CN208668663U - 一种双屈服机制外露式钢柱脚 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种双屈服机制外露式钢柱脚，包括混凝土基础、砂浆垫层、外底板、内底板和钢柱；外底板的中间为中空结构，中空结构与内底板相配合，内底板放置于中空结构，与外底板焊接连接，内地脚锚栓穿过内底板和砂浆垫层预埋于混凝土基础，外地脚锚栓穿过外底板和砂浆垫层预埋于混凝土基础，所述内地脚锚栓和外地脚锚栓的锚头均为螺杆并配有螺母。本实用新型施工方便，应用简单，在保证普通外露式钢柱脚承载能力和刚度的基础上，通过将底板设计成复合形式，使得柱脚在地震荷载作用下，外底板能够参与到变形耗能中，柱脚会产生底板屈服和锚栓屈服两种屈服机制，该双屈服机制可显著提高柱脚的耗能能力和建筑物的抗倒塌能力。
Description
技术领域
本实用新型属于建筑工程抗震领域，具体涉及一种双屈服机制外露式钢柱脚。
背景技术
柱脚是连接上部结构与基础间的重要节点，其抗震能力严重影响整体建筑结构性能。国内外的震害调查表明，连接节点的承载力和变形能力不足是钢结构遭受震害的主要原因之一。钢柱脚主要有外露式和埋入式两种。由于外露式柱脚具有安装方便、造价低等优点，被广泛应用于中低层建筑中。
目前，外露式钢柱脚主要由钢柱、底板和锚栓等部分组成。钢柱与底板焊接后，通过锚栓固定于混凝土基础。外露式钢柱脚底板的厚度及其在地震作用下的受力机制是影响钢柱脚抗震性能的重要因素。
普通外露式钢柱脚底板厚度一般是按照构造要求进行设计的。按照规范，钢柱脚的底板厚度一般不小于30mm，目的是保证在地震作用下，柱脚底板可假设为无限刚性，使得底板只能发生极小变形或不发生变形，从而提高外露式钢柱脚的刚度。然而，这种设计方法容易使柱脚的变形和耗能主要集中在锚栓，滞回曲线具有明显的捏拢效应，耗能能力差，最终造成外露式钢柱脚节点在地震作用下发生破坏。
普通外露式钢柱脚存在的另一个问题是柱脚在遭受大震作用时，锚栓超出工作范围后会发生断裂，导致其瞬间丧失承载力和刚度，使建筑物直接发生倒塌。
对于现有技术的普通外露式钢柱脚，总结有以下不足。
1.滞回曲线具有明显的捏缩效应，耗能能力差。
2.在大震或超大震作用下，锚栓容易发生断裂，建筑物承载力和刚度突然丧失导致建筑物直接发生倒塌。
发明内容
为解决上述技术问题，本实用新型提出一种双屈服机制外露式钢柱脚。其基本原理是在保证外露式钢柱脚承载能力和刚度的前提下，通过设置新型复合底板的方式，提出一种具有双屈服机制的外露式钢柱脚。该柱脚屈服机制分为外底板屈服机制和锚栓屈服机制。该双屈服机制外露式钢柱脚可提高普通外露式钢柱脚的耗能能力，同时避免普通外露式钢柱脚的锚栓在大震作用下突然断裂引起建筑的倒塌。
本实用新型的技术方案如下，一种双屈服机制外露式钢柱脚，自下而上设有混凝土基础、砂浆垫层、外底板、内底板和钢柱；所述内底板的平面尺寸小于外底板的平面尺寸，内底板的厚度和屈服强度大于外底板的厚度和屈服强度，外底板的中间为中空结构，中空结构与内底板相配合(中空结构底面形状、大小和内底板底面的形状、大小相同)，保证内底板放置于外底板的中空结构，内底板与外底板焊接连接，内地脚锚栓穿过内底板和砂浆垫层预埋于混凝土基础；外地脚锚栓穿过外底板和砂浆垫层预埋于混凝土基础，所述内地脚锚栓和外地脚锚栓的锚头均为螺杆并配有螺母。
外底板的中间还可以为凹槽结构，内底板与外底板焊接连接，内地脚锚栓穿过内底板、外底板和砂浆垫层预埋于混凝土基础。
本实用新型外底板的厚度和屈服强度小于内底板的厚度和屈服强度，可以保证在小震作用下外底板与内地脚锚栓共同参与到变形耗能中。
钢柱焊接于内底板的中心。
优选内底板的结构为圆角长方体或棱柱，所述棱柱的底面为切掉四角的矩形。
所述内底板的厚度不小于钢柱较厚板件的厚度，且不宜小于30mm，保证内底板具有足够刚度，防止内底板在地震作用下发生较大变形和破坏。
所述内地脚锚栓的锚固长度不小于25d1，所述d1为内地脚锚栓
的直径。
所述外地脚锚栓的直径大于内地脚锚栓的直径，锚固长度不小于25d2，所述d2为地脚锚栓的直径。保证外地脚锚栓将外底板牢牢固定于混凝土基础。
为保证受力均匀，内地脚锚栓中心对称分布于内底板上；外地脚锚栓中心对称分布于外底板上，即内地脚锚栓中心对称分布于内底板上；外地脚锚栓中心对称分布于外底板上。
一种双屈服机制外露式钢柱脚的施工方法，包括如下步骤：
A.将钢柱和内底板焊接成整体；
B.将内地脚锚栓和外地脚锚栓预埋于混凝土基础；
C.待混凝土基础养护完成后，浇筑砂浆垫层，在外底板和内底
板上开孔，将外底板与内底板焊接连接；待砂浆垫层养护完成后，
将内地脚锚栓和外地脚锚栓穿过开孔，将内地脚锚栓和外地脚锚
栓的锚头用螺母紧固。
所述钢柱和内底板提前预制。
本实用新型的工作原理如下：一种双屈服机制外露式钢柱脚，通过内底板和外底板将钢柱传递来的水平荷载和竖直荷载传递到砂浆垫层和混凝土基础。小震或中震作用下，内地脚锚栓产生变形伸长，可参与到地震耗能中；同时，内底板与砂浆层分离发生转动变形。由于内底板与外底板通过焊接连接，因此内底板转动变形时可带动外底板产生变形和屈服，使外底板参与到地震耗能。上述内地脚锚栓屈服变形机制和外底板屈服变形机制共同作用，可著提高柱脚的耗能能力。在大震作用下，内地脚锚栓容易发生突然断裂，此时锚栓屈服变形机制失效，而外底板屈服机制依然起到作用，从而避免建筑物直接发生倒塌。
本实用新型的有益效果是：本实用新型在保证普通外露式钢柱脚承载能力和刚度的基础上，通过设置双屈服机制可显著提高柱脚的耗能能力和建筑物的抗倒塌能力。小震或中震作用下，内地脚锚栓和外底板可共同参与到变形耗能中，提高柱脚的耗能能力；大震作用下，内地脚锚栓失效，外底板可起到保险丝的作用，避免柱脚突然发生破坏引起建筑物倒塌。该柱脚施工方便，应用简单，地震中耗能能力强，且可增强建筑物的抗倒塌能力。
附图说明：
下面结合附图对本实用新型专利作详细说明：
图1是双屈服机制外露式钢柱脚的示意图；
图2是双屈服机制外露式钢柱脚的俯视图；
图3是双屈服机制外露式钢柱脚沿着俯视图A-A面的剖视图；
图4是内底板结构示意图，其中(a)为圆角长方体，(b)为棱柱；
图5是外底板结构示意图，其中(a)为中空结构为圆角长方体的外底板，(b)为中空结构为棱柱的外底板；
图6是利用有限元模拟分析得到的传统外露式钢柱脚与双屈服机制外露式钢柱脚在恒定轴力、往复水平作用力下得到的柱脚受弯承载力-底板转角的滞回曲线，其中(a)为传统外露式柱脚的滞回曲线，(b)为本实用新型双屈服机制外露式柱脚的滞回曲线。
图中：1为钢柱，2为内底板，3为内地脚锚栓，4为外底板，5为外地脚锚栓，6为螺母，7为砂浆垫层，8为混凝土基础。
具体实施方式：
如图1-5所示，一种双屈服机制外露式钢柱脚，包括混凝土基础8、砂浆垫层7、外底板4、内底板2和钢柱1；所述内底板2的平面尺寸小于外底板4的平面尺寸，内底板2的厚度和屈服强度大于外底板4，外底板为中空结构，中空结构与内底板2相配合(中空结构底面形状、大小和内底板底面的形状、大小相同)，保证内底板放置于外底板的中空结构，内底板2与外底板4焊接连接。内地脚锚栓3穿过内底板2和砂浆垫层7预埋于混凝土基础8，外地脚锚栓5穿过外底板4和砂浆垫层7预埋于混凝土基础8；所述内地脚锚栓3和外地脚锚栓5的锚头均为螺杆并配有螺母6。所述内底板2的厚度不应小于钢柱1较厚板件的厚度，且不小于30mm，保证内底板2具有足够刚度。钢柱设于内底板2的中心。内底板2的结构为圆角长方体或棱柱，所述棱柱的底面为切掉四角的矩形。所述内地脚锚栓3的锚固长度不小于25d1，所述d1为内地脚锚栓3的直径。外地脚锚栓5的直径大于内地脚锚栓3的直径，锚固长度不小于25d2，所述d2为地脚锚栓5的直径。内地脚锚栓3的锚头中心对称分布于内底板2上；外地脚锚栓5的锚头中心对称分布于外底板4上。
一种双屈服机制外露式钢柱脚的施工方法，包括如下步骤：
A.将钢柱和内底板焊接成整体；
B.将内地脚锚栓和外地脚锚栓预埋于混凝土基础；
C.待混凝土基础养护完成后，浇筑砂浆垫层，在外底板和内底板上开孔，将外底板与内底板焊接连接；待砂浆垫层养护完成后，将内地脚锚栓和外地脚锚栓穿过开孔，将内地脚锚栓和外地脚锚栓的锚头用螺母紧固。
从图6可以看出，双屈服机制钢柱脚的滞回曲线更加饱满，耗能能力明显提高，承载力没有出现明显下降段，可有效防止柱脚的突然破坏。
传统外露式钢柱脚的变形和破坏主要集中于锚栓；本实用新型双屈服机制外露式钢柱脚的变形和破坏主要集中于外底板。
本实用新型在保证普通外露式钢柱脚承载能力和刚度的基础上，通过设置双屈服机制可显著提高柱脚的耗能能力和建筑物的抗倒塌能力。小震或中震作用下，小震或中震作用下，内地脚锚栓3产生变形伸长，可参与到地震耗能中；同时，内底板2与砂浆层7分离发生转动变形。由于内底板2与外底板4通过焊接连接，因此内底板2转动变形时可带动外底板4产生变形和屈服，使外底板4参与到地震耗能。内地脚锚栓屈服变形机制和外底板屈服变形机制共同作用，可著提高柱脚的耗能能力。在大震作用下，内地脚锚栓容易发生突然断裂，此时锚栓屈服变形机制失效，而底板屈服机制依然起到作用，从而避免建筑物直接发生倒塌。内地脚锚栓3和外底板4可共同参与到变形耗能中，提高柱脚的耗能能力；大震作用下，内地脚锚栓3作用失效，外底板4可起到保险丝的作用，避免柱脚突然发生破坏引起建筑物倒塌。
Claims (5)
1.一种双屈服机制外露式钢柱脚，其特征在于：包括混凝土基础(8)、砂浆垫层(7)、外底板(4)、内底板(2)和钢柱(1)；所述内底板(2)的平面尺寸小于外底板(4)的平面尺寸，内底板(2)的厚度和屈服强度大于外底板(4)的厚度和屈服强度，外底板(4)为中空结构，所述中空结构与内底板(2)相配合，内底板(2)放置在外底板(4)的中空结构，与外底板(4)焊接连接，内地脚锚栓(3)穿过内底板(2)和砂浆垫层(7)预埋于混凝土基础(8)，外地脚锚栓(5)穿过外底板(4)和砂浆垫层(7)预埋于混凝土基础(8)，所述内地脚锚栓(3)和外地脚锚栓(5)的锚头均为螺杆并配有螺母(6)。
2.根据权利要求1所述的一种双屈服机制外露式钢柱脚，其特征在于，内底板(2)的结构为圆角长方体或棱柱，所述棱柱的底面为切掉四角的矩形。
3.根据权利要求1所述的一种双屈服机制外露式钢柱脚，其特征在于，所述内地脚锚栓(3)的锚固长度不小于25d1，所述d1为内地脚锚栓(3)的直径。
4.根据权利要求1所述的一种双屈服机制外露式钢柱脚，其特征在于，外地脚锚栓(5)的直径大于内地脚锚栓(3)的直径，锚固长度不小于25d2，所述d2为外地脚锚栓(5)的直径。
5.根据权利要求1所述的一种双屈服机制外露式钢柱脚，其特征在于，内地脚锚栓(3)中心对称分布于内底板(2)上；外地脚锚栓(5)中心对称分布于外底板(4)上。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108756004A (zh) * | 2018-06-22 | 2018-11-06 | 大连理工大学 | 一种双屈服机制外露式钢柱脚及其施工方法 |
| CN110374221A (zh) * | 2019-07-20 | 2019-10-25 | 东莞市建安桩基础工程有限公司 | 基础工程隔振结构及其施工方法 |
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2018
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