CN204001197U - 一种体外预应力自复位框架结构 - Google Patents

Abstract

一种体外预应力自复位框架结构，包括多层平行设置的预应力框架，每层预应力框架包括铰接连接的立柱与横梁，相邻预应力框架的两层横梁之间设置多根预应力钢绞线，预应力钢绞线两两一组以立柱和横梁的连接节点为中心对称并倾斜设置，张拉后的预应力钢绞线的两端经由锚固件与横梁锚固连接，两层横梁内对应多根预应力钢绞线预留预应力钢绞线孔道。本实用新型通过在相邻两层的横梁间设置预应力钢绞线，通过张拉产生预应力来保证框架结构的稳定并实现回复功能；同时在地震反复作用下，预应力钢绞线松弛造成的预应力损失可通过梁端再张拉弥补，减震效果优良，回复能力良好，装配简单易行，预应力损失小，结构成本低而安全可靠，适用性广。

Description

一种体外预应力自复位框架结构

技术领域

本实用新型属于建筑结构工程领域，涉及一种预应力自复位框架结构。

背景技术

传统的抗震设计是以“抗”为主要途径，利用结构的强度和结构构件的塑性变形能力抵抗地震力，通过增加材料用量、加大结构断面、提高建筑物自重，加强建筑物的整体性，以保证结构本身具有足够的刚度；同时，通过设置剪力墙、圈梁、构造柱，改善支撑体系，改进节点构造，提高建筑材料的强度、延性等措施，从而达到减轻地震灾害的目的。

摇摆结构体系是近年来研究热点，地震作用下，上部结构的反复左右摇摆和复位形成了上部结构的摇摆运动，一方面降低了强地震作用下上部结构本身的延性设计需求，减小了地震破坏，节约了上部结构造价；另一方面，减小了基础在倾覆力矩作用下的抗拉设计需求，节约了基础造价。

摇摆结构是通过放松结构与基础交界面处或结构构件交界面处的约束，“弱化”建筑结构的整体抗侧刚度，在地震作用下发生摇摆而结构本身并没有太大弯曲变形，最终回复到原有位置时没有永久残余变形，并通过设置阻尼器等耗能装置来控制结构变形，通过设置梁内预应力筋来提供回复力，以保证建筑结构在遭遇大地震作用时其主体结构基本完好并且其他部件方便维护，但是框架梁是通过预应力筋与框架柱相连，实现建筑结构在地震作用下弹性回复功能，不足之处在于：摩擦阻力大，预应力损失大，且施工复杂，维护困难。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种体外预应力自复位框架结构，其通过在相邻两层的横梁间设置预应力钢绞线，通过张拉产生预应力来保证框架结构的稳定并实现回复功能；同时在地震反复作用下，预应力钢绞线松弛造成的预应力损失可通过梁端再张拉弥补，克服了现有的框架梁内预应力筋摩擦阻力大，预应力损失大，施工复杂，维护困难的不足的缺点。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种体外预应力自复位框架结构，包括多层平行设置的预应力框架，所述每层预应力框架包括铰接连接的立柱与横梁，相邻预应力框架的两层横梁之间设置多根预应力钢绞线，所述预应力钢绞线两两一组以所述立柱和横梁的连接节点为中心对称并倾斜设置，张拉后的预应力钢绞线的两端经由锚固件与所述横梁锚固连接，所述两层横梁内对应所述多根预应力钢绞线预留预应力钢绞线孔道。

所述每根预应力钢绞线的张拉应力σ小于等于0.375f_ptk，其中，f_ptk为预应力钢筋的强度标准值。

所述每根预应力钢绞线截面面积A根据K＝2HEAcosθcotθ确定，其中K为结构抗侧刚度，H为框架结构楼层层高，E为预应力钢绞线弹性模量，θ为预应力钢绞线的倾斜角度。

所述预应力钢绞线的锚固端分别距离连接节点0～0.5l_n设置，其中l_n为框架净跨。

所述横梁与立柱经由球铰连接。

所述立柱、横梁的制作材料为钢筋混凝土材料。

由于采用上述方案，本实用新型的有益效果是：

本实用新型所示的一种体外预应力自复位框架结构，在相邻两层横梁间设置预应力钢绞线，经过张拉后产生预应力，利用锚固端将预应力钢绞线与横梁进行锚固。在地震作用下，结构发生摇摆，预应力钢绞线受拉产生的弹性恢复力保证建筑结构在地震后回复到初始位置而不产生残余变形，具有减轻地震破坏和自回复功能。

具体而言，在结构设计时，通过放松梁柱节点约束形成铰接节点或半刚性节点，允许框架梁转动，使框架结构发生摇摆；通过预应力钢绞线张拉产生的预应力提供回复力，使框架结构在地震作用下发生摇摆后最终能回复到初始位置而不产生残余变形；通过梁端张拉，弥补地震反复作用下预应力钢绞线松弛造成的预应力损失；通过锚固端将张拉后的预应力钢绞线与梁锚固，保证结构的稳定及弹性回复能力，并且体外预应力框架结构的预应力钢绞线具有摩擦阻力小、张拉预应力损失小、施工维护简单的特点。

总之，本实用新型减震效果优良，回复能力良好，装配简单易行，预应力损失小，结构成本低而安全可靠，适用性广，能广泛用于各种摇摆结构体系。

附图说明

图1是本实用新型一实施例的布置示意图；

图2是图1所示实施例中局部区—A放大图；

图3是图1所示实施例中局部区—B放大图；

附图标记：立柱1、横梁2、预应力钢绞线3、锚固端4、铰接节点或半刚性节点5。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，本实用新型提供了一种体外预应力自复位框架结构，其包括多层平行设置的预应力框架，每层预应力框架均包括铰接连接的立柱1与横梁2，本实施例中，横梁2与立柱1连接节点处均设置球铰或其他铰以形成铰接节点或半刚性节点5，上下相邻预应力框架的两层横梁2之间设置多根预应力钢绞线3，预应力钢绞线3两两一组以立柱和横梁的铰接节点或半刚性节点5为中心对称并倾斜设置，张拉后的预应力钢绞线3的两端分别经由锚固件与横梁锚固连接，两层横梁内对应多根预应力钢绞线3预留预应力钢绞线孔道。

立柱1和横梁2均由混凝土材料浇筑成直四棱体，横梁2内预留预应力钢绞线孔道，预应力钢绞线3设置在相邻两层横梁2之间，布置方式如图1所示呈“八”字形(也可以与图1所示方向相反，呈倒“八”字形布置)，张拉完成后的预应力钢绞线3通过两端锚固件4与横梁2进行锚固，以确保框架结构的稳定性及弹性回复能力。

如图2和图3所示，预应力钢绞线3设置角度θ、截面尺寸As、张拉应力σ均根据计算确定。本实施例中，每根预应力钢绞线3的张拉应力σ小于等于0.375f_ptk(f_ptk为预应力钢筋的强度标准值)；每根预应力钢绞线3截面面积A根据K＝2HEAcosθcotθ确定，其中K为结构设计给出的结构抗侧刚度，H为框架结构楼层层高，E为预应力钢绞线弹性模量，且预应力钢绞3的锚固端4到连铰接节点或半刚性节点5的距离为0～1/2l_n设置，其中l_n为框架净跨，θ为预应力钢绞线的倾斜角度。

整个框架结构通过放松横梁2与立柱1之间的约束形成铰接节点或半刚性节点5，允许横梁2转动使结构发生摇摆，在地震作用下，框架结构反复左右摆动和复位，形成了摇摆结构，降低了强地震作用下框架结构本身的延性设计需求。当框架结构发生摇摆时，预应力钢绞线3受拉产生弹性回复力，最终能使框架结构回复到初始位置而不产生残余变形；在地震作用后，可通过再张拉，弥补地震反复作用造成的预应力钢绞线松弛产生的预应力损失，保证结构的整体稳定及回复能力。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种体外预应力自复位框架结构，包括多层平行设置的预应力框架，其特征在于：所述每层预应力框架包括铰接连接的立柱与横梁，相邻预应力框架的两层横梁之间设置多根预应力钢绞线，所述预应力钢绞线两两一组以所述立柱和横梁的连接节点为中心对称并倾斜设置，张拉后的预应力钢绞线的两端经由锚固件与所述横梁锚固连接，所述两层横梁内对应所述多根预应力钢绞线预留预应力钢绞线孔道。

2.根据权利要求1所述的体外预应力自复位框架结构，其特征在于：所述每根预应力钢绞线的张拉应力σ小于等于0.375f_ptk。

3.根据权利要求1或2所述的体外预应力自复位框架结构，其特征在于：所述每根预应力钢绞线截面面积A＝2HEscosθcotθ/K，其中K为结构抗侧刚度，H为框架结构楼层层高，E为预应力钢绞线弹性模量，θ为预应力钢绞线的倾斜角度。

4.根据权利要求1所述的体外预应力自复位框架结构，其特征在于：所述预应力钢绞线的锚固端分别距离所述连接节点0-0.5l_n设置，其中l_n为框架净跨。

5.根据权利要求1所述的体外预应力自复位框架结构，其特征在于：所述横梁与立柱经由球铰连接。

6.根据权利要求1所述的体外预应力自复位框架结构，其特征在于：所述立柱、横梁的制作材料为钢筋混凝土。