一種采用組合拉桿的自復(fù)位鋼連梁體系的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鋼連梁體系，尤其涉及一種采用組合拉桿的、具有自復(fù)位功能的、 抗震鋼連梁體系。
【背景技術(shù)】
[0002] 連梁是建筑結(jié)構(gòu)中的一種重要構(gòu)件，主要承受剪力與彎矩。在抗震結(jié)構(gòu)中，鋼連梁 一般被設(shè)計(jì)成允許發(fā)生塑性剪切變形，從而達(dá)到增加結(jié)構(gòu)延性與耗能的目的。上述塑性剪 切變形將使連梁結(jié)構(gòu)在地震后存在較大的殘余變形，修復(fù)成本較高。近年來(lái)興起自復(fù)位結(jié) 構(gòu)體系的概念，其核心是通過(guò)采用一定的裝置提供抗震結(jié)構(gòu)的自恢復(fù)力與耗能能力，達(dá)到 減小結(jié)構(gòu)震后殘余變形、免修復(fù)的目的。
[0003] 對(duì)于自復(fù)位連梁結(jié)構(gòu)而言，一般的思路是采用預(yù)應(yīng)力鋼拉索提供自恢復(fù)力、采用 角鋼或摩擦耗能裝置提供耗能能力。這種將自恢復(fù)裝置與耗能裝置分離的思路在構(gòu)造上相 對(duì)復(fù)雜，同時(shí)存在角鋼在震后需要替換、摩擦耗能裝置安裝要求高等不足。基于自復(fù)位結(jié)構(gòu) 體系的原理，利用形狀記憶合金特有的超彈性性能，本發(fā)明提出了一種采用形狀記憶合金 與鋼材組合拉桿的自復(fù)位鋼連梁體系。目前尚無(wú)采用此類組合拉桿的自復(fù)位鋼連梁體系。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種采用組合拉桿的自復(fù)位鋼連梁體 系。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：一種采用組合拉桿的自復(fù)位鋼連梁 體系，由鋼連梁與組合拉桿組成，所述鋼連梁介于所需連接的主結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間，所述組合拉 桿布置于連梁的高度范圍內(nèi)，組合拉桿貫穿鋼連梁的全長(zhǎng)，兩端錨固于鋼連梁所連接的主 結(jié)構(gòu)構(gòu)件上，鋼連梁的端板與主結(jié)構(gòu)構(gòu)件的端板之間無(wú)直接的焊接或螺栓連接。
[0006] 進(jìn)一步地，所述組合拉桿由形狀記憶合金段和鋼材段組合而成。
[0007] 進(jìn)一步地，在設(shè)計(jì)地震荷載的作用下，組合拉桿中的形狀記憶合金段將發(fā)生超彈 性變形，組合拉桿的鋼材段將處于彈性狀態(tài)，鋼連梁除端部局部接觸部位外整體處于彈性 狀態(tài)，鋼連梁與其所連接的主結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間將出現(xiàn)間隙，在荷載消失后，鋼連梁與其所連接 的主結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的間隙將消除，整個(gè)連梁體系復(fù)位到初始狀態(tài)，無(wú)全局殘余變形。
[0008] 進(jìn)一步地，所述組合拉桿的兩端為鋼材段。
[0009] 進(jìn)一步地，所述組合拉桿兩端的鋼材段設(shè)計(jì)成螺紋形式，采用螺栓緊固的方式施 加預(yù)應(yīng)力。
[0010] 進(jìn)一步地，所述組合拉桿的兩端錨固于位于主結(jié)構(gòu)構(gòu)件上的錨固板上，錨固板的 位置可根據(jù)組合拉桿的長(zhǎng)度來(lái)確定，當(dāng)組合拉桿的長(zhǎng)度較小時(shí)，也可直接錨固于主結(jié)構(gòu)構(gòu) 件的端板上。
[0011] 進(jìn)一步地，在主結(jié)構(gòu)構(gòu)件的端板上位于連梁頂端和低端的位置分別焊有限位鍵， 以防止連梁豎向滑移。
[0012] 進(jìn)一步地，所述鋼連梁的截面選擇需要保證鋼連梁在組合拉桿中的形狀記憶合金 達(dá)到最大可恢復(fù)應(yīng)力時(shí)，除端部局部接觸應(yīng)力集中部位外整體處于彈性狀態(tài)。
[0013] 進(jìn)一步地，所述組合拉桿的長(zhǎng)度以及形狀記憶合金段的長(zhǎng)度的選擇需要保證在設(shè) 計(jì)要求的連梁轉(zhuǎn)角變形下形狀記憶合金段的應(yīng)變處于可恢復(fù)的范圍內(nèi)，所述形狀記憶合金 段的截面與鋼材段的截面選擇需要保證在設(shè)計(jì)荷載下形狀記憶合金段的應(yīng)力處于可恢復(fù) 的范圍內(nèi)、鋼材段的應(yīng)力處于彈性范圍內(nèi)。
[0014] 本發(fā)明的有益效果是：在設(shè)計(jì)地震荷載下，組合拉桿中的形狀記憶合金段將發(fā)生 超彈性變形，組合拉桿的鋼材段將處于彈性狀態(tài)，鋼連梁除端部局部接觸應(yīng)力集中部位外 整體處于彈性狀態(tài)；在荷載消失后，整個(gè)連梁體系將恢復(fù)到初始狀態(tài)，無(wú)全局殘余變形，無(wú) 需維修。同時(shí)，通過(guò)改變形狀記憶合金段和鋼材段的長(zhǎng)度比和截面積比可調(diào)節(jié)組合拉桿的 內(nèi)力與伸長(zhǎng)量關(guān)系，從而在不同的鋼連梁長(zhǎng)度與轉(zhuǎn)角變形要求下，都能確保形狀記憶合金 段達(dá)到或接近最大的可恢復(fù)應(yīng)力，使其性能得到充分利用。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本發(fā)明中采用組合拉桿的自復(fù)位鋼連梁體系的示意圖；
[0016]圖2為本發(fā)明中采用組合拉桿的自復(fù)位鋼連梁體系達(dá)到設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)角時(shí)的變形示意 圖；
[0017] 圖中，鋼連梁1、主結(jié)構(gòu)構(gòu)件2、形狀記憶合金段3、鋼材段4、主結(jié)構(gòu)構(gòu)件端板5、主 結(jié)構(gòu)構(gòu)件錨固板6、鋼連梁端板7、限位鍵8、錨固裝置9。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一下詳細(xì)說(shuō)明。
[0019] 如圖1所示，本發(fā)明一種采用組合拉桿的自復(fù)位鋼連梁體系，由鋼連梁1與組合 拉桿組成，所述鋼連梁1介于所需連接的主結(jié)構(gòu)構(gòu)件2之間，所述組合拉桿布置于鋼連梁1 的高度范圍內(nèi)，組合拉桿貫穿鋼連梁1的全長(zhǎng)，兩端錨固于鋼連梁1所連接的主結(jié)構(gòu)構(gòu)件2 上，鋼連梁端板7與主結(jié)構(gòu)構(gòu)件端板5之間無(wú)直接的焊接或螺栓連接。
[0020] 所述組合拉桿由形狀記憶合金段3和鋼材段4組合而成。
[0021] 在設(shè)計(jì)地震荷載的作用下，組合拉桿中的形狀記憶合金段3將發(fā)生超彈性變形， 組合拉桿的鋼材段4將處于彈性狀態(tài)，鋼連梁1除端部局部接觸部位外整體處于彈性狀態(tài)， 鋼連梁1與其所連接的主結(jié)構(gòu)構(gòu)件2之間將出現(xiàn)間隙，在荷載消失后，鋼連梁1與其所連接 的主結(jié)構(gòu)構(gòu)件2之間的間隙將消除，整個(gè)連梁體系復(fù)位到初始狀態(tài)，無(wú)全局殘余變形。
[0022] 優(yōu)選地，所述組合拉桿的兩端為鋼材段4,中間為形狀記憶合金段3。優(yōu)選地，所述 組合拉桿兩端的鋼材段4設(shè)計(jì)成螺紋形式，采用螺栓緊固的方式施加預(yù)應(yīng)力。
[0023] 所述組合拉桿的兩端錨固于主結(jié)構(gòu)構(gòu)件錨固板6上，錨固板6的位置可根據(jù)組合 拉桿的長(zhǎng)度來(lái)確定，當(dāng)組合拉桿的長(zhǎng)度較小時(shí)，也可直接錨固于主結(jié)構(gòu)構(gòu)件端板5上。
[0024] 在主結(jié)構(gòu)構(gòu)件2的端板上位于連梁頂端和低端的位置分別焊有限位鍵8,以防止 連梁豎向滑移。
[0025] 所述鋼連梁1的截面選擇需要保證鋼連梁在組合拉桿中的形狀記憶合金達(dá)到最 大可恢復(fù)應(yīng)力時(shí)，除端部局部接觸應(yīng)力集中部位外整體處于彈性狀態(tài)。
[0026] 所述組合拉桿的長(zhǎng)度以及形狀記憶合金段3的長(zhǎng)度的選擇需要保證在設(shè)計(jì)要求 的連梁轉(zhuǎn)角變形下形狀記憶合金段3的應(yīng)變處于可恢復(fù)的范圍內(nèi)，所述形狀記憶合金段3 的截面與鋼材段4的截面選擇需要保證在設(shè)計(jì)荷載下形狀記憶合金段3的應(yīng)力處于可恢復(fù) 的范圍內(nèi)、鋼材段4的應(yīng)力處于彈性范圍內(nèi)。
[0027] 1、組合拉桿的選擇。如圖1所示，所述鋼連梁1的長(zhǎng)度為e，鋼連梁端板7高度為 h，所述組合拉桿的長(zhǎng)度為1，所述形狀記憶合金段3的長(zhǎng)度為。如圖2所示，所述采用組 合拉桿的自復(fù)位鋼連梁體系的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)角為Yd，根據(jù)幾何關(guān)系和力的平衡關(guān)系，所述形狀記 憶合金段3的長(zhǎng)度和截面積Ai可通過(guò)下面公式估算：
[0028]
[0029]
[0030] 其中，a為鋼材段截面積^和形狀記憶段截面積A:的比值，EsS鋼材的彈性模 量，e。和e。分別為形狀記憶合金段的初始應(yīng)變和最大可恢復(fù)應(yīng)變，〇。和〇 u分別為形狀 記憶合金段的初始應(yīng)力和最大可恢復(fù)應(yīng)力，n為組合拉桿的數(shù)量，1為鋼連梁的名義設(shè)計(jì)剪 力，〇y為形狀記憶合金段的屈服應(yīng)力。1的取值需大于等于鋼連梁長(zhǎng)度與兩端最小錨固長(zhǎng) 度之和，1:的值必須小于等于1，否則需要增大1的取值。為確保當(dāng)形狀記憶合金段達(dá)到最 大可恢復(fù)應(yīng)力時(shí)鋼材段仍處于彈性狀態(tài)，要求a的取值滿足以下要求：
[0031]
[0032] 其中，〇sy為鋼材段的屈服應(yīng)力。鋼材段的總長(zhǎng)度12和截面積厶2可通過(guò)以下公式 確定：
[0033] L2=L-L!
[0034] A2-a￡i1
[0035] 2、鋼連梁的截面選擇。為保證鋼連梁在設(shè)計(jì)荷載下除端部局部接觸應(yīng)力集中部位 外整體處于彈性狀態(tài)，要求其截面彈性抗剪強(qiáng)度t和彈性抗彎強(qiáng)度t分別小于等于形狀記 憶合金段達(dá)到最大可恢復(fù)應(yīng)力〇u時(shí)的連梁剪力Vu和連梁彎矩MU，VU和Mu可通過(guò)以下公式 估算：
[0036]
[0037]
[0038] 3、組合拉桿的預(yù)應(yīng)力施加。為保證結(jié)構(gòu)具有一定的初始線性剛度，形狀記憶合金 段3需要施加一定的預(yù)應(yīng)力，可將組合拉桿兩端的鋼材段4設(shè)計(jì)成螺紋形式，然后采用螺栓 緊固的方式施加預(yù)應(yīng)力，也可采用專門的錨固裝置9。
[0039] 4、結(jié)構(gòu)的組裝。待主結(jié)構(gòu)構(gòu)件2安裝完成后，將鋼連梁1吊裝至設(shè)計(jì)位置，擱置于 下方的限位鍵8上，然后將組合拉桿穿過(guò)端板和錨固板，采用特制的螺帽將組合拉桿固定 于錨固板并緊固到指定的預(yù)拉力，在組合拉桿的預(yù)拉力的作用下連梁與主結(jié)構(gòu)構(gòu)件預(yù)壓結(jié) 合在一起。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種采用組合拉桿的自復(fù)位鋼連梁體系，其特征在于，由鋼連梁與組合拉桿組成，所 述組合拉桿貫穿鋼連梁的全長(zhǎng)，兩端錨固于鋼連梁所連接的主結(jié)構(gòu)構(gòu)件上。2. 如權(quán)利要求1所述的采用組合拉桿的自復(fù)位鋼連梁體系，其特征在于，所述組合拉 桿由形狀記憶合金段和鋼材段組合而成。3. 如權(quán)利要求2所述的采用組合拉桿的自復(fù)位鋼連梁體系，其特征在于，在設(shè)計(jì)地震 荷載的作用下，組合拉桿中的形狀記憶合金段將發(fā)生超彈性變形，組合拉桿的鋼材段將處 于彈性狀態(tài)，鋼連梁除端部局部接觸部位外整體處于彈性狀態(tài)，鋼連梁與其所連接的主結(jié) 構(gòu)構(gòu)件之間將出現(xiàn)間隙，在荷載消失后，鋼連梁與其所連接的主結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的間隙將消 除，整個(gè)連梁體系復(fù)位到初始狀態(tài)，無(wú)全局殘余變形。4. 如權(quán)利要求2所述的采用組合拉桿的自復(fù)位鋼連梁體系，其特征在于，所述組合拉 桿的兩端為鋼材段。5. 如權(quán)利要求4所述的采用組合拉桿的自復(fù)位鋼連梁體系，其特征在于，所述組合拉 桿兩端的鋼材段設(shè)計(jì)成螺紋形式，采用螺栓緊固的方式施加預(yù)應(yīng)力。6. 如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的采用組合拉桿的自復(fù)位鋼連梁體系，其特征在于，所 述組合拉桿的兩端錨固于位于主結(jié)構(gòu)構(gòu)件上的錨固板上，或直接錨固于主結(jié)構(gòu)構(gòu)件的端板 上。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種采用組合拉桿的自復(fù)位鋼連梁體系。本發(fā)明中的鋼連梁可以采用任何適合實(shí)際需要的截面形式與長(zhǎng)度尺寸，組合拉桿由形狀記憶合金段和鋼材段組合而成，貫穿整個(gè)鋼連梁，錨固于連梁兩端的主結(jié)構(gòu)構(gòu)件上。組合拉桿在錨固前施加預(yù)應(yīng)力，從而在鋼連梁與其所連接的主結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間形成預(yù)壓力。在設(shè)計(jì)地震荷載下，組合拉桿中的形狀記憶合金段將發(fā)生超彈性變形，組合拉桿中的鋼材段將處于彈性狀態(tài)，鋼連梁除端部局部接觸應(yīng)力集中部位外整體處于彈性狀態(tài)，鋼連梁與其所連接的主結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間出現(xiàn)間隙。在荷載消失后，鋼連梁與其所連接的主結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的間隙將消除，整個(gè)連梁體系復(fù)位到初始狀態(tài)，無(wú)全局的殘余變形。
【IPC分類】E04B1/98, E04B1/24
【公開(kāi)號(hào)】CN105178466
【申請(qǐng)?zhí)枴?br>【發(fā)明人】許賢, 羅堯治
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月23日
【申請(qǐng)日】2015年8月27日