[發明專利]一種抗震耗能的等截面工字鋼及包含它的框架梁

有效

• 申請號: 201410175418.6
• 申請日: 2014-04-28
• 公開（公告）號: CN103924706A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 郭兵
• 申請（專利權）人: 山東建筑大學
• 主分類號: E04B1/98
• 分類號: E04B1/98;E04C3/06
• 代理公司: 山東舜天律師事務所 37226
• 代理人: 李新海

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技術領域

本發明涉及的是建筑結構領域中的等截面工字鋼以及一種抗震耗能的等截面組合工字鋼框架梁。

背景技術

抗震設防地區的結構構件必須具備一定的耗能能力，鋼框架結構在地震作用下的理想耗能方式為框架梁的端部形成塑性鉸。傳統鋼框架工字鋼梁的翼緣、腹板都采用材質相同的高強度鋼，且為等截面，由于地震作用下框架梁端部的彎矩起控制作用（剪力和軸力不起控制作用），因此梁的端部最有可能形成塑性鉸。但是多次震災均表明，在梁的端部形成塑性鉸之前，梁與柱的連接節點率先發生了破壞，造成了嚴重災害。為防止這一現象，國際上先后出現了加強梁與柱連接節點（通過加寬或加厚梁翼緣尺寸來增大梁與柱之間的連接焊縫）、削弱梁端部截面（切削梁翼緣或在梁腹板開洞）等一系列抗震改進方法，這些方法雖然有效，但改變了梁的截面形狀，成為非等截面梁，不僅影響了翼緣、腹板等板件的局部穩定，對梁的整體穩定也有影響，而且加工制作繁瑣，增加了建設成本。

發明目的

本發明專利的目的是為克服現有方法的不足，提高板件及梁的穩定承載力，簡化工字鋼框架梁的加工制作程序，節約建設成本，保證梁與柱連接節點破壞之前在梁上形成塑性鉸，實現抗震耗能，提供一種抗震耗能的等截面工字鋼及其及包含它的框架梁。

為實現上述技術目的，本發明采用下述技術方案：

一種抗震耗能的等截面工字鋼，包括翼緣和腹板，所述腹板包括并列固定連接在一起的至少一段第一腹板和至少一段第二腹板，所述第一腹板和翼緣采用高屈服點鋼材制成，所述第二腹板采用低屈服點鋼材制成，所述第一腹板與第二腹板的上下端均連接所述翼板，其中，所述低屈服點鋼材與高屈服點鋼材的屈服強度之比介于0.5~0.7之間。

根據本發明的抗震耗能的等截面工字鋼采用兩種屈服點不同的鋼材組成，腹板由兩種不同屈服點的鋼材制成，相對于相有技術，簡化工字鋼框架梁的加工制作程序，節約建設成本，低屈服點的第二腹板保證梁與柱連接節點破壞之前形成塑性鉸，實現抗震耗能。所述等截面是指梁的截面形狀和尺寸沿著梁長不發生變化。

另外，本發明的抗震耗能的等截面工字鋼還可以具有以下附加技術特征：

優選的，所述第二腹板為兩段，分別設在在所述腹板的兩端且第二腹板的兩端各連接一段所述第三腹板。這樣，第二腹板位于整個腹板的兩端，可以保證梁與柱連接節點破壞之前在梁的端部形成塑性鉸。

優選的，所述第二腹板的外端距所述腹板兩端0.5倍梁高，第二腹板的長度為1倍梁高。

優選的，所述第一腹板和第二腹板之間焊接在一起。

本發明還提供一種抗震耗能的等截面組合工字鋼框架梁，采用上述抗震耗能的等截面工字鋼。

下面對本發明抗震耗能的作用進行分析，如下：工字鋼框架梁的控制內力為彎矩，其全截面塑性彎矩M可分為翼緣承擔的彎矩M_f和腹板承擔的彎矩M_w兩部分，即

M=M_f?+M_w????????????????????????????（1）

當腹板和翼緣采用同一種鋼材時，對于常規的工字鋼截面，腹板承擔的彎矩M_w約占全截面彎矩M的20%，即

M_w?=0.2M????????????????????????????（2）

則翼緣承擔的彎矩為

M_f?=M-M_w?=0.8M?????????????????????????（3）

當翼緣采用高屈服點鋼材（假設屈服強度為f_y1）、腹板采用低屈服點鋼材（假設屈服強度為f_y2）時，腹板鋼材與翼緣鋼材的屈服強度比為

β=f_y2/f_y1?????????????????????????????（4）

則腹板承擔的彎矩M_w由0.2M降為0.2βM，降幅為0.2?(1-β)M，而翼緣承擔的彎矩M_f保持不變，因此梁全截面塑性彎矩的降幅ΔM就等于腹板承擔彎矩的降幅，即

ΔM=0.2(1-β)M??????????????????????????（5）