一種新型震后易修復(fù)鋼異形柱框架結(jié)構(gòu)節(jié)點的制作方法
【專利摘要】一種新型震后易修復(fù)鋼異形柱框架結(jié)構(gòu)節(jié)點，雙槽鋼梁通過梁端封板，與異形柱連接，形成無焊縫全螺栓的連接形式；對無焊縫全螺栓節(jié)點施加預(yù)應(yīng)力鋼索，形成預(yù)應(yīng)力自復(fù)位震后易修復(fù)節(jié)點。采用預(yù)應(yīng)力自復(fù)位節(jié)點形式，實現(xiàn)了震后節(jié)點的自復(fù)位，大大減少了震后修復(fù)成本；提高節(jié)點的抗震性能，從而提高框架結(jié)構(gòu)體系的抗震性能；與傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)建筑節(jié)點相比，它具有安全性能高，環(huán)境污染小，安全事故少和工程造價低等諸多優(yōu)點。
【專利說明】一種新型震后易修復(fù)鋼異形柱框架結(jié)構(gòu)節(jié)點
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋼異形柱框架結(jié)構(gòu)節(jié)點，屬于抗震減災(zāi)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種新型震后易修復(fù)鋼異形柱框架結(jié)構(gòu)節(jié)點。
【背景技術(shù)】
[0002]地震中建筑的倒塌是威脅人民生命安全和造成財產(chǎn)損失最主要的原因。汶川及雅安地震表明混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能不佳，目前我國鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展迅速，尤其是預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)處于國際先進水平，國家體育館雙向張弦結(jié)構(gòu)和北京工業(yè)大學(xué)體育館弦支穹頂結(jié)構(gòu)均創(chuàng)當時同類結(jié)構(gòu)跨度最大世界記錄，引領(lǐng)了預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展。發(fā)揮預(yù)應(yīng)力技術(shù)優(yōu)勢，將其應(yīng)用到鋼框架節(jié)點上，會提高節(jié)點的抗震性能及自復(fù)位能力，而鋼框架節(jié)點設(shè)計得好壞直接影響到鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。倘若構(gòu)件沒破壞而節(jié)點已經(jīng)失效，就達不到結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的初衷，更不能滿足“強節(jié)點，弱構(gòu)件”的設(shè)計理念。
[0003]1994年I月17日，美國洛杉磯發(fā)生地震，100多幢鋼結(jié)構(gòu)建筑在梁柱節(jié)點部位斷裂，裂紋通常起源于梁柱節(jié)點焊縫。一年后，日本的阪神發(fā)生了地震，震后調(diào)查顯示，造成大部分斷裂的根本原因在于節(jié)點的設(shè)計和施工方面的問題。這兩次地震促使了學(xué)者研究和調(diào)整節(jié)點的設(shè)計。在1994年洛杉磯發(fā)生地震以前，多采用如圖1所示的節(jié)點形式。在洛杉磯地震發(fā)生前，這種節(jié)點造價低廉，施工方便，而且當時普遍認為該節(jié)點形式能夠較好的利用材料延性，促使梁端出現(xiàn)塑性鉸，使節(jié)點免于破壞，實現(xiàn)“強節(jié)點、弱構(gòu)件”的設(shè)計思想。但是，在地震中這類節(jié)點形式并沒有表現(xiàn)出應(yīng)有的延性，而過早地出現(xiàn)了脆性斷裂，裂紋通常起源于梁柱節(jié)點焊縫。經(jīng)過分析得出造成大部分斷裂的根本原因在于節(jié)點的設(shè)計和施工方面的問題。在洛杉磯地震以后的十年，梁柱連接性能及其對鋼框架結(jié)構(gòu)的影響成為鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的重點研究內(nèi)容之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供了一種新型震后易修復(fù)鋼異形柱框架節(jié)點，其目的在于提高結(jié)構(gòu)抗震性能、減少震后修復(fù)難度與維護費用；新型震后易修復(fù)鋼異形柱框架節(jié)點基本構(gòu)成包括框架梁、柱、預(yù)應(yīng)力構(gòu)件、角鋼或摩擦件構(gòu)件；具體構(gòu)造是在施工過程中，先安裝頂?shù)捉卿摚缓蟀惭b高強鋼拉桿并進行張拉，在拉桿張拉力的作用下梁柱接觸面產(chǎn)生壓應(yīng)力，這種預(yù)壓應(yīng)力將為節(jié)點提供較大的抵抗彎矩，而梁柱接觸面的摩擦力又將為節(jié)點提供較大的抵抗剪力；梁端部與柱之間安裝墊板即梁柱連接板，防止梁腹板與柱直接接觸造成局部應(yīng)力過大。
[0005]預(yù)應(yīng)力自復(fù)位節(jié)點基本原理:當?shù)卣鹱饔眠_到一定程度時，梁柱的接觸面張開，角鋼出現(xiàn)塑性變形并耗能，從而避免了梁柱等主體構(gòu)件的損壞。地震作用后，結(jié)構(gòu)在預(yù)應(yīng)力作用下恢復(fù)到原先的豎向位置。研究表明，如果在梁的腹板或者翼緣處設(shè)計耗能構(gòu)件，該節(jié)點剛度強度與全焊節(jié)點類似，并且具有良好的延性；后張拉自復(fù)位框架節(jié)點可以得到與傳統(tǒng)鋼框架相似的強度和剛度；但此自復(fù)位節(jié)點施工現(xiàn)場不需施焊，全部采用螺栓連接或在工廠先行焊接后，到施工現(xiàn)場再進行螺栓連接。
[0006]節(jié)點的初始剛度與焊接節(jié)點基本相當,在層間位移角達到5%的情況下,主體結(jié)構(gòu)梁和柱仍保持彈性，角鋼則進入塑性狀態(tài)以耗散能量，地震作用后節(jié)點可以回復(fù)到其初始位置。
[0007]預(yù)應(yīng)力的施加使鋼框架結(jié)構(gòu)能夠得到較高的安全系數(shù)；預(yù)應(yīng)力節(jié)點的主要優(yōu)點:
(I)擁有自定心的能力，從而大大減小了震后殘余變形；(2)初始剛度較大與全焊接節(jié)點相似，相當于剛性節(jié)點；(3)地震下梁柱均保持彈性，非彈性變形集中在節(jié)點，并通過節(jié)點連接件的非彈性變形提供耗能機制；(4)大大降低了震后修復(fù)難度及成本。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種新型震后易修復(fù)鋼異形柱框架節(jié)點，所涉及的梁是由型鋼構(gòu)成的雙槽鋼梁，雙槽鋼梁是由單槽鋼在梁端用梁端腹板拼接而成。
[0009]新型震后易修復(fù)鋼異形柱框架節(jié)點主要包括L形、T形、十字形節(jié)點形式，L形節(jié)點連接是框架角部L形異形柱與雙槽鋼梁連接；具體連接步驟為，梁柱連接板與梁端腹板在工廠先行焊接，梁柱連接板垂直于梁端腹板，梁端腹板位于梁柱連接板的中部，其高度等于雙槽鋼梁的型鋼腹板高度，現(xiàn)場用螺栓將焊接在一起的梁柱連接板與梁端腹板固定在L形異形柱翼緣上；雙槽鋼梁是由兩根槽鋼梁組成的，雙槽鋼梁與異形柱連接時，采用單根槽鋼分別連接的方式，先將一根槽鋼用等肢角鋼與L形異形柱連接，槽鋼與L形異形柱的翼緣垂直，一根槽鋼連接后，同樣的方式連接另一根槽鋼；雙槽鋼梁與L形異形柱連接后，兩根槽鋼要用梁端腹板連接成整體，用螺栓將兩根槽鋼與位于兩根槽鋼中間的梁端腹板連接；T形節(jié)點、十字形節(jié)點連接與L形相同。
[0010]異形柱的形式有三種，分別為L形異形柱、T形異形柱、十字形異形柱；新型震后易修復(fù)鋼異形柱框架節(jié)點，其節(jié)點形式包括三種規(guī)格，分別為L形連接、T形連接、十字形連接；L形節(jié)點是L形異形柱與雙槽鋼梁連接；T形節(jié)點是T形異形柱8與雙槽鋼梁連接；十字形節(jié)點是十字形異形柱與雙槽鋼梁連接；節(jié)點預(yù)應(yīng)力的布置方式為，按照上述方式連接各個不同形式的節(jié)點，框架基本形成后，將鋼拉索依次穿過預(yù)留在異形柱翼緣上的孔洞，施加計算的預(yù)應(yīng)力值，用永久錨具錨固在異形柱翼緣上。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果。
[0012]1、在上述新型震后易修復(fù)鋼異形柱框架節(jié)點中，所采用的梁都是型鋼梁，由于梁的腹部空隙較大，便于管線穿過，有效地增加了房間凈高。
[0013]2、新型震后易修復(fù)鋼異形柱框架節(jié)點，完全采用螺栓進行現(xiàn)場裝配，取消了傳統(tǒng)的現(xiàn)場焊接方式和混凝土澆筑方式，有效地保證了施工質(zhì)量，完全避免了混凝土澆筑和鋼材焊接造成的環(huán)境污染，實現(xiàn)現(xiàn)場施工的“無水、無火、無塵”的三無標準，減少了火災(zāi)等危害事故的發(fā)生；本發(fā)明在構(gòu)件拆除時，可以高效地回收利用，減少了建筑垃圾，真正的實現(xiàn)了綠色環(huán)保的理念，是一種綠色的、可持續(xù)發(fā)展的鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點。
[0014]3、一種新型震后易修復(fù)鋼異形柱框架節(jié)點，采用預(yù)應(yīng)力自復(fù)位節(jié)點形式，實現(xiàn)了震后節(jié)點的自復(fù)位，大大減少了震后修復(fù)成本；提高節(jié)點的抗震性能，從而提高框架結(jié)構(gòu)體系的抗震性能。
[0015]4、本發(fā)明提出的新型震后易修復(fù)鋼異形柱框架節(jié)點是對傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)建筑節(jié)點的顛覆，充分發(fā)揮了鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢；與傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)建筑節(jié)點相比，它具有安全性能高，環(huán)境污染小，安全事故少和工程造價低等諸多優(yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的槽鋼型鋼梁示意圖。
[0017]圖2是本發(fā)明的L形預(yù)應(yīng)力自復(fù)位節(jié)點拆分示意圖。
[0018]圖3是本發(fā)明的T形預(yù)應(yīng)力自復(fù)位節(jié)點拆分示意圖。
[0019]圖4是本發(fā)明的十字形預(yù)應(yīng)力自復(fù)位節(jié)點拆分示意圖。
[0020]圖5是本發(fā)明的L形柱示意圖。
[0021 ] 圖6是本發(fā)明的T形柱示意圖。
[0022]圖7是本發(fā)明的十字形柱示意圖。
[0023]圖8是本發(fā)明的L形柱節(jié)點分解示意圖。
[0024]圖9是本發(fā)明的T形柱節(jié)點分解示意圖。
[0025]圖10是本發(fā)明的十字形柱節(jié)點分解示意圖。
[0026]圖中:1、雙槽鋼梁，2、等肢角鋼，3、梁柱連接板，4、梁端腹板，5、單根槽鋼，6、鋼拉索，7、L形異形柱，8、T形異形柱，9、十字形異形柱。
【具體實施方式】·
[0027]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0028]如圖1所示為本發(fā)明的槽鋼型鋼梁示意圖，該新型震后易修復(fù)鋼異形柱框架節(jié)點中，所涉及的梁是由型鋼構(gòu)成的雙槽鋼梁1，雙槽鋼梁I是由單槽鋼在梁端用梁端腹板拼接--? 。
[0029]如附圖2~4所示，本發(fā)明所述的新型震后易修復(fù)鋼異形柱框架節(jié)點中，新型震后易修復(fù)鋼異形柱框架節(jié)點主要包括L形、T形、十字形節(jié)點形式，圖中分別列舉了以上三種節(jié)點形式的拆分圖山形節(jié)點連接是框架角部L形異形柱7與雙槽鋼梁I連接；具體連接步驟為，梁柱連接板3與梁端腹板4在工廠先行焊接，梁柱連接板3垂直于梁端腹板4，梁端腹板4位于梁柱連接板3的中部，其高度等于雙槽鋼梁I的型鋼腹板高度，現(xiàn)場用螺栓將焊接在一起的梁柱連接板3與梁端腹板4固定在L形異形柱7翼緣上；雙槽鋼梁I是由兩根槽鋼梁組成的，雙槽鋼梁I與柱連接時，采用單根槽鋼5分別連接的方式，先將一根槽鋼用等肢角鋼2與L形異形柱7連接，槽鋼與L形異形柱7的翼緣垂直，一根槽鋼連接后，同樣的方式連接另一根槽鋼；雙槽鋼梁I與L形異形柱7連接后，兩根槽鋼要用梁端腹板4連接成整體，用螺栓將兩根槽鋼與位于兩根槽鋼中間的梁端腹板4連接；T形節(jié)點、十字形節(jié)點連接與L形相同。
[0030]如附圖5-10所示，本發(fā)明所述的新型震后易修復(fù)鋼異形柱框架節(jié)點中，異形柱的形式有三種，分別為L形異形柱7、T形異形柱8、十字形異形柱9 ;新型震后易修復(fù)鋼異形柱框架節(jié)點，其節(jié)點形式包括三種規(guī)格，分別為L形連接、T形連接、十字形連接；L形節(jié)點是L形異形柱7與雙槽鋼梁I連接；T形節(jié)點是T形異形柱8與雙槽鋼梁I連接；十字形節(jié)點是十字形異形柱9與雙槽鋼梁I連接；按照上述方式連接各個不同形式的節(jié)點，將鋼拉索6依次穿過預(yù)留在異形柱翼緣上的孔洞，施加計算的預(yù)應(yīng)力值，用永久錨具錨固在異形柱翼緣上。
【權(quán)利要求】
1.一種新型震后易修復(fù)鋼異形柱框架結(jié)構(gòu)節(jié)點，其特征在于:梁是由型鋼構(gòu)成的雙槽鋼梁(I )，雙槽鋼梁(I)是由兩只單根槽鋼(5)在梁端用梁端腹板拼接而成； 新型震后易修復(fù)鋼異形柱框架節(jié)點主要包括L形、T形、十字形節(jié)點形式，L形節(jié)點連接是框架角部L形異形柱(7)與雙槽鋼梁(I)連接；具體連接步驟為，梁柱連接板(3)與梁端腹板(4)在工廠先行焊接，梁柱連接板(3)垂直于梁端腹板(4)，梁端腹板(4)位于梁柱連接板(3)的中部，其高度等于雙槽鋼梁(I)的型鋼腹板高度，現(xiàn)場用螺栓將焊接在一起的梁柱連接板(3)與梁端腹板(4)固定在L形異形柱(7)翼緣上；雙槽鋼梁(I)是由兩根槽鋼梁組成的，雙槽鋼梁(I)與柱連接時，采用單根槽鋼(5)分別連接的方式，先將一根槽鋼用等肢角鋼(2)與L形異形柱(7)連接，槽鋼與L形異形柱(7)的翼緣垂直，一根槽鋼連接后，同樣的方式連接另一根槽鋼；雙槽鋼梁(I)與L形異形柱(7)連接后，兩根槽鋼要用梁端腹板(4)連接成整體，用螺栓將兩根槽鋼與位于兩根槽鋼中間的梁端腹板(4)連接；T形節(jié)點、十字形節(jié)點連接與L形相同； 異形柱的形式有三種，分別為L形異形柱(7)、Τ形異形柱(8)、十字形異形柱(9);新型震后易修復(fù)鋼異形柱框架節(jié)點，其節(jié)點形式包括三種規(guī)格，分別為L形連接、T形連接、十字形連接；L形節(jié)點是L形異形柱(7)與雙槽鋼梁(I)連接；T形節(jié)點是T形異形柱(8)與雙槽鋼梁(I)連接；十字形節(jié)點是十字形異形柱(9)與雙槽鋼梁(I)連接；按照上述方式連接各個不同形式的節(jié)點，將鋼拉索(6)依次穿過預(yù)留在異形柱翼緣上的孔洞，施加計算的預(yù)應(yīng)力值，用永久錨具錨固在異形柱翼緣上。
【文檔編號】E04B1/98GK103669594SQ201310703500
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月19日
【發(fā)明者】高嬌嬌, 蘇經(jīng)宇, 王威, 郭小東, 楊夏, 桑兆龍 申請人:北京工業(yè)大學(xué)