T型钢竖向滑槽24和摩擦内板竖向滑槽32，所述摩擦外板4上对应设置有多个外板螺栓孔42，所述弹性复位组件5将所述外板螺栓孔42分别连接到T型钢竖向滑槽24和摩擦内板竖向滑槽32上。本实施例中，每个T型钢2的腹板22上各间隔开设有3个T型钢竖向滑槽24，摩擦内板3上间隔开设6个摩擦内板竖向滑槽32，相应地，每个摩擦外板4上设置有3组外板螺栓孔42，每组外板螺栓孔42包括2个外板螺栓孔，分别对应于T型钢竖向滑槽24和摩擦内板竖向滑槽32。此种结构，便于高强螺栓51能够在竖向滑槽32中滑动，从而使摩擦外板4与T型钢2和摩擦内板3之间产生竖向位移。
并且，所述T型钢2的腹板22两侧设置有第一内摩擦面23，所述摩擦内板3上设置有第二内摩擦面31，所述摩擦外板4与T型钢2的腹板22和摩擦内板3相对的一侧设置有外摩擦面41，所述外摩擦面41分别与第一内摩擦面23和第二内摩擦面31相互交错嵌合；所述外摩擦面41、第一内摩擦面23和第二内摩擦面31均具有摩擦坡面段和摩擦平面段，所述T型钢2与摩擦外板4的摩擦系数值小于摩擦坡面段倾斜角度的正切值，所述摩擦内板3与摩擦外板4的摩擦系数值小于摩擦坡面段倾斜角度的正切值。
本实施例中，所述第一内摩擦面23包括第一内摩擦平面段231和第一内摩擦坡面段232，所述第一内摩擦坡面段332连接于两个第一内摩擦平面段331之间，呈起伏状态；所述第二内摩擦面31包括第二内摩擦平面段311和第二内摩擦坡面段312，所述第二内摩擦坡面段312连接于两个第二内摩擦平面段311之间，呈起伏状态；所述外摩擦面41包括外摩擦平面段411和外摩擦坡面段412，所述外摩擦坡面段412连接于两个外摩擦平面段411之间，呈起伏状态。所述第一内摩擦平面段231和第二内摩擦平面段311对应于外摩擦平面段411，所述第一内摩擦坡面段232和第二内摩擦坡面段312对应于外摩擦坡面段412，二者交错起伏嵌合。此种结构，保证摩擦外板4与T型钢2腹板22，以及摩擦外板4与摩擦内板3之间的摩擦滑动，从而起到吸收耗能的作用。
本发明通过将传统连梁的整体剪切变形转化为三个分离体的相互错动变形，实现了耗能功能和可恢复功能可控。具体的，摩擦外板4与T型钢2和摩擦内板3之间的摩擦力可以通过调节高强螺栓51的个数和预紧力，以及摩擦坡面段的角度和摩擦系数来改变，自复位能力可以通过多个碟形垫片52的串联和并联来调整，从而使得该结构可以满足不同层次的抗震需求。
另外，本发明在另一实施例中，可设置多个结构单元，多个所述结构单元在竖直方向上依次连接，并共用一个墙体1。
本发明在又一实施例中，可设置多个结构单元，多个所述结构单元在水平方向上依次连接，且两个相邻的所述结构单元共用一个墙体1。
由于本发明中的所有构件均通过螺栓连接和焊接组装，便于工厂批量生产，具有良好的经济效益。
本发明的工作原理如图7至图12所示，本发明的结构受到横向荷载作用时会发生侧向变形，并引起墙体1发生倾斜，进而导致T型钢2与摩擦内板3之间产生相互错动，此过程中摩擦外板4与T型钢2的摩擦滑动，以及摩擦外板4与摩擦内板3的摩擦滑动起到耗能的作用。由于滑动摩擦面存在摩擦坡面段，使得摩擦外板4与T型钢2，以及摩擦外板4与摩擦内板3的间距增大，从而挤压套在高强螺栓51上的碟形垫片52，将部分地震能量以弹性变形能的形式储存在碟形垫片52中。当横向荷载消失或减弱时，碟形垫片52中的弹性变形能得到释放，弹性挤压力会克服摩擦外板4与T型钢2，以及摩擦外板4与摩擦内板3之间的滑动摩擦力，使结构重新回到初始位置，由此可见，该结构有效融合了摩擦耗能和自复位功能。
综上，在本发明实施例提供的一种可恢复耗能能力增强的连梁结构中，通过T型钢的腹板与摩擦外板，以及摩擦内板与摩擦外板之间的摩擦滑动起到耗能的作用，通过弹性复位组件的弹性恢复力实现自复位功能，有效融合了摩擦耗能和自复位功能；采用“三段式”变形机制，在碟形垫片弹性变形能力相同的前提下，相较于仅采用两个T型钢相互错动的变形方式，本发明所采用的变形方式具有更大的弹性变形范围；所有构件都没有涉及较为复杂的加工工艺，便于批量生产，从而有效地降低了生产成本，具有良好的经济效益，有利于推广。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种可恢复耗能能力增强的连梁结构，其特征在于：包括墙体和至少一个结构单元，所述结构单元包括左右两个T型钢和一个摩擦内板，两个T型钢相互平行且连接于两个墙体之间，摩擦内板位于两个T型钢之间，两个T型钢和摩擦内板能够相互竖向移动，两个所述T型钢的窄端面相对设置，每个T型钢均与墙体进行螺栓连接，两个T型钢和摩擦内板的同向腹板两侧各设有两个与其滑动摩擦的摩擦外板，且四个摩擦外板通过弹性复位组件与T型钢连接。
2.根据权利要求1所述的一种可恢复耗能能力增强的连梁结构，其特征在于：所述T型钢的宽端面上对称设置有两排T型钢螺栓孔，所述墙体对应位置设置有两排预埋螺纹套筒，通过螺栓连接所述的T型钢螺栓孔和预埋螺纹套筒，以使所述T型钢与墙体连接。
3.根据权利要求1所述的一种可恢复耗能能力增强的连梁结构，其特征在于：所述弹性复位组件包括高强螺栓和碟形垫片，所述高强螺栓将四个摩擦外板连接于T型钢的腹板上和摩擦外板上，所述碟形垫片由高强螺栓压紧在摩擦外板上。
4.根据权利要求3所述的一种可恢复耗能能力增强的连梁结构，其特征在于：所述T型钢的腹板上和摩擦内板上分别间隔开设有多个T型钢竖向滑槽和摩擦内板竖向滑槽，所述摩擦外板上对应设置有多个外板螺栓孔，所述弹性复位组件将所述外板螺栓孔分别连接到T型钢竖向滑槽和摩擦内板竖向滑槽上。
5.根据权利要求1所述的一种可恢复耗能能力增强的连梁结构，其特征在于：所述T型钢的腹板两侧设置有第一内摩擦面，所述摩擦内板上设置有第二内摩擦面，所述摩擦外板与T型钢的腹板和摩擦内板相对的一侧设置有外摩擦面，所述外摩擦面分别与第一内摩擦面和第二内摩擦面相互交错嵌合；所述外摩擦面、第一内摩擦面和第二内摩擦面均具有摩擦坡面段和摩擦平面段，所述T型钢与摩擦外板的摩擦系数值小于摩擦坡面段倾斜角度的正切值，所述摩擦内板与摩擦外板的摩擦系数值小于摩擦坡面段倾斜角度的正切值。
6.根据权利要求1-5所述的一种可恢复耗能能力增强的连梁结构，其特征在于：多个所述结构单元在竖直方向上依次连接，并共用两个墙体。
7.根据权利要求1-5所述的一种可恢复耗能能力增强的连梁结构，其特征在于：多个所述结构单元在水平方向上依次连接，且两个相邻的所述结构单元共用一个墙体。
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