一種可更換耗能梁的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可更換耗能梁，提升鋼框架結(jié)構(gòu)在地震作用下的可更換性能，減少其震后修復(fù)費(fèi)用和修復(fù)時(shí)間，屬于建筑工程領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，地震災(zāi)害造成了重大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。對(duì)于生命線工程如供水、供電、通信工程和醫(yī)院、避難中心等，功能的保持或快速恢復(fù)對(duì)災(zāi)后救援與重建、社會(huì)安定極其重要。
[0003]而結(jié)構(gòu)的塑性耗能意味著結(jié)構(gòu)中某些部位的破壞，給震后修復(fù)帶了極大的經(jīng)濟(jì)和時(shí)間代價(jià)。雖然部分結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計(jì)避免了結(jié)構(gòu)的倒塌，但構(gòu)件損壞普遍且嚴(yán)重，結(jié)構(gòu)殘余位移較大，修復(fù)十分困難或者代價(jià)過高，只能拆除重建。
[0004]普通鋼框架結(jié)構(gòu)在地震作用下，塑性發(fā)展集中在梁端，并引起梁端焊縫開裂，梁柱節(jié)點(diǎn)連接破壞嚴(yán)重，危害性大。
[0005]目前損傷集中的研宄和應(yīng)用實(shí)例較多，如縮減梁截面連接、偏心支撐消能梁段等，但進(jìn)一步考慮損傷分離的研宄和實(shí)例相對(duì)較少。同時(shí)現(xiàn)有的耗能組件在構(gòu)造形式、耗能效率和變形能力方面也存在很大的提升空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種可更換耗能梁，使普通建筑結(jié)構(gòu)能以較低代價(jià)實(shí)現(xiàn)預(yù)期地震作用下的可恢復(fù)性能。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的解決方案是:
一種可更換耗能梁，包括鋼梁段和耗能組件，所述鋼梁段包括兩段及以上H形非屈服鋼梁段，相鄰的H形非屈服鋼梁段之間通過位于H形非屈服鋼梁段截面上翼緣和下翼緣處的耗能組件連接；所述耗能組件布置于H形非屈服鋼梁段截面的上翼緣和下翼緣兩處，且分別關(guān)于H形非屈服鋼梁段截面水平軸和H形非屈服鋼梁段腹板對(duì)稱設(shè)置，耗能組件與H形非屈服鋼梁段的上翼緣，或腹板，或同時(shí)與上翼緣和腹板用高強(qiáng)螺栓連接，耗能組件與H形非屈服鋼梁段的下翼緣，或腹板，或同時(shí)與下翼緣和腹板用高強(qiáng)螺栓連接；所述鋼梁段中彎矩由耗能組件軸力組成的一對(duì)力偶和耗能組件局部彎矩共同承擔(dān)，梁中剪力由耗能組件承擔(dān)；耗能組件在連接處形成的承載力小于H形非屈服鋼梁段。
[0008]本發(fā)明中，所述耗能組件采用角鋼、鋼板或槽鋼一種或幾種。
[0009]本發(fā)明中，所述H形非屈服鋼梁段翼緣或腹板或翼緣和腹板上均留有螺栓孔，耗能組件相應(yīng)位置也留有螺栓孔。
[0010]本發(fā)明中，所述H形非屈服鋼梁段與耗能組件的連接所需要的高強(qiáng)螺栓個(gè)數(shù)滿足傳遞耗能組件軸力和剪力要求，保證耗能組件受力屈服過程中不發(fā)生滑移。
[0011]由于采用上述方案，本發(fā)明的有益效果是:
預(yù)期地震作用下，避免了梁端焊縫處的開裂，耗能組件先行屈服集中耗能，而梁端保持彈性或輕微塑性。
[0012]震后只需更換耗能組件，結(jié)構(gòu)便能迅速恢復(fù)到正常使用狀態(tài)，減少修復(fù)時(shí)間和修復(fù)費(fèi)用。且合理選擇耗能組件可以改善其耗能效率和變形能力，如選用角鋼作為耗能組件時(shí)，由于角鋼兩肢的相互約束作用，角鋼局部屈曲得到一定程度的抑制，耗能效果更好。
[0013]梁既能承重又耗能，以較低代價(jià)實(shí)現(xiàn)了更高的抗震性能。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的可更換耗能梁三維示意圖(以三段非屈服鋼梁段為例)；
圖2是圖1所示實(shí)施例的可更換耗能梁主視圖；
圖3是圖1所示實(shí)施例的可更換耗能梁俯視圖；
圖4是圖2中沿A-A剖面圖；
圖中標(biāo)號(hào):I為第一 H形非屈服鋼梁段，2為第一耗能組件，3為第二 H形非屈服鋼梁段，4為第二耗能組件，5為第三H形非屈服鋼梁段。
【具體實(shí)施方式】
[0015]以下結(jié)合附圖所示實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0016]實(shí)施例1:如圖1至圖3所示，一種可更換耗能梁，包括第一 H形非屈服鋼梁段1、第二 H形非屈服鋼梁段3，第三H形非屈服鋼梁段5和第一耗能組件2、第二耗能組件4。第一耗能組件2和第二耗能組件4均選擇角鋼，布置于梁截面上下翼緣兩處且關(guān)于梁截面水平軸對(duì)稱，角鋼同時(shí)與上翼緣和腹板用高強(qiáng)螺栓連接，角鋼同時(shí)與下翼緣和腹板用高強(qiáng)螺栓連接；第一耗能組件2、第二耗能組件4分別在連接處形成的承載力小于第一 H形非屈服鋼梁段1、第二 H形非屈服鋼梁段3和第三H形非屈服鋼梁段5。
[0017]角鋼截面的選擇，角鋼全截面面積取決于設(shè)計(jì)要求，但梁上下翼緣處全截面軸力形成的力矩不高于梁邊緣屈服承載力彎矩，貼近腹板肢面積滿足抗剪要求。螺栓個(gè)數(shù)滿足傳遞角鋼軸力和剪力要求，不發(fā)生滑移。
[0018]本實(shí)施例中，H形非屈服鋼梁段截面為450X200X8X18(單位:mm)，根據(jù)連接處中心距離柱壁的距離與耗能組件承擔(dān)彎矩和剪力的比值，選擇耗能組件為角鋼96 X 74X 10 (單位:mm)。在距離柱壁500mm的梁段間連接處，第一 H形非屈服鋼梁段I與第二 H形非屈服鋼梁段3及第二 H形非屈服鋼梁段3與第三H形非屈服鋼梁段5之間用位于梁上、下翼緣處的第一耗能組件2 (角鋼)、第二耗能組件4 (角鋼)連接，角鋼兩肢分別與梁翼緣和腹板貼合，并用螺栓連接，且考慮到抗剪要求，角鋼短肢邊(74_)貼近梁腹板。
[0019]為了提供耗能組件(角鋼)先行屈服的變形空間，第一 H形非屈服鋼梁段I與第二H形非屈服鋼梁段3及第二 H形非屈服鋼梁段3與第三H形非屈服鋼梁段5之間的間距為20mmo
[0020]如圖2所示，H形非屈服鋼梁段連接處耗能組件的自由變形長(zhǎng)度(耗能組件在兩個(gè)H形非屈服鋼梁段間的螺栓中心連接間距長(zhǎng)度)決定了耗能組件的變形耗能能力，本實(shí)施例中，H形非屈服鋼梁段上、下翼緣螺栓孔中心距離端部最近距離為55mm，則自由變形長(zhǎng)度為130mm (55mmX2 + 20mm)。
[0021]如圖2所示，H形非屈服梁段上下翼緣板上布置2排，螺栓孔間距為80mm。角鋼中兩肢螺栓孔位置相互錯(cuò)開，不在同一截面上，H形非屈服梁段中翼緣和腹板上螺栓孔位置也相互錯(cuò)開，不在同一截面上。本實(shí)施例中，每個(gè)連接處，梁上下翼緣處分別2個(gè)角鋼，共4個(gè)角鋼。
[0022]本發(fā)明的可更換耗能梁，首先在專業(yè)化的鋼構(gòu)公司生產(chǎn)并運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)，然后將第一 H形非屈服鋼梁段I和第三H形非屈服鋼梁段3的一端與現(xiàn)場(chǎng)鋼柱連接就位，最后吊裝第二 H形非屈服鋼梁段2，通過高強(qiáng)螺栓和耗能組件角鋼把第一 H形非屈服鋼梁段I與第二 H形非屈服鋼梁段3及第二 H形非屈服鋼梁段3與第三H形非屈服鋼梁段5組裝成一個(gè)整體。
[0023]預(yù)期地震作用下，僅角鋼發(fā)生塑性屈服，耗散地震能量，而H形非屈服鋼梁段保持彈性或輕微塑性，更換角鋼耗能組件后，結(jié)構(gòu)便能恢復(fù)至正常使用狀態(tài)。
[0024]上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種可更換耗能梁，其特征在于:包括鋼梁段和耗能組件，所述鋼梁段包括兩段及以上H形非屈服鋼梁段，相鄰的H形非屈服鋼梁段之間通過位于H形非屈服鋼梁段截面上翼緣和下翼緣處的耗能組件連接；所述耗能組件布置于H形非屈服鋼梁段截面的上翼緣和下翼緣兩處，且分別關(guān)于H形非屈服鋼梁段截面水平軸和H形非屈服鋼梁段腹板對(duì)稱設(shè)置，耗能組件與H形非屈服鋼梁段的上翼緣，或腹板，或同時(shí)與上翼緣和腹板用高強(qiáng)螺栓連接，耗能組件與H形非屈服鋼梁段的下翼緣，或腹板，或同時(shí)與下翼緣和腹板用高強(qiáng)螺栓連接；所述鋼梁段中彎矩由耗能組件軸力組成的一對(duì)力偶和耗能組件局部彎矩共同承擔(dān)，梁中剪力由耗能組件承擔(dān)；耗能組件在連接處形成的承載力小于H形非屈服鋼梁段。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可更換耗能梁，其特征在于:所述耗能組件采用角鋼、鋼板或槽鋼一種或幾種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可更換耗能梁，其特征在于:所述H形非屈服鋼梁段翼緣或腹板或翼緣和腹板上均留有螺栓孔，耗能組件相應(yīng)位置也留有螺栓孔。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可更換耗能梁，其特征在于:所述H形非屈服鋼梁段與耗能組件的連接所需要的高強(qiáng)螺栓個(gè)數(shù)滿足傳遞耗能組件軸力和剪力要求，保證耗能組件受力屈服過程中不發(fā)生滑移。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可更換耗能梁，與普通梁相比，該耗能梁分為多段，之間用可更換耗能組件連接。耗能組件在梁上、下翼緣處用高強(qiáng)螺栓連接，對(duì)稱布置，梁截面旋轉(zhuǎn)中心位于截面中心，此種布置可位于框架外露跨和其他易于檢查和更換的場(chǎng)所。預(yù)期地震作用下，梁段保持彈性或輕微塑性而損傷集中于耗能組件，地震后通過更換耗能組件使結(jié)構(gòu)恢復(fù)到正常使用功能。耗能組件可以是角鋼，鋼板，槽鋼等。以角鋼作為耗能組件為例，在該耗能梁中，梁上宏觀彎矩轉(zhuǎn)化為角鋼軸力，角鋼作為集中耗能部件。且由于角鋼兩肢的相互約束，屈曲得到一定程度的抑制，滯回耗能穩(wěn)定。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)中部分構(gòu)件的震后可更換性能，使結(jié)構(gòu)迅速恢復(fù)正常使用功能，減少震后修復(fù)時(shí)間和經(jīng)濟(jì)損失，且更換操作簡(jiǎn)便。
【IPC分類】E04C3/06, E04B1/98
【公開號(hào)】CN104929310
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510309764
【發(fā)明人】陳以一, 邵鐵峰, 賀修樟
【申請(qǐng)人】同濟(jì)大學(xué)
【公開日】2015年9月23日
【申請(qǐng)日】2015年6月9日