[發(fā)明專利]含可置換式梁端轉(zhuǎn)動耗能鉸及小斜跨套索的裝配式鋼結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710336945.4
• 申請日: 2017-05-14
• 公開（公告）號: CN106948484B
• 公開（公告）日: 2019-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 閆維明;王寶順;何浩祥;許維炳
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: E04B1/24
• 分類號: E04B1/24;E04B1/98;E04H9/02
• 代理公司: 北京思海天達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發(fā)明公開了含可置換式梁端轉(zhuǎn)動耗能鉸及小斜跨套索的裝配式鋼結(jié)構(gòu)，包括裝配式鋼梁、裝配式鋼柱、阻尼器、節(jié)點板、銷栓、耳板、下連桿、上連桿、連接板、梯型腋梁、螺栓、端板、前后蓋板、轉(zhuǎn)動板、環(huán)形凹槽、剪切塊、剪切鍵、轉(zhuǎn)軸、翼緣凹口、腹板肋條。該裝配式鋼結(jié)構(gòu)中的梁端轉(zhuǎn)動耗能鉸局部削弱了塑性鉸區(qū)，不僅充分體現(xiàn)了“強柱弱梁”的設(shè)計理念，還可以通過剪切變形耗散結(jié)構(gòu)的能量；小斜跨套索耗能裝置為結(jié)構(gòu)提供抗側(cè)剛度的同時，會通過放大水平位移進行阻尼器充分耗能。該裝配式鋼結(jié)構(gòu)耗能機理明確，在地震動作用下具有較強的耗能能力，能夠減輕鋼結(jié)構(gòu)的主體損傷和破壞，且在震后或損傷后易于置換。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種含可置換式梁端轉(zhuǎn)動耗能鉸及小斜跨套索的裝配式鋼結(jié)構(gòu)，屬于結(jié)構(gòu)工程的減震控制和可裝配式結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近些年來，隨著我國科技的提高和經(jīng)濟的快速增長，綜合國力的進一步增強，鋼產(chǎn)量已躍居世界大國前列，由過去限制用鋼的理念轉(zhuǎn)變到現(xiàn)今提倡在建筑中積極、合理的用鋼，在這一政策的引導(dǎo)下，各經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)鋼結(jié)構(gòu)建筑大量涌現(xiàn)出來。由于鋼結(jié)構(gòu)具有重量輕、結(jié)構(gòu)形式多樣化、應(yīng)用范圍廣和環(huán)保等優(yōu)點，多高層鋼結(jié)構(gòu)得到了快速的發(fā)展，解決了建筑用地稀缺和環(huán)保等問題。同時也為土木界的工程師和科研人員帶來了新的問題，由于近年來地震的頻頻發(fā)生，人們對建筑物的抗震性能日益重視，對多高層鋼結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計水平要求也逐漸提高。

傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)抗震是通過增強結(jié)構(gòu)本身的抗震性能(強度、剛度、延性)來抵御地震作用，即由結(jié)構(gòu)本身儲存和消耗地震能量，由于結(jié)構(gòu)本身剛度越大，結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)就越大，結(jié)構(gòu)很可能不滿足安全性的要求，而產(chǎn)生嚴(yán)重破壞或倒塌，造成重大的經(jīng)濟損失和人員傷亡。針對以上傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)抗震的缺陷，研究者們一般采用鋼框架—支撐結(jié)構(gòu)、鋼框架—剪力墻結(jié)構(gòu)、交錯桁架結(jié)構(gòu)和耗能減震鋼結(jié)構(gòu)，上述四種結(jié)構(gòu)形式在抗震性能方面都存在不足之處。鋼框架—支撐結(jié)構(gòu)延性小、耗能能力小，且震后產(chǎn)生的塑性變形難以修復(fù)；鋼框架—剪力墻結(jié)構(gòu)中采用鋼筋混凝土剪力墻作為抗震的第二道防線，不利于實現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)的快速裝配化，且兩者同時施工存在較大誤差；交錯桁架結(jié)構(gòu)與鋼框架—支撐結(jié)構(gòu)相似，結(jié)構(gòu)的抗震性能很差，造成承載力和剛度的突然減少；耗能減震鋼結(jié)構(gòu)體系通過耗能裝置來耗散或吸收地震輸入結(jié)構(gòu)中的能量，減小主體結(jié)構(gòu)的地震作用，從而避免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞或倒塌。目前存在的耗能部件也有不足之處，粘滯阻尼器耗能效果良好，但為結(jié)構(gòu)提供的抗側(cè)剛度很小；金屬阻尼器能為結(jié)構(gòu)提供很大的抗側(cè)剛度，但是在多遇地震或風(fēng)振下常常不能充分耗能，減振效果差；研究者們也采用不同的連接方式提高耗能部件對結(jié)構(gòu)的減震效果，常用的有對角連接、水平連接、肘式連接和剪刀型連接方式，以上連接方式的確提高了減震效果，但是占用空間大，布置位置有一定的局限性，對建筑使用空間和建筑物美觀造成了一定的影響。

目前，多高層鋼結(jié)構(gòu)在強烈地震作用下破壞和倒塌是由于層間位移過大或結(jié)構(gòu)的部分構(gòu)件和節(jié)點發(fā)生屈服、屈曲、斷裂，造成結(jié)構(gòu)的恢復(fù)力退化、產(chǎn)生不可恢復(fù)的塑性變形造成的。有鑒于此，各國學(xué)者提出了多種節(jié)點改進方法，常用的有“狗骨型”節(jié)點、腹板開洞節(jié)點、加腋梁法、蓋板式連接等。工程中主要采用梁端削弱型和梁端加強型兩種。狗骨型節(jié)點和腹板開洞型節(jié)點是梁端削弱式梁柱節(jié)點的典型代表。然而，梁端削弱式節(jié)點也存在以下不足：首先，當(dāng)翼緣或腹板被削弱后，構(gòu)件的整體剛度會降低，設(shè)計不當(dāng)將給結(jié)構(gòu)帶來安全隱患。其次，在大震作用下削弱處將存在較嚴(yán)重的累積塑性應(yīng)變并可能發(fā)生嚴(yán)重屈曲和側(cè)向偏移，如果有余震產(chǎn)生，鋼梁將發(fā)生二次損傷從而徹底破壞。此外，局部削弱式節(jié)點在地震之后的修復(fù)技術(shù)復(fù)雜，成本較高。上述問題亟需解決，應(yīng)該同時控制多高層鋼結(jié)構(gòu)的層間位移、構(gòu)件和節(jié)點的損傷，這樣就能顯著減少多高層鋼結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。多高層鋼結(jié)構(gòu)層間位移控制裝置不但要求耗能效率高，且應(yīng)該占用空間小，不對結(jié)構(gòu)的洞口、門窗和使用空間造成影響；針對多高層構(gòu)件和節(jié)點的屈服、屈曲、斷裂等問題，應(yīng)該進行塑性鉸區(qū)局部的削減，使構(gòu)件在地震動作用下處于彈性或弱非線性階段，且塑性鉸區(qū)具有一定的小位移耗能能力，最終提高結(jié)構(gòu)的延性和耗能能力。