CN116005881A - 一种带防屈曲盖板的功能可恢复铰接钢梁 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带防屈曲盖板的功能可恢复铰接钢梁，涉及震后震损原位快速修复技术领域，包括：端部H型钢梁，中部H型钢梁，机械铰节点，翼缘连接板，防屈曲盖板，端部H型钢梁与中部H型钢梁之间设置有间隙；机械铰节点的两端分别与端部H型钢梁和中部H型钢梁固定连接，翼缘连接板能够拆卸地设置于端部H型钢梁和中部H型钢梁远离机械铰节点一侧的翼缘的外侧，翼缘连接板用于在长度方向上发生塑性变形以吸收消耗地震时的能量；防屈曲盖板能够拆卸地连接于翼缘连接板远离端部H型钢梁翼缘的一侧用于防止翼缘连接板发生屈曲行为。地震过程中翼缘连接板能够吸收大部分的地震能量，本发明在震后震损时能够原位快速修复。
Description
技术领域
本发明涉及震后震损原位快速修复技术领域，特别是涉及一种带防屈曲盖板的功能可恢复铰接钢梁。
背景技术
城市发展的智能化和可持续性对建筑工业化和工程结构抗震结构提出了新的要求和挑战，其中，实现结构震害快速修复和建筑功能快速恢复是“可恢复功能城市”的基本要求和重要研究方向。可恢复性能结构一般指结构遭遇地震后不需要修复或适度修复即可恢复其性能的建筑结构，可恢复性能结构的研发和推广应用，不仅可显著减少直接震害损失，而且可显著缩短震后修复周期，为最终实现可恢复城市提供基本技术支持。
钢框架结构中，各部件的安装和拆卸更为方便，为可替换技术提供了方便，通过设置可更换构件，经过合理设计，实现损伤可控，从而实现结构性能的可恢复及震后快速修复。目前在可恢复钢梁领域的研究，一方面少有带机械铰节点的构造，在受力分析时没有明确的旋转点。另一方面，可更换钢板沿钢梁上下左右各表面设置，在震后替换时工作量较大。
发明内容
本发明的目的是提供一种带防屈曲盖板的功能可恢复铰接钢梁，以解决上述现有技术存在的问题，地震过程中吸收大部分的地震能量，震后震损能够原位快速修复。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种带防屈曲盖板的功能可恢复铰接钢梁，包括：端部H型钢梁，中部H型钢梁，机械铰节点，翼缘连接板，防屈曲盖板，所述端部H型钢梁用于与柱连接；所述中部H型钢梁与所述端部H型钢梁远离所述柱的一端连接，且所述端部H型钢梁与所述中部H型钢梁之间设置有间隙；所述机械铰节点的两端分别与所述端部H型钢梁和所述中部H型钢梁固定连接以使所述端部H型钢梁和所述中部H型钢梁铰接连接，所述机械铰节点用于传递中部H型钢梁传递到所述柱上的剪力；所述翼缘连接板设置于所述端部H型钢梁和所述中部H型钢梁远离所述机械铰节点一侧的翼缘的外侧，且所述翼缘连接板分别与所述中部H型钢梁的翼缘和所述端部H型钢梁的翼缘能够拆卸地固定连接，所述翼缘连接板用于在长度方向上发生塑性变形以吸收消耗地震时的能量；所述防屈曲盖板能够拆卸地连接于所述翼缘连接板远离所述端部H型钢梁翼缘的一侧用于防止所述翼缘连接板发生屈曲行为。
优选的，所述机械铰节点设置于所述端部H型钢梁和所述中部H型钢梁的腹板的上部，所述翼缘连接板设置于所述端部H型钢梁和所述中部H型钢梁底部翼缘的外侧。
优选的，所述机械铰节点包括第一耳板、销轴和两个第二耳板，所述第一耳板与所述端部H型钢梁的腹板固定连接，两个所述第二耳板分别固定设置于所述中部H型钢梁的两侧，所述第一耳板上设有第一销孔，所述第二耳板上设置有第二销孔，所述第一耳板插入于两个所述第二耳板之间使所述第一销孔和两个所述第二销孔对齐，所述销轴穿过所述第一销孔和两个所述第二销孔并固定，所述机械铰节点能够绕所述销轴的轴心线转动。
优选的，所述第一耳板为所述端部H型钢梁的腹板顶部部分延长形成。
优选的，所述翼缘连接板为低屈服点钢板。
优选的，还包括多个固定螺栓，所述翼缘连接板上设置有多排第一通孔，所述端部H型钢梁和所述中部H型钢梁的底部翼缘均设置有多个第二通孔，所述固定螺栓用于所述第一通孔和所述第二通孔以将所述翼缘连接板与所述端部H型钢梁和所述中部H型钢梁的底部翼缘连接。
优选的，所述翼缘连接板中部的所述第一通孔为翼缘长圆孔，其余的所述第一通孔过为圆孔，所述翼缘长圆孔两端的两个所述固定螺栓分别与所述端部H型钢梁和所述中部H型钢梁固定。
优选的，所述防屈曲盖板的中部设置有盖板竖向加劲肋，所述防屈曲盖板的一端设置有第三通孔，另一端设置有防屈曲盖板长圆孔，所述第三通孔用于被所述端部H型钢梁上靠近的所述中部H型钢梁的所述固定螺栓穿过，所述防屈曲盖板长圆孔用于被所述中部H型钢梁上靠近的所述端部H型钢梁的所述固定螺栓穿过。
优选的，所述端部H型钢梁还包括钢梁端板，所述钢梁端板用于与所述柱通过螺栓固定连接。
优选的，还包括机械铰加劲肋和钢梁腹板加劲肋，所述机械铰加劲肋固定设置于所述端部H型钢梁上靠近所述机械铰节点的位置，所述机械铰加劲肋包括多个机械铰竖向加劲肋和多个机械铰水平加劲肋，所述机械铰竖向加劲肋与所述端部H型钢梁的腹板和翼缘垂直固定连接，所述机械铰水平加劲肋平行与所述端部H型钢梁的翼缘且与所述机械铰竖向加劲肋和所述端部H型钢梁的腹板固定连接，所述钢梁腹板加劲肋与所述中部H型钢梁的腹板和翼缘垂直固定连接。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明提供一种带防屈曲盖板的功能可恢复铰接钢梁，包括端部H型钢梁、中部H型钢梁、机械铰节点、翼缘连接板及防屈曲盖板。通过设置机械铰节点，传递中部H型钢梁从跨中传递到柱上的剪力，并在地震作用下为该部位提供明确的转动机制。通过在一侧翼缘设置翼缘连接板，在地震作用下，使翼缘连接板发生塑性变形，吸收大部分的地震能量，很好地保护钢梁和机械铰不发生破坏；同时，由于翼缘连接板与端部H型钢梁和中部H型钢梁能够拆卸地连接，在地震后，可将被损坏的翼缘连接板取下替换，实现震后快速修复，进一步的在翼缘连接板外侧设置防屈曲盖板，防止在地震作用下翼缘连接板的屈曲行为，确保翼缘连接板材料性能充分发挥。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供放入带防屈曲盖板的可更换钢梁的正视示意图；
图2为图1的仰视示意图；
图3为本发明提供放入带防屈曲盖板的可更换钢梁中的端部H型钢梁和中部H型钢梁的构件示意图；
图4为本发明提供放入带防屈曲盖板的可更换钢梁中的翼缘连接板和防屈曲盖板的构件示意图；
图中：1、端部H型钢梁；2、中部H型钢梁；3、机械铰节点；3-1、第一耳板；3-2、第二耳板；3-3、销轴；4、翼缘连接板；5、防屈曲盖板；6、机械铰加劲肋；6-1、机械铰竖向加劲肋；6-2、机械铰水平加劲肋；7、钢梁腹板加劲肋；8、柱；9、高强度螺栓；10-1、翼缘长圆孔；10-2、防屈曲盖板长圆孔；11、盖板竖向加劲肋；12、钢梁端板。
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。基于本发明中的实施例，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例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种带防屈曲盖板的功能可恢复铰接钢梁，以解决上述现有技术存在的问题，地震过程中吸收大部分的地震能量，震后震损能够原位快速修复。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供一种带防屈曲盖板5的功能可恢复铰接钢梁，如图1～4所示，包括：端部H型钢梁1，中部H型钢梁2，机械铰节点3，翼缘连接板4，防屈曲盖板5，端部H型钢梁1用于与柱8连接；中部H型钢梁2与端部H型钢梁1远离柱8的一端连接，且端部H型钢梁1与中部H型钢梁2之间设置有间隙，防止往复荷载下端部H型钢梁1与中部H型钢梁2发生直接接触；机械铰节点3的两端分别与端部H型钢梁1和中部H型钢梁2固定连接以使端部H型钢梁1和中部H型钢梁2铰接连接，机械铰节点3用于传递中部H型钢梁2传递到柱8上的剪力；翼缘连接板4设置于端部H型钢梁1和中部H型钢梁2远离机械铰节点3一侧的翼缘的外侧，且翼缘连接板4分别与中部H型钢梁2的翼缘和端部H型钢梁1的翼缘能够拆卸地固定连接，翼缘连接板4用于在长度方向上发生塑性变形以吸收消耗地震时的能量；防屈曲盖板5能够拆卸地连接于翼缘连接板4远离端部H型钢梁1翼缘的一侧用于防止翼缘连接板4发生屈曲行为，包括端部H型钢梁1、中部H型钢梁2、机械铰节点3、翼缘连接板4及防屈曲盖板5。通过设置机械铰节点3，传递中部H型钢梁2从跨中传递到柱8上的剪力，并在地震作用下为该部位提供明确的转动机制。通过在一侧翼缘设置翼缘连接板4，在地震作用下，使翼缘连接板4发生塑性变形，吸收大部分的地震能量，很好地保护钢梁和机械铰不发生破坏；同时，由于翼缘连接板4与端部H型钢梁1和中部H型钢梁2能够拆卸地连接，在地震后，可将被损坏的翼缘连接板4取下替换，实现震后快速修复，进一步的在翼缘连接板4外侧设置防屈曲盖板5，防止在地震作用下翼缘连接板4的屈曲行为，确保翼缘连接板4材料性能充分发挥。
在一个优选的实施例中，机械铰节点3设置于端部H型钢梁1和中部H型钢梁2的腹板的上部，翼缘连接板4设置于端部H型钢梁1和中部H型钢梁2底部翼缘的外侧，增大了转动半径，提高了翼缘连接板4钢材的利用率。
在一个优选的实施例中，机械铰节点3包括第一耳板3-1、销轴3-3和两个第二耳板3-2，第一耳板3-1与端部H型钢梁1的腹板固定连接，两个第二耳板3-2分别固定设置于中部H型钢梁2的两侧，第一耳板3-1上设有第一销孔，第二耳板3-2上设置有第二销孔，第一耳板3-1插入于两个第二耳板3-2之间使第一销孔和两个第二销孔对齐，销轴3-3穿过第一销孔和两个第二销孔并固定，机械铰节点3能够绕销轴3-3的轴心线转动，设置明确的旋转点方便进行受力分析。
在一个优选的实施例中，第一耳板3-1为端部H型钢梁1的腹板顶部部分延长形成，结构简单。
在一个优选的实施例中，翼缘连接板4为低屈服点钢板，最先发生塑性变化来吸收消化地震能量。
在一个优选的实施例中，还包括多个固定螺栓9，翼缘连接板4上设置有多排第一通孔，端部H型钢梁1和中部H型钢梁2的底部翼缘均设置有多个第二通孔，固定螺栓9用于第一通孔和第二通孔以将翼缘连接板4与端部H型钢梁1和中部H型钢梁2的底部翼缘连接。
在一个优选的实施例中，翼缘连接板4中部的第一通孔为翼缘长圆孔10-1，其余的第一通孔过为圆孔，翼缘长圆孔10-1两端的两个固定螺栓9分别与端部H型钢梁1和中部H型钢梁2固定，的翼缘连接板4中部在设有螺栓孔的位置沿板长开设翼缘长圆孔10-1来削弱截面，削弱宽度与第二通孔直径相同，削弱段长度为端部H型钢梁1与中部H型钢梁2之间相邻的两个固定螺栓9之间的距离。实现将损伤集中在可更换翼缘连接板4上。
在一个优选的实施例中，防屈曲盖板5的中部设置有盖板竖向加劲肋11，防屈曲盖板5的一端设置有第三通孔，另一端设置有防屈曲盖板长圆孔10-2，第三通孔用于被端部H型钢梁1上靠近的中部H型钢梁2的固定螺栓9穿过，防屈曲盖板长圆孔10-2用于被中部H型钢梁2上靠近的端部H型钢梁1的固定螺栓9穿过，防屈曲盖板5中部设有盖板竖向加劲肋11，提高其防屈曲能力。防屈曲盖板5上盖板竖向加劲肋11的两侧开孔，每侧开孔包括一第三通孔和防屈曲盖板长圆孔10-2，确保在中部H型钢梁2受到地震作用发生转动导致的防屈曲盖板5与翼缘连接板4之间发生滑动时，防屈曲盖板5的防屈曲盖板长圆孔10-2孔壁与螺栓不接触。保证防屈曲盖板5在往复荷载作用下不提供拉压力。
在一个优选的实施例中，端部H型钢梁1还包括钢梁端板12，钢梁端板12用于与柱8通过螺栓固定连接，结构简单实现端部H型钢与柱8的连接。
在一个优选的实施例中，还包括机械铰加劲肋6和钢梁腹板加劲肋7，机械铰加劲肋6固定设置于端部H型钢梁1上靠近机械铰节点3的位置，机械铰加劲肋6包括多个机械铰竖向加劲肋6-1和多个机械铰水平加劲肋6-2，机械铰竖向加劲肋6-1与端部H型钢梁1的腹板和翼缘垂直固定连接，机械铰水平加劲肋6-2平行与端部H型钢梁1的翼缘且与机械铰竖向加劲肋6-1和端部H型钢梁1的腹板固定连接，以加强机械铰部位钢梁，防止局部屈曲，钢梁腹板加劲肋7与中部H型钢梁2的腹板和翼缘垂直固定连接，防止中部H型钢梁2翼缘在往复荷载作用下发生局部屈曲。
在一个优选的实施例中，端部H型钢梁1、中部H型钢梁2、机械铰节点3、柱8、翼缘连接板4和防屈曲盖板5等各钢构件均可在工厂预制完成，现场拼装，H型钢梁规格、螺栓规格可根据实际工程计算所得，选用标准件，使得该可更换钢梁构件施工方便，施工效率高，可广泛使用在钢框架结构体系及不同工况、不同结构中。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种带防屈曲盖板的功能可恢复铰接钢梁，其特征在于：包括：
端部H型钢梁，所述端部H型钢梁用于与柱连接；
中部H型钢梁，所述中部H型钢梁与所述端部H型钢梁远离所述柱的一端连接，且所述端部H型钢梁与所述中部H型钢梁之间设置有间隙；
机械铰节点，所述机械铰节点的两端分别与所述端部H型钢梁和所述中部H型钢梁固定连接以使所述端部H型钢梁和所述中部H型钢梁铰接连接，所述机械铰节点用于传递中部H型钢梁传递到所述柱上的剪力；
翼缘连接板，所述翼缘连接板设置于所述端部H型钢梁和所述中部H型钢梁远离所述机械铰节点一侧的翼缘的外侧，且所述翼缘连接板分别与所述中部H型钢梁的翼缘和所述端部H型钢梁的翼缘能够拆卸地固定连接，所述翼缘连接板用于在长度方向上发生塑性变形以吸收消耗地震时的能量；以及
防屈曲盖板，所述防屈曲盖板能够拆卸地连接于所述翼缘连接板远离所述端部H型钢梁翼缘的一侧用于防止所述翼缘连接板发生屈曲行为。
2.根据权利要求1所述的带防屈曲盖板的功能可恢复铰接钢梁，其特征在于：所述机械铰节点设置于所述端部H型钢梁和所述中部H型钢梁的腹板的上部，所述翼缘连接板设置于所述端部H型钢梁和所述中部H型钢梁底部翼缘的外侧。
3.根据权利要求2所述的带防屈曲盖板的功能可恢复铰接钢梁，其特征在于：所述机械铰节点包括第一耳板、销轴和两个第二耳板，所述第一耳板与所述端部H型钢梁的腹板固定连接，两个所述第二耳板分别固定设置于所述中部H型钢梁的两侧，所述第一耳板上设有第一销孔，所述第二耳板上设置有第二销孔，所述第一耳板插入于两个所述第二耳板之间使所述第一销孔和两个所述第二销孔对齐，所述销轴穿过所述第一销孔和两个所述第二销孔并固定，所述机械铰节点能够绕所述销轴的轴心线转动。
4.根据权利要求3所述的带防屈曲盖板的功能可恢复铰接钢梁，其特征在于：所述第一耳板为所述端部H型钢梁的腹板顶部部分延长形成。
5.根据权利要求4所述的带防屈曲盖板的功能可恢复铰接钢梁，其特征在于：所述翼缘连接板为低屈服点钢板。
6.根据权利要求5所述的带防屈曲盖板的功能可恢复铰接钢梁，其特征在于：还包括多个固定螺栓，所述翼缘连接板上设置有多排第一通孔，所述端部H型钢梁和所述中部H型钢梁的底部翼缘均设置有多个第二通孔，所述固定螺栓用于所述第一通孔和所述第二通孔以将所述翼缘连接板与所述端部H型钢梁和所述中部H型钢梁的底部翼缘连接。
7.根据权利要求6所述的带防屈曲盖板的功能可恢复铰接钢梁，其特征在于：所述翼缘连接板中部的所述第一通孔为翼缘长圆孔，其余的所述第一通孔过为圆孔，所述翼缘长圆孔两端的两个所述固定螺栓分别与所述端部H型钢梁和所述中部H型钢梁固定。
8.根据权利要求7所述的带防屈曲盖板的功能可恢复铰接钢梁，其特征在于：所述防屈曲盖板的中部设置有盖板竖向加劲肋，所述防屈曲盖板的一端设置有第三通孔，另一端设置有防屈曲盖板长圆孔，所述第三通孔用于被所述端部H型钢梁上靠近的所述中部H型钢梁的所述固定螺栓穿过，所述防屈曲盖板长圆孔用于被所述中部H型钢梁上靠近的所述端部H型钢梁的所述固定螺栓穿过。
9.根据权利要求1所述的带防屈曲盖板的功能可恢复铰接钢梁，其特征在于：所述端部H型钢梁还包括钢梁端板，所述钢梁端板用于与所述柱通过螺栓固定连接。
10.根据权利要求1所述的带防屈曲盖板的功能可恢复铰接钢梁，其特征在于：还包括机械铰加劲肋和钢梁腹板加劲肋，所述机械铰加劲肋固定设置于所述端部H型钢梁上靠近所述机械铰节点的位置，所述机械铰加劲肋包括多个机械铰竖向加劲肋和多个机械铰水平加劲肋，所述机械铰竖向加劲肋与所述端部H型钢梁的腹板和翼缘垂直固定连接，所述机械铰水平加劲肋平行与所述端部H型钢梁的翼缘且与所述机械铰竖向加劲肋和所述端部H型钢梁的腹板固定连接，所述钢梁腹板加劲肋与所述中部H型钢梁的腹板和翼缘垂直固定连接。
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| CN116005881B (zh) | 2024-08-16 |
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