一种新型震后易修复钢异形柱框架结构柱脚的制作方法
【专利摘要】一种新型震后易修复钢异形柱框架结构柱脚，自复位柱脚预应力柱脚通过加强板来优化柱底部的轴向与水平向的受力性能，防屈曲钢板主要用来耗散地震能量，剪切板是防止剪力过大造成柱底的局部屈服；所述预应力柱脚的关键构件是预应力拉杆，拉杆的作用是对柱提供预压力使柱与梁紧密连接，从而使柱脚在承受弯矩较小时近似刚性连接，并使其具有震后自复位能力。
【专利说明】一种新型震后易修复钢异形柱框架结构柱脚
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种新型震后易修复钢异形柱框架结构柱脚，属于抗震减灾【技术领域】，尤其涉及一种新型震后易修复钢异形柱框架结构柱脚
【背景技术】
[0002]地震中建筑的倒塌是威胁人民生命安全和造成财产损失最主要的原因。汶川及雅安地震表明混凝土结构抗震性能不佳，目前我国钢结构发展迅速，尤其是预应力钢结构技术处于国际先进水平，国家体育馆双向张弦结构和北京工业大学体育馆弦支穹顶结构均创当时同类结构跨度最大世界记录，引领了预应力钢结构的发展。发挥预应力技术优势，将其应用到钢框架节点上，会提高节点的抗震性能及自复位能力，而钢框架节点设计得好坏直接影响到钢结构的质量。倘若构件没破坏而节点已经失效，就达不到结构抗震设计的初衷，更不能满足“强节点，弱构件”的设计理念。
[0003]1994年I月17日，美国洛杉矶发生地震，100多幢钢结构建筑在梁柱节点部位断裂，裂纹通常起源于梁柱节点焊缝。一年后，日本的阪神发生了地震，震后调查显示，造成大部分断裂的根本原因在于节点的设计和施工方面的问题。这两次地震促使了学者研究和调整节点的设计。在1994年洛杉矶发生地震以前，多采用如图1所示的节点形式。在洛杉矶地震发生前，这种节点造价低廉，施工方便，而且当时普遍认为该节点形式能够较好的利用材料延性，促使梁端出现塑性铰，使节点免于破坏，实现“强节点，弱构件”的设计思想。但是，在地震中这类节点形式并没有表现出应有的延性，而过早地出现了脆性断裂，裂纹通常起源于梁柱节点焊缝。经过分析得出造成大部分断裂的根本原因在于节点的设计和施工方面的问题。在洛杉矶地震以后的十年，梁柱连接性能及其对钢框架结构的影响成为钢结构领域的重点研究内容之一。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供了一种新型震后易修复钢异形柱框架结构柱脚，该柱脚可以显著提高结构的抗震性能，减少震后修复难度与维护费用；是在施工过程中，先安装顶底角钢，然后安装高强钢拉杆并进行张拉，在拉杆张拉力的作用下梁柱接触面产生压应力，这种预压应力将为柱脚提供较大的抵抗弯矩，而梁柱接触面的摩擦力又将为柱脚提供较大的抵抗剪力。梁端部与柱之间安装垫板即梁柱连接板，防止梁腹板与柱直接接触造成局部应力过大，在梁的上下翼缘处各焊接一块加强板，加强板可以增大梁翼缘与柱之间的接触面，从而减小梁翼缘中的压应力，避免梁翼缘在压应力作用下局部屈服。
[0005]柱脚的初始刚度与焊接节点基本相当，在层间位移角达到5%的情况下，主体结构梁和柱仍保持弹性，高性能钢则进入塑性状态以耗散能量，地震作用后柱脚可以回复到其初始位置。
[0006]预应力的施加使钢框架结构能够得到较高的安全系数。预应力柱脚的主要优点:
(I)拥有自定心的能力，从而大大减小了震后残余变形；(2)初始刚度较大与全焊接节点相似，相当于刚性节点；(3)地震下梁柱均保持弹性，非弹性变形集中在节点，并通过高性能钢的非弹性变形提供耗能机制；(4)大大降低了震后修复难度及成本。
[0007]为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种新型震后易修复钢异形柱框架结构柱脚，该结构所涉及的梁是由型钢构成的双槽钢梁，双槽钢梁是由单槽钢在梁端用梁端腹板拼接而成。
[0008]柱脚位置在异形柱与地基相连处。
[0009]本发明所述的新型震后易修复钢异形柱框架结构柱脚中，L形柱脚连接步骤为梁柱连接板与梁端腹板在工厂先行焊接，梁柱连接板垂直于梁端腹板，梁端腹板位于梁柱连接板的中部，其高度等于双槽钢梁的型钢腹板高度，现场用螺栓将焊接在一起的梁柱连接板与梁端腹板固定在L形异形柱翼缘上；双槽钢梁分为两根槽钢，柱脚连接时，将两根槽钢一起用螺栓连接在梁端腹板上，为加强柱脚处梁与异形柱连接的强度与刚度，在双槽钢梁与梁柱连接板接触处即槽钢内圈施加三面围焊；另一肢与本肢相同；在L形异形柱弯矩较大的短肢内部焊接横向加劲肋(焊接可以在工厂加工完成，T形、十字形不需要焊接)在加劲肋上下焊接角钢用以固定预应力拉杆；将预应力拉杆穿过预留孔洞，并施加预应力，用永久锚具锚固在角钢上；再将防屈曲板、加强板、以及盖板用螺栓连接于L形异形柱翼缘处；盖板周边有突出围边，以盖板与加强板绝对密实，防止潮气入侵盖板内腐蚀防屈曲板；再将剪切板用螺栓与双槽钢梁连接。
[0010]T形柱脚与十字形柱脚连接步骤与L形相同，焊接角钢均布置在异形柱所受弯矩较大的一肢上，另一肢不需要布置；由于T形柱脚与十字形柱脚为单面对称或双面对称，不易失稳，可以不布置加劲肋。
[0011]本发明所述的新型震后易修复钢异形柱框架结构柱脚中，异形柱的形式有三种，分别为L形异形柱、T形异形柱、十字形异形柱；其柱脚形式包括三种形式L形柱脚、T形柱脚、十字形柱脚；其中，L形柱脚分为A、B两面，T形柱脚共分A、B、C三个面，十字形柱脚共四个面，但四个面均相同。
[0012]与现有技术相比，本发明具有如下有益效果。
[0013]1、在上述新型震后易修复钢异形柱框架结构柱脚中，所采用的梁都是型钢梁，由于梁的腹部空隙较大，便于管线穿过，有效地增加了房间的净高。
[0014]2、所述新型震后易修复钢异形柱框架结构柱脚，完全采用螺栓进行现场装配，取消了传统的现场焊接方式和混凝土浇筑方式，有效的保证了施工质量，完全避免了混凝土浇筑和钢材焊接造成的环境污染，实现现场施工的“无水、无火、无尘”的三无标准，减少了火灾等危害事故的发生。本发明在构件拆除时，可以高效的回收利用，减少了建筑垃圾，真正的实现了绿色环保的理念，是一种绿色的，可持续发展的钢结构体系。
[0015]3、所述新型震后易修复钢异形柱框架结构柱脚，采用预应力自复位柱脚形式，实现了震后节点的自复位，大大减少了震后修复成本；提高节点的抗震性能，从而提高框架结构体系的抗震性能。
[0016]4、本发明提出的新型震后易修复钢异形柱框架结构柱脚是对传统的钢结构建筑柱脚的颠覆，充分发挥了钢结构的优势。与传统的钢结构柱脚相比，它具有安全性能高，环境污染小，安全事故少和工程造价低等诸多优点。【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本发明的槽钢型钢梁示意图
[0018]图2是本发明的自复位柱脚位置示意图
[0019]图3是本发明的L形预应力自复位柱脚拆分示意图
[0020]图4是本发明的T形预应力自复位柱脚拆分示意图
[0021]图5是本发明的十字形预应力自复位柱脚拆分示意图
[0022]图6是本发明的L形柱示意图
[0023]图7是本发明的T形柱示意图
[0024]图8是本发明的十字形柱示意图
[0025]图9是本发明的L形自复位柱脚立面A分解示意图
[0026]图10是本发明的L形自复位柱脚立面B分解示意图
[0027]图11是本发明的T形自复位柱脚立面A分解示意图
[0028]图12是本发明的T形自复位柱脚立面B分解示意图
[0029]图13是本发明的T形自复位柱脚立面C分解示意图
[0030]图14是本发明的十字形自复位柱脚立面分解示意图
[0031]图中:1、双槽钢梁，2、盖板，3、防屈曲板，4、加强板，5、剪切板，6、加劲肋，7、预应力拉杆，8、角钢,9、L形异形柱,10、T形异形柱,11、十字形异形柱，
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图对本发明进行详细说明。
[0033]如附图1所示，所涉及的梁是由型钢构成的双槽钢梁1，双槽钢梁I是由单槽钢在梁端用梁端腹板拼接而成。
[0034]如附图2所示，柱脚位置在异形柱与地基相连处。
[0035]如附图3-5所示，本发明所述的新型震后易修复钢异形柱框架结构柱脚中，L形柱脚连接步骤为梁柱连接板与梁端腹板在工厂先行焊接，梁柱连接板垂直于梁端腹板，梁端腹板位于梁柱连接板的中部，其高度等于双槽钢梁I的型钢腹板高度，现场用螺栓将焊接在一起的梁柱连接板与梁端腹板固定在L形异形柱9翼缘上；双槽钢梁I分为两根槽钢，柱脚连接时，将两根槽钢一起用螺栓连接在梁端腹板上，为加强柱脚处梁与异形柱连接的强度与刚度，在双槽钢梁I与梁柱连接板接触处即槽钢内圈施加三面围焊；另一肢与本肢相同；在L形异形柱弯矩较大的短肢内部焊接横向加劲肋6 (焊接可以在工厂加工完成，T形、十字形不需要焊接)在加劲肋6上下焊接角钢8用以固定预应力拉杆；将预应力拉杆7穿过预留孔洞，并施加预应力，用永久锚具锚固在角钢8上；再将防屈曲板3，加强板4，以及盖板2用螺栓连接于L形异形柱9翼缘处；盖板2周边有突出围边，以盖板2与加强板4绝对密实，防止潮气入侵盖板内腐蚀防屈曲板3 ;再将剪切板5用螺栓与双槽钢梁I连接。
[0036]T形柱脚与十字形柱脚连接步骤与L形相同，焊接角钢均布置在异形柱所受弯矩较大的一肢上，另一肢不需要布置，由于T形柱脚与十字形柱脚为单面对称或双面对称，不易失稳，可以不布置加劲肋6。
[0037]如附图6-14所示，本发明所述的新型震后易修复钢异形柱框架结构柱脚中，异形柱的形式有三种，分别为L形异形柱9、T形异形柱10、十字形异形柱11;所述新型震后易修复钢异形柱框架结构柱脚，其柱脚形式包括三种形式=L形柱脚、T形柱脚、十字形柱脚；其中，L形柱脚分为A、B两面，T形柱脚共分A、B、C三个面，十字形柱脚共四个面,但四个面均相同。
【权利要求】
1.一种新型震后易修复钢异形柱框架结构柱脚，其特征在于:所涉及的梁是由型钢构成的双槽钢梁(I)，双槽钢梁(I)是由单槽钢在梁端用梁端腹板拼接而成； 柱脚位置在异形柱与地基相连处； L形柱脚连接步骤为梁柱连接板与梁端腹板在工厂先行焊接，梁柱连接板垂直于梁端腹板，梁端腹板位于梁柱连接板的中部，其高度等于双槽钢梁(I)的型钢腹板高度，现场用螺栓将焊接在一起的梁柱连接板与梁端腹板固定在L形异形柱(9)翼缘上；双槽钢梁(I)分为两根槽钢，柱脚连接时，将两根槽钢一起用螺栓连接在梁端腹板上，为加强柱脚处梁与异形柱连接的强度与刚度，在双槽钢梁(I)与梁柱连接板接触处即槽钢内圈施加三面围焊；另一肢与本肢相同；在L形异形柱弯矩较大的短肢内部焊接横向加劲肋(6)，在加劲肋(6)上下焊接角钢(8)用以固定预应力拉杆；将预应力拉杆(7)穿过预留孔洞，并施加预应力，用永久锚具锚固在角钢(8)上；再将防屈曲板(3)、加强板(4)以及盖板(2)用螺栓连接于L形异形柱(9)翼缘处；盖板(2)周边有突出围边，以保证盖板(2)与加强板(4)绝对密实，防止潮气入侵盖板内腐蚀防屈曲板(3);再将剪切板(5)用螺栓与双槽钢梁(I)连接； T形柱脚与十字形柱脚连接步骤与L形相同，焊接角钢均布置在异形柱所受弯矩较大的一肢上，另一肢不需要布置，由于T形柱脚与十字形柱脚为单面对称或双面对称，不易失稳，可以不布置加劲肋(6)； 异形柱的形式有三种，分别为L形异形柱(9)、T形异形柱(10)、十字形异形柱(11);所述新型震后易修复钢异形柱框架结构柱脚，其柱脚形式包括三种形式，L形柱脚、T形柱脚、十字形柱脚；其中，L形柱脚分为Α、Β两面，T形柱脚共分A、B、C三个面，十字形柱脚共四个面，但四个面均相同。
【文档编号】E04B1/58GK103669722SQ201310703496
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月19日 优先权日:2013年12月19日
【发明者】高娇娇, 苏经宇, 马东辉, 王威, 郭小东, 王志涛, 熊志阳 申请人:北京工业大学