一种楼板免损的双梁自复位抗震钢框架制造技术

本发明专利技术公开了一种楼板免损的双梁自复位抗震钢框架，包括至少一个结构单元，结构单元包括两个框架柱、上下相邻设置的上工字钢梁和下工字钢梁，所述上工字钢梁的两端通过上翼缘钢板与框架柱连接，所述下工字钢梁的两端通过下翼缘钢板与框架柱连接，上工字钢梁和下工字钢梁之间设置有间隙并在两端通过端部限位装置连接为一体，两端的端部限位装置之间锚固有预拉杆，上工字钢梁和下工字钢梁的腹板上分别设置有抗剪连接件，抗剪连接件在端部与框架柱焊接。将本发明专利技术应用到钢框架后可以使钢结构在小震和中震下实现自复位，在大震下结构无损伤，而且自复位机理不会引起楼板拉裂，有效降低震后产生的经济损失。

A double beam self restoring aseismic steel frame without loss of floor

The invention discloses a double-beam self-resetting aseismic steel frame with no damage to floor slab, including at least one structural unit, which comprises two frame columns, upper I-beam and lower I-beam adjacent to each other. The two ends of the upper I-beam are connected with the frame column through the upper flange steel plate, and the two ends of the lower I-beam are connected with the frame column. The end is connected with the frame column through the lower flange steel plate, a gap is arranged between the upper I-beam and the lower I-beam, and the two ends are connected as one by the end limit device. The inherent pre-tension rods are anchored between the end limit devices at both ends, and the shear connectors are arranged on the webs of the upper I-beam and the lower I-beam, respectively. The workpiece is welded to the frame column at the end. When the invention is applied to the steel frame, the steel structure can realize self-reset under small and medium earthquakes, and the structure is not damaged under large earthquakes, and the self-reset mechanism will not cause the floor to crack, thus effectively reducing the economic losses after earthquakes.

【技术实现步骤摘要】
一种楼板免损的双梁自复位抗震钢框架
本专利技术属于土木工程领域，涉及一种楼板免损的双梁自复位抗震钢框架。
技术介绍
自复位钢框架结构是一种通过张拉预拉杆为结构提供自复位力的新型结构形式，在结构受到地震作用后可以有效减小结构的残余变形。在多遇地震作用下，自复位钢框架结构梁柱节点间隙不张开，类似于抗弯框架，其结构构件保持为弹性；在中震或大震作用下，自复位钢框架结构通过梁柱节点顶底张开间隙，使安装在节点位置的耗能构件来消耗地震能量，以减轻甚至避免主体结构损伤，地震作用后依靠预拉杆使间隙闭合实现自复位的功能。通过对耗能构件尺寸、预拉杆数量和初张力、梁柱构件尺寸的调整，可使自复位钢框架结构在侧向荷载作用下的刚度、承载力、延性和滞回性能发生改变，这种特殊性能可以方便工程师在结构设计时进行不同部位结构刚度匹配的调整。然而传统的自复位钢框架结构的柱距会随着梁柱节点的张开而增大，必须采用复杂的楼板布置形式以避免柱距增大时楼板受拉开裂。此外，传统的自复位钢框架结构通常需要在施工现场进行预拉杆的张拉和构件焊接，不利于保证施工质量且施工难度较大，这都限制了自复位框架在实际工程中的应用，而目前提出的双梁自复位钢框架虽然能解决上述问题，但是初始刚度小，梁柱连接易发生破坏等问题，这严重影响了自复位双梁在实际工程中的应用。
技术实现思路
技术问题：本专利技术提供一种可以解决自复位双梁初始刚度小，梁柱连接易发生破坏等问题的楼板免损的双梁自复位抗震钢框架。技术方案：本专利技术的楼板免损的双梁自复位抗震钢框架，包括至少一个结构单元，所述结构单元包括两个框架柱、上下相邻设置的上工字钢梁和下工字钢梁，所述上工字钢梁的两端通过上翼缘钢板与框架柱连接，所述下工字钢梁的两端通过下翼缘钢板与框架柱连接，上工字钢梁和下工字钢梁之间设置有间隙并在两端通过端部限位装置连接为一体，两端的端部限位装置之间锚固有预拉杆，上工字钢梁和下工字钢梁的腹板上分别设置有抗剪连接件，抗剪连接件在端部与框架柱焊接。进一步的，本专利技术的楼板免损的双梁自复位抗震钢框架中，所述端部限位装置包括一块预留有预应力筋孔的端板、与端板连接的四块预留有摩擦板螺栓孔的摩擦板，预拉杆通过预应力筋孔锚固在端板上，四块摩擦板分为上下两组，每组两个相对设置的摩擦板，上工字钢梁的腹板插入上面一组摩擦板之间并通过高强螺栓与之连接，下工字钢梁插入下面一组摩擦板之间并通过高强螺栓与之连接。进一步的，本专利技术的楼板免损的双梁自复位抗震钢框架中，摩擦板与上工字钢梁间，以及与和下工字钢梁间均设置有摩擦材料。进一步的，本专利技术的楼板免损的双梁自复位抗震钢框架中，上工字钢梁和下工资钢梁分别在与摩擦板组装的位置设置有上工字钢梁预留滑槽和下工字钢梁预留滑槽，在与抗剪连接件栓接的位置分别预留有上工字钢梁螺栓孔和下工字钢梁螺栓孔。进一步的，本专利技术的楼板免损的双梁自复位抗震钢框架中，框架柱上设置有框架柱翼缘预留孔。进一步的，本专利技术的楼板免损的双梁自复位抗震钢框架中，上翼缘钢板预留有螺栓孔用于与上工字钢梁的上翼缘栓接，下翼缘钢板预留有纵向滑槽用于与下工字钢梁的下翼缘栓接，上翼缘钢板和下翼缘钢板一端均与框架柱焊接，梁柱之间预留有间隙使上翼缘钢板下翼缘钢板的一端悬挑出梁截面。进一步的，本专利技术的楼板免损的双梁自复位抗震钢框架中，预拉杆分为上下两组，分别设置于上工字钢梁和下工字钢梁的腹板位置。进一步的，本专利技术的楼板免损的双梁自复位抗震钢框架中，该结构包括在竖直方向上依次连接并共用一个框架柱的多个结构单元。进一步的，本专利技术的楼板免损的双梁自复位抗震钢框架中，该结构包括在水平方向上依次连接的多个结构单元，两相邻结构单元共用一根框架柱。本专利技术的优选方案中，结构单元包括两个框架柱和两个工字钢梁，所述两工字钢梁通过端部限位装置形成组合双梁，并分别采用翼缘钢板和抗剪连接件与框架柱连接。梁柱之间预留一定缝隙，使翼缘钢板的一部分悬挑出梁截面。端部限位装置通过对预拉杆张拉预应力使其紧压在双梁端部，并采用预紧高强螺栓与上下梁连接。将本专利技术应用到钢框架后可以使钢结构在小震和中震下实现自复位，在大震下结构无损伤，而且自复位机理不会引起楼板拉裂，有效降低震后产生的经济损失。有益效果：本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：(1)本专利技术采用翼缘钢板作为双梁与框架柱的铰接手段，钢板一端与框架柱焊接，可在工厂进行，另外一端与框架梁栓接，可在施工现场进行，这样可以加快自复位梁在现场的施工。与传统的销轴连接相比，翼缘钢板的连接方式有效增大了梁柱连接件的初始刚度，进而增大了整个框架体系的初始刚度。下翼缘钢板在大震下可与下梁产生相对滑动，在耗散地震能量的同时，避免了结构体系在大震下抗力的持续增大，从而保证梁柱连接件不会在大震下出现明显的塑形变形，实现了结构在大震下无损。(2)本专利技术采用端部限位装置可以有效增大双梁的等效抗弯刚度。有研究表明在基于双推杆原理工作的构件中长度误差会使构件的初始刚度显著降低，由于两个推杆间在加工中存在长度误差，预拉杆在张拉后通过端板传递的预应力仅作用在某一个推杆上而不能使双推杆成为有效整体，本专利技术中的端板受预应力的作用后可以产生一定转动，从而使端板与上下梁同时保持紧压状态。(3)本专利技术采用高强螺栓将端部限位装置与双梁在其腹板位置组装在一起，不仅节省了梁高，同时便于施加螺栓预紧力，也可以确保端板产生的推覆力直接作用在梁截面上。摩擦板位于钢梁腹板位置，双梁并不会因为引入了摩擦耗能装置增加不必要的梁高。摩擦耗能能力的大小取决于螺栓预紧力的大小，在施工中可以通过扭力扳手和套头转动位于腹板位置的高强螺栓，来实现螺栓预紧力的改变。地震作用下自复位框架的启动力被超过后，紧压在双梁端部的端板被双梁推开，使端板与上下梁分别在两端产生相对平动。端板此时因偏压受力产生倾斜的趋势，但由于摩擦板在梁腹板滑槽位置通过高强螺栓与双梁组装在一起，该横向滑槽限制了摩擦板的竖向位移，避免了端板倾斜使间隙值出现减小，从而有效保证了预拉杆伸长和摩擦滑动耗能。(4)本专利技术的自复位钢框架结构在地震作用下可实现楼板免损。对于传统的自复位钢框架结构，梁柱节点通过在地震作用下梁顶底张开产生间隙，使位于节点位置处的耗能构件产生耗能，但产生的间隙使柱距增大，需要采用复杂的楼板布置形式避免楼板受拉开裂。而本专利技术通过上下梁在地震作用下的相互平行错动在端部产生间隙，不会引起柱距的变化并有效减少了楼板的拉裂。(5)本专利技术能够有效地减小甚至避免地震作用时主体结构的损伤。对于抗弯框架通过部分构件的提前屈服和破坏，依靠构件的塑性变形来耗散大部分的地震能量，而像梁、柱等结构构件的损坏常常难以修复，更易引起结构的倒塌。本专利技术中的上下梁与框架柱均采用销轴连接，能够有效的避免结构在地震作用下产生塑性铰。双梁在地震作用下的相互平行错动会引起摩擦板与梁腹板摩擦耗能，这样不仅构造简单、耗能成本较低，而且实现了损伤可控，当施加在预拉杆中的预张力克服滑动摩擦力后结构便能实现完全自复位，而不用考虑主体结构塑性变形的影响。此外，自复位框架再次经历地震时摩擦材料一般不需要更换，便能实现与经历第一次地震时相近的摩擦耗能能力。(6)本专利技术可实现自复位钢架在工厂进行预制和预应力张拉，在现场施工时仅需要对各结构构件组装，非常适合工业化的生产和制造。不仅可以保证各本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种楼板免损的双梁自复位抗震钢框架，其特征在于，该结构包括至少一个结构单元，所述结构单元包括两个框架柱(1)、上下相邻设置的上工字钢梁(2)和下工字钢梁(3)，所述上工字钢梁(2)的两端通过上翼缘钢板(4)与框架柱(1)连接，所述下工字钢梁(3)的两端通过下翼缘钢板(5)与框架柱(1)连接，上工字钢梁(2)和下工字钢梁(3)之间设置有间隙并在两端通过端部限位装置(6)连接为一体，两端的端部限位装置(6)之间锚固有预拉杆(7)，上工字钢梁(2)和下工字钢梁(3)的腹板上分别设置有抗剪连接件(8)，抗剪连接件(8)在端部与框架柱(1)焊接。

【技术特征摘要】
1.一种楼板免损的双梁自复位抗震钢框架，其特征在于，该结构包括至少一个结构单元，所述结构单元包括两个框架柱(1)、上下相邻设置的上工字钢梁(2)和下工字钢梁(3)，所述上工字钢梁(2)的两端通过上翼缘钢板(4)与框架柱(1)连接，所述下工字钢梁(3)的两端通过下翼缘钢板(5)与框架柱(1)连接，上工字钢梁(2)和下工字钢梁(3)之间设置有间隙并在两端通过端部限位装置(6)连接为一体，两端的端部限位装置(6)之间锚固有预拉杆(7)，上工字钢梁(2)和下工字钢梁(3)的腹板上分别设置有抗剪连接件(8)，抗剪连接件(8)在端部与框架柱(1)焊接。2.根据权利要求1所述的楼板免损的双梁自复位抗震钢框架，其特征在于，所述端部限位装置(6)包括一块预留有预应力筋孔(65)的端板(61)、与端板(61)连接的四块预留有摩擦板螺栓孔(63)的摩擦板(62)，预拉杆(7)通过预应力筋孔(65)锚固在端板(61)上，四块摩擦板(62)分为上下两组，每组两个相对设置的摩擦板(62)，上工字钢梁(2)的腹板插入上面一组摩擦板(62)之间并通过高强螺栓与之连接，下工字钢梁(3)插入下面一组摩擦板(62)之间并通过高强螺栓与之连接。3.根据权利要求2所述的楼板免损的双梁自复位抗震钢框架，其特征在于，所述摩擦板(62)与上工字钢梁(2)间，以及与和下工字钢梁(3)间均设置有摩擦材料(9)。4.根据权利要求2所述是楼板免损的...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄小刚，周臻，郭从明，黄林杰，田会文，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32