CN112814276A - 一种限制楼板惯性力传递的带摩擦连接的钢-混凝土组合梁 - Google Patents

一种限制楼板惯性力传递的带摩擦连接的钢-混凝土组合梁 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种限制楼板惯性力传递的带摩擦连接钢‑混凝土组合梁，属于土木工程结构技术领域混凝土楼板设置在开槽钢梁的上方，在混凝土楼板上对称设置有两排通孔，所述开槽钢梁的上部钢板开设有与混凝土楼板相对应的开槽，高强度螺栓穿过通孔，高强度螺栓的下部配备安装有螺母用于对混凝土楼板和开槽钢梁进行预紧；螺母的上部固定有盖板，在盖板上通过特种胶水粘结有第一垫片；第二垫片设置在开槽钢梁与混凝土楼板之间，其通过结构胶粘结在混凝土楼板上。有益效果为：在地震作用下，该组合梁能承受并传递纵向剪力，使型钢与混凝土不能自由变形，同时该组合梁抵抗混凝土楼板与开槽钢梁的掀起力，限制两者发生竖向分离。

Description

一种限制楼板惯性力传递的带摩擦连接的钢-混凝土组合梁
技术领域
本发明属于土木工程结构技术领域，是一种限制楼板惯性力传递的带摩擦连接的钢-混凝土组合梁。
背景技术
楼板上积聚的大量质量，在地震作用下产生的惯性力传递给抗侧力体系。对楼板而言，过大的惯性力将带来板内的非弹性和非延性反应。对抗侧力体系而言，由于二阶和高阶模态的影响，即使产生延性的非线性反应，仍会观察到较大的楼板加速度。而楼板与抗侧力体系的相互作用，导致倾覆力矩和抗侧力体系对剪力需求的增加，限制楼板惯性力的传递具有重大意义。
世界各地的许多结构都在使用摩擦连接，而不是依赖于屈服在地震震动时耗散能量。由此产生的结构保持相对较低的损伤，震后集中在螺栓上的损伤可以通过更换螺栓方便地进行修复，便于震后的结构快速修复和构件替换。
剪力连接件在钢-混凝土组合梁结构中主要承受混凝土楼板和钢梁之间界面上的纵向剪力，抵抗两者之间的相对滑移和掀起。而非对称摩擦连接恰好可以通过摩擦滑移来耗散地震能量。
摩擦型连接借助摩擦力将钢梁与混凝土楼板组合成整体，其中最典型的方式就是采用高强螺栓。通过施加预压力增大挤压作用，以提高接触面的摩擦力，同时增强界面抗拉拔能力，这种连接形式通常应用于预制混凝土与型钢构成的组合构件中。
钢-混凝土组合梁在承受荷载时，能够使钢材充分发挥其抗拉性能，混凝土充分发挥其抗压性能。从而节约钢材和混凝土材料，减轻自重，并具有良好的受力性能，整体性能，简化施工和提高耐火性能等优势，并且可以节省工程材料，降低工程造价，所以该组合梁在国内外已经得到了广泛的重视和发展。
发明内容
本发明基于传统的钢-混凝土组合连接的基础上，通过非对称摩擦连接较好的限制了楼板惯性力的传递，保护钢-混凝土组合梁，避免地震带来损伤，同时可以很好的帮助组合梁消耗一部分的能量。在强震下用摩擦耗能代替屈服耗能，分两个阶段耗散地震能量，限制楼板惯性力的传递，由此产生的结构保持相对较低的损伤，只有螺栓和垫片与滑动机制相关，可更换，便于震后的结构快速修复和构件替换。
具体方案如下：一种限制楼板惯性力传递的带摩擦连接的钢-混凝土组合梁，包括：高强度螺栓、混凝土楼板、第一垫片、第二垫片、开槽钢梁、盖板和螺母，混凝土楼板设置在开槽钢梁的上方，在混凝土楼板上对称设置有两排通孔，所述开槽钢梁的上部钢板开设有与混凝土楼板相对应的开槽，高强度螺栓穿过通孔，高强度螺栓的下部配备安装有螺母用于对混凝土楼板和开槽钢梁进行预紧；螺母的上部固定有盖板，在盖板上通过特种胶水粘结有第一垫片；第二垫片设置在开槽钢梁与混凝土楼板之间，其通过结构胶粘结在混凝土楼板上。
优选的，还包括蝶形弹簧，所述蝶形弹簧设置在螺母与盖板之间；采用碟形弹簧，用来保护被连接件的表面不受螺母擦伤，分散螺母对被连接件的压力，减少振动带来的脱离，减少预紧力的损失，以及降低摩擦升温带来的不利影响。
优选的，还包括平垫圈，所述平垫圈设置在蝶形弹簧和螺母之间。
优选的，在混凝土楼板的通孔内预埋有螺栓孔道。
优选的，开槽钢梁的开槽形状为矩形。
优选的，矩形开槽的长边与钢梁的长度方向相同。
本发明的有益效果为：
本发明采用非对称摩擦，区别于对称摩擦，垫片在开槽钢板两侧不对称滑动，可以很好地分两阶段实现耗能，为钢-混凝土组合结构提供耗能机制。在摩擦耗能的同时，很好地解决了在地震作用下因为楼板惯性力的传递而导致的结构损伤问题。在极限状态条件下，将通过其关键耗能部件（即非对称摩擦连接）的双平台稳定滑动来耗散地震能量。该组合梁在地震作用下很大程度的削弱了地震作用。在极限状态条件下，将通过滑动摩擦来耗散地震能量。
在地震作用下，该组合梁能承受并传递开槽钢梁与混凝土楼板接触面的纵向剪力，使界面滑移受到约束，型钢与混凝土不能自由变形，同时该组合梁抵抗混凝土楼板与开槽钢梁的掀起力，限制两者发生竖向分离，这样就能够保证钢－混凝土组合结构发挥组合效应。
此装置安装方便，便于损坏后的更换和维修。
附图说明
图1为本发明的立体图；
图2为本发明的前视图；
图3为本发明的左视图；
图4为本发明的俯视图；
图5为本发明的分解图；
图6为本发明的工作示意图；
图7为本发明组合梁在震动情况下的耗能示意图。
附图标记说明
1-高强度螺栓、2-混凝土楼板、3-垫片、4-开槽钢梁、5-盖板、6-蝶形弹簧、7-平垫圈、8-螺母。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、 “后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。
如图1所示，本发明所述的一种限制楼板惯性力传递的带摩擦连接的钢-混凝土组合梁包括，高强度螺栓1、混凝土楼板2、第一垫片3、第二垫片、开槽钢梁4、盖板5和螺母8，混凝土楼板2设置在开槽钢梁4的上方，在混凝土楼板2上对称设置有两排通孔，所述开槽钢梁4的上部钢板开设有与混凝土楼板2相对应的开槽，高强度螺栓1穿过通孔，高强度螺栓1的下部配备安装有螺母8用于对混凝土楼板2和开槽钢梁4进行预紧；螺母的上部固定有盖板5，在盖板上粘结有第一垫片3；第二垫片设置在开槽钢梁4与混凝土楼板2之间，其粘结在混凝土楼板2上；述蝶形弹簧6设置在螺母8与盖板5之间；平垫圈7设置在蝶形弹簧6和螺母8之间。在混凝土楼板2的通孔内预埋有螺栓孔道，开槽钢梁4的开槽形状为矩形；矩形开槽的长边与钢梁的长度方向相同。
本发明突破了传统中依靠结构本身的延性来消耗地震能量的抗震方法，通过在结构中加入非对称的摩擦连接，与普通钢-混凝土组合梁相比，初始刚度和承载力均较大，有利于地震作用下的位移和承载力的控制，限制楼板惯性力的传递，这样的限制楼板惯性力传递的带摩擦连接钢-混凝土组合梁在地震作用下，可以耗散一部分地震能量，减轻主体结构的损害。
此外，本发明采用安装较为方便的螺栓连接，耗能元件施工工艺简单，可在工厂中实现其模数化、标准化、规模化生产，而且易于拆卸更换，可降低建筑物震后修复费用，具有重要的科学意义和经济价值。
本发明通过非对称摩擦原理，使用垫片作为摩擦材料分两阶段耗能，具体耗能情况见附图7，为钢-混凝土组合结构提供耗能机制。在摩擦耗能的同时，很好地解决了在地震作用下因为楼板惯性力的传递而导致的结构损伤问题。在极限状态条件下，将通过其关键耗能部件（即非对称摩擦连接）的双平台稳定滑动来耗散地震能量。
通过非对称摩擦连接分阶段耗能，在小震下钢-混凝土组合梁整体工作，中大震下楼板先沿开槽剪切滑移形成第一个滑动平台，随着地震作用加大，带动盖板滑移形成第二个滑动平台，本发明通过摩擦传力，大大限制楼板惯性力的传递，从而降低惯性力传递对结构的损伤，同时也可以参与地震时的耗能，从而做到小震不坏，中震可修，大震不倒。
其主要摩擦运动方向为前后运动。
如图6所示，为本发明的工作示意图，在小震下钢-混凝土组合梁整体工作，中大震下楼板先沿开槽剪切滑移形成第一个滑动平台，随着地震作用加大，带动盖板滑移形成第二个滑动平台，本发明通过摩擦传力，大大限制楼板惯性力的传递，从而降低惯性力传递对结构的损伤，同时也可以参与地震时的耗能，从而做到小震不坏，中震可修，大震不倒。
以上对本发明进行了较为详细的描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (6)

1.一种限制楼板惯性力传递的带摩擦连接的钢-混凝土组合梁，其特征在于，包括：高强度螺栓（1）、混凝土楼板（2）、第一垫片（3）、第二垫片、开槽钢梁（4）、盖板（5）和螺母（8），混凝土楼板（2）设置在开槽钢梁（4）的上方，在混凝土楼板（2）上对称设置有两排通孔，所述开槽钢梁（4）的上部钢板开设有与混凝土楼板（2）相对应的开槽，高强度螺栓（1）穿过通孔，高强度螺栓（1）的下部配备安装有螺母（8）用于对混凝土楼板（2）和开槽钢梁（4）进行预紧；螺母的上部固定有盖板（5），在盖板上粘结有第一垫片（3）；第二垫片设置在开槽钢梁（4）与混凝土楼板（2）之间，其粘结在混凝土楼板（2）上。
2.根据权利要求1所述的一种限制楼板惯性力传递的带摩擦连接的钢-混凝土组合梁，其特征在于，还包括蝶形弹簧（6），所述蝶形弹簧（6）设置在螺母（8）与盖板（5）之间。
3.根据权利要求2所述的一种限制楼板惯性力传递的带摩擦连接的钢-混凝土组合梁，其特征在于，还包括平垫圈（7），所述平垫圈（7）设置在蝶形弹簧（6）和螺母（8）之间。
4.根据权利要求1所述的一种限制楼板惯性力传递的带摩擦连接的钢-混凝土组合梁，其特征在于，在混凝土楼板（2）的通孔内预埋有螺栓孔道。
5.根据权利要求1所述的一种限制楼板惯性力传递的带摩擦连接的钢-混凝土组合梁，其特征在于，开槽钢梁（4）的开槽形状为矩形。
6.根据权利要求5所述的一种限制楼板惯性力传递的带摩擦连接的钢-混凝土组合梁，其特征在于，矩形开槽的长边与钢梁的长度方向相同。
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