[发明专利]含可置换式梁端转动耗能铰及小斜跨套索的装配式钢结构

说明书

本发明公开了含可置换式梁端转动耗能铰及小斜跨套索的装配式钢结构，包括装配式钢梁、装配式钢柱、阻尼器、节点板、销栓、耳板、下连杆、上连杆、连接板、梯型腋梁、螺栓、端板、前后盖板、转动板、环形凹槽、剪切块、剪切键、转轴、翼缘凹口、腹板肋条。该装配式钢结构中的梁端转动耗能铰局部削弱了塑性铰区，不仅充分体现了“强柱弱梁”的设计理念，还可以通过剪切变形耗散结构的能量；小斜跨套索耗能装置为结构提供抗侧刚度的同时，会通过放大水平位移进行阻尼器充分耗能。该装配式钢结构耗能机理明确，在地震动作用下具有较强的耗能能力，能够减轻钢结构的主体损伤和破坏，且在震后或损伤后易于置换。

技术领域

本发明涉及一种含可置换式梁端转动耗能铰及小斜跨套索的装配式钢结构，属于结构工程的减震控制和可装配式结构技术领域。

背景技术

近些年来，随着我国科技的提高和经济的快速增长，综合国力的进一步增强，钢产量已跃居世界大国前列，由过去限制用钢的理念转变到现今提倡在建筑中积极、合理的用钢，在这一政策的引导下，各经济发达地区钢结构建筑大量涌现出来。由于钢结构具有重量轻、结构形式多样化、应用范围广和环保等优点，多高层钢结构得到了快速的发展，解决了建筑用地稀缺和环保等问题。同时也为土木界的工程师和科研人员带来了新的问题，由于近年来地震的频频发生，人们对建筑物的抗震性能日益重视，对多高层钢结构的抗震设计水平要求也逐渐提高。

传统钢结构抗震是通过增强结构本身的抗震性能(强度、刚度、延性)来抵御地震作用，即由结构本身储存和消耗地震能量，由于结构本身刚度越大，结构的地震响应就越大，结构很可能不满足安全性的要求，而产生严重破坏或倒塌，造成重大的经济损失和人员伤亡。针对以上传统钢结构抗震的缺陷，研究者们一般采用钢框架—支撑结构、钢框架—剪力墙结构、交错桁架结构和耗能减震钢结构，上述四种结构形式在抗震性能方面都存在不足之处。钢框架—支撑结构延性小、耗能能力小，且震后产生的塑性变形难以修复；钢框架—剪力墙结构中采用钢筋混凝土剪力墙作为抗震的第二道防线，不利于实现钢结构的快速装配化，且两者同时施工存在较大误差；交错桁架结构与钢框架—支撑结构相似，结构的抗震性能很差，造成承载力和刚度的突然减少；耗能减震钢结构体系通过耗能装置来耗散或吸收地震输入结构中的能量，减小主体结构的地震作用，从而避免结构产生破坏或倒塌。目前存在的耗能部件也有不足之处，粘滞阻尼器耗能效果良好，但为结构提供的抗侧刚度很小；金属阻尼器能为结构提供很大的抗侧刚度，但是在多遇地震或风振下常常不能充分耗能，减振效果差；研究者们也采用不同的连接方式提高耗能部件对结构的减震效果，常用的有对角连接、水平连接、肘式连接和剪刀型连接方式，以上连接方式的确提高了减震效果，但是占用空间大，布置位置有一定的局限性，对建筑使用空间和建筑物美观造成了一定的影响。

目前，多高层钢结构在强烈地震作用下破坏和倒塌是由于层间位移过大或结构的部分构件和节点发生屈服、屈曲、断裂，造成结构的恢复力退化、产生不可恢复的塑性变形造成的。有鉴于此，各国学者提出了多种节点改进方法，常用的有“狗骨型”节点、腹板开洞节点、加腋梁法、盖板式连接等。工程中主要采用梁端削弱型和梁端加强型两种。狗骨型节点和腹板开洞型节点是梁端削弱式梁柱节点的典型代表。然而，梁端削弱式节点也存在以下不足：首先，当翼缘或腹板被削弱后，构件的整体刚度会降低，设计不当将给结构带来安全隐患。其次，在大震作用下削弱处将存在较严重的累积塑性应变并可能发生严重屈曲和侧向偏移，如果有余震产生，钢梁将发生二次损伤从而彻底破坏。此外，局部削弱式节点在地震之后的修复技术复杂，成本较高。上述问题亟需解决，应该同时控制多高层钢结构的层间位移、构件和节点的损伤，这样就能显著减少多高层钢结构的地震响应。多高层钢结构层间位移控制装置不但要求耗能效率高，且应该占用空间小，不对结构的洞口、门窗和使用空间造成影响；针对多高层构件和节点的屈服、屈曲、断裂等问题，应该进行塑性铰区局部的削减，使构件在地震动作用下处于弹性或弱非线性阶段，且塑性铰区具有一定的小位移耗能能力，最终提高结构的延性和耗能能力。