一种采用形状记忆合金螺栓的自复位钢连梁的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种钢连梁结构，尤其设及一种采用形状记忆合金螺栓连接的、具有 自复位功能的、抗震钢连梁结构。
【背景技术】
[0002] 连梁是建筑结构中的一种重要构件，主要承受剪力与弯矩。在抗震结构中，钢连梁 一般被设计成允许发生塑性剪切变形，从而达到增加结构延性与耗能的目的。上述塑性剪 切变形将使连梁结构在地震后存在较大的残余变形，修复成本较高。近年来兴起自复位结 构体系的概念，其核屯、是通过采用一定的装置提供抗震结构的自恢复力与耗能能力，达到 减小结构震后残余变形、免修复的目的。
[0003] 对于自复位连梁结构而言，一般的思路是采用预应力钢拉索提供自恢复力、采用 角钢或摩擦耗能装置提供耗能能力。运种将自恢复装置与耗能装置分离的思路在构造上相 对复杂，同时存在角钢在震后需要替换、摩擦耗能装置安装要求高等不足。基于自复位结构 体系的原理，利用形状记忆合金特有的超弹性性能，本发明提出了一种采用形状记忆合金 螺栓的自复位钢连梁。目前尚无采用形状记忆合金螺栓的自复位钢连梁。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种采用形状记忆合金螺栓的自复位 钢连梁。 阳〇化]本发明的目的是通过W下技术方案来实现的：一种采用形状记忆合金螺栓的自复 位钢连梁，由钢连梁与形状记忆合金螺栓组成，所述钢连梁介于所需连接的主结构构件之 间，所述形状记忆合金螺栓位于钢连梁的两端，作为钢连梁与主结构构件的连接件。
[0006] 进一步地，所述形状记忆合金螺栓施加预紧力，在该预紧力的作用下钢连梁与其 连接的主结构构件的交界面上形成预压力。
[0007] 进一步地，在设计地震荷载下，形状记忆合金螺栓将发生超弹性变形，钢连梁除端 部局部接触部位外全部处于弹性状态，钢连梁两端节点处出现开口；在荷载消失后，钢连梁 两端节点处的开口将消失，整个连梁恢复到初始状态，无全局的残余变形。
[0008] 进一步地，所述形状记忆合金螺栓错固于钢连梁与主结构构件上的错固板上，错 固板的位置可根据形状记忆合金螺杆的长度来确定，当形状记忆合金螺杆的长度较小时， 也可直接错固于两者的端板上。
[0009] 进一步地，在主结构构件的端板上位于连梁顶端和低端的位置分别焊有限位键， W防止连梁竖向滑移。
[0010] 进一步地，所述钢连梁的截面选择需要保证连梁在形状记忆合金螺杆达到最大可 恢复应力时除端部局部接触应力集中部位外整体处于弹性状态。
[0011] 进一步地，所述形状记忆合金螺杆的长度选择需要保证在设计要求的连梁转角变 形下其应变处于可恢复的范围内，所述形状记忆合金螺杆截面的选择需要保证在设计荷载 下螺杆的应力水平处于可恢复的范围内。
[0012] 本发明的有益效果是：在设计地震荷载的作用下，形状记忆合金螺栓将发生超弹 性变形，从而提供耗能和自恢复力，钢连梁除端部局部接触应力集中部位外整体处于弹性 状态；在荷载消失后，整个连梁结构将复位到初始状态，无全局的残余变形。
【附图说明】
[0013] 图1为本发明中采用形状记忆合金螺栓的自复位钢连梁的示意图；
[0014] 图2为本发明中采用形状记忆合金螺栓的自复位钢连梁达到设计转角时的变形 不意图；
[0015] 图中，钢连梁1、形状记忆合金螺栓2、主结构构件3、错固板4、端板5、限位键6。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一下详细说明。
[0017] 如图1所示，本发明一种采用形状记忆合金螺栓的自复位钢连梁，由钢连梁1与形 状记忆合金螺栓2组成，所述钢连梁1介于所需连接的主结构构件3之间，所述形状记忆合 金螺栓2位于钢连梁1的两端，作为钢连梁1与主结构构件3的连接件。
[0018] 所述形状记忆合金螺栓2施加预紧力，在该预紧力的作用下钢连梁1与其连接的 主结构构件3的交界面上形成预压力。
[0019] 在设计地震荷载下，形状记忆合金螺栓2将发生超弹性变形，钢连梁1除端部局部 接触部位外全部处于弹性状态，钢连梁1两端节点处出现开口，如图2所示；在荷载消失后， 钢连梁1两端节点处的开口将消失，整个连梁恢复到初始状态，无全局的残余变形。
[0020] 所述形状记忆合金螺栓2错固于钢连梁1与主结构构件3上的错固板4上，错固 板4的位置可根据形状记忆合金螺栓2的长度来确定，当形状记忆合金螺栓2的长度较小 时，也可直接错固于两者的端板5上。
[0021] 在主结构构件3的端板上位于连梁顶端和低端的位置分别焊有限位键6,W防止 连梁竖向滑移。
[0022] 所述钢连梁1的截面选择需要保证连梁在形状记忆合金螺栓2达到最大可恢复应 力时除端部局部接触应力集中部位外整体处于弹性状态。
[0023] 所述形状记忆合金螺栓2的长度选择需要保证在设计要求的连梁转角变形下其 应变处于可恢复的范围内，所述形状记忆合金螺栓2截面的选择需要保证在设计荷载下螺 栓的应力水平处于可恢复的范围内。
[0024] 1、形状记忆合金螺栓2的选择。如图1所示，所述钢连梁1的长度为e，端板5高 度为h，螺栓距离端板高度方向边缘的最大距离为hm。、，所述形状记忆合金螺栓2安装完毕 时的长度为1。如图2所示，所述采用形状记忆合金螺栓2的自复位钢连梁的设计转角为 丫d，根据几何关系和力的平衡关系，所需形状记忆合金螺栓2的长度1和单个螺栓的截面 积A分别可通过下面公式估算： 阳0巧]
[0026]
[0027] 其中，e。和e。分别为形状记忆合金螺栓的初始应变和最大可恢复应变，n为每 个连梁端节点处形状记忆合金螺栓在端板高度方向的行数，m为每个连梁端节点处形状记 忆合金螺栓在端板宽度方向的列数，V。为钢连梁的名义设计剪力，0y为形状记忆合金螺栓 的屈服应力。
[0028] 2、钢连梁1的截面选择。为保证钢连梁1在设计荷载下除端部局部接触应力集中 部位外整体处于弹性状态，其截面弹性抗剪强度V。和弹性抗弯强度M。分别小于等于形状记 忆合金螺栓2达到最大可恢复应力0。时的连梁剪力V。和连梁弯矩M。，V。和M。可通过W下 公式估算：
[0029]
[0030]
[00川其中，。为第i列螺栓的应力，h1为第i列螺栓的高度。
[0032] 3、结构的组装。待主结构构件3安装完成后，将钢连梁1吊装至设计位置，搁置于 下方的限位键6上，然后将形状记忆合金螺栓2穿过端板5和错固板4,并预紧到指定应力 状态，在形状记忆合金螺栓2的预紧力的作用下钢连梁1与主结构构件3预压结合在一起。
【主权项】
1. 一种采用形状记忆合金螺栓的自复位钢连梁，其特征在于，所述采用形状记忆合金 螺栓的自复位钢连梁由钢连梁与形状记忆合金螺栓组成，所述形状记忆合金螺栓位于钢连 梁的两端，作为钢连梁与主结构构件的连接件。2. 如权利要求1所述的采用形状记忆合金螺栓的自复位钢连梁，其特征在于，所述形 状记忆合金螺栓施加预紧力，在该预紧力的作用下钢连梁与其连接的主结构构件的交界面 上形成预压力。3. 如权利要求1所述的采用形状记忆合金螺栓的自复位钢连梁，其特征在于，在设计 地震荷载下，形状记忆合金螺栓将发生超弹性变形，钢连梁除端部局部接触部位外全部处 于弹性状态，钢连梁两端节点处出现开口；在荷载消失后，钢连梁两端节点处的开口将消 失，整个连梁恢复到初始状态，无全局的残余变形。4. 如权利要求1所述的采用形状记忆合金螺栓的自复位钢连梁，其特征在于，所述形 状记忆合金螺栓锚固于钢连梁与主结构构件上的锚固板上或直接锚固于两者的端板上。
【专利摘要】本发明公开了一种采用形状记忆合金螺栓的自复位钢连梁，目前尚无采用形状记忆合金螺栓的自复位钢连梁结构。本发明中的钢连梁可以采用任何适合实际需要的截面形式与长度尺寸，钢连梁两端采用形状记忆合金螺栓与主结构构件相连。形状记忆合金螺栓施加一定的预紧力，从而在钢连梁与其所连接的主结构构件之间形成预压力。在受到设计的地震荷载时，形状记忆合金螺栓将发生超弹性变形，钢连梁除端部局部接触应力集中部位外整体处于弹性状态，钢连梁两端节点处出现开口。在荷载消失后，钢连梁两端节点处的开口将消失，整个连梁恢复到初始状态，无全局的残余变形。
【IPC分类】E04C3/06, E04B1/58, E04B1/98
【公开号】CN105113641
【申请号】CN201510536141
【发明人】许贤, 罗尧治
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年8月27日