高阻尼型鋼混凝土框架的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種高阻尼型鋼混凝土框架，包括多個(gè)型鋼柱，各所述型鋼柱上固定連接有多個(gè)橫向延伸的梁型鋼弧形連接段，其特征在于，所述梁型鋼弧形連接段包括自型鋼柱依次橫向延伸的擴(kuò)大段、削弱段和等截面段；所述擴(kuò)大段自削弱段至所述型鋼柱的寬度逐漸變大，所述削弱段由所述梁型鋼弧形連接段的翼緣向中心弧形削弱形成，兩個(gè)對應(yīng)的所述連接有橫梁。本發(fā)明提供的高阻尼型鋼混凝土框架，在梁型鋼弧形連接段的翼緣上設(shè)有弧形削弱，使得節(jié)點(diǎn)處塑性鉸外移，防止塑性鉸區(qū)的非線性變形對節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的破壞，避免了核心區(qū)混凝土開裂，提高了核心區(qū)抗剪能力。
【專利說明】高阻尼型鋼混凝土框架
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種高阻尼型鋼混凝土框架。
【背景技術(shù)】
[0002]型鋼混凝土節(jié)點(diǎn)具有良好的延性和耗能能力。但在地震作用下型鋼混凝土節(jié)點(diǎn)的塑性鉸區(qū)一般產(chǎn)生在梁端，梁端塑性鉸區(qū)的非線性變形向節(jié)點(diǎn)核心區(qū)滲透容易造成梁柱連結(jié)焊縫應(yīng)力增高，引起焊縫斷裂；此外，梁端塑性鉸區(qū)的非線性變形向節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的滲透作用還容易造成節(jié)點(diǎn)核心區(qū)混凝土開裂，降低節(jié)點(diǎn)核心區(qū)混凝土的抗剪能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在下文中給出關(guān)于本發(fā)明的簡要概述，以便提供關(guān)于本發(fā)明的某些方面的基本理解。應(yīng)當(dāng)理解，這個(gè)概述并不是關(guān)于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關(guān)鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細(xì)描述的前序。
[0004]本發(fā)明提供一種高阻尼型鋼混凝土框架，用以解決現(xiàn)有型鋼混凝土節(jié)點(diǎn)存在節(jié)點(diǎn)核心區(qū)混凝土開裂，抗剪能力差的問題。
[0005]本發(fā)明提供一種高阻尼型鋼混凝土框架，包括多個(gè)型鋼柱，各所述型鋼柱上固定連接有多個(gè)橫向延伸的梁型鋼弧形連接段，所述梁型鋼弧形連接段包括自型鋼柱依次橫向延伸的擴(kuò)大段、削弱段和等截面段；所述擴(kuò)大段自所述削弱段至所述型鋼柱的寬度逐漸變大，所述削弱段由所述梁型鋼弧形連接段的翼緣向中心弧形削弱形成，兩個(gè)對應(yīng)的所述等截面段連接有橫梁。
[0006]本發(fā)明提供的高阻尼型鋼混凝土框架，在梁型鋼弧形連接段設(shè)置擴(kuò)大段，且采用輪廓包括直線部及所述直線部兩端連接的弧線部的削弱段，使得，使得節(jié)點(diǎn)處塑性鉸外移，防止塑性鉸區(qū)的非線性變形對節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的破壞，避免了核心區(qū)混凝土開裂，提高了核心區(qū)抗剪能力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]參照下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施例的說明，會更加容易地理解本發(fā)明的以上和其它目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。附圖中的部件只是為了示出本發(fā)明的原理。在附圖中，相同的或類似的技術(shù)特征或部件將采用相同或類似的附圖標(biāo)記來表示。
[0008]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的高阻尼型鋼混凝土框架的主視圖；
[0009]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的高阻尼型鋼混凝土框架的節(jié)點(diǎn)的俯視圖；
[0010]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的高阻尼型鋼混凝土框架的弧形削弱輪廓圖；
[0011]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的高阻尼型鋼混凝土框架局部的主視圖；
[0012]圖5為圖1的A-A剖視圖；[0013]圖6為圖1的B-B剖視圖；
[0014]圖7為圖1的C-C剖視圖；
[0015]圖8為圖1的D-D剖視圖；
[0016]圖9為本發(fā)明實(shí)施例提供的型鋼柱與梁連接的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面參照附圖來說明本發(fā)明的實(shí)施例。在本發(fā)明的一個(gè)附圖或一種實(shí)施方式中描述的元素和特征可以與一個(gè)或更多個(gè)其它附圖或?qū)嵤┓绞街惺境龅脑睾吞卣飨嘟Y(jié)合。應(yīng)當(dāng)注意，為了清楚的目的，附圖和說明中省略了與本發(fā)明無關(guān)的、本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的部件和處理的表示和描述。
[0018]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的高阻尼型鋼混凝土框架的主視圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的高阻尼型鋼混凝土框架的節(jié)點(diǎn)的俯視圖。如圖1、圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的高阻尼型鋼混凝土框架，包括多個(gè)型鋼柱2，各型鋼柱2上固定連接有多個(gè)橫向延伸的梁型鋼弧形連接段3，梁型鋼弧形連接段3包括自型鋼柱依次橫向延伸的擴(kuò)大段、削弱段和等截面段；擴(kuò)大段自削弱段至型鋼柱的寬度逐漸變大，也即在靠近型鋼柱的端部形成擴(kuò)大端，削弱段由梁型鋼弧形連接段的翼緣向中心弧形削弱形成，兩個(gè)對應(yīng)的所述等截面段連接有橫
[0019]實(shí)際使用中，型鋼柱2及梁型鋼弧形連接段3均可但不限于采用工字鋼。
[0020]本發(fā)明提供的高阻尼型鋼混凝土框架，在梁型鋼弧形連接段3的翼緣上設(shè)有弧形削弱4，使得節(jié)點(diǎn)處塑性鉸外移，防止塑性鉸區(qū)5 (參見圖4)的非線性變形對節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的破壞，避免了節(jié)點(diǎn)核心區(qū)I混凝土開裂，提高了節(jié)點(diǎn)核心區(qū)I抗剪能力。此外，由于具有自型鋼柱2依次橫向延伸的擴(kuò)大段，使得梁端部和弧形削弱4形成的削弱部位形成抗彎剛度的級差，從而進(jìn)一步使得塑性鉸區(qū)5從梁的端部轉(zhuǎn)移出去。
[0021]在梁型鋼翼緣中心弧形削弱位置梁澆注高阻尼混凝土以形成塑性鉸并提高這一部位的耗能能力，此外，高阻尼型鋼混凝土框架采用整體裝配式連接方式，由于該框架采用了裝配整體式連接方式，加快了該種框架的施工進(jìn)度。
[0022]為了避免梁端塑性鉸區(qū)的非線性變形對節(jié)點(diǎn)核心區(qū)造成侵害，在距離節(jié)點(diǎn)核心區(qū)一定距離的梁型鋼翼緣采用了弧形削弱，如圖2所示。圖2中，a為削弱部位距柱的距離a=0.5bf，可根據(jù)削弱部位塑性鉸區(qū)對梁柱連接焊縫的影響程度來確定，bf為梁型鋼翼緣的覽度。
[0023]圖3中弧形削弱4的輪廓包括直線部及所述直線部兩端連接的弧線部，且c ( 0.25bf;其中，c為弧形削弱4的深度，弧形削弱4的深度用來控制塑性鉸在梁中的位置及向節(jié)點(diǎn)核心區(qū)I傳遞的彎矩大小。
[0024]圖3型鋼翼緣最大削弱位置的設(shè)計(jì)參數(shù)，需要滿足公式(I)和(2)。
[0025]I ( 0.25bf;…(I)
[0026]公式(I)中，I為最大削弱部位水平段的長度，主要是控制最大應(yīng)力區(qū)的范圍，使塑性鉸在這一范圍內(nèi)充分發(fā)展，防止在這一部位產(chǎn)生應(yīng)力集中。
[0027]b=0.75hb+0.25bf;(2)
[0028]公式(2)中，b為削弱長度，主要是為了控制塑性鉸區(qū)變形的程度，其中hb為型鋼截面的高度。
[0029]為了避免在梁型鋼翼緣截面改變的部位產(chǎn)生應(yīng)力集中，本專利在這一部位采用了弧形過渡(如附圖3所示)，這一弧形過渡區(qū)為拋物線弧形過渡，這樣可以更好的避免在這一過渡區(qū)域產(chǎn)生應(yīng)力集中的現(xiàn)象，經(jīng)過反復(fù)有限元計(jì)算，本專利給出最優(yōu)的拋物線弧長的計(jì)算公式為:

!::P
[0030]s = 0.00129+ 0.999551 + 0.01698F + 2.48143^- M5S— I

LL( 3)
[0031]公式(3)中，F(xiàn)為弧形部的拱高；L為弧形部拱跨;s為弧形部的弧長；bf為梁型鋼弧形連接段翼緣的寬度；弧形削弱4采用弧形部進(jìn)行過渡，實(shí)際使用中，弧形部的輪廓線為拋物線，采用拋物線過渡可以更好的避免出現(xiàn)應(yīng)力集中的問題。
[0032]梁型鋼弧形連接段3外澆注有高阻尼混凝土，高阻尼混凝土位于弧形削弱4處。在弧形削弱4處澆注高阻尼混凝土進(jìn)一步增強(qiáng)了塑性鉸區(qū)的耗能能力，并降低了弧形削弱4處混凝土的開裂。通過設(shè)置弧形削弱4及在弧形削弱4處澆注高阻尼混凝土，不僅使塑性鉸從梁端轉(zhuǎn)移到梁翼緣削弱的位置，從而避免了梁端塑性鉸區(qū)的非線性變形對節(jié)點(diǎn)核心區(qū)造成侵害，而且由于在弧形削弱4形成的削弱區(qū)澆注高阻尼混凝土，使得該部位的耗能能力大大增強(qiáng)，在大震作用下，節(jié)點(diǎn)的殘余強(qiáng)度提高，減少地震對節(jié)點(diǎn)的破壞程度，便于震后的修復(fù)工作。
[0033]另參見圖5、圖6，型鋼柱2外自下而上套有多個(gè)箍筋10，多個(gè)箍筋10通過縱筋11連接，在型鋼柱2的下部澆注高阻尼混凝土 12，在型鋼柱的其它位置澆注一般混凝土。
`[0034]參見圖7、圖8，梁的外側(cè)，從左至右套有多個(gè)箍筋13，多個(gè)箍筋13通過縱筋14連接，在梁的削弱段澆注高阻尼混凝土 15，其它部位澆注一般混凝土。
[0035]型鋼柱2澆注有混凝土構(gòu)成立柱，弧形削弱4的起始端與距立柱的距離a為梁型鋼弧形連接段翼緣的寬度的一半。Lb為弧形削弱4中部到立柱的距離。
[0036]實(shí)際使用中，高阻尼混凝土包括以下重量份的各組份:水泥100份冰42份；沙子145 份；石子 300 份；PU (聚氨酯!Polyurethane)/EP (環(huán)氧樹脂；Epoxy Resin) /UP (不飽和聚酯；Unsaturated Polyester Resin)聚合物12份;石墨5份；高阻尼纖維7份；娃灰8份；減水劑1份。
[0037]具體地，PU/EP/UP聚合物包括以下重量份的各組份:PU47份；EP23份；UP23份，使得該P(yáng)U/EP/UP聚合物具有寬溫、高阻尼特性，在20-75 °C的溫度范圍內(nèi)介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ >0.6。
[0038]高阻尼纖維為外表涂有高阻尼涂層的碳纖維，該涂層由三個(gè)步驟制成，第一步是在氬氣保護(hù)下除去碳纖維表面的膠層；第二步則是利用反應(yīng)氣體的受熱分解，在脫膠后的碳纖維表面上沉積分解產(chǎn)物；第三步是在高溫下進(jìn)行石墨化處理。高阻尼纖維可填充到PU/EP/UP聚合物網(wǎng)絡(luò)體系中增強(qiáng)纖維之間以及增強(qiáng)纖維與TO/EP/UP聚合物之間的摩擦，增強(qiáng)纖維與TO/EP/UP聚合物界面間的滑移以及界面處的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)從而提高了高阻尼纖維的阻尼。
[0039]高阻尼混凝土中的石墨采用片狀石墨填料。片狀石墨填料的加入一方面能擴(kuò)大阻尼溫度范圍并提高了混凝土中粘彈性材料組分的比例，片狀石墨填料能增大混凝土內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)之間的摩擦，內(nèi)摩擦能夠損耗一部分能量。[0040]硅灰是一種非常細(xì)的粉末，硅灰的加入可以使水泥水化產(chǎn)物發(fā)生二次水化反應(yīng)，生成新的凝膠體并對其宏觀的物理、力學(xué)性能起著重要的影響。
[0041]河砂是構(gòu)成EPS (膨脹聚苯乙烯；Expanded Polystyrene)輕集料混凝土彈性骨架最重要的材料，它和硅酸鹽水泥共同對EPS輕集料混凝土的力學(xué)性能(如抗壓強(qiáng)度)起重要的作用。河砂可以但不限于采用堆積密度為1274kg/m3，吸水率為1%。塑性鉸區(qū)的石子可以但不限于選用致密的花崗巖并帶有棱角，骨料級配應(yīng)在要求范圍以內(nèi)，骨料的最大粒徑應(yīng)控制在10-20mm之間。減水劑可以但不限于采用天津建筑研究院生產(chǎn)的UNF-5非引氣型聞效減水劑。
[0042]該高阻尼混凝土在配置時(shí)，首先將水泥和砂拌合均勻然后加入石子，繼續(xù)拌合至均勻，然后加入石墨和硅灰，攪拌均勻后，再加入水和減水劑，拌合3-5分鐘，保證水泥顆粒表面濕潤。最后加入TO/EP/UP聚合物和高阻尼纖維，攪拌3-5分鐘。
[0043]型鋼柱2與梁型鋼弧形連接段3連接處為節(jié)點(diǎn)核心區(qū)，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)設(shè)置有T形加勁肋6，且T形加勁肋6固定連接于型鋼柱2上。具體地，T形加勁肋6可以焊接在型鋼柱2的腹板上。通過設(shè)置T形加勁肋6使得其和型鋼柱2翼緣及框在型鋼柱2外的箍筋共同形成對節(jié)點(diǎn)核心區(qū)I的混凝土約束，從而提高節(jié)點(diǎn)核心區(qū)I混凝土的抗剪切強(qiáng)度和變形的能力。
[0044]T形加勁肋6的長度延伸方向與型鋼柱2的長度延伸方向一致。
[0045]削弱段的兩側(cè)分別設(shè)置有加強(qiáng)鋼筋，加強(qiáng)鋼筋位于梁型鋼弧形連接段的上下兩翼緣之間。防止削弱段梁型鋼弧形連接段的端部發(fā)生側(cè)向屈曲，從而影響塑性鉸的轉(zhuǎn)動(dòng)性能，且可在一定程度上承受平面外扭轉(zhuǎn)。
[0046]型鋼柱2的相對兩側(cè)均設(shè)置有梁型鋼弧形連接段3，且型鋼柱2與梁型鋼弧形連接段3連接位置處的外側(cè)設(shè)置有加強(qiáng)鋼筋8，加強(qiáng)鋼筋8從兩梁型鋼弧形連接段3之一的削弱段中部，延伸至另一梁型鋼弧形連接段3的削弱段的中部。通過設(shè)置加強(qiáng)鋼筋8，提高了型鋼柱2與梁型鋼弧形連接段3根部的配筋`量，提高了型鋼柱2與梁型鋼弧形連接段3根部的連接強(qiáng)度，使得在地震時(shí)節(jié)點(diǎn)的破壞位置位于削弱段，減少地震對型鋼柱與梁型鋼弧形連接段根部的破壞程度，便于震后的修復(fù)工作。此外，加強(qiáng)鋼筋8沿梁型鋼弧形連接段3及型鋼柱2的外緣彎折延伸，避免出現(xiàn)采用直線延伸的加強(qiáng)鋼筋，在型鋼柱寬度較大時(shí)，需要在型鋼柱上開孔來穿設(shè)該直線延伸的加強(qiáng)鋼筋，而造成對型鋼柱不必要的削弱，影響整體性能的問題出現(xiàn)。
[0047]如圖9所示，采用高阻尼型鋼混凝土框架進(jìn)行連接時(shí)，采用螺栓將梁7的腹板固定連接到梁型鋼弧形連接段3的腹板上，然后將梁7的上下翼緣分別與梁型鋼弧形連接段3的上下翼緣進(jìn)行焊接。采用此種連接方式可以大大加快施工進(jìn)度。
[0048]本發(fā)明實(shí)施例提供的高阻尼型鋼混凝土框架滿足:
[0049]梁端部型鋼翼緣的屈服彎矩和梁型鋼翼緣最大削弱位置處的彎矩應(yīng)滿足公式
(4)。
[0050]Mιη.= ([', -a-0.5b)M^ly / Le(4)
[0051]公式(4)中，Msdy為梁型鋼端部的屈服彎矩'M;為梁型鋼翼緣最大削弱處實(shí)際屈服彎矩。[0052]通過調(diào)整削弱深度C，可使型鋼翼緣削弱中心位置處的實(shí)際屈服彎矩低于M:r則有:
[0053]
【權(quán)利要求】
1.一種高阻尼型鋼混凝土框架，包括多個(gè)型鋼柱，各所述型鋼柱上固定連接有多個(gè)橫向延伸的梁型鋼弧形連接段，其特征在于，所述梁型鋼弧形連接段包括自型鋼柱依次橫向延伸的擴(kuò)大段、削弱段和等截面段；所述擴(kuò)大段自所述削弱段至所述型鋼柱的寬度逐漸變大，所述削弱段由所述梁型鋼弧形連接段的翼緣向中心弧形削弱形成，兩個(gè)對應(yīng)的所述等截面段連接有橫梁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高阻尼型鋼混凝土框架，其特征在于，所述弧形削弱的輪廓包括直線部及所述直線部兩端連接的弧線部.c^0.25bf;
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高阻尼型鋼混凝土框架，其特征在于，所述梁型鋼弧形連接段外澆注有高阻尼混凝土，所述高阻尼混凝土位于弧形削弱處。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高阻尼型鋼混凝土框架，其特征在于，所述型鋼柱澆注有混凝土構(gòu)成立柱，所述弧形削弱的起始端與距所述立柱的距離為梁型鋼弧形連接段翼緣的寬度的一半。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高阻尼型鋼混凝土框架，其特征在于，所述高阻尼混凝土包括以下重量份的各組份:水泥100份；水42份；沙子145份；石子300份；PU/EP/UP聚合物12份；石墨5份；高阻尼纖維7份；娃灰8份；減水劑1份。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高阻尼型鋼混凝土框架，其特征在于，TO/EP/UP聚合物包括以下重量份的各組份:PU47份；EP23份；UP23份。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高阻尼型鋼混凝土框架，其特征在于，所述型鋼柱與所述梁型鋼弧形連接段連接處為節(jié)點(diǎn)核心區(qū)，所述節(jié)點(diǎn)核心區(qū)設(shè)置有T形加勁肋，且所述T形加勁肋固定連接于所述型鋼柱上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高阻尼型鋼混凝土框架，其特征在于，所述T形加勁肋的長度延伸方向與所述型鋼柱的長度延伸方向一致。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高阻尼型鋼混凝土框架，其特征在于，所述削弱段的兩側(cè)分別設(shè)置有加強(qiáng)鋼筋，所述加強(qiáng)鋼筋位于所述梁型鋼弧形連接段的上下兩翼緣之間，且所述加強(qiáng)鋼筋沿所述梁型鋼弧形連接段及所述型鋼柱的外緣彎折延伸。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高阻尼型鋼混凝土框架，其特征在于，所述型鋼柱的相對兩側(cè)均設(shè)置有所述梁型鋼弧形連接段，且所述型鋼柱與所述梁型鋼弧形連接段連接位置處的外側(cè)設(shè)置有加強(qiáng)鋼筋，所述加強(qiáng)鋼筋從兩所述梁型鋼弧形連接段之一的削弱段中部，延伸至另一所述梁型鋼弧形連接段的削弱段的中部。
【文檔編號】E04B1/19GK103821224SQ201410064654
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年2月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月25日
【發(fā)明者】張雪松 申請人:中國電力科學(xué)研究院