一种采用形状记忆合金拉杆的自复位钢连梁体系的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种钢连梁体系，尤其涉及一种采用形状记忆合金拉杆的、具有自复 位功能的、抗震钢连梁体系。
【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，其核心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。这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 拉杆的自复位钢连梁体系。目前尚无采用形状记忆合金拉杆的自复位钢连梁体系。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种新颖的自复位钢连梁体系。
[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种采用形状记忆合金拉杆的自复 位钢连梁体系，由钢连梁与形状记忆合金拉杆组成，所述钢连梁介于所需连接的主结构构 件之间，所述形状记忆合金拉杆贯穿钢连梁的全长，两端锚固于钢连梁所连接的主结构构 件上。
[0006] 进一步地，所述形状记忆合金拉杆在锚固前施加预拉力，在锚固后，该预拉力将使 钢连梁与其连接的主结构构件之间形成预压力。
[0007] 进一步地，所述钢连梁与两端的主结构构件之间无直接焊接或螺栓连接，完全依 靠预压力保持交界面的接触连接。
[0008] 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， 以防止连梁竖向滑移。
[0009] 进一步地，在设计地震荷载下，形状记忆合金拉杆将发生超弹性变形，钢连梁除端 部局部接触部位外全部处于弹性状态，钢连梁与其所连接的主结构构件之间将出现间隙， 在荷载消失后，钢连梁与其所连接的主结构构件之间的间隙将消除，整个连梁体系复位到 初始状态，无全局的残余变形。
[0010] 进一步地，所述形状记忆合金拉杆对称布置于连梁的高度范围内。
[0011] 进一步地，所述形状记忆合金拉杆两端锚固于位于主结构构件上的锚固板上，锚 固板的位置可根据形状记忆合金拉杆的长度来确定，当形状记忆合金拉杆的长度较小时， 也可直接锚固于主结构构件的端板上。
[0012] 进一步地，所述形状记忆合金拉杆的两端设计成螺纹形式，采用螺栓紧固的方式 施加预应力。
[0013] 进一步地，所述连梁的截面选择需要保证连梁在形状记忆合金拉杆达到最大可恢 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。
[0014] 进一步地，所述形状记忆合金拉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，所述形状记忆合金拉杆截面的选择需要保证在设计荷载 下拉杆的应力水平处于可恢复的范围内。
[0015] 本发明的有益效果是：在设计地震荷载的作用下，形状记忆合金拉杆将发生超弹 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，整个连梁体系将复位到初始状态，无全局的残余变形，无需维修。
【附图说明】
[0016] 图1为本发明中采用形状记忆合金拉杆的自复位钢连梁体系的示意图；
[0017] 图2为本发明中采用形状记忆合金拉杆的自复位钢连梁体系达到设计转角时的 变形示意图；
[0018] 图中，形状记忆合金拉杆1、钢连梁2、主结构构件3、主结构构件端板4、限位键5、 锚固板6、锚固装置7、连梁端板8。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一下详细说明。
[0020] 如图1所示，本发明一种采用形状记忆合金拉杆的自复位钢连梁体系，由钢连梁2 与形状记忆合金拉杆1组成，所述钢连梁2介于所需连接的主结构构件3之间，所述形状记 忆合金拉杆1贯穿钢连梁2的全长，两端锚固于钢连梁2所连接的主结构构件3上。
[0021] 所述形状记忆合金拉杆2在锚固前施加预拉力，在锚固后，该预拉力将使钢连梁2 与其连接的主结构构件3之间形成预压力。可将形状记忆合金拉杆1的两端设计成螺纹形 式，采用螺栓紧固的方式施加预应力，也可采用专门的锚固装置7。
[0022] 所述钢连梁2与两端的主结构构件3之间无直接焊接或螺栓连接，完全依靠预压 力保持交界面的接触连接。
[0023] 在设计地震荷载下，形状记忆合金拉杆1将发生超弹性变形，钢连梁2除端部局部 接触部位外全部处于弹性状态，钢连梁2与其所连接的主结构构件3之间将出现间隙，如图 2所示，在荷载消失后，钢连梁2与其所连接的主结构构件3之间的间隙将消除，整个连梁体 系复位到初始状态，无全局的残余变形。
[0024] 所述形状记忆合金拉杆1两端锚固于位于主结构构件3上的锚固板6上，锚固板 6的位置可根据形状记忆合金拉杆1的长度来确定，当形状记忆合金拉杆1的长度较小时， 也可直接锚固于主结构构件端板4上。
[0025] 所述钢连梁2的截面选择需要保证连梁在形状记忆合金拉杆1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。
[0026] 所述形状记忆合金拉杆1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，所述形状记忆合金拉杆1截面的选择需要保证在设计荷载下拉 杆的应力水平处于可恢复的范围内。
[0027] 在主结构构件3的端板上位于连梁顶端和低端的位置可分别焊有限位键5,以防 止连梁竖向滑移。
[0028] 优选地，所述形状记忆合金拉杆1对称布置于连梁的高度范围内。
[0029] 1、形状记忆合金拉杆1的选择。如图1所示，所述钢连梁2的长度为e，主结构构 件端板4高度为h，所述形状记忆合金拉杆1安装完毕时的长度为1。如图2所示，所述采 用形状记忆合金拉杆1的自复位钢连梁体系的设计转角为Yd，根据几何关系和力的平衡关 系，所需形状记忆合金拉杆1的长度1和截面积A分别可通过下面公式估算：
[0030]
[0031]
[0032] 其中，ε。和ε u分别为形状记忆合金拉杆1的初始应变和最大可恢复应变，η为 形状记忆合金拉杆1的数量，1为钢连梁2的名义设计剪力，〇 y为形状记忆合金拉杆1的 屈服应力。
[0033] 2、钢连梁2的截面选择。为保证钢连梁2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I和弹性抗弯强度t分别小于等于形状记 忆合金拉杆1达到最大可恢复应力σ u时的连梁剪力V u和连梁弯矩M u，Vu和M u可通过以下 公式估算：
[0034]
[0035]
[0036] 3、结构的组装。待主结构构件3安装完成后，将钢连梁2吊装至设计位置，搁置于 下方的限位键5上，然后将形状记忆合金拉杆1穿过连梁端板8、主结构构件端板4和锚固 板6,采用特制的螺帽将形状记忆合金拉杆1固定于锚固板6并紧固到指定的预拉力，在形 状记忆合金拉杆1的预拉力的作用下钢连梁2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拉杆的自复位钢连梁体系，其特征在于，由钢连梁与形状记 忆合金拉杆组成，所述形状记忆合金拉杆贯穿钢连梁的全长，两端锚固于钢连梁所连接的 主结构构件上。2. 如权利要求1所述的采用形状记忆合金拉杆的自复位钢连梁体系，其特征在于，所 述形状记忆合金拉杆在锚固前施加预拉力，在锚固后，该预拉力将使钢连梁与其连接的主 结构构件之间形成预压力。3. 如权利要求2所述的采用形状记忆合金拉杆的自复位钢连梁体系，其特征在于，所 述钢连梁与两端的主结构构件之间无直接焊接或螺栓连接，完全依靠权利要求2中所述的 预压力保持交界面的接触连接。4. 如权利要求1所述的采用形状记忆合金拉杆的自复位钢连梁体系，其特征在于，在 设计地震荷载下，形状记忆合金拉杆将发生超弹性变形，钢连梁除端部局部接触部位外全 部处于弹性状态，钢连梁与其所连接的主结构构件之间将出现间隙，在荷载消失后，钢连梁 与其所连接的主结构构件之间的间隙将消除，整个连梁体系复位到初始状态，无全局的残 余变形。5. 如权利要求1所述的采用形状记忆合金拉杆的自复位钢连梁体系，其特征在于，所 述形状记忆合金拉杆对称布置于连梁的高度范围内。6. 如权利要求1所述的采用形状记忆合金拉杆的自复位钢连梁体系，其特征在于，所 述形状记忆合金拉杆两端锚固于位于主结构构件上的锚固板上，或直接锚固于主结构构件 的端板上。7. 如权利要求1所述的采用形状记忆合金拉杆的自复位钢连梁体系，其特征在于，所 述形状记忆合金拉杆的两端设计成螺纹形式，采用螺栓紧固的方式施加预应力。
【专利摘要】本发明公开了一种采用形状记忆合金拉杆的自复位钢连梁体系，目前尚无采用形状记忆合金拉杆的自复位钢连梁结构体系。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，形状记忆合金拉杆贯穿钢连梁的全长，锚固于连梁两端的主结构构件上。形状记忆合金拉杆在锚固前施加一定的预应力，从而在钢连梁与其所连接的主结构构件之间形成一定的预压力。在受到设计的地震荷载时，形状记忆合金拉杆将发生超弹性变形，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，钢连梁与其所连接的主结构构件之间出现间隙。在荷载消失后，钢连梁与其所连接的主结构构件之间的间隙将消除，整个连梁体系复位到初始状态，无全局的残余变形。
【IPC分类】E04B1/98, E04C3/04
【公开号】CN105155712
【申请号】CN201510534481
【发明人】许贤, 罗尧治
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年8月27日