CN109853734A - 一种可恢复功能的装配式自复位框架体系 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可恢复功能的装配式自复位框架体系，属于结构工程领域。该装置由两个带悬臂梁段的方钢管柱、一个工字梁段、一组自复位装置以和两组连接装置组成；本发明的连接装置焊接部分均在工厂内完成，焊缝精度和质量更易控制，提高了施工速度与施工质量；下翼缘外盖板设置成外盖板式，可作为梁段在安装过程中的支托，具有良好的性能可视性及更换可判性；自复位装置能保证结构耗散地震能能力的预定性态设计目标并降低震后修复成本；通过针对性设计可使地震荷载作用下结构的破坏位置发生在易于更换的高强螺栓及连接板等耗能构件处，便于震后修复，适应于可恢复功能的装配式钢结构的发展需求。

Description

一种可恢复功能的装配式自复位框架体系

技术领域

本专利涉及一种可恢复功能的装配式自复位框架体系，属于结构工程技术领域。

背景技术

随着城市化进程的加快，建筑领域的发展及技术水平不断提升，加之环境污染及资源浪费问题的影响，传统建筑体系存在的环保性差的缺陷逐渐暴露，绿色装配式钢结构，开始成为了建筑体系的主要类型。与传统体系相比，该体系在施工质量、施工效率等方面，均具有显著的优势。“搭积木”是一种具有代表性的施工方法，极大程度上加快了施工速度，节约了工程资金。将其应用到各类建筑体系的设计与开发中，是建筑领域未来发展的主要趋势。

梁柱节点设计不合理将导致“强构件弱节点”情况的发生，使结构在地震荷载作用下发生严重震害，威胁人民生命财产安全。现有研究表明，对梁柱节点进行针对性加强或对梁上特定区域采取削弱手段可达到塑性铰外移的目的，从而保护梁柱节点，满足“强节点弱构件”的设计要求；同时，楼板与梁段预组装后运至施工现场进行拼装可大大节省现场混凝土浇筑的时间；此外，地震后无需修复或稍加修复即可恢复使用功能的可恢复功能结构是近年来国际地震工程领域的研究热点，不仅能够在地震中保护人们的生命财产安全，而且在地震后也能尽快恢复其使用功能，因此亟需将可恢复功能结构的理念落实于新结构的研发设计工作中，以实现建筑从单一追求抗倒塌能力向兼顾震后可修复能力的转变。为满足以上需求，本发明专利提出了一种可恢复功能的装配式自复位框架体系。

本发明专利提出的一种可恢复功能的装配式自复位框架体系，由两个带悬臂梁段的方钢管柱、一个工字梁段、一组自复位装置和连接装置组成。带悬臂梁段的方钢管柱由上方钢管柱，中方钢管柱、下方钢管柱、上部方状环形隔板、下部方状环形隔板、悬臂梁段腹板以及自复位装置中的一个工装焊接而成。上方钢管柱、中方钢管柱分别与上部方状环形隔板焊接；下方钢管柱、中方钢管柱分别与下部方状环形隔板焊接；悬臂梁段腹板分别与上部方状环形隔板、中方钢管柱和下部方状环形隔板焊接；所述的工字梁段由上翼缘板，下翼缘板、中间腹板焊接而成；所述的连接装置由上翼缘外盖板、下翼缘外盖板、腹板剪切板以及高强螺栓群组成；自复位装置由两个工装和预应力钢绞线连接组成。

发明内容

本发明提出一种可恢复功能的装配式自复位框架体系，属于结构工程技术领域。节点连接装置的焊接、工字梁段预组装均在工厂内完成，焊缝及构件质量更易控制，提高了施工速度与质量。

一种可恢复功能的装配式自复位框架体系由两个带悬臂梁段的方钢管柱、一个工字梁段、一组自复位装置以及两组连接装置组成；通过合理参数设计使得塑性破坏发生在拼接区，而悬臂梁端和工字梁段基本保持弹性，震后只需替换连接装置即可恢复主体结构的使用功能；下翼缘外盖板设置成外盖板式，可作为梁段在安装过程中的支托，同时也便于结构在使用过程中对翼缘连接板屈曲变形进行观测，具有良好的性能可视性及更换可判性；悬臂梁段应与工字梁段顶紧，安装后不留缝隙，防止由于梁端转动引起的拉索预张力损失；通过增设自复位装置来实现结构的震后自行复位、减小残余变形、延缓结构主要受力构件损伤进程，保证结构耗散地震能能力的预定性态设计目标并降低震后修复成本，是钢结构发展的新方向。

一种可恢复功能的装配式自复位框架体系的连接装置在施工安装时，先将下翼缘外盖板通过螺栓与下部方状环形隔板连接，将梁段搁置在外伸下翼缘外盖板上，再将悬臂梁段的腹板通过腹板剪切板与梁段腹板连接，然后连接上翼缘外盖板，最后安装钢绞线并施加预应力。

一种可恢复功能的装配式自复位框架体系的连接装置中的上翼缘外盖板和下翼缘外盖板设置成圆弧狗骨削弱区或者开洞剪切削弱区。

带悬臂梁段的方钢管柱由上方钢管柱，中方钢管柱，下方钢管柱，上部方状环形隔板，下部方状环形隔板、悬臂梁段腹板以及自复位装置中的一个工装焊接而成。上部方状环形隔板、下部方状环形隔板的内方尺寸均小于方钢管柱内方尺寸，外方尺寸均大于方钢管柱外方尺寸，且方状环形隔板厚度大于工字梁段翼缘厚度；工字梁段由上翼缘板、下翼缘板和中间腹板焊接而成；带悬臂梁段方钢管柱与工字梁段之间的连接装置由上翼缘外盖板、下翼缘外盖板、腹板剪切板以及高强螺栓组成；自复位装置由两个焊接在悬臂梁段上的工装和两个工装之间的预应力钢绞连接组成；上部环形隔板、上翼缘垫板和上翼缘外盖板、工字梁段；下部环形隔板、下翼缘外盖板和工字梁段之间均通过高强螺栓群连接。

本专利的优点主要表现在以下几个方面：

1、本发明的节点连接装置焊接部分均在工厂内完成，其焊缝精度和质量更易控制，且只采用高强螺栓和连接板对带悬臂梁段的方钢管柱及工字梁段进行装配，螺栓的紧固工作方便快捷，施工速度与施工质量大大提高，适应装配式钢结构的发展。

2、本专利的节点连接装置是一种震后可恢复功能的节点连接装置，翼缘采用单翼缘盖板连接形式，通过合理参数设计使得塑性破坏发生在拼接区，而悬臂梁段和工字梁段基本保持弹性，震后只需替换连接装置即可恢复主体结构的使用功能。通过加强中方钢管柱的壁厚及增加方状环形隔板厚度，以实现对柱节点域及悬臂梁段的有效加强；通过对翼缘盖板设置圆弧狗骨削弱区或者开洞剪切削弱区，以实现连接区的有效削弱，达到塑性铰外移的目的。

3、本发明的连接装置是自复位连接装置，其可实现结构震后自行复位、减小残余变形、延缓结构主要受力构件损伤进程，保证结构耗散地震能量的预定性态设计目标并降低震后修复成本，是钢结构发展的新方向。

4、自复位装置由两个工装和预应力钢绞线连接组成，盖板和预应力钢绞线形成的自复位装置与传统拉索自复位装置相比，在预应力钢绞线预张力相同的情况下，采用自复位装置的梁的整体承载力会更高；在梁的承载力相同的情况下，自复位装置的预应力钢绞线预张力需求会降低，避免了预应力钢绞线预张力对工字梁段的超应力负荷；通过施加预应力钢绞线预张力，使结构控制塑性变形的发展和损伤的积累，使结构具有良好的抗震性能和复位能力。

附图说明

图1为一种可恢复功能的装配式自复位框架体系的构造形式的三维图；

图2为一种可恢复功能的装配式自复位框架体系的构造形式的三维现场安装图；

图3为一种可恢复功能的装配式自复位框架体系的构造形式的正视图；

图4为一种可恢复功能的装配式自复位框架体系的构造形式的侧视图；

图5为一种可恢复功能的装配式自复位框架体系的构造形式的1-1剖面图；

图6为一种可恢复功能的装配式自复位框架体系的构造形式的俯视图；

图7为一种可恢复功能的装配式自复位框架体系的上翼缘外盖板构造形式的俯视图；

图8为一种可恢复功能的装配式自复位框架体系的下翼缘外盖板构造形式的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图，详细说明本专利的实施方式。

如图1-6所示，一种可恢复功能的装配式自复位框架体系包括以下部件：

1——上方钢管柱；

2——中方钢管柱；

3——下方钢管柱；

4——上部方状环形隔板；

5——下部方状环形隔板；

6——悬臂梁段腹板；

7——腹板剪切板；

8——上翼缘外盖板；

9——下翼缘外盖板；

10——工字梁段；

11——工装；

12——预应力钢绞线。

如图1-6所示，带悬臂梁段方钢管柱由上方钢管柱1，中方钢管柱2，下方钢管柱3，上部方状环形隔板4，下部方状环形隔板5、悬臂梁段腹板6、自复位装置中一个工装11焊接而成。上方钢管柱1、中方钢管柱2分别与上部方状环形隔板4焊接；下方钢管柱3、中方钢管柱2分别与下部方状环形隔板5焊接；悬臂梁段腹板6分别与上部方状环形隔板4、中方钢管柱2及下部方状环形隔板5焊接。上部方状环形隔板4、下部方状环形隔板5的内环尺寸均小于方钢管柱内环尺寸，其外环直径大于方钢管柱外环尺寸，且环形隔板厚度大于工字梁段翼缘厚度。

如图1、2所示，上部方状环形隔板4和工字梁段10上翼缘通过高强螺栓群连接；下部方状环形隔板5和工字梁段10下翼缘通过高强螺栓群连接；悬臂梁段腹板6和腹板剪切板7通过高强螺栓群连接；上翼缘外盖板8、下翼缘外盖板9与工字梁段10翼缘通过高强螺栓群连接。

如图2所示，在现场安装过程中，先将下翼缘外盖板9通过高强螺栓与下部环形隔板5连接，将工字梁段10搁置在外伸下翼缘外盖板9上，再将悬臂段的腹板通过腹板剪切板7与工字梁段腹板连接，然后连接上翼缘外盖板8，最后安装自复位装置预应力钢绞线12并施加预紧力。

如图7、8分别为一种可恢复功能的装配式自复位框架体系的翼缘连接板构造形式。上翼缘外盖板8、下翼缘外盖板9可设置圆弧狗骨削弱区和开洞剪切削弱区两种形式。

Claims (3)

1.一种可恢复功能的装配式自复位框架体系，其特征在于：该装置由两个带悬臂梁段的方钢管柱、一个工字梁段、一组自复位装置以和两组连接装置组成；所述的带悬臂梁段的方钢管柱包括一个悬臂梁段、一个上方钢管柱、一个与悬臂梁段等高的中方钢管柱、一个下方钢管柱，中方钢管柱分别焊接在悬臂梁段上，上方钢管柱和下方钢管柱分别焊接在中方钢管柱的上端和下端，悬臂梁段由一个上部方状环形隔板、一个下部方状环形隔板及悬臂梁段腹板焊接而成；其中，上部方状环形隔板和下部方状环形隔板都分为三部分，分别为方状圆环部分、圆弧连接段部分、翼缘段部分；方状圆环部分作为节点域的加强部分、圆弧连接段部分作为梁端部加腋部分、翼缘段部分作为与工字梁段的拼接部分；下翼缘板和中间腹板在工厂焊接而成；所述中方钢管柱的壁厚应大于上方钢管柱和下方钢管柱的壁厚，所述方状环形隔板厚度与工字梁段翼缘厚度之比应大于1.3；带悬臂梁段的方钢管柱和工字梁段通过连接装置连接，且悬臂梁段和工字梁段之间不留空隙；所述的工字梁段由上翼缘板，下翼缘板和中间腹板在工厂焊接而成；自复位装置由两个工装和预应力钢绞线连接组成，其中工装焊接在悬臂梁段起弧处。

2.根据权利要求1所述的一种可恢复功能的装配式自复位框架体系，其特征在于：所述的连接装置包括一个上翼缘外盖板、一个下翼缘外盖板、两个腹板剪切板和高强螺栓群，上翼缘外盖板和下翼缘外盖板用于连接悬臂梁段和工字梁段上下翼缘，上翼缘外盖板紧贴工字梁段和悬臂梁段上翼缘，下翼缘外盖板紧贴工字梁段和悬臂梁段下翼缘，腹板剪切板用于连接悬臂梁段腹板和工字梁段腹板。

3.根据权利要求1所述的一种可恢复功能的装配式自复位框架体系，其特征在于：所述的连接装置中的上翼缘外盖板和下翼缘外盖板设置成圆弧狗骨削弱区或者开洞剪切削弱区。