可控转动自复位弹性柱铰结构及自复位弹性柱铰的实现方法技术

本发明专利技术涉及一种可控转动自复位弹性柱铰结构及自复位弹性柱铰的实现方法。可控转动自复位弹性柱铰结构，包括有直立的框架柱和设置在所述框架柱底面的浅杯口柱基；在所述浅杯口柱基的顶面设有承接所述框架柱的凹形杯口；在所述框架柱的底面设有钢制底板，在所述钢制底板上焊接有若干直立的钢管，所述钢管预埋在所述框架柱的柱体中，在每个所述钢管中穿接有高强钢筋，所述高强钢筋的上段锚固在所述框架柱的柱体中，所述高强钢筋的下段锚固在所述浅杯口柱基的基体中。本发明专利技术突破了传统框架的设计思路，能够使得框架柱基节点具有良好的自复位性能，使框架柱底具有弹性转动能力和自复位能力，提高了框架柱的抗震性能。

【技术实现步骤摘要】
可控转动自复位弹性柱铰结构及自复位弹性柱铰的实现方 法
本专利技术涉及一种建筑结构，具体地说是一种可控转动自复位弹性柱铰结构及自复 位弹性柱铰的实现方法。
技术介绍
地球上近期频发的强烈地震，既造成了重大财产损失，也严重威胁到了广大民众 的生命安全。而作为人民生产生活主要场所的建筑物，在地震等自然灾害中发生损坏，会带 来巨大的损失。因此，研究建筑物新型抗震体系的意义十分重大。现有基于延性设计的混 凝土框架柱或钢柱结构中，预设的截面延性变形机制主要是通过框架柱的结构材料如钢材 或者混凝土的屈服形成截面塑性铰来实现，在中等地震强度的情况下就会发生，导致不可 忽略的残余变形，由此带来以下四点不足： 1、 截面延性变形过大且难以局部恢复，导致被整体拆除； 2、 即便延性变形在限值以内，但设计截面的承载力和刚度都出现明显的下降，对继续 服役造成不利影响； 3、 直接造成巨大的经济损失。 4、结构进入弹塑性破坏状态之后很难修复。 在这样的现实状况下，建筑工程界需要寻求更加先进的设计方案以及更为严格的 建筑抗震设计规范准则。
技术实现思路
本专利技术的目的之一就是提供一种可控转动自复位弹性柱铰结构，以解决传统框架 柱在地震过后具有较大残余变形从而影响建筑结构强度的问题。 本专利技术的目的之二是提供一种可控转动自复位弹性柱铰结构的实现方法，以消除 传统框架柱在地震过后具有的较大的残余变形。 本专利技术的目的之一是这样实现的：一种可控转动自复位弹性柱铰结构，包括有直 立的框架柱和设置在所述框架柱底面的浅杯口柱基；在所述浅杯口柱基的顶面设有承接所 述框架柱的凹形杯口；在所述框架柱的底面设有钢制底板，在所述钢制底板上焊接有若干 直立的钢管，所述钢管预埋在所述框架柱的柱体中，在每个所述钢管中穿接有高强钢筋，所 述高强钢筋的上段锚固在所述框架柱的柱体中，所述高强钢筋的下段锚固在所述浅杯口柱 基的基体中。 在所述浅杯口柱基的凹形杯口的侧壁与所述框架柱的侧壁之间留有间隙，在该间 隙中充填有无收缩砂浆，形成隔绝空气的无收缩砂浆层，以防止钢制底板的锈蚀。 所述高强钢筋在所述框架柱中有至少2/3柱高的埋入长度，在所述框架柱的柱体 内按照受力配有相应的纵筋和箍筋。 所述高强钢筋在所述浅杯口柱基内有足够的埋入长度或者采用90°弯钩的锚固 方式固定。 toon] 所述高强钢筋与所述钢管内壁无粘结，以保证柱基节点柱铰具有足够的弹性转动 能力；在所述钢管内注有油脂，以防止锈蚀。 所述浅杯口柱基为预制混凝土结构或者现浇结构，其凹形杯口具有足够的抗剪强 度，以约束所述框架柱的水平位移，并保证柱基节点具有足够的转动空间。 本专利技术中的高强钢筋与浅杯口柱基构成一种弹性复位组件，其受力特点，一是布 置于框架柱截面周边位置的高强钢筋将原本分开浇筑的框架柱与浅杯口柱基牢固连接在 一起，在地震过后，由于高强钢筋的线弹性特性，可以产生足够的恢复力，使自复位弹性柱 铰结构重新回到初始位形，而不产生或者减少转动残余变形；二是框架柱底端始终处于弹 性阶段，不发生弹塑性或塑性破坏。通过理论研究和试验表明，本专利技术自复位弹性柱铰结构 拥有稳定的自复位能力，可以保证框架柱底端始终处于弹性转动，这样，既能避免底层柱底 出现塑性破坏，又能有效地减小塑性残余变形，由此实现了预设的弹性一复位的抗震自复 位机制。 本专利技术的目的之二是这样实现的：一种自复位弹性柱铰的实现方法，包括以下步 骤： (1) 预埋件的制作：按框架柱底面的设计形状和尺寸截取一块钢板，在所述钢板的板 面上开设若干孔眼，在所述钢板的顶面对应每个孔眼处焊接一根钢管，整体做防锈处理后， 即成预埋件； (2) 浅杯口柱基的制作：采用混凝土预制或现浇的方式制作浅杯口柱基，浅杯口柱基 顶面的凹形杯口的口形与框架柱底面的形状相同，但尺寸略大于框架柱底面的外周尺寸； 在凹形杯口下部的浅杯口柱基基体中锚固若干高强钢筋，每根高强钢筋对应预埋件上的一 个孔眼的位置；当浇筑的混凝土经养护凝固后，即成浅杯口柱基； (3) 框架柱的制作：先将浅杯口柱基上锚固的高强钢筋一一通过预埋件上的孔眼和钢 管从下向上穿出，再将预埋件放入浅杯口柱基上的凹形杯口中，在每个钢管内灌入油脂并 对钢管上口进行封盖处理，再在浅杯口柱基上架设框架柱浇筑模板，框架柱浇筑模板的下 沿伸入凹形杯口的底部并与凹形杯口的内壁相贴，然后采用现浇方式在预埋件上部浇筑框 架柱，并使从预埋件上伸出的高强钢筋锚固在框架柱的柱体中； (4) 当框架柱经养护凝固后，拆除框架柱浇筑模板，在浅杯口柱基上的凹形杯口的侧壁 与框架柱的侧壁之间形成间隙，在该间隙中充填无收缩砂浆，形成隔绝空气的无收缩砂浆 层。，以防止钢制底板的锈蚀，由此形成使框架柱节点具有自复位功能的自复位弹性柱铰结 构。 在框架柱的柱体内可按照受力配以相应的纵筋和箍筋。 所述浅杯口柱基上的凹形杯口具有足够的抗剪强度，以约束框架柱的水平位移， 并保证柱基节点具有足够的转动空间。 本专利技术与传统框架柱基节点相比，具有如下优点： 1、弹性复位功能，锚固于框架柱柱体中的高强钢筋可以产生恢复力，使得该节点可重 新回到初始位形，而不产生转动残余变形，由此很好地解决了传统框架柱在地震过后具有 较大残余变形的问题。 2、本专利技术设计灵活，结构受力明确，建筑结构在预先设定部位(柱底）通过布置于 框架柱柱体中的高强钢筋组件实现自复位，且能够保证框架柱具有足够的强度和刚度。 3、本专利技术采用现浇构件体系，现场施工，不增加施工难度和工序，体系明确、性能 优越。 本专利技术突破了传统框架的设计思路，能够使得框架柱基节点具有良好的自复位性 能，以满足越来越多的对于框架柱震后残余变形的要求。 本专利技术可以采用预制构件施工或者现浇施工。预制构件施工只需现场作业拼装， 施工清晰、简便、快速，可保证框架柱类建筑结构具有足够的强度和刚度，是一种先进实用 的新型框架柱体系。 【附图说明】 图1是本专利技术自复位弹性柱铰结构的结构示意图。 图2是图1的A- A向剖面图。 图中：1、框架柱，2、浅杯口柱基，4、钢制底板，5、钢管，6、高强钢筋，7、纵筋，8、无收 缩砂浆层，9、箍筋。 【具体实施方式】 实施例1 :可控转动自复位弹性柱铰结构 如图1、图2所示，可控转动自复位弹性柱铰结构包括有直立的框架柱1和浅杯口柱基 2。在浅杯口柱基2的顶面设有承接框架柱的凹形杯口。在框架柱1的柱体内按照受力配 有相应的纵筋7和箍筋9。在框架柱1的底面设有钢制底板4,在钢制底板4上焊接有若干 直立的钢管5,钢管5预埋在框架柱1的柱体中。在每个钢管5中穿接有高强钢筋6,高强 钢筋6的上段锚固在框架柱1的柱体中，高强钢筋6在框架柱中有至少2/3柱高的埋入长 度。高强钢筋5的下段锚固在浅杯口柱基2的基体中。高强钢筋6在浅杯口柱基2内有足 够的埋入长度，或者采用90°弯钩的锚固方式固定。高强钢筋6与钢管5的内壁无粘结，以 保证柱基节点柱铰具有足够的弹性转动能力。在钢管5内注有油脂，以防止锈蚀。 框架柱下部的预埋件可起到分压的作用，以防止后张拉预应力钢筋在锚固端部产 生过大的局部压力而压溃混凝土。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可控转动自复位弹性柱铰结构，其特征是，包括有直立的框架柱和设置在所述框架柱底面的浅杯口柱基；在所述浅杯口柱基的顶面设有承接所述框架柱的凹形杯口；在所述框架柱的底面设有钢制底板，在所述钢制底板上焊接有若干直立的钢管，所述钢管预埋在所述框架柱的柱体中，在每个所述钢管中穿接有高强钢筋，所述高强钢筋的上段锚固在所述框架柱的柱体中，所述高强钢筋的下段锚固在所述浅杯口柱基的基体中。

【技术特征摘要】
1. 一种可控转动自复位弹性柱铰结构，其特征是，包括有直立的框架柱和设置在所述 框架柱底面的浅杯口柱基；在所述浅杯口柱基的顶面设有承接所述框架柱的凹形杯口；在 所述框架柱的底面设有钢制底板，在所述钢制底板上焊接有若干直立的钢管，所述钢管预 埋在所述框架柱的柱体中，在每个所述钢管中穿接有高强钢筋，所述高强钢筋的上段锚固 在所述框架柱的柱体中，所述高强钢筋的下段锚固在所述浅杯口柱基的基体中。2. 根据权利要求1所述的可控转动自复位弹性柱铰结构，其特征是，在所述浅杯口柱 基的凹形杯口的侧壁与所述框架柱的侧壁之间留有间隙，在该间隙中充填有无收缩砂浆， 形成隔绝空气的无收缩砂浆层。3. 根据权利要求1所述的可控转动自复位弹性柱铰结构，其特征是，所述高强钢筋在 所述框架柱中有至少2/3柱高的埋入长度，在所述框架柱的柱体内配有纵筋和箍筋。4. 根据权利要求1所述的可控转动自复位弹性柱铰结构，其特征是，所述高强钢筋在 所述浅杯口柱基内有足够的埋入长度或者采用90°弯钩的锚固方式固定。5. 根据权利要求1所述的可控转动自复位弹性柱铰结构，其特征是，所述高强钢筋与 所述钢管内壁无粘结。6. 根据权利要求1所述的可控转动自复位弹性柱铰结构，其特征是，所述浅杯口柱基 为预制混凝土结构或者现浇结构，其凹形杯口具有足够的抗剪强度，以约束所述框架柱的 水平位移，并保证柱基节点具有足够的转动空间。7. -种自复位弹性柱铰的实现方法，其特征是，包括以下步骤： (1) 预埋件的制作：按框架柱底面的设计形状和尺寸截取一块钢板，在所述钢...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨树标，贾剑辉，孙魁，
申请(专利权)人：河北工程大学，
类型：发明
国别省市：河北;13