CN114922326B - 适应于梁端自复位节点的可移动自复位楼盖结构体系 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适应于梁端自复位节点的可移动自复位楼盖结构体系，包括框架柱、框架短梁、框架长梁，所述框架短梁与框架柱刚接，与框架长梁半刚接；在框架长梁的端部焊接长梁加劲肋；框架短梁与框架长梁的两侧分别设有分阶段耗能器；分阶段耗能器包括两个短限位槽，短限位槽焊接在框架短梁的腹板上，每个短限位槽对一个长限位槽，长限位槽固定在长梁加劲肋上，每个短限位槽与其相对应的长限位槽的槽内插入多个大X形耗能钢片和多个小X形耗能钢片。楼板在大震及罕遇地震作用下可发生有限位移的同时允许梁板之间发生相对位移，以适应长短梁间的半刚节点转动，同时楼板也被设计在地震作用下参与耗能与复位，进而减少建筑物震后的修护工作。

Description

适应于梁端自复位节点的可移动自复位楼盖结构体系
技术领域
本发明属于建筑结构的减震耗能技术领域，涉及一种适应于梁端自复位节点的可移动自复位楼盖结构体系。
背景技术
二十一世纪初美日学者提出“可恢复功能城市”即后来的韧性城市概念，之后成为抗震设计领域的全新方向，其相较于传统抗震设计理念有了更高的要求，不仅在震中要最大程度的保障人身和财产安全，而且要在震后实现结构的自恢复的同时便于修复，降低结构的震后修复成本。
为满足韧性城市所要求的建筑功能，即减少结构残余变形的同时又能保证结构原有性能几乎不受影响，使结构震后稍加修复甚至无需修复又可正常使用，自复位抗震结构的研究方向成为热点，多层框架结构中框架梁端设计成耗能自复位节点成为专家关注的重点，涌现出大批形式多样的自复位梁柱节点。
在许多自复位梁柱节点的研究中发现，地震作用下由于楼板与梁固接在一起，自复位梁柱节点难以发生转动，使得其难以发挥理论上的耗能与复位功能，此称为自复位梁柱节点的楼板效应。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明提出一种适应于梁端自复位节点的可移动自复位楼盖结构体系，楼板在大震及罕遇地震作用下可发生有限的位移的同时允许梁板之间发生相对位移，以适应长短梁间的半刚节点转动，确保自复位梁柱节点可正常工作，同时楼板也被设计在地震作用下参与耗能与复位，进而减少建筑物震后的修护工作，实现建筑的可持续使用，结构体系便于建造和维护，向绿色建筑更进一步。
本发明解决上述问题的技术方案是：一种适应于梁端自复位节点的可移动自复位楼盖结构体系，其特殊之处在于：
包括框架柱、框架短梁、框架长梁，所述框架短梁的一端与框架柱刚接，框架短梁的另一端与框架长梁半刚接；所述框架短梁与框架长梁采用工字钢，在框架长梁靠近框架短梁的端部焊接长梁加劲肋，长梁加劲肋三个侧边焊接在框架长梁的上下翼缘和腹板上，不与框架短梁相接触。框架短梁与框架长梁的两侧分别设有分阶段耗能器；所述框架短梁与框架长梁通过锚固螺栓、锚固盖板连接二者的上下翼缘，锚固盖板上开有跑道形长圆孔；
所述分阶段耗能器包括两个短限位槽，两个短限位槽焊接在框架短梁的腹板上，每个短限位槽对一个长限位槽，所述长限位槽固定在长梁加劲肋上，每个短限位槽与其相对应的长限位槽的槽内插入多个大X形耗能钢片和多个小X形耗能钢片。
进一步地，上述框架柱采用方钢管，框架柱的四个侧面均连接框架短梁，
在框架长梁的腹板处焊接锚固板；
在框架柱上与框架短梁的连接处开孔，预应力筋穿过该孔，预应力筋的两端分别与两个相对设置框架长梁上的锚固板固连。
进一步地，上述框架短梁与框架长梁通过锚固螺栓、锚固盖板连接二者的上下翼缘，通过腹板连接盖板、腹板锚固螺栓连接二者的腹板。
进一步地，上述框架长梁的翼缘上焊接光圆螺栓，光圆螺栓上套设橡胶圆环。
进一步地，上述所述两个相对设置的框架长梁上设有四根预应力筋。
进一步地，上述长限位槽为L型结构，其一边通过长限位槽固定螺栓，安装在长梁加劲肋上，另一边上设有槽位，用于插入大X形耗能钢片和小X形耗能钢片。
进一步地，上述小X形耗能钢片靠近框架柱，所述大X形耗能钢片远离框架柱。
进一步地，还包括预制开孔楼板，预制开孔楼板上设有与框架柱相对应的方孔，以及与框架长梁的光圆螺栓相对应的圆孔。
进一步地，上述预制开孔楼板的方孔和框架柱之间设有方环形叠层钢板橡胶。
进一步地，上述橡胶圆环由高强度橡胶材料制成。
本发明的优点：
1)本发明提供的一种适应于梁端自复位节点的可移动自复位楼盖结构体系，在安装完楼板后，在柱脚与楼板处的空隙，填置方环形叠层钢板橡胶，保证楼板在地震作用下的惯性力被叠层钢板橡胶抵消，以此来为框架结构提供耗能能力与恢复能力，并且配合自复位梁柱节点形成可移动自复位楼盖结构体系。
2)地震来临时梁柱自复位节点通过软钢耗能，与此同时，楼板通过橡胶圆环和叠层钢板橡胶耗能，发生有限位移，同时允许梁板之间发生相对位移，以适应长短梁间的半刚节点转动，由此可避免梁柱自复位节点的楼板效应。
3)地震作用后梁柱节点通过预应力筋实现自复位，同时通过钢梁上的光圆螺栓带动楼板自复位。
4)本发明构造巧妙，可实现装配化。
5)本发明在地震时可发挥耗能作用，地震后可提供恢复能力，便于维护，可广泛应用到建筑结构的减震消能技术领域。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的立面图；
图3为梁柱自复位节点示意图；
图4为框架短梁与框架长梁连接示意图；
图5为分阶段耗能器示意图；
图6为预制开孔楼板示意图。
其中：1为框架柱，2为方环形叠层钢板橡胶，3为框架短梁，4为框架长梁，5为预制开孔楼板，6为预应力筋，7为加劲肋，8为分阶段耗能器，9为光圆螺栓，10为橡胶圆环，81为锚固螺栓，82为锚固盖板，83为长梁加劲肋，84为短限位槽，85为长限位槽，86为连接盖板，87为大X形耗能钢片，88为小X形耗能钢片，89为连接螺栓，810为长限位槽固定螺栓。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
如图1-图6所示，一种适应于梁端自复位节点的可移动自复位楼盖结构体系包含：包括框架柱1、框架短梁3、框架长梁4，所述框架短梁3的一端与框架柱1固接，框架短梁3的另一端与框架长梁4半固接；所述框架短梁3与框架长梁4采用工字钢，在框架长梁4靠近框架短梁3的端部焊接长梁加劲肋83，长梁加劲肋83三个侧边焊接在框架长梁4的上下翼缘和腹板上，不与框架短梁3相接触；框架短梁3与框架长梁4的两侧分别设有分阶段耗能器8。所述框架短梁3与框架长梁4通过锚固螺栓81、锚固盖板82连接二者的上下翼缘，锚固盖板82上开有跑道形长圆孔，可以使得地震来临时两种梁连接处发生转动，从而使得短梁内的分阶段耗能器8发生变形，从而产生耗能。
所述分阶段耗能器8包括两个短限位槽84，两个短限位槽84焊接在框架短梁3的腹板上，每个短限位槽84对一个长限位槽85，所述长限位槽85固定在长梁加劲肋83上，每个短限位槽84与其相对应的长限位槽85的槽内插入多个大X形耗能钢片87和多个小X形耗能钢片88。
在本发明的一些实施例中，所述长限位槽85为L型结构，其一边通过长限位槽固定螺栓810，安装在长梁加劲肋83上，另一边上设有槽位，用于插入大X形耗能钢片87和小X形耗能钢片88。优选地，所述小X形耗能钢片88靠近框架柱1，所述大X形耗能钢片87远离框架柱1。
作为本发明的一个优选实施例，所述框架柱1采用方钢管，框架柱1的四个侧面均连接框架短梁3。在框架长梁4的腹板处焊接锚固板7；在框架柱1上与框架短梁3的连接处开孔，预应力筋6穿过该孔，预应力筋6的两端分别与两个相对设置框架长梁4上的锚固板7固连；所述两个相对设置的框架长梁4上设有四根预应力筋6，每个侧面设置两根，以此来为结构体系提供地震后的恢复能力。
作为一个优选方案，所述框架短梁3与框架柱1采用焊接连接，保证其框架的整体刚度与强度，满足日常使用各种指标和抗震设防指标。
作为本发明的一个优选实施例，所述框架短梁3与框架长梁4通过腹板连接盖板86、腹板锚固螺栓89连接二者的腹板。
作为本发明的一个优选实施例，所述框架长梁4的翼缘上焊接光圆螺栓9，光圆螺栓9上套设橡胶圆环10。在框架梁柱连接完成且自复位节点安装完成后，在其上翼缘顶部通过焊接的方式将光圆螺栓9固定，其连接必须牢固。
作为本发明的一个优选实施例，所述一种适应于梁端自复位节点的可移动自复位楼盖结构体系，还包括预制开孔楼板5，预制开孔楼板5上设有与框架柱1相对应的方孔，以及与框架长梁4的光圆螺栓9相对应的孔。
所述预制开孔楼板在工厂中进行制作，其开孔直径比焊接在框架长梁上的光圆螺栓直径要大，其内壁做增大摩擦处理，保证其连接的牢固性。
所述橡胶圆环10选用高强度橡胶，保证其安装进预制开孔楼板后的刚度及强度，在正常使用阶段，不发生偏移和变形，只在地震来临时发生变形，产生耗能作用，并且依靠自身的弹性，具有一定的复位功能。
作为本发明的一个优选实施例，所述预制开孔楼板5的方孔和框架柱1之间设有方环形叠层钢板橡胶2。
预制开孔楼板与框架柱之间留有的方圆形空隙，为放置叠层钢板橡胶预留空间，空隙大小根据实际工程所需的抗震设防烈度及抗震设计指标来确定。
所述叠层钢板橡胶2放置在框架柱1与预制开孔楼板5的空隙间，选用尺寸比空隙略大，将其安装进空隙中，依靠楼板和框架柱的挤压作用固定住叠层钢板橡胶，保证其安装的牢固性。
优选地，叠层钢板橡胶特殊定制，其橡胶含量比例比钢板多，保证其在地震作用下充分的耗能能力和恢复能力。
实施例
如图1-图6所示，一种适应于梁端自复位节点的可移动自复位楼盖结构体系，包括框架柱1、方环形叠层钢板橡胶2、框架短梁3、框架长梁4、预制开孔楼板5、预应力筋6、锚固板7、分阶段耗能器8、光圆螺栓9、橡胶圆环10。其中分阶段耗能器8包括锚固螺栓81、锚固盖板82、长梁加劲肋83、短限位槽84、长限位槽85、腹板连接盖板86、大X形耗能钢片87、小X形耗能钢片88、腹板锚固螺栓89、长限位槽固定螺栓810。
所述框架柱1与框架短梁3采用传统的焊接连接，框架柱1采用方钢管，并且在与框架短梁3的连接处的柱身上开孔，以便后期安装预应力筋6。框架短梁3采用工字钢，并且在安装完分阶段耗能器8后再与框架柱1相连接。
所述分阶段耗能器8与框架短梁3相连接时，先将短限位槽84焊接在框架短梁3的腹板内，其余部件等在框架长梁4与框架短梁3连接时安装。
长梁加劲肋83通过焊接连接在框架长梁4的端部，所述耗能器8的长限位槽85的连接边通过长限位槽固定螺栓810，安装在长梁加劲肋83上。
所述框架短梁3与框架长梁4通过锚固螺栓81、锚固盖板82连接二者的上下翼缘，通过腹板连接盖板86、腹板锚固螺栓89连接二者的腹板。锚固盖板82上开有跑道形长圆孔，可以使得地震来临时两种梁连接处发生转动，从而使得短梁内的分阶段耗能器8发生变形，从而产生耗能。
在框架短梁3与框架长梁4连接完成后，将所述大X形耗能钢片87、小X形耗能钢片88插入短限位槽84与长限位槽85的槽位内，以此来提供地震来临时结构体系的耗能能力。
所述锚固板7焊接在框架长梁4的腹板处，预应力筋6一端安装在锚固板7上，且通长布置，穿过框架柱1上的孔，另一端连接在另一侧的框架长梁的锚固板7处，以此来为结构体系提供地震后的恢复能力。
所述光圆螺栓9焊接在框架长梁4的上翼缘上，保证其焊接的牢固程度，安装完成后将橡胶圆环10套进光圆螺栓9上。
所述预制开孔楼板5安装在橡胶圆环10和光圆螺栓9上，通过挤压和摩擦来保证连接的稳固程度，使得预制开孔楼板5与梁相连接，圆环形橡胶垫与钢梁上翼缘顶部的光圆螺栓和预制楼板之间的孔洞紧密贴合，保证在正常使用状态下不发生楼板的偏移，在地震来临时可以使得楼板通过橡胶圆环有一定的耗能能力。地震作用后，由于自复位梁柱节点通过预应力筋复位，进一步通过焊接在框架梁上的光圆螺栓和橡胶圆环使得楼板复位。橡胶圆环由高强度橡胶材料构成，以提供楼板在地震作用下的阻尼力与复位作用。
所述方环形叠层钢板橡胶2在上述安装完成后，放置预制开孔楼板5与框架柱1的预留孔洞内，通过挤压和摩擦力固定，并且为楼板在地震来临时提供耗能能力，并使得楼板发生有限的位移。框架柱1周边与预制开孔楼板5之间的空隙由叠层钢板橡胶填置，以此来提供楼板在地震作用下的阻尼力与复位作用，并且配合楼板可使得自复位梁柱节点在地震作用下克服楼板效应，进而使得梁柱节点发生转动，形成自复位结构体系。叠层钢板橡胶的构造由多层橡胶少层钢板组成，在保证其足够恢复力和耗能能力的情况下，也保证其竖向刚度和侧向刚度，同时在地震作用下可使得楼板发生有限侧移。
以上所述仅为本发明的实施例，并非以此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的系统领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种适应于梁端自复位节点的可移动自复位楼盖结构体系，其特征在于：
包括框架柱(1)、框架短梁(3)、框架长梁(4)，所述框架短梁(3)的一端与框架柱(1)固接，框架短梁(3)的另一端与框架长梁(4)半固接；所述框架短梁(3)与框架长梁(4)采用工字钢，在框架长梁(4)靠近框架短梁(3)的端部焊接长梁加劲肋(83)；框架短梁(3)与框架长梁(4)的两侧分别设有分阶段耗能器(8)；
所述框架短梁(3)与框架长梁(4)通过锚固螺栓(81)、锚固盖板(82)连接二者的上下翼缘，锚固盖板(82)上开有跑道形长圆孔；
所述分阶段耗能器(8)包括两个短限位槽(84)，两个短限位槽(84)焊接在框架短梁(3)的腹板上，每个短限位槽(84)对一个长限位槽(85)，所述长限位槽(85)固定在长梁加劲肋(83)上，每个短限位槽(84)与其相对应的长限位槽(85)的槽内插入多个大X形耗能钢片(87)和多个小X形耗能钢片(88)，为结构体系提供耗能能力；
所述框架柱(1)采用方钢管，框架柱(1)的四个侧面均连接框架短梁(3)，
在框架长梁(4)的腹板处焊接锚固板(7)；
在框架柱(1)上与框架短梁(3)的连接处开孔，预应力筋(6)穿过该孔，预应力筋(6)的两端分别与两个相对设置框架长梁(4)上的锚固板(7)固连；
所述框架短梁(3)与框架长梁(4)通过腹板连接盖板(86)、腹板锚固螺栓(89)连接二者的腹板；
所述框架长梁(4)的翼缘上焊接光圆螺栓(9)，光圆螺栓(9)上套设橡胶圆环(10)；
还包括预制开孔楼板(5)，预制开孔楼板(5)上设有与框架柱(1)相对应的方孔，以及与框架长梁(4)的光圆螺栓(9)相对应的孔；
所述长限位槽(85)为L型结构，其一边通过长限位槽固定螺栓(810)，安装在长梁加劲肋(83)上，另一边上设有槽位，用于插入大X形耗能钢片(87)和小X形耗能钢片(88)；
所述小X形耗能钢片(88)靠近框架柱(1)，所述大X形耗能钢片(87)远离框架柱(1)。
2.根据权利要求1所述的一种适应于梁端自复位节点的可移动自复位楼盖结构体系，其特征在于：
两个相对设置的所述框架长梁(4)上设有四根预应力筋(6)。
3.根据权利要求1所述的一种适应于梁端自复位节点的可移动自复位楼盖结构体系，其特征在于：
所述预制开孔楼板(5)的方孔和框架柱(1)之间设有方环形叠层钢板橡胶(2)。
4.根据权利要求1所述的一种适应于梁端自复位节点的可移动自复位楼盖结构体系，其特征在于：
所述橡胶圆环(10)由高强度橡胶材料制成。
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