CN115045553B - 一种自复位结构体系 - Google Patents

Abstract

本申请属于建筑技术领域，特别涉及一种自复位结构体系。在地震作用下，自复位框架结构的梁柱节点会打开一个间隙，间隙开口随层间位移增大而增大，并使梁节点间的距离亦随之增大。楼板的存在会限制梁柱节点的开合机制；节点的开合亦会对楼板产生破坏。本申请提供了一种解决此问题的自复位结构体系，包括框架结构、可相对框架梁柱发生有限移动且能自复位的刚性楼板体系，二者通过耗能连接件连接，且其间设有缓冲组件。本申请的目的是：在中小地震作用下该框架结构等同于普通刚节点框架结构；但在更高的地震作用下，楼板可相对框架梁柱发生有限位移，将塑性变形集中在所述耗能连接件上，从而保证结构的主要构件不会损坏且能够自复位。

Description

一种自复位结构体系

技术领域

本申请属于建筑技术领域，特别涉及一种自复位结构体系。

背景技术

可恢复功能抗震结构是结构工程和抗震工程等领域中研究的热点，可恢复功能防震结构大多通过放松结构特定关键部位的连接约束，从而消除结构构件因屈服耗能而导致的残余变形,降低结构的修复时间,提高结构的可恢复功能能力。

自复位框架结构是可恢复功能抗震结构体系的一个重要研究方向，自复位框架结构是在保证梁端剪力和轴力传递的基础上，通过设计使梁端节点处或附近的刚性连接放松，以允许发生限值的位移，并安装自复位和耗能装置抵抗限值弯矩，从而消耗地震能量，实现震后快速恢复使用功能的目标。

在自复位框架梁柱体系中，当地震来临时，梁柱节点处或近节点处梁端会打开一个间隙，间隙开口随层间位移增大而增大，并使梁节点间的距离亦随之增大，即“梁膨胀”现象。楼板的存在会限制自复位框架节点的开合机制；同时，节点的开合亦会对楼板产生破坏。

发明内容

1.要解决的技术问题

基于在自复位框架梁柱体系中，当地震来临时，梁柱节点处或近节点处梁端会打开一个间隙，间隙开口随层间位移增大而增大，并使梁节点间的距离亦随之增大，即“梁膨胀”现象。楼板的存在会限制自复位框架节点的开合机制；同时，节点的开合亦会对楼板产生破坏的问题，本申请提供了一种自复位结构体系。

2.技术方案

为了达到上述的目的，本申请提供了一种有效解决该问题的自复位结构体系，包括框架结构、可相对于框架梁柱发生有限的移动且能自复位的刚性楼板体系，二者通过耗能连接件连接，且其间设有缓冲组件；所述框架结构包括依次连接的钢梁单元、预应力钢筋和钢柱，所述预应力钢筋设置于所述钢梁单元内，所述钢梁单元上设置有耗能连接件，所述钢柱上设置有缓冲组件。

本申请提供的另一种实施方式为：所述耗能连接件与楼板连接，所述缓冲组件与所述楼板连接。

本申请提供的另一种实施方式为：所述钢梁单元包括框架梁，所述框架梁通过角钢连接件与所述钢柱形成半刚性连接；所述预应力钢筋设置于所述框架梁内，所述框架梁通过所述预应力钢筋与所述钢柱形成半刚性连接。

本申请提供的另一种实施方式为：所述钢梁单元包括次梁，所述次梁与所述框架梁连接，所述次梁设置于所述框架梁内。

本申请提供的另一种实施方式为：所述耗能连接件为双圆锥软钢耗能阻尼器，所述双圆锥软钢耗能阻尼器一侧与所述次梁连接，所述双圆锥软钢耗能阻尼器另一侧与所述楼板连接。

本申请提供的另一种实施方式为：所述双圆锥软钢耗能阻尼器包括依次连接的第一连接板、双圆锥软钢耗能元件和第二连接板，所述第一连接板与所述楼板刚性连接，所述第二连接板与所述次梁刚性连接。

本申请提供的另一种实施方式为：所述缓冲组件为橡胶垫块，所述橡胶垫块设置于所述钢柱与所述楼板之间。

本申请提供的另一种实施方式为：所述框架梁包括与压型钢板板肋同向的框架梁和与压型钢板板肋垂直的框架梁，所述与压型钢板板肋平行的框架梁上设置有钢套筒，所述钢套筒内设置有栓钉，所述栓钉同所述与压型钢板板肋平行的框架梁刚性连接，所述钢套筒与所述楼板刚性连接，所述栓钉与所述钢套筒之间填充有橡胶。

本申请提供的另一种实施方式为：所述钢柱为4根，所述框架梁为4根，所述次梁为2根。

本申请提供的另一种实施方式为：所述楼板与所述钢梁单元之间设置有聚四氟乙烯板。

3.有益效果

与现有技术相比，本申请提供的自复位结构体系的有益效果在于：

本申请提供的自复位结构体系，为一种有限多向移动的压型钢板混凝土组合楼板耗能自复位结构体系。

本申请提供的自复位结构体系，在中小震作用下该框架结构完全等同于普通刚节点框架结构；但在大震乃至罕遇地震作用下，该框架结构实现刚性楼板相对框架梁柱发生有限位移，将塑性变形集中在所述耗能连接件上，从而实现整体结构体系主要结构构件不会损坏且可自复位的目的。

本申请提供的自复位结构体系，当承受一定的地震作用时，楼板与次梁可产生有限的相对位移，连接楼板与次梁的双圆锥软钢阻尼器可以耗散地震能量。并且次梁带动框架梁和钢柱之间产生开口。当地震结束后，预应力钢筋和橡胶垫块提供恢复力，使楼板和钢梁、钢柱恢复原位。

本申请提供的自复位结构体系，在地震作用下可实现楼板免损。对于传统的自复位钢框架结构，梁柱节点处或近节点处梁端通过在地震作用下梁顶底张开产生间隙，使位于节点位置处的耗能构件产生耗能，但产生的间隙使柱距增大，需要采用复杂的楼板布置形式避免楼板受拉开裂。本楼板与钢柱之间不直接接触，在二者间隙填充了橡胶，保证楼板在地震作用下不会与柱产生接触和碰撞或者被梁拉裂而导致破坏。

本申请提供的自复位结构体系，将传统组合楼板与梁的刚性连接方式改为以双圆锥软钢耗能阻尼器连接，将连接功能和耗能功能结合，提供了自复位框架在地震中的耗能能力。在做法上，没有增加楼板的厚度，也没有改变楼板、钢梁和钢柱的构造形式。

本申请提供的自复位结构体系，采用的双圆锥软钢耗能阻尼器可以在平面内任意方向耗能，可以适应多维地震作用下的耗能需求。

本申请提供的自复位结构体系，双圆锥软钢耗能阻尼器为组合式，可以根据结构的刚度和耗能能力需求选取双圆锥软钢的尺寸和数量。

本申请提供的自复位结构体系，将双圆锥软钢耗能阻尼器设计为可更换的部件，当其产生塑性破坏时，可以将旧的耗能器卸下，换新后结构可继续使用，达到了可更换的目的。

本申请提供的自复位结构体系，组合楼板与任意钢梁均不为完全的刚性连接，避免了在地震作用下受拉或受压破坏。

附图说明

图1是本申请的自复位结构体系结构示意图；

图2是本申请的自复位结构体系框架示意图；

图3是本申请的第一局部框架示意图；

图4是本申请的第二局部框架示意图；

图5是本申请的自复位结构体系剖面示意图；

图6是本申请的次梁与楼板连接节点示意图；

图7是本申请的局部结构示意图；

图8是本申请的整体楼板、框架梁和次梁的连接构造示意图；

图9是本申请的双圆锥软钢耗能阻尼器结构示意图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图对本申请的具体实施例进行详细地描述，依照这些详细的描述，所属领域技术人员能够清楚地理解本申请，并能够实施本申请。在不违背本申请原理的情况下，各个不同的实施例中的特征可以进行组合以获得新的实施方式，或者替代某些实施例中的某些特征，获得其它优选的实施方式。

参见图1～9，本申请提供一种自复位结构体系，包括框架结构、可相对于框架梁柱发生有限的移动且能自复位的刚性楼板体系，二者通过耗能连接件连接，且其间设有缓冲组件；所述框架结构包括依次连接的钢梁单元、预应力钢筋8和钢柱1，所述预应力钢筋8设置于所述钢梁单元内，所述钢梁单元上设置有耗能连接件，所述钢柱1上设置有缓冲组件。

所述钢梁单元包括框架梁(2-1、2-1、3-1、3-2)、次梁(5-1、5-2)。所述框架梁(2-1、2-1、3-1、3-2)通过角钢连接件9与所述钢柱1形成半刚性连接；所述预应力钢筋8设置于所述框架梁(2-1、2-1、3-1、3-2)内，所述框架梁(2-1、2-1、3-1、3-2)通过所述预应力钢筋8与所述钢柱1形成半刚性连接。

所述框架梁(2-1、2-1、3-1、3-2)包括与压型钢板板肋平行的框架梁(2-1、2-2)即第一框架梁、与压型钢板板肋垂直的框架梁(3-1、3-2)即第二框架梁，且均为工字型钢钢梁。

所述次梁(5-1、5-2)为工字型钢钢梁，所述次梁(5-1、5-2)和所述与压型钢板板肋平行的框架梁(2-1、2-2)刚性连接。

进一步地，所述钢柱1为4根，所述框架梁(2-1，2-2，3-1，3-2)为4根，所述次梁(5-1，5-2)为2根。

所述刚性楼板体系包括楼板4，所述楼板4为压型钢板混凝土组合楼板，包括混凝土楼板4-1和压型薄钢板4-2。

所述耗能连接件所述楼板4、所述次梁(5-1、5-2)连接并且可以耗散地震能量。

进一步地，所述耗能连接件为双圆锥软钢耗能阻尼器6，所述双圆锥软钢耗能阻尼器6一侧与所述次梁(5-1、5-2)连接，所述双圆锥软钢耗能阻尼器6另一侧与所述楼板4连接。

所述双圆锥耗能软钢阻尼器包括双圆锥软钢元件6-1、第一连接板6-2、第二连接板6-3。所述双圆锥耗能软钢元件6-1上下都刻有螺纹以同所述第一连接板6-2、所述第二连接板6-3刚性连接。所述第一连接板6-2与所述楼板4焊接连接，所述第二连接板6-3通过高强螺栓与所述次梁(5-1、5-2)连接。当所述双圆锥软钢耗能阻尼器6屈服需要更换时，可拆卸换新。

当结构承受足够大地震作用时，所述楼板4与所述次梁(5-1、5-2)之间可以产生相对位移，带动所述双圆锥耗能阻尼器6产生塑性变形而耗散地震能量。且双圆锥耗能阻尼器6可以耗散平面内任意方向的地震能量。

所述缓冲组件与所述预应力钢筋8与所述缓冲组件在震后提供结构的恢复力。

进一步地，所述缓冲组件为橡胶垫块7，所述橡胶垫块7设置于所述钢柱1与所述楼板4之间。所述橡胶垫块7在震中提供所述楼板4与所述钢柱1接触的缓冲作用。

进一步地，所述与压型钢板板肋平行的框架梁(2-1、2-2)上设置有钢套筒，所述钢套筒12内设置有栓钉13，所述栓钉13同所述与压型钢板板肋平行的框架梁(2-1、2-2)焊接连接，所述钢套筒12与所述楼板4刚性连接，所述栓钉13与所述钢套筒12之间填充有橡胶。则所述楼板4相对框架梁(2-1、2-1、3-1、3-2)的位移是有限的。

进一步地，所述楼板4与所述钢梁单元之间设置有聚四氟乙烯板14，所述楼板4与所述钢柱1之间设置有聚四氟乙烯板14。

实施例

在与压型钢板板肋垂直的框架梁2方向的地震作用下，组合楼板4作为结构中质量最大的构件由于惯性作用向一侧位移。组合楼板4和双圆锥耗能阻尼器6的第一连接板6-2通过焊接紧密的固定在一起，因此，第一连接板6-2会和组合楼板4一同位移。双圆锥耗能阻尼器6的第二连接板6-3和次梁5的上翼缘同样通过高强螺栓紧密的固定在一起。组合楼板4和次梁5的位移差会使双圆锥软钢元件6-1产生剪切变形，当位移足够大能使双圆锥软钢元件6-1产生塑性变形时，就可以耗散地震的能量。次梁5同与压型钢板板肋垂直的框架梁2刚接在一起，组合楼板4的位移会带动次梁5与和其连接的与压型钢板板肋垂直的框架梁2一同位移。与压型钢板板肋垂直的框架梁2与钢柱之间通过角钢连接件9和预应力钢筋8半刚性连接，因此与压型钢板板肋垂直的框架梁2的位移会推动钢柱1摇摆，使钢柱1和与压型钢板板肋垂直的框架梁2之间产生开口，预应力钢筋8会被拉长。组合楼板4与钢柱2之间填充有橡胶垫块7，缓冲二者之间的接触作用。与压型钢板板肋垂直的框架梁2上焊有栓钉13，并且在周围存在和组合楼板4固接的钢套筒12，限制了组合楼板的位移程度。当地震作用结束后，被挤压的橡胶垫块7和被拉伸的预应力钢筋8提供恢复力使组合楼板4、与压型钢板板肋垂直的框架梁2和钢柱1恢复原位。由于组合楼板4和钢柱1之间有橡胶垫块7作为缓冲，并且组合楼板4和所有的梁不为完全刚接，因此组合楼板4不会产生破损。橡胶垫块7和预应力钢筋9的变形均为弹性，整个结构中只有双圆锥耗能阻尼器6中的双圆锥软钢元件6-1产生了塑性破坏，震后只需要将双圆锥软钢元件6-1卸下换新，整个结构就可以继续进行使用。与压型钢板板肋垂直的框架梁3和钢柱1同样为半刚接，同理，当结构承受与压型钢板板肋垂直的框架梁3方向的地震作用时，结构亦可达到自复位效果。

钢柱1与框架梁(2-1，2-2，3-1，3-2)的底面通过角钢连接件9螺栓连接形成半刚性连接。每一榀框架均根据刚度以及复位能力要求穿过数根预应力钢筋8，并且锚固在锚固板10上，进而形成了半刚性预应力框架结构。

将压型薄钢板4-2铺在框架梁(2-1，2-2，3-1，3-2)上，并焊接第一连接板6-2固定在压型薄钢板4-2凸肋的下表面上，之后通过双圆锥软钢耗能元件6-1将第一连接板6-2与第二连接板6-3连接在一起。

次梁5同与压型钢板板肋垂直的框架梁2-1、2-2螺栓刚性连接，并且与第二连接板6-3螺栓连接在一起。与压型钢板板肋垂直的框架梁2、与压型钢板板肋垂直的框架梁3和次梁的上表面平齐。

将栓钉13焊透压型薄钢板4-2并与第一连接板6-2焊接在一起，然后在与压型钢板板肋垂直的框架梁2上焊接栓钉13使其置于钢套筒12中心并填充橡胶，钢套筒12穿过开洞厚钢板的洞口。两片组合楼板4的压型薄钢板4-2在与压型钢板板肋垂直的框架梁2上通过开洞厚钢板焊接连接，之后现浇混凝土形成整体的组合楼板4。

在组合楼板4和钢柱1之间预留了一定的间隔，当组合楼板4现浇成型后，在间隔中填入橡胶垫块7。若间隔未完全填补，可用橡胶修补剂进行填充。

为了防止混凝土楼板4-1边缘被压碎，且便于混凝土浇注时不外流到预留填充橡胶垫块7的间隔中，可将压型薄钢板4-2顶端边缘处钢板垂直延伸并在顶部水平延长形成倒L型。

为了保证组合楼板4的可移动性，在组合楼板4与其他构件的接触面铺垫聚四氟乙烯板14减小接触面的摩擦。

尽管在上文中参考特定的实施例对本申请进行了描述，但是所属领域技术人员应当理解，在本申请公开的原理和范围内，可以针对本申请公开的配置和细节做出许多修改。本申请的保护范围由所附的权利要求来确定，并且权利要求意在涵盖权利要求中技术特征的等同物文字意义或范围所包含的全部修改。

Claims (5)

1.一种自复位结构体系，其特征在于：包括框架结构，所述框架结构包括依次连接的钢梁单元、预应力钢筋和钢柱，所述预应力钢筋设置于所述钢梁单元内，所述钢梁单元上设置有耗能连接件，所述钢柱上设置有缓冲组件，所述缓冲组件为橡胶垫块，所述橡胶垫块设置于所述钢柱与楼板之间；所述耗能连接件与所述楼板连接，所述缓冲组件与所述楼板连接，所述楼板为压型钢板混凝土组合楼板，包括混凝土楼板和压型薄钢板，所述钢梁单元包括框架梁，所述框架梁通过角钢连接件与所述钢柱形成半刚性连接；所述钢梁单元包括次梁，所述次梁与所述框架梁连接，所述次梁设置于所述框架梁内；当承受一定的地震作用时，楼板与次梁可产生有限的相对位移，连接楼板与次梁的耗能连接件可以耗散地震能量；并且次梁带动框架梁和钢柱之间产生开口；当地震结束后，预应力钢筋和缓冲组件提供恢复力，使楼板和钢梁、钢柱恢复原位；所述预应力钢筋设置于所述框架梁内，所述框架梁通过所述预应力钢筋与所述钢柱形成半刚性连接；所述框架梁包括第一框架梁和第二框架梁，所述第一框架梁上设置有钢套筒，所述钢套筒内设置有栓钉，所述栓钉与所述第二框架梁刚性连接，所述钢套筒与所述楼板刚性连接，所述栓钉与所述钢套筒之间填充有橡胶，所述耗能连接件为双圆锥软钢耗能阻尼器，所述双圆锥软钢耗能阻尼器包括依次连接的第一连接板、双圆锥软钢耗能元件和第二连接板，将所述压型薄钢板铺在所述框架梁上，并焊接所述第一连接板固定在所述压型薄钢板凸肋的下表面上。

2.如权利要求1所述的自复位结构体系，其特征在于：所述双圆锥软钢耗能阻尼器一侧与所述次梁连接，所述双圆锥软钢耗能阻尼器另一侧与所述楼板连接。

3.如权利要求2所述的自复位结构体系，其特征在于：所述第一连接板与所述楼板刚性连接，所述第二连接板与所述次梁刚性连接。

4.如权利要求3所述的自复位结构体系，其特征在于：所述钢柱为4根，所述框架梁为4根，所述次梁为2根。

5.如权利要求4所述的自复位结构体系，其特征在于：所述楼板与所述钢梁单元之间设置有聚四氟乙烯板。