[发明专利]一种新型震后易修复钢异形柱框架

说明书

技术领域

本发明涉及一种易修复钢异形柱框架，属于抗震减灾技术领域，尤其涉及一种新型震后易修复钢异形柱框架。

背景技术

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，如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，而钢框架节点设计的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1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,而裂纹通常起源于梁柱节点焊缝。一年后,日本阪神发生了地震，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槽钢型钢梁，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。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种新型震后易修复钢异形柱框架，该框架提高了结构抗震性能，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框架结构的基本构成包括框架梁、柱、预应力构件、角钢、摩擦件和其它构件；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：（1）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。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种新型震后易修复钢异形柱框架，该新型震后易修复钢异形柱框架包括双槽钢梁、等肢角钢、梁柱连接板、梁端腹板、单根槽钢、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、固定角钢和预应力拉杆；其中，异形柱包括三种形式即L形异形柱、T形异形柱和十字形异形柱；节点连接形式包括三种，即L形节点连接、T形节点连接和十字形节点连接；柱脚位置在异形柱与地基相连处；柱脚形式包括三种即L形柱脚、T形柱脚和十字形柱脚；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。

在该新型震后易修复钢异形柱框架结构中，所涉及的梁是由型钢构成的双槽钢梁，双槽钢梁是由单槽钢在梁端用梁端腹板拼接成的。