[發明專利]一種新型震后易修復鋼異形柱框架

無效

• 申請號: 201310703332.1
• 申請日: 2013-12-19
• 公開（公告）號: CN103696503A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 高嬌嬌;王威;蘇經宇;李波;劉曉然;侯亞坤
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: E04B1/98
• 分類號: E04B1/98;E04B1/58;E04B1/19
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本發明涉及一種易修復鋼異形柱框架，屬于抗震減災技術領域，尤其涉及一種新型震后易修復鋼異形柱框架。

背景技術

地震中建筑的倒塌是威脅人民生命安全和造成財產損失最主要的原因。汶川及雅安地震表明混凝土結構抗震性能不佳，目前我國鋼結構發展迅速，尤其是預應力鋼結構技術處于國際先進水平，如國家體育館雙向張弦結構和北京工業大學體育館弦支穹頂結構均創當時同類結構跨度最大世界記錄，引領了預應力鋼結構的發展。發揮預應力技術優勢，將其應用到鋼框架節點上，會提高節點的抗震性能及自復位能力，而鋼框架節點設計的好壞直接影響到鋼結構的質量。倘若構件沒破壞而節點已經失效，就達不到結構抗震設計的初衷，更不能滿足“強節點，弱構件”的設計理念。

1994年1月17日,美國洛杉磯發生地震，100多幢鋼結構建筑在梁柱節點部位斷裂,而裂紋通常起源于梁柱節點焊縫。一年后,日本阪神發生了地震，震后調查顯示，造成大部分斷裂的根本原因在于節點的設計和施工方面的問題。這兩次地震促使了學者研究和調整節點的設計。

在1994年洛杉磯發生地震以前多采用槽鋼型鋼梁，這種節點造價低廉、施工方便，而且當時普遍認為該節點形式能夠較好的利用材料延性，促使梁端出現塑性鉸，使節點免于破壞，實現“強節點，弱構件”的設計思想。但是，在地震中這類節點形式并沒有表現出應有的延性，而過早地出現了脆性斷裂，裂紋通常起源于梁柱節點焊縫。經過分析得出造成大部分斷裂的根本原因在于節點的設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構的影響成為鋼結構領域的重點研究內容之一。

發明內容

本發明的目的在于提供了一種新型震后易修復鋼異形柱框架，該框架提高了結構抗震性能，減少了震后修復難度與維護費用；該新型震后易修復鋼異形柱框架結構的基本構成包括框架梁、柱、預應力構件、角鋼、摩擦件和其它構件；具體構造是在施工過程中，先安裝頂底角鋼，然后安裝高強鋼拉桿并進行張拉，在拉桿張拉力作用下梁柱接觸面產生壓應力，這種預壓應力將為節點提供較大的抵抗彎矩，而梁柱接觸面的摩擦力又將為節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力過大，在梁的上下翼緣處各焊接一塊加強板，加強板可以增大梁翼緣與柱之間的接觸面，從而減小梁翼緣中的壓應力，避免梁翼緣在壓應力作用下局部屈服。

預應力自復位節點基本原理：當地震作用達到一定程度時，梁柱的接觸面張開，角鋼出現塑性變形并耗能，從而避免了梁柱等主體構件的損壞。地震作用后，結構在預應力作用下恢復到原先的豎向位置。研究表明，如果在梁的腹板或者翼緣處設計耗能構件，該節點剛度強度與全焊節點類似，并且具有良好的延性。后張拉自復位框架節點可以得到與傳統鋼框架相似的強度和剛度。但此自復位節點施工現場不需施焊，全部采用螺栓連接或在工廠先行焊接后，到施工現場再進行螺栓連接。

節點的初始剛度與焊接節點基本相當，在層間位移角達到5%的情況下，主體結構梁和柱仍保持彈性，角鋼則進入塑性狀態以耗散能量，地震作用后節點可以回復到其初始位置。

預應力的施加使鋼框架結構能夠得到較高的安全系數。預應力節點的主要優點：（1）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點相似，相當于剛性節點；（3）地震下梁柱均保持彈性，非彈性變形集中在節點，并通過節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難度及成本。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為一種新型震后易修復鋼異形柱框架，該新型震后易修復鋼異形柱框架包括雙槽鋼梁、等肢角鋼、梁柱連接板、梁端腹板、單根槽鋼、鋼拉索、L形異形柱、T形異形柱、十字形異形柱、蓋板、防屈曲板、加強板、剪切板、加勁肋、固定角鋼和預應力拉桿；其中，異形柱包括三種形式即L形異形柱、T形異形柱和十字形異形柱；節點連接形式包括三種，即L形節點連接、T形節點連接和十字形節點連接；柱腳位置在異形柱與地基相連處；柱腳形式包括三種即L形柱腳、T形柱腳和十字形柱腳；其中，L形柱腳分為A、B兩面，T形柱腳共分A、B、C三個面，十字形柱腳共四個面，但四個面均相同。

在該新型震后易修復鋼異形柱框架結構中，所涉及的梁是由型鋼構成的雙槽鋼梁，雙槽鋼梁是由單槽鋼在梁端用梁端腹板拼接成的。