[發明專利]一種新型震后易修復鋼異形柱框架結構柱腳

有效

• 申請號: 201310703496.4
• 申請日: 2013-12-19
• 公開（公告）號: CN103669722A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 高嬌嬌;蘇經宇;馬東輝;王威;郭小東;王志濤;熊志陽
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: E04C3/32
• 分類號: E04C3/32;E04B1/58;E04B1/98
• 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

本發明涉及一種新型震后易修復鋼異形柱框架結構柱腳，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結構柱腳

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，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，而鋼框架節點設計得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,裂紋通常起源于梁柱節點焊縫。一年后,日本的阪神發生了地震,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，多采用如圖1所示的節點形式。在洛杉磯地震發生前，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結構柱腳，該柱腳可以顯著提高結構的抗震性能，減少震后修復難度與維護費用；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，在拉桿張拉力的作用下梁柱接觸面產生壓應力，這種預壓應力將為柱腳提供較大的抵抗彎矩，而梁柱接觸面的摩擦力又將為柱腳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。

柱腳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，高性能鋼則進入塑性狀態以耗散能量，地震作用后柱腳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。預應力柱腳的主要優點：（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，并通過高性能鋼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結構柱腳，該結構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而成。

柱腳位置在異形柱與地基相連處。

本發明所述的新型震后易修復鋼異形柱框架結構柱腳中，L形柱腳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；雙槽鋼梁分為兩根槽鋼，柱腳連接時，將兩根槽鋼一起用螺栓連接在梁端腹板上，為加強柱腳處梁與異形柱連接的強度與剛度，在雙槽鋼梁與梁柱連接板接觸處即槽鋼內圈施加三面圍焊；另一肢與本肢相同；在L形異形柱彎矩較大的短肢內部焊接橫向加勁肋（焊接可以在工廠加工完成，T形、十字形不需要焊接）在加勁肋上下焊接角鋼用以固定預應力拉桿；將預應力拉桿穿過預留孔洞，并施加預應力，用永久錨具錨固在角鋼上；再將防屈曲板、加強板、以及蓋板用螺栓連接于L形異形柱翼緣處；蓋板周邊有突出圍邊，以蓋板與加強板絕對密實，防止潮氣入侵蓋板內腐蝕防屈曲板；再將剪切板用螺栓與雙槽鋼梁連接。

T形柱腳與十字形柱腳連接步驟與L形相同，焊接角鋼均布置在異形柱所受彎矩較大的一肢上，另一肢不需要布置；由于T形柱腳與十字形柱腳為單面對稱或雙面對稱，不易失穩，可以不布置加勁肋。