CN117027170A - 附加预应力拉索的火灾后可恢复功能装配式顶底角钢节点 - Google Patents

附加预应力拉索的火灾后可恢复功能装配式顶底角钢节点 Download PDF

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Abstract

本发明属于结构工程技术领域，公开了附加预应力拉索的火灾后可恢复功能装配式顶底角钢节点，包括型钢柱、角钢、型钢悬臂梁、狗骨削弱盖板、型钢普通梁、预应力拉索、索肋、锚具和腹板连接板。型钢悬臂梁顶底通过角钢与型钢柱固定连接，型钢柱与型钢悬臂梁腹板两侧均设有索肋，型钢柱腹板与型钢悬臂梁腹板两侧设有多根预应力拉索并与索肋连接；型钢悬臂梁与型钢普通梁顶底通过狗骨削弱盖板螺栓连接，型钢普通梁两侧通过腹板连接板进行螺栓连接。本发明在保证建筑结构日常使用要求下，具备火灾时破坏位置可控、元件变形发展充分，火灾后受损元件可更换、节点部位可恢复等优点，可有效延长钢节点的使用寿命。

Description

附加预应力拉索的火灾后可恢复功能装配式顶底角钢节点
技术领域
本发明涉及结构工程技术领域，具体涉及附加预应力拉索的火灾后可恢复功能装配式顶底角钢节点。
背景技术
装配式建筑是未来建筑结构发展的必然趋势，是我国实现建筑产业化、工业化的必由之路。钢结构作为天然的装配式建筑，具备轻质高强、质地均匀、方便安装与加工和绿色环保的优点。但是在火灾下，钢材的力学性能会大幅度下降，导致钢结构发生严重破坏，可能衍生重大事故灾难。节点和梁作为钢结构建筑中受力的关键部位，对火灾下建筑整体安全性起着至关重要的作用。火灾后，此类建筑构件往往会因为承载力逐渐丧失而产生过大变形，无法承担后续载荷。针对火灾后建筑结构的修复以延长其使用寿命，目前常用的方法多以加固为主，但是该方法往往工程量较大且加固处不易保证质量，对加固的材料要求也比较高，无法短时间内满足建筑结构灾后重新使用的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种附加预应力拉索的火灾后可恢复功能装配式顶底角钢节点，该节点采用常见钢材板件，通过合理布置，即可实现梁柱节点火灾后功能修复，同时具备破坏位置可控、受损元件可更换、节点部位可恢复、元件变形发展充分的特点，可延长节点在火灾后的使用寿命，有效提高经济效益。
为实现上述目的，本发明的一种附加预应力拉索的火灾后可恢复功能装配式顶底角钢节点，包括型钢柱、角钢、型钢悬臂梁、狗骨削弱盖板、型钢普通梁、预应力拉索、索肋、锚具和腹板连接板；所述型钢悬臂梁顶底通过所述角钢与型钢柱固定连接，所述型钢柱与所述型钢悬臂梁腹板两侧均设有所述索肋，所述型钢柱腹板与所述型钢悬臂梁腹板两侧同等数量的多根预应力拉索，所述拉索预应力穿过两个所述索肋，所述预应力拉索两端通过锚具与所述索肋固定连接，所述型钢悬臂梁与所述型钢普通梁顶底通过所述狗骨削弱盖板螺栓连接，所述型钢普通梁两侧通过所述腹板连接板进行螺栓连接；所述狗骨削弱盖板在两侧中间部位设有缺口；所述腹板连接板由弧形钢板和两块矩形钢板与焊接而成，所述弧形钢板位于两块所述矩形钢板之间。
进一步地，所述狗骨削弱盖板厚度小于所述型钢悬臂梁与所述型钢普通梁翼缘厚度；所述狗骨削弱板宽度为所述型钢悬臂梁与所述型钢普通梁翼缘宽度的1/2。
进一步地，所述腹板连接板宽度为所述型钢悬臂梁与所述型钢普通梁高度的1/2。
进一步地，钢结点还包括横向加劲肋，所述横向加劲肋位于所述型钢柱腹板侧的所述索肋与所述型钢柱翼缘之间，以及所述型钢悬臂梁腹板侧的所述索肋与所述型钢悬臂梁翼缘之间；所述横向加劲肋与所述型钢柱、所述型钢悬臂梁及所述索肋之间通过焊接固定。
进一步地，所述预应力拉索采用高强耐火钢且表面涂有防火涂料。
进一步地，在所述型钢柱腹板与所述型钢悬臂梁腹板同设置三根所述预应力拉索，两侧共设有六根所述预应力拉索。
本发明的有益效果是：
(1)本发明可以实现火灾下钢结构梁柱节点失效位置的有效控制，通过利用狗骨削弱盖板中部截尺寸的缩减，遵循“强节点，弱杆件”的理念，将破坏控制在型钢悬臂梁与型钢普通梁的连接部位，保证构件主体不受严重破坏；
(2)本发明可以实现受损元件可更换，通过损伤控制在型钢悬臂梁和型钢普通梁连接处，在火灾后型钢普通梁受损后，可通过狗骨削弱盖板和腹板连接板实现受损型钢普通梁的装配式更换，保证建筑结构的后续使用；
(3)本发明可以实现节点部位可恢复，通过在型钢柱与型钢悬臂梁两侧布置预应力拉索和索肋，利用预应力拉索的可恢复性，保证火灾后节点部位的变形恢复到正常使用阶段水平；
(4)本发明可以实现元件变形发展充分，通过带有弧度的腹板连接板保证受火时梁构件具有较好的延性，防止构件突然损坏导致整体结构的倒塌。
附图说明
图1为本发明实施例提供的附加预应力拉索的火灾后可恢复功能装配式顶底角钢节点的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的附加预应力拉索的火灾后可恢复功能装配式顶底角钢节点的结构示意正视图；
图3为本发明实施例提供的附加预应力拉索的火灾后可恢复功能装配式顶底角钢节点的结构分解示意图；
图4为本发明实施例提供的腹板连接板的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的狗骨削弱盖板的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的型钢柱的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的预应力拉索-索肋的连接示意图；
图8为本发明实施例提供的型钢柱-型钢悬臂梁-型钢普通梁的连接示意图；
图9为本发明实施例提供的附加预应力拉索的火灾后可恢复功能装配式顶底角钢节点的工程应用示意图；
图中，1-型钢柱；2-角钢；3-型钢悬臂梁；4-狗骨削弱盖板；41－缺口；5-型钢普通梁；6-预应力拉索；7-索肋；8-锚具；9-腹板连接板；91-弧形钢板；10-高强螺栓，11-横向加劲肋。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1-3所示，一种附加预应力拉索的火灾后可恢复功能装配式顶底角钢节点，包括型钢柱1、角钢2、型钢悬臂梁3、狗骨削弱盖板4、型钢普通梁5、预应力拉索6、索肋7、锚具8、腹板连接板9。型钢悬臂梁3顶底(顶部和底部)通过角钢2与型钢柱1相连，型钢柱1与型钢悬臂梁3上分别设有索肋7，索肋7位于型钢柱1腹板两侧，另一个索肋7位于悬臂梁3腹板两侧。型钢柱1腹板与型钢悬臂梁3腹板两侧共有六根预应力拉索6穿过索肋7，预应力拉索6端部通过锚具8与索肋7固定连接。型钢悬臂梁3与型钢普通梁5顶底通过狗骨削弱盖板4螺栓连接，两侧通过腹板连接板9螺栓连接。
如图4所示，狗骨削弱盖板4为一块矩形板，在其两边中间部位设有半圆形缺口41，矩形板上设有椭圆形螺栓口。狗骨削弱盖板4厚度薄于型钢悬臂梁3与型钢普通梁5翼缘厚度、宽度为型钢悬臂梁3与型钢普通梁5翼缘宽度的1/2。狗骨削弱盖板4由于以上设计，在遇到火灾时，其会比与之相连的型钢悬臂梁3及型钢普通梁5先行受损，即型钢悬臂梁3及型钢普通梁5得到在灾后依然可以利用，只需要更换狗骨削弱盖板4重新连接即可。
如图5所示，腹板连接板9由两块矩形钢板与弧形钢板91焊接而成，弧形钢板位于中间位置，矩形钢板设有螺栓口。腹板连接板9通过高强螺栓10与其两边的型钢悬臂梁3与型钢普通梁5连接。腹板连接板9的宽度为型钢悬臂梁3与型钢普通梁5高度的1/2。在火灾时，由于腹板连接板中间的弧形钢板91为弧形弯曲，其在钢悬臂梁3与型钢普通梁5之间拉伸后，依然可以起到连接作用，可防止二者之间断开，避免火灾事故升级。
如图6所示，型钢柱1腹板侧为保证构件局部稳定设有横向加劲肋11，横向加劲肋11与型钢悬臂梁3翼缘等厚且平齐布置，索肋7置于横向加劲肋11之间，索肋7顶底及内侧与横向加劲肋11焊接连接，横向加劲肋11和索肋7与型钢柱1焊接连接。型钢柱1翼缘设有螺栓口与拉索穿口。
如图7所示，预应力拉索6采用高强耐火钢且表面涂有防火涂料，预应力拉索6穿过型钢柱1腹板侧与型钢悬臂梁3腹板侧索肋7，预应力拉索6两端设有锚具8与索肋7固定连接；索肋7设有拉索穿口，型钢柱1腹板侧索肋7与型钢柱1翼缘之间、型钢悬臂梁3腹板侧索肋7之间设有小型横向加劲肋保证预应力拉索6固定连接处局部稳定。在火灾下，型钢普通梁5会因为高温下钢材的材性下降导致其跨中位置出现较大挠度。表现为像一根悬在两端的绳子因均匀引力作用向下弧形折弯。这往往会导致梁柱节点位置，即型钢悬臂梁3受到较大的向型钢普通梁5侧和向竖直向下的拉力，使其发生一定的弯曲和伸长变形。而此时型钢悬臂梁3与型钢柱1所采用的螺栓角钢连接，也会发生一定变形，该变形可以分为弹性和塑性两种，弹性变形是灾后可恢复的一种变形，但是塑性变形不可恢复。本方案通过在火灾后更换型钢普通梁来使得结构的承载力能够尽可能的恢复到火灾前水平。因为灾后型钢悬臂梁与型钢柱所采用的螺栓角钢连接产生塑性变形，需更换的型钢普通梁5很有可能因变形引起的尺寸问题导致无法安装。所以在型钢悬臂梁3侧安装了预应力索6，以充分保护型钢悬臂梁3自身、型钢悬臂梁3和型钢柱1连接处的变形在火灾后不至于过大，使型钢普通梁5的更换可以顺利进行。
如图8所示，型钢悬臂梁3顶底与型钢柱1通过角钢2和高强螺栓10固定连接。型钢悬臂梁3腹板侧索肋7，索肋7顶底及内侧与型钢悬臂梁3焊接连接。型钢悬臂梁3与型钢普通梁5顶底通过狗骨削弱盖板4采用高强螺栓10连接，两侧通过腹板连接板9采用高强螺栓10连接。
如图9所示，一种附加预应力拉索的火灾后可恢复功能装配式顶底角钢节点，其工程应用在于，型钢柱1置于结构系统两端；型钢悬臂梁3分别与两端型钢柱1内侧通过角钢2与高强螺栓10固定连接，且布置呈轴对称分布；型钢普通梁5置于结构系统中部，其两侧通过狗骨削弱盖板4、腹板连接板9和高强螺栓10与型钢悬臂梁3固定连接。在火灾发生时，本钢节点可以控制在型钢悬臂梁3与型钢普通梁5之间的连接部位，以保证构件主体(型钢柱1和型梁悬臂梁3)不受严重破坏。在破坏以后，只需要更换狗骨削弱盖板4和腹板连接板9，其灾后恢复较快，由于构件主体未被破坏，恢复后的建筑安全性不受影响。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于此，在所属技术领域的技术人员所具备的知识范围内，在不脱离本发明宗旨的前提下可以作出的各种变化，都处于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种附加预应力拉索的火灾后可恢复功能装配式顶底角钢节点，其特征在于，包括型钢柱(1)、角钢(2)、型钢悬臂梁(3)、狗骨削弱盖板(4)、型钢普通梁(5)、预应力拉索(6)、索肋(7)、锚具(8)和腹板连接板(9)；所述型钢悬臂梁(3)顶底通过所述角钢(2)与型钢柱(1)固定连接，所述型钢柱(1)与所述型钢悬臂梁(3)腹板两侧均设有所述索肋(7)，所述型钢柱(1)腹板与所述型钢悬臂梁(3)腹板两侧同等数量的多根预应力拉索(6)，所述拉索预应力(6)穿过两个所述索肋(7)，所述预应力拉索(6)两端通过所述锚具(8)与所述索肋(7)固定连接；所述型钢悬臂梁(3)与所述型钢普通梁(5)顶底通过所述狗骨削弱盖板(4)螺栓连接，所述型钢普通梁(5)两侧通过所述腹板连接板(9)进行螺栓连接；所述狗骨削弱盖板(4)在两侧中间部位设有缺口(41)；所述腹板连接板(9)由弧形钢板(91)和两块矩形钢板与焊接而成，所述弧形钢板(91)位于两块所述矩形钢板之间。
2.根据权利要求1所述的附加预应力拉索的火灾后可恢复功能装配式顶底角钢节点，其特征在于，所述狗骨削弱盖板(4)厚度小于所述型钢悬臂梁(3)或所述型钢普通梁(5)翼缘厚度；所述狗骨削弱板(4)宽度为所述型钢悬臂梁(3)与所述型钢普通梁(5)翼缘宽度的1/2。
3.根据权利要求1所述的附加预应力拉索的火灾后可恢复功能装配式顶底角钢节点，其特征在于，所述腹板连接板(9)宽度为所述型钢悬臂梁(3)与所述型钢普通梁(5)高度的1/2。
4.根据权利要求1所述的附加预应力拉索的火灾后可恢复功能装配式顶底角钢节点，其特征在于，还包括横向加劲肋(11)，所述横向加劲肋(11)位于所述型钢柱(1)腹板侧的所述索肋(7)与所述型钢柱(1)翼缘之间，以及所述型钢悬臂梁(3)腹板侧的所述索肋(7)与所述型钢悬臂梁(3)翼缘之间；所述横向加劲肋(11)与所述型钢柱(1)、所述型钢悬臂梁(3)及所述索肋(7)之间通过焊接固定。
5.根据权利要求1所述的附加预应力拉索的火灾后可恢复功能装配式顶底角钢节点，其特征在于，所述预应力拉索(6)采用高强耐火钢且表面涂有防火涂料。
6.根据权利要求1所述的附加预应力拉索的火灾后可恢复功能装配式顶底角钢节点，其特征在于，在所述型钢柱(1)腹板与所述型钢悬臂梁(3)腹板同设置三根所述预应力拉索(6)，两侧共设有六根所述预应力拉索(6)。
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