[发明专利]一种新型震后易修复钢异形柱框架结构柱脚

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型震后易修复钢异形柱框架结构柱脚，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结构柱脚

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，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,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。

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结构柱脚，该柱脚可以显著提高结构的抗震性能，减少震后修复难度与维护费用；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，这种预压应力将为柱脚提供较大的抵抗弯矩，而梁柱接触面的摩擦力又将为柱脚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。

柱脚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，高性能钢则进入塑性状态以耗散能量，地震作用后柱脚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。预应力柱脚的主要优点：（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，并通过高性能钢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结构柱脚，该结构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而成。

柱脚位置在异形柱与地基相连处。

本发明所述的新型震后易修复钢异形柱框架结构柱脚中，L形柱脚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形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，T形、十字形不需要焊接）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；再将防屈曲板、加强板、以及盖板用螺栓连接于L形异形柱翼缘处；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板；再将剪切板用螺栓与双槽钢梁连接。

T形柱脚与十字形柱脚连接步骤与L形相同，焊接角钢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；由于T形柱脚与十字形柱脚为单面对称或双面对称，不易失稳，可以不布置加劲肋。