CN211143313U - 一种自复位钢框架柱脚连接结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种自复位钢框架柱脚连接结构，包括H型钢柱、柱状底板、空心圆柱、基础板以及多个形状记忆合金螺栓；其中，空心圆柱固定在所述基础板上，所述柱状底板焊接于所述空心圆柱上，所述多个形状记忆合金螺栓连接所述柱状底板的边缘以及所述基础板，所述H型钢柱焊接在所述柱状底板上。本实用新型的自复位钢框架柱脚连接结构，能够提高抗震的能力，同时能够减轻抗震后的修复难度以及费用。
Description
技术领域
本实用新型涉及土木工程领域，尤其涉及一种自复位钢框架柱脚连接结构。
背景技术
钢框架是目前世界上广泛应用的结构体系。传统的抗震体系(如抗弯钢框架)在强震下可以预防倒塌，其设计理念在于“牺牲”结构构件，这些构件在预定区域发生显著的非弹性变形，并伴随着大量的能量耗散。
以往的地震后勘察表明，这种集中的非弹性变形会导致残余层间位移，并伴有难以修复的破坏，因此，这种受损的建筑物最终必须拆除，由于重建费用和建筑服务中断，导致严重的社会经济损失。例如，1995年日本神户地震后，约100个残余位移比超过1％的钢筋混凝土桥墩被拆除。
最近的研究表明，对于参与位移超过0.5％的受损建筑进行改造，其经济性不如完全改造。但传统钢框架结构中，钢柱与底板的螺栓连接一般采用焊接，其存在如下问题：
1、底板处易发生破坏，抗震能力不佳；
2、在发生破坏时，螺栓的破坏点在螺栓头处，不便于螺栓的拆卸和更换，增加震后的修复难度和费用。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种自复位钢框架柱脚连接结构，能提高结构的整体抗震能力，同时减轻震后修复难度和费用。
本实用新型实施例提供了一种自复位钢框架柱脚连接结构，包括H型钢柱、柱状底板、空心圆柱、基础板以及多个形状记忆合金螺栓；其中，空心圆柱固定在所述基础板上，所述柱状底板焊接于所述空心圆柱上，所述多个形状记忆合金螺栓连接所述柱状底板的边缘以及所述基础板，所述H型钢柱焊接在所述柱状底板上。
优选地，所述形状记忆合金螺栓的数量为四个，并对称的分布在所述柱状底板的边缘。
优选地，所述形状记忆合金螺栓包括两个螺栓头、两个过渡段、有效段，其中，所述过渡段位于螺栓头与有效段之间；每个螺栓头长度为0.08L，每个过渡段长度为0.02L，有效段长度约为0.8L，L为形状记忆合金螺栓的长度。
优选地，设所述螺栓头的直径为D，有效段直径为d，则需满足螺栓径比
其中σmax为有效段受力时的最大应力，σMs为所用的记忆合金材料的极限残余应力。
优选地，所述形状记忆合金螺栓的两个螺栓头分别锚定在柱状底板和基础板上。
优选地，所述形状记忆合金螺栓为超弹性镍钛形状记忆合金螺栓。
优选地，所述柱状底板与所述H型钢柱的连接处设置有剪力键。
本实施例的自复位的钢框架结构具有如下优点：
(1)、利用具有变形自恢复能力的形状记忆合金螺栓作为钢框架的柱脚连接节点，其自复位特性可以减少和控制结构震后残余变形，减轻震后修复难度和费用；
(2)、通过对形状记忆合金螺栓的各个部位的长度和螺栓径比进行设计，可以确保螺栓最终的破坏是在有效段中，便于螺栓的更换。
(3)、利用空心圆柱强化柱状底板，可以防止柱状底板由于应力集中发生破坏，提高了抗震的能力。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施方式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实用新型的一些实施方式，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是本实用新型实施例提供的自复位钢框架柱脚连接结构的立体示意图。
图2是本实用新型实施例提供的自复位钢框架柱脚连接结构的正视图。
图3是本实用新型实施例提供的自复位钢框架柱脚连接结构的侧视图。
图4是本实用新型实施例提供的形状记忆合金螺栓的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1至图3，本实用新型实施例提供了一种自复位钢框架柱脚连接结构，包括H型钢柱10、柱状底板20、空心圆柱30、基础板40以及多个形状记忆合金螺栓50。其中，所述空心圆柱30固定在所述基础板40上，所述柱状底板20焊接于所述空心圆柱30上，所述多个形状记忆合金螺栓50连接所述柱状底板20的边缘以及所述基础板40，所述H型钢柱10焊接在所述柱状底板20上。
在本实施例中，所述H型钢柱10直接焊接在所述柱状底板20上，如此可以保证循环荷载作用下的摇摆性能，避免所述柱状底板20发生较大的弯曲变形。
此外，进一步的，还可以在所述H型钢柱10与所述柱状底板20的连接处增加剪力键11，以提供额外的抗剪能力。
在本实施例中，所述柱状底板20焊接在所述空心圆柱30上，通过所述空心圆柱30的圆形边缘可以避免在震动时所述H型钢柱10的摇摆在所述柱状底板20上发生应力集中甚至破坏现象，从而提高了抗震的能力。
在本实施例中，所述形状记忆合金螺栓50对称的安装在柱状底板20与基础板40上，从而可以最大限度地利用形状记忆合金螺栓50的超弹性性能，提高柱状底板20的抗摇摆能力。其中，形状记忆合金螺栓50的上端和下端分别锚定在柱状底板20和基础板40上，使得其可以很容易地检查和更换。
在本实施例中，形状记忆合金(SMA，shape-memory alloy)是一种高性能的超弹性金属材料，其在较大的应变下仍然可以通过加热或卸载以恢复其初始状态，由于具有良好的自恢复性能和耗能能力，形状记忆合金材料可用于承担结构中的能量耗散，大大降低结构的损伤，因而采用形状记忆合金制成的螺栓可以提高抗震的能力。
具体地，如图3所示，在本实施例中，所述形状记忆合金螺栓50包括两个螺栓头51、两个过渡段52、有效段53，其中，所述过渡段52位于螺栓头51与有效段53之间；每个螺栓头长度约为0.08L，每个过渡段长度约为0.02L，有效段长度约为0.8L，L为形状记忆合金螺栓的长度，当然需要说明的是，在本实用新型的其他实施例中，也可以根据实际需要调节各个部分的长度，本实用新型不做具体限定。
其中，设所述螺栓头的直径为D，有效段直径为d，则需满足螺栓径比
其中σmax为有效段受力时的最大应力，σMs为所用的记忆合金材料的极限残余应力。通过这样的设计，可以保证在螺栓发生破坏时，破坏点是在有效段中而非螺栓头出，从而便于更换。
其中，在设计时，一般保守取较大的螺栓径比。在这种呈“狗骨”形状的形状记忆合金螺栓50中，根据公式σ＝F/A(应力等于轴力除以截面面积)可知，在螺栓受到轴向力时，有效段53受到的应力为螺栓头51的(D/d)2倍，从而使变形以及能量耗散集中在形状记忆合金螺栓的有效段53中，而过渡段52的变形则是由螺栓头51逐渐增大到有效段53处，起到缓冲作用，确保螺栓最终的破坏是在有效段53中。
在本实施例中，优选地，所述形状记忆合金螺栓50采用超弹性镍钛形状记忆合金，且其数量为四个，但应当理解的是，在本实用新型的其他实施例中，可根据实际需要调节形状记忆合金螺栓50的数量以及采用其他形状记忆合金材料，这些方案均在本实用新型的保护范围之内。
以下详述本实施例的形状记忆合金螺栓50在抗震中的具体应用：
在本实施例中，当震级较小时，形状记忆合金螺栓50在它本身的回复力的作用下处将产生来回摆动，理想情况下在地震结束后将“自复位”地回到原来的状态；当震级较大时，形状记忆合金螺栓50受到的外力大于自身的回复力，将在有效段破坏(拉断)，但螺栓头不破坏，如此也不会损坏柱状底板20与基础板40，这样仅需要替换新的螺栓即可。
综上所述，本实施例的自复位的钢框架结构具有如下优点：
(4)、利用具有变形自恢复能力的形状记忆合金螺栓50作为钢框架的柱脚连接节点，其自复位特性可以减少和控制结构震后残余变形，减轻震后修复难度和费用；
(5)、通过对形状记忆合金螺栓50的各个部位的长度和螺栓径比进行设计，可以确保螺栓最终的破坏是在有效段53中，便于螺栓的更换。
(6)、利用空心圆柱30强化柱状底板20，可以防止柱状底板20由于应力集中发生破坏，提高了抗震的能力。
以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于实用新型所涵盖的范围。
Claims (7)
1.一种自复位钢框架柱脚连接结构，其特征在于，包括H型钢柱、柱状底板、空心圆柱、基础板以及多个形状记忆合金螺栓；其中，空心圆柱固定在所述基础板上，所述柱状底板焊接于所述空心圆柱上，所述多个形状记忆合金螺栓连接所述柱状底板的边缘以及所述基础板，所述H型钢柱焊接在所述柱状底板上。
2.根据权利要求1所述的自复位钢框架柱脚连接结构，其特征在于，所述形状记忆合金螺栓的数量为四个，并对称的分布在所述柱状底板的边缘。
3.根据权利要求1所述的自复位钢框架柱脚连接结构，其特征在于，所述形状记忆合金螺栓包括两个螺栓头、两个过渡段、有效段，其中，所述过渡段位于螺栓头与有效段之间；每个螺栓头长度为0.08L，每个过渡段长度为0.02L，有效段长度约为0.8L，L为形状记忆合金螺栓的长度。
4.根据权利要求3所述的自复位钢框架柱脚连接结构，其特征在于，设所述螺栓头的直径为D，有效段直径为d，则满足螺栓径比
其中σmax为有效段受力时的最大应力，σMs为所用的记忆合金材料的极限残余应力。
5.根据权利要求3所述的自复位钢框架柱脚连接结构，其特征在于，所述形状记忆合金螺栓的两个螺栓头分别锚定在柱状底板和基础板上。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的自复位钢框架柱脚连接结构，其特征在于，所述形状记忆合金螺栓为超弹性镍钛形状记忆合金螺栓。
7.根据权利要求1至5任意一项所述的自复位钢框架柱脚连接结构，其特征在于，所述柱状底板与所述H型钢柱的连接处设置有剪力键。
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| CN201921836493.7U CN211143313U (zh) | 2019-10-29 | 2019-10-29 | 一种自复位钢框架柱脚连接结构 |
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| CN201921836493.7U Active CN211143313U (zh) | 2019-10-29 | 2019-10-29 | 一种自复位钢框架柱脚连接结构 |
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2019
- 2019-10-29 CN CN201921836493.7U patent/CN211143313U/zh active Active
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