[发明专利]一种采用X型钢板加强的连梁结构及其设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高层建筑结构中连梁的设计技术，特别是一种采用X型钢板加强的连梁结构的设计方法。

背景技术

连梁是高层建筑结构中剪力墙之间的重要连接构件，在相关结构设计中通常被设计为首先进入屈服的构件，作为抗震设防的第一道防线发挥作用。连梁在荷载作用下的变形如图1所示。

当连梁为跨度较大而梁高较小的情况时，设计原则可采用普通梁设计原则，这种梁的破坏一般也与框架梁类似，但很多情况下存在于连肢剪力墙结构中的连梁通常为跨度较小的深梁(跨高比小于3)，其两侧相连接的为刚度较大的墙肢，剪力墙在水平力作用下产生弯曲变形，与之相连的连梁两端产生弯矩与剪力；并且连梁的弯矩在连梁两端方向相反，沿全跨剪力相等，反弯点位于连梁中央(如图2所示)，这种反弯作用使得连梁能产生很大的剪切变形，很容易产生斜剪裂缝，在往复荷载下产生交叉斜裂缝，导致脆性剪切破坏。采用常规配筋设计的连梁无法有效提高连梁承载力及延性，对脆性剪切破坏的改善情况也较为有限，这种情况下连梁破坏突然，耗能能力低，一旦破坏之后无法有效耗散地震能量，不利于结构整体抗震。

根据已有的研究成果，连梁易于发生的破坏为弯曲剪切破坏和剪切破坏，弯曲滑移破坏则较少出现，弯曲剪切破坏和剪切破坏都具有类似的斜向交叉裂缝，弯曲剪切破坏还会在梁端产生塑性铰，这与这种小跨高比连梁的受力特点有密切关系。这几种破坏模式如下：

1、弯曲滑移破坏：如图3(a)所示，施加荷载后连梁首先在与墙肢交接位置的受拉一侧出现垂直于连梁的弯曲裂缝。荷载反向后，受拉裂缝闭合，受压区变为受拉区，同一截面的另一受拉边出现同样的裂缝。随着荷载的增加及反复，垂直裂缝不断延伸、扩展，最终贯通于整个连梁截面，连梁沿上述裂缝发生滑移，丧失承载能力并发生破坏。试件的抗剪能力主要依靠纵筋的销栓作用，梁中不出现或很少出现斜裂缝。

2、弯曲剪切破坏：如图3(b)所示，弯矩作用使得在连梁端部首先出现弯曲裂缝，斜裂缝在纵向钢筋达到屈服以前产生，并在纵筋屈服以后逐渐开展，弯曲裂缝也逐渐加大，连梁梁腹不断出现新的斜裂缝，其中一条斜裂缝发展成为控制裂缝，破坏时连梁被相交叉的裂缝分割为许多小部分，破坏主要由与控制裂缝相交的箍筋屈服，纵筋屈服后塑性铰部位丧失抗剪能力而引起。

3、连梁的剪切破坏分为对角受拉破坏与对角受压破坏：如图3(c)所示，在配箍率较小的连梁中，连梁被对角斜裂缝分成两个三角形部分，与对角斜裂缝相交的箍筋达到屈服，连梁发生对角受拉破坏；在配筋率与抗弯纵筋配筋率较大的试件中，拱效应将会起主要作用，连梁最终在对角斜压作用下发生对角线方向斜裂缝间混凝土受压破坏而丧失承载力。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种能提高小跨高比连梁的承载能力、延性和耗能能力，从而提高整体结构的抗震性能的采用X型钢板加强的连梁结构及其设计方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种采用X型钢板加强的连梁结构，包括连梁和墙肢，所述的连梁中布置X型钢板，墙肢中布置锚固构件，所述的X型钢板通过两侧的锚固构件支撑并锚固；所述的X型钢板关于水平中心线对称、关于垂直中心线对称；所述的锚固构件长度方向与水平面垂直，两侧的锚固构件相互平行。

进一步地，所述的X型钢板的垂直中心线与连梁的垂直中心线共线。

进一步地，所述的X型钢板与锚固构件通过焊缝连接。

进一步地，所述的锚固构件为工字钢、H型钢、对称布置的双肢角钢或T型钢。

进一步地，所述的X型钢板的尺寸在沿连梁高度方向不超出连梁箍筋范围。

一种采用X型钢板加强的连梁结构的设计方法，包括以下步骤：

A、设计X型钢板

A1、X型钢板为一层，居中放置于连梁中央；X型钢板关于水平中心线对称、关于垂直中心线对称，连梁跨中任意横截面中钢板的横截面积均相等，其厚度及尺寸由连梁的尺寸所需构造要求及该连梁的承载能力要求确定，钢板截面尺寸计算方法如下；

连梁所承受剪力V、弯矩M分别由两部分组成：X型钢板部分所承担的剪力V_sp、弯矩M_sp，钢筋混凝土连梁部分承担剪力V_sc、弯矩M_sc。

即：

V＝V_sp+V_sc

M＝M_sp+M_sc