一种新型震后易修复钢异形柱-中心支撑架，双槽钢梁通过梁端封板，与异形柱连接，形成无焊缝全螺栓的连接形式；对无焊缝全螺栓节点施加预应力钢索，形成预应力自复位节点；自复位柱脚预应力柱脚通过加强板来优化柱底部的轴向与水平向的受力性能，防屈曲钢板主要用来耗散地震能量，剪切板是防止剪力过大造成柱底的局部屈服；预应力柱脚的关键构件是预应力拉杆，拉杆的作用是对柱提供预压力使柱与梁紧密连接，从而使柱脚在承受弯矩较小时近似刚性连接，并使其具有震后自复位能力；中心支撑使结构具有更好的抗侧能力。
【技术实现步骤摘要】
一种新型震后易修复钢异形柱-中心支撑架
本专利技术涉及一种易修复钢异形柱-中心支撑架，属于抗震减灾
，尤其涉及一种新型震后易修复钢异形柱-中心支撑架。
技术介绍
地震中建筑的倒塌是威胁人民生命安全和造成财产损失最主要的原因。汶川及雅安地震表明混凝土结构抗震性能不佳，目前我国钢结构发展迅速，尤其是预应力钢结构技术处于国际先进水平，国家体育馆双向张弦结构和北京工业大学体育馆弦支穹顶结构均创当时同类结构跨度最大世界记录，引领了预应力钢结构的发展。发挥预应力技术优势，将其应用到钢框架节点上，会提高节点的抗震性能及自复位能力，而钢框架节点设计得好坏直接影响到钢结构的质量。倘若构件没破坏而节点已经失效，就达不到结构抗震设计的初衷，更不能满足“强节点，弱构件”的设计理念。1994年I月17日，美国洛杉矶发生地震，100多幢钢结构建筑在梁柱节点部位断裂，裂纹通常起源于梁柱节点焊缝。一年后，日本的阪神发生了地震，震后调查显示，造成大部分断裂的根本原因在于节点的设计和施工方面的问题。这两次地震促使了学者研究和调整节点的设计。在1994年洛杉矶发生地震以前，多采用如图1所示的节点形式。在洛杉矶地震发生前，这种节点造价低廉，施工方便，而且当时普遍认为该节点形式能够较好的利用材料延性，促使梁端出现塑性铰，使节点免于破坏，实现“强节点，弱构件”的设计思想。但是，在地震中这类节点形式并没有表现出应有的延性，而过早地出现了脆性断裂，裂纹通常起源于梁柱节点焊缝。经过分析得出造成大部分断裂的根本原因在于节点的设计和施工方面的问题。在洛杉矶地震以后的十年，梁柱连接性能及其对钢框架结构的影响成为钢结构领域的重点研究内容之一。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了一种新型震后易修复钢异形柱-中心支撑架，该支撑架提高了抗震性能，减少了震后修复难度与维护费用；该新型震后易修复钢异形柱-中心支撑架基本构成包括框架梁、柱、预应力构件、角钢或摩擦件等构件。具体构造是在施工过程中，先安装顶底角钢，然后安装高强钢拉杆并进行张拉，在拉杆张拉力的作用下梁柱接触面产生压应力，这种预压应力将为节点提供较大的抵抗弯矩，而梁柱接触面的摩擦力又将为节点提供较大的抵抗剪力；梁端部与柱之间安装垫板即梁柱连接板，防止梁腹板与柱直接接触造成局部应力过大，在梁的上下翼缘处各焊接一块加强板，加强板可以增大梁翼缘与柱之间的接触面，从而减小梁翼缘中的压应力，避免梁翼缘在压应力作用下局部屈服。预应力自复位节点基本原理:当地震作用达到一定程度时，梁柱的接触面张开，角钢出现塑性变形并耗能，从而避免了梁柱等主体构件的损坏。地震作用后，结构在预应力作用下恢复到原先的竖向位置。研究表明，如果在梁的腹板或者翼缘处设计耗能构件，该节点刚度强度与全焊节点类似，并且具有良好的延性。后张拉自复位框架节点可以得到与传统钢框架相似的强度和刚度。但此自复位节点施工现场不需施焊，全部采用螺栓连接或在工厂先行焊接后，到施工现场再进行螺栓连接。节点的初始刚度与焊接节点基本相当,在层间位移角达到5%的情况下,主体结构梁和柱仍保持弹性，角钢则进入塑性状态以耗散能量，地震作用后节点可以回复到其初始位置。预应力的施加使钢框架结构能够得到较高的安全系数。预应力节点的主要优点:(I)拥有自定心的能力，从而大大减小了震后残余变形；(2)初始刚度较大与全焊接节点相似，相当于刚性节点；(3)地震下梁柱均保持弹性，非弹性变形集中在节点，并通过节点连接件的非弹性变形提供耗能机制；(4)大大降低了震后修复难度及成本。本专利技术的目的在于提供了一种新型震后易修复钢异形柱框架-中心支撑架包括双槽钢梁、等肢角钢、梁柱连接板、梁端腹板、槽钢、钢拉索、L形异形柱、T形异形柱、十字形异形柱、盖板、防屈曲板、加强板、剪切板、加劲肋、固定角钢、连接板、斜撑、悬臂杆1、悬臂杆II。本专利技术的梁是由型钢构成的双槽钢梁，双槽钢梁是由但槽钢在梁端用梁端腹板拼接而成。柱脚位置在异形柱与地基相连处。异形柱的形式有 三种，分别为L形异形柱、T形异形柱、十字形异形柱；其节点形式包括三种规格，分别为L形节点连接、T形节点连接、十字形节点连接；L形节点是L形异形柱与双槽钢梁连接^形节点是T形异形柱与双槽钢梁连接；十字形节点是十字形异形柱与双槽钢梁连接；其中，L形柱脚分为A、B两面，T形柱脚共分A、B、C三个面，十字形柱脚共四个面，但四个面均相同。本专利技术所述的新型震后易修复钢异形柱-中心支撑架中，所述L形节点连接是框架角部框架柱与双槽钢梁连接；具体连接步骤为梁柱连接板与梁端腹板在工厂先行焊接，梁柱连接板垂直于梁端腹板，梁端腹板位于梁柱连接板的中部，其高度等于双槽钢梁的型钢腹板高度，现场用螺栓将焊接在一起的梁柱连接板与梁端腹板固定在L形异形柱翼缘上；双槽钢梁是由两根槽钢梁组成的，双槽钢梁与异形柱连接时，采用单根槽钢分别连接的方式，先将一根槽钢用等肢角钢与L形异形柱连接，槽钢与异形柱的翼缘垂直，一根槽钢连接后，同样的方式连接另一根槽钢；双槽钢梁与L形异形柱连接后，两根槽钢要用梁端腹板连接成整体，用螺栓将两根槽钢与位于两根槽钢中间的梁端腹板连接。本专利技术所述的新型震后易修复钢异形柱-中心支撑架中，所述T型节点连接形式、十字型节点连接形式与L型节点连接形式基本相同，只是异形柱分别采用T形异形柱与十字形异形柱。本专利技术的节点预应力的布置方式为，按照上述方式连接各个不同形式的节点，框架已经基本形成；将钢拉索依次穿过预留在异形柱翼缘上的孔洞，施加计算的预应力值，用永久锚具锚固在异形柱翼缘上。其柱脚形式包括三种形式:L形柱脚、T形柱脚、十字形柱脚。本专利技术所述的新型震后易修复钢异形柱-中心支撑架中，所述L型柱脚连接步骤，梁柱连接板与梁端腹板在工厂先行焊接，梁柱连接板垂直于梁端腹板，梁端腹板位于梁柱连接板的中部，其高度等于双槽钢梁的型钢腹板高度，现场用螺栓将焊接在一起的梁柱连接板与梁端腹板固定在异形柱翼缘上；双槽钢梁分为两根槽钢，柱脚连接时，将两根槽钢一起用螺栓连接在梁端腹板上，为加强柱脚处梁与异形柱连接的强度与刚度，在双槽钢梁I与梁柱连接板接触处即槽钢内圈施加三面围焊；另一肢与本肢相同；在L型异形柱弯矩较大的短肢内部焊接横向加劲肋(焊接可以在工厂加工完成)在加劲肋上下焊接角钢用以固定预应力拉杆；将预应力拉杆穿过预留孔洞，并施加预应力，用永久锚具锚固在角钢上；再将防屈曲钢板、加强板以及盖板用螺栓连接于异形柱翼缘处；盖板周边有突出围边，以盖板与加强板绝对密实，防止潮气入侵盖板内腐蚀防屈曲钢板；再将剪切板用螺栓与双槽钢梁连接。所述T形柱脚、十字形柱脚连接步骤与L形柱脚相同，加劲肋均布置在异形柱所受弯矩较大的一肢上，另一肢不需要布置。其人字形抗侧力构件由斜撑、悬臂杆I和悬臂杆II组成；悬臂杆II通过梁上竖板用焊接连接于双槽钢梁上，斜撑和悬臂杆I通过盖板用螺栓连接；悬臂杆II通过焊接于异形柱底部，斜撑和悬臂杆II通过盖板用螺栓连接；斜撑截面为H型钢，或者使用工字型钢、双槽钢组合截面、双角钢组合截面；斜撑为普通高强度钢板带，或者使用防屈曲耗能支撑或耗能阻尼器支撑。其V字形抗侧力构件由斜撑、悬臂杆I和悬臂杆II组成；悬臂杆I通过梁上竖板用焊接连接于双槽钢梁I上，斜撑和悬臂杆I通过盖板用螺栓连接本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种新型震后易修复钢异形柱‑中心支撑架，其特征在于：该支撑架包括双槽钢梁（1）、等肢角钢（2）、梁柱连接板（3）、梁端腹板（4）、单根槽钢（5）、钢拉索（6）、L形异形柱（7）、T形异形柱（8）、十字形异形柱（9）、盖板（10）、防屈曲板（11）、加强板（12）、剪切板（13）、加劲肋(14)、固定角钢(15)、连接板(16)、斜撑（17）、悬臂杆I（18）、悬臂杆II（19）；梁是由型钢构成的双槽钢梁（1），双槽钢梁（1）是由两只单根槽钢（5）在梁端用梁端腹板（4）拼接而成；柱脚位置在柱与地基相连处；异形柱的形式有三种，分别为L形异形柱（7）、T形异形柱（8）、十字形异形柱（9）；其节点形式包括三种规格，分别为L形节点连接、T形节点连接、十字形节点连接；L形节点是L形异形柱（7）与双槽钢梁（1）连接；T形节点是T形异形柱（8）与双槽钢梁（1）连接；十字形节点是十字形异形柱（9）与双槽钢梁（1）连接；其中，L形柱脚分为A、B两面，T形柱脚共分A、B、C三个面，十字形柱脚共四个面，但四个面均相同；L形节点连接是框架角部框架L形异形柱（7）与双槽钢梁（1）连接；具体连接步骤为梁柱连接板（3）与梁端腹板（4）在工厂先行焊接，梁柱连接板（3）垂直于梁端腹板（4），梁端腹板（4）位于梁柱连接板（3）的中部，其高度等于双槽钢梁（1）的型钢腹板高度，现场用螺栓将焊接在一起的梁柱连接板（3）与梁端腹板（4）固定在L形异形柱（7）翼缘上；双槽钢梁（1）是由两根槽钢梁组成的，双槽钢梁(1)与柱连接时，采用单根槽钢（5）分别连接的方式，先将一根槽钢用等肢角钢(2)与L形异形柱（7）连接，槽钢与异形柱（7）的翼缘垂直，一根槽钢连接后，同样的方式连接另一根槽钢；双槽钢梁（1）与L形异形柱（7）连接后， 两根槽钢要用梁端腹板（4）连接成整体，用螺栓将两根槽钢与位于两根槽钢中间的梁端腹板（4）连接；T型节点连接形式、十字型节点连接形式与L型节点连接形式基本相同，只是异形柱分别采用T形异形柱（8）与十字形异形柱（9）；节点预应力的布置方式为，按照上述方式连接各个不同形式的节点，框架已经基本形成；将钢拉索（6）依次穿过预留在异形柱翼缘上的孔洞，施加计算的预应力值，用永久锚具锚固在异形柱翼缘上；其柱脚形式包括三种形式，L形柱脚、T形柱脚、十字形柱脚；L形柱脚连接步骤，梁柱连接板（3）与梁端腹板（4）在工厂先行焊接，梁柱连接板（3）垂直于梁端腹板（4），梁端腹板（4）位于梁柱连接板（3）的中部，其高度等于双槽钢梁（1）的型钢腹板高度，现场用螺栓将焊接在一起的梁柱连接板（3）与梁端腹板（4）固定在异形柱7翼缘上；双槽钢梁（1）分为两根槽钢，柱脚连接时，将两根槽钢一起用螺栓连接在梁端腹板（4）上，为加强柱脚处梁与异形柱连接的强度与刚度，在双槽钢梁（1）与梁柱连接板（3）接触处即槽钢内圈施加三面围焊；另一肢与本肢相同；在L型异形柱弯矩较大的短肢内部焊接横向加劲肋（14），在加劲肋（14）上下焊接角钢（15）用以固定预应力拉杆（16）；将预应力拉杆（16）穿过预留孔洞，并施加预应力，用永久锚具锚固在角钢（15）上；再将防屈曲钢板（11）、加强板（12）以及盖板（10）用螺栓连接于L形异形柱（7）翼缘处；盖板（10）周边有突出围边，以盖板（10）与加强板（12）绝对密实，防止潮气入侵盖板内腐蚀防屈曲钢板（11）；再将剪切板（13）用螺栓与双槽钢梁（1）连接；T形柱脚、十字形柱脚连接步骤与L形柱脚相同，加劲肋（14）均布置在异形柱所受弯矩较大的一肢上，另一肢不需要布置；其人字形抗侧力构件由斜撑（17）、悬臂杆I（18）和悬臂杆II（19） 组成；悬臂杆II（18）通过梁上竖板用焊接连接于双槽钢梁（1）上，斜撑（17）和悬臂杆I（18）通过盖板用螺栓连接；悬臂杆II（19）通过焊接于异形柱底部，斜撑（17）和悬臂杆II（19）通过盖板用螺栓连接；斜撑（17）截面为H型钢，或者使用工字型钢、双槽钢组合截面、双角钢组合截面；斜撑（17）为普通高强度钢板带，或者使用防屈曲耗能支撑或耗能阻尼器支撑；其V字形抗侧力构件由斜撑（17）、悬臂杆I（18）和悬臂杆II（19）组成；悬臂杆I（18）通过梁上竖板用焊接连接于双槽钢梁（1）上，斜撑（17）和悬臂杆I（18）通过盖板用螺栓连接；悬臂杆II（19）通过焊接于异形柱底部，斜撑（17）和悬臂杆II（19）通过盖板用螺栓连接；斜撑截面为H型钢，或者使用工字型钢、双槽钢组合截面、双角钢组合截面；斜撑（17）为普通高强度钢板带，或者使用防屈曲耗能支撑或耗能阻尼器支撑；其单斜杆式抗侧力构件由斜撑（17）和悬臂杆II（19）组成；悬臂杆II(19)通过焊接连接于异形柱底部，斜撑(17)和悬臂杆II（19）通过盖板用螺栓连接；另一悬臂杆II...
【技术特征摘要】
1.一种新型震后易修复钢异形柱-中心支撑架，其特征在于:该支撑架包括双槽钢梁(I)、等肢角钢(2)、梁柱连接板(3)、梁端腹板(4)、单根槽钢(5)、钢拉索(6)、L形异形柱(7)、T形异形柱(8)、十字形异形柱(9)、盖板(10)、防屈曲板(11)、加强板(12)、剪切板(13)、加劲肋(14)、固定角钢(15)、连接板(16)、斜撑(17)、悬臂杆I (18)、悬臂杆II (19)；梁是由型钢构成的双槽钢梁(I )，双槽钢梁(I)是由两只单根槽钢(5)在梁端用梁端腹板(4)拼接而成； 柱脚位置在柱与地基相连处； 异形柱的形式有三种，分别为L形异形柱(7)、T形异形柱(8)、十字形异形柱(9);其节点形式包括三种规格，分别为L形节点连接、T形节点连接、十字形节点连接；L形节点是L形异形柱(7)与双槽钢梁(I)连接；T形节点是T形异形柱(8)与双槽钢梁(I)连接；十字形节点是十字形异形柱(9)与双槽钢梁(I)连接；其中，L形柱脚分为Α、Β两面，T形柱脚共分Α、B、C三个面，十字形柱脚共四个面，但四个面均相同； L形节点连接是框架角部框架L形异形柱(7)与双槽钢梁(I)连接；具体连接步骤为梁柱连接板(3)与梁端腹板(4)在工厂先行焊接，梁柱连接板(3)垂直于梁端腹板(4)，梁端腹板(4)位于梁柱连接板(3)的中部，其高度等于双槽钢梁(I)的型钢腹板高度，现场用螺栓将焊接在一起的梁柱连接板(3)与梁端腹板(4)固定在L形异形柱(7)翼缘上；双槽钢梁(I)是由两根槽钢梁组成的，双槽钢梁(I)与柱连接时，采用单根槽钢(5)分别连接的方式，先将一根槽钢用等肢角钢(2)与L形异形柱(7)连接，槽钢与异形柱(7)的翼缘垂直，一根槽钢连接后，同样的方式连接另一根槽钢；双槽钢梁(I)与L形异形柱(7)连接后，两根槽钢要用梁端腹板(4)连接成整体，用螺栓将两根槽钢与位于两根槽钢中间的梁端腹板(4)连接； T型节点连接形式、十字型节点连接形式与L型节点连接形式基本相同，只是异形柱分别采用T形异形柱(8)与十`字形异形柱(9)； 节点预应力的布置方式为，按照上述方式连接各个不同形式的节点，框架已经基本形成；将钢拉索(6)依次穿过预留在异形柱翼缘上的孔洞，施加计算的预应力值，用永久锚具锚固在异形柱翼缘上； 其柱脚形式包括三种形式，L形柱脚、T形柱脚、十字形柱脚； L形柱脚连接步骤，梁柱连接板(3)与梁端腹板(4)在工厂先行焊接，梁柱连接板(3)垂直于梁端腹板(4)，梁端腹板(4)位于梁柱连接板(3)的中部，其高度等于双槽钢梁(I)的型钢腹板高度，现场用螺栓...
【专利技术属性】
技术研发人员：高娇娇，苏经宇，王威，李波，杨夏，刘亚东，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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