高阻尼型钢混凝土框架的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种高阻尼型钢混凝土框架，包括多个型钢柱，各所述型钢柱上固定连接有多个横向延伸的梁型钢弧形连接段，其特征在于，所述梁型钢弧形连接段包括自型钢柱依次横向延伸的扩大段、削弱段和等截面段；所述扩大段自削弱段至所述型钢柱的宽度逐渐变大，所述削弱段由所述梁型钢弧形连接段的翼缘向中心弧形削弱形成，两个对应的所述连接有横梁。本发明提供的高阻尼型钢混凝土框架，在梁型钢弧形连接段的翼缘上设有弧形削弱，使得节点处塑性铰外移，防止塑性铰区的非线性变形对节点核心区的破坏，避免了核心区混凝土开裂，提高了核心区抗剪能力。
【专利说明】高阻尼型钢混凝土框架
【技术领域】
[0001]本发明涉及型钢混凝土组合结构【技术领域】，尤其涉及一种高阻尼型钢混凝土框架。
【背景技术】
[0002]型钢混凝土节点具有良好的延性和耗能能力。但在地震作用下型钢混凝土节点的塑性铰区一般产生在梁端，梁端塑性铰区的非线性变形向节点核心区渗透容易造成梁柱连结焊缝应力增高，引起焊缝断裂；此外，梁端塑性铰区的非线性变形向节点核心区的渗透作用还容易造成节点核心区混凝土开裂，降低节点核心区混凝土的抗剪能力。
【发明内容】
[0003]在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
[0004]本发明提供一种高阻尼型钢混凝土框架，用以解决现有型钢混凝土节点存在节点核心区混凝土开裂，抗剪能力差的问题。
[0005]本发明提供一种高阻尼型钢混凝土框架，包括多个型钢柱，各所述型钢柱上固定连接有多个横向延伸的梁型钢弧形连接段，所述梁型钢弧形连接段包括自型钢柱依次横向延伸的扩大段、削弱段和等截面段；所述扩大段自所述削弱段至所述型钢柱的宽度逐渐变大，所述削弱段由所述梁型钢弧形连接段的翼缘向中心弧形削弱形成，两个对应的所述等截面段连接有横梁。
[0006]本发明提供的高阻尼型钢混凝土框架，在梁型钢弧形连接段设置扩大段，且采用轮廓包括直线部及所述直线部两端连接的弧线部的削弱段，使得，使得节点处塑性铰外移，防止塑性铰区的非线性变形对节点核心区的破坏，避免了核心区混凝土开裂，提高了核心区抗剪能力。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]参照下面结合附图对本发明实施例的说明，会更加容易地理解本发明的以上和其它目的、特点和优点。附图中的部件只是为了示出本发明的原理。在附图中，相同的或类似的技术特征或部件将采用相同或类似的附图标记来表示。
[0008]图1为本发明实施例提供的高阻尼型钢混凝土框架的主视图；
[0009]图2为本发明实施例提供的高阻尼型钢混凝土框架的节点的俯视图；
[0010]图3为本发明实施例提供的高阻尼型钢混凝土框架的弧形削弱轮廓图；
[0011]图4为本发明实施例提供的高阻尼型钢混凝土框架局部的主视图；
[0012]图5为图1的A-A剖视图；[0013]图6为图1的B-B剖视图；
[0014]图7为图1的C-C剖视图；
[0015]图8为图1的D-D剖视图；
[0016]图9为本发明实施例提供的型钢柱与梁连接的示意图。
【具体实施方式】
[0017]下面参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。
[0018]图1为本发明实施例提供的高阻尼型钢混凝土框架的主视图；图2为本发明实施例提供的高阻尼型钢混凝土框架的节点的俯视图。如图1、图2所示，本发明实施例提供的高阻尼型钢混凝土框架，包括多个型钢柱2，各型钢柱2上固定连接有多个横向延伸的梁型钢弧形连接段3，梁型钢弧形连接段3包括自型钢柱依次横向延伸的扩大段、削弱段和等截面段；扩大段自削弱段至型钢柱的宽度逐渐变大，也即在靠近型钢柱的端部形成扩大端，削弱段由梁型钢弧形连接段的翼缘向中心弧形削弱形成，两个对应的所述等截面段连接有横
[0019]实际使用中，型钢柱2及梁型钢弧形连接段3均可但不限于采用工字钢。
[0020]本发明提供的高阻尼型钢混凝土框架，在梁型钢弧形连接段3的翼缘上设有弧形削弱4，使得节点处塑性铰外移，防止塑性铰区5 (参见图4)的非线性变形对节点核心区的破坏，避免了节点核心区I混凝土开裂，提高了节点核心区I抗剪能力。此外，由于具有自型钢柱2依次横向延伸的扩大段，使得梁端部和弧形削弱4形成的削弱部位形成抗弯刚度的级差，从而进一步使得塑性铰区5从梁的端部转移出去。
[0021]在梁型钢翼缘中心弧形削弱位置梁浇注高阻尼混凝土以形成塑性铰并提高这一部位的耗能能力，此外，高阻尼型钢混凝土框架采用整体装配式连接方式，由于该框架采用了装配整体式连接方式，加快了该种框架的施工进度。
[0022]为了避免梁端塑性铰区的非线性变形对节点核心区造成侵害，在距离节点核心区一定距离的梁型钢翼缘采用了弧形削弱，如图2所示。图2中，a为削弱部位距柱的距离a=0.5bf，可根据削弱部位塑性铰区对梁柱连接焊缝的影响程度来确定，bf为梁型钢翼缘的览度。
[0023]图3中弧形削弱4的轮廓包括直线部及所述直线部两端连接的弧线部，且c ( 0.25bf;其中，c为弧形削弱4的深度，弧形削弱4的深度用来控制塑性铰在梁中的位置及向节点核心区I传递的弯矩大小。
[0024]图3型钢翼缘最大削弱位置的设计参数，需要满足公式(I)和(2)。
[0025]I ( 0.25bf;…(I)
[0026]公式(I)中，I为最大削弱部位水平段的长度，主要是控制最大应力区的范围，使塑性铰在这一范围内充分发展，防止在这一部位产生应力集中。
[0027]b=0.75hb+0.25bf;(2)
[0028]公式(2)中，b为削弱长度，主要是为了控制塑性铰区变形的程度，其中hb为型钢截面的高度。
[0029]为了避免在梁型钢翼缘截面改变的部位产生应力集中，本专利在这一部位采用了弧形过渡(如附图3所示)，这一弧形过渡区为抛物线弧形过渡，这样可以更好的避免在这一过渡区域产生应力集中的现象，经过反复有限元计算，本专利给出最优的抛物线弧长的计算公式为:
!::P
[0030]s = 0.00129+ 0.999551 + 0.01698F + 2.48143^- M5S— I
LL( 3)
[0031]公式(3)中，F为弧形部的拱高；L为弧形部拱跨;s为弧形部的弧长；bf为梁型钢弧形连接段翼缘的宽度；弧形削弱4采用弧形部进行过渡，实际使用中，弧形部的轮廓线为抛物线，采用抛物线过渡可以更好的避免出现应力集中的问题。
[0032]梁型钢弧形连接段3外浇注有高阻尼混凝土，高阻尼混凝土位于弧形削弱4处。在弧形削弱4处浇注高阻尼混凝土进一步增强了塑性铰区的耗能能力，并降低了弧形削弱4处混凝土的开裂。通过设置弧形削弱4及在弧形削弱4处浇注高阻尼混凝土，不仅使塑性铰从梁端转移到梁翼缘削弱的位置，从而避免了梁端塑性铰区的非线性变形对节点核心区造成侵害，而且由于在弧形削弱4形成的削弱区浇注高阻尼混凝土，使得该部位的耗能能力大大增强，在大震作用下，节点的残余强度提高，减少地震对节点的破坏程度，便于震后的修复工作。
[0033]另参见图5、图6，型钢柱2外自下而上套有多个箍筋10，多个箍筋10通过纵筋11连接，在型钢柱2的下部浇注高阻尼混凝土 12，在型钢柱的其它位置浇注一般混凝土。
`[0034]参见图7、图8，梁的外侧，从左至右套有多个箍筋13，多个箍筋13通过纵筋14连接，在梁的削弱段浇注高阻尼混凝土 15，其它部位浇注一般混凝土。
[0035]型钢柱2浇注有混凝土构成立柱，弧形削弱4的起始端与距立柱的距离a为梁型钢弧形连接段翼缘的宽度的一半。Lb为弧形削弱4中部到立柱的距离。
[0036]实际使用中，高阻尼混凝土包括以下重量份的各组份:水泥100份冰42份；沙子145 份；石子 300 份；PU (聚氨酯!Polyurethane)/EP (环氧树脂；Epoxy Resin) /UP (不饱和聚酯；Unsaturated Polyester Resin)聚合物12份;石墨5份；高阻尼纤维7份；娃灰8份；减水剂1份。
[0037]具体地，PU/EP/UP聚合物包括以下重量份的各组份:PU47份；EP23份；UP23份，使得该PU/EP/UP聚合物具有宽温、高阻尼特性，在20-75 °C的温度范围内介质损耗因数tanδ >0.6。
[0038]高阻尼纤维为外表涂有高阻尼涂层的碳纤维，该涂层由三个步骤制成，第一步是在氩气保护下除去碳纤维表面的胶层；第二步则是利用反应气体的受热分解，在脱胶后的碳纤维表面上沉积分解产物；第三步是在高温下进行石墨化处理。高阻尼纤维可填充到PU/EP/UP聚合物网络体系中增强纤维之间以及增强纤维与TO/EP/UP聚合物之间的摩擦，增强纤维与TO/EP/UP聚合物界面间的滑移以及界面处的位错运动从而提高了高阻尼纤维的阻尼。
[0039]高阻尼混凝土中的石墨采用片状石墨填料。片状石墨填料的加入一方面能扩大阻尼温度范围并提高了混凝土中粘弹性材料组分的比例，片状石墨填料能增大混凝土内部各质点之间的摩擦，内摩擦能够损耗一部分能量。[0040]硅灰是一种非常细的粉末，硅灰的加入可以使水泥水化产物发生二次水化反应，生成新的凝胶体并对其宏观的物理、力学性能起着重要的影响。
[0041]河砂是构成EPS (膨胀聚苯乙烯；Expanded Polystyrene)轻集料混凝土弹性骨架最重要的材料，它和硅酸盐水泥共同对EPS轻集料混凝土的力学性能(如抗压强度)起重要的作用。河砂可以但不限于采用堆积密度为1274kg/m3，吸水率为1%。塑性铰区的石子可以但不限于选用致密的花岗岩并带有棱角，骨料级配应在要求范围以内，骨料的最大粒径应控制在10-20mm之间。减水剂可以但不限于采用天津建筑研究院生产的UNF-5非引气型闻效减水剂。
[0042]该高阻尼混凝土在配置时，首先将水泥和砂拌合均匀然后加入石子，继续拌合至均匀，然后加入石墨和硅灰，搅拌均匀后，再加入水和减水剂，拌合3-5分钟，保证水泥颗粒表面湿润。最后加入TO/EP/UP聚合物和高阻尼纤维，搅拌3-5分钟。
[0043]型钢柱2与梁型钢弧形连接段3连接处为节点核心区，节点核心区设置有T形加劲肋6，且T形加劲肋6固定连接于型钢柱2上。具体地，T形加劲肋6可以焊接在型钢柱2的腹板上。通过设置T形加劲肋6使得其和型钢柱2翼缘及框在型钢柱2外的箍筋共同形成对节点核心区I的混凝土约束，从而提高节点核心区I混凝土的抗剪切强度和变形的能力。
[0044]T形加劲肋6的长度延伸方向与型钢柱2的长度延伸方向一致。
[0045]削弱段的两侧分别设置有加强钢筋，加强钢筋位于梁型钢弧形连接段的上下两翼缘之间。防止削弱段梁型钢弧形连接段的端部发生侧向屈曲，从而影响塑性铰的转动性能，且可在一定程度上承受平面外扭转。
[0046]型钢柱2的相对两侧均设置有梁型钢弧形连接段3，且型钢柱2与梁型钢弧形连接段3连接位置处的外侧设置有加强钢筋8，加强钢筋8从两梁型钢弧形连接段3之一的削弱段中部，延伸至另一梁型钢弧形连接段3的削弱段的中部。通过设置加强钢筋8，提高了型钢柱2与梁型钢弧形连接段3根部的配筋`量，提高了型钢柱2与梁型钢弧形连接段3根部的连接强度，使得在地震时节点的破坏位置位于削弱段，减少地震对型钢柱与梁型钢弧形连接段根部的破坏程度，便于震后的修复工作。此外，加强钢筋8沿梁型钢弧形连接段3及型钢柱2的外缘弯折延伸，避免出现采用直线延伸的加强钢筋，在型钢柱宽度较大时，需要在型钢柱上开孔来穿设该直线延伸的加强钢筋，而造成对型钢柱不必要的削弱，影响整体性能的问题出现。
[0047]如图9所示，采用高阻尼型钢混凝土框架进行连接时，采用螺栓将梁7的腹板固定连接到梁型钢弧形连接段3的腹板上，然后将梁7的上下翼缘分别与梁型钢弧形连接段3的上下翼缘进行焊接。采用此种连接方式可以大大加快施工进度。
[0048]本发明实施例提供的高阻尼型钢混凝土框架满足:
[0049]梁端部型钢翼缘的屈服弯矩和梁型钢翼缘最大削弱位置处的弯矩应满足公式
(4)。
[0050]Mιη.= ([', -a-0.5b)M^ly / Le(4)
[0051]公式(4)中，Msdy为梁型钢端部的屈服弯矩'M;为梁型钢翼缘最大削弱处实际屈服弯矩。[0052]通过调整削弱深度C，可使型钢翼缘削弱中心位置处的实际屈服弯矩低于M:r则有:
[0053]
【权利要求】
1.一种高阻尼型钢混凝土框架，包括多个型钢柱，各所述型钢柱上固定连接有多个横向延伸的梁型钢弧形连接段，其特征在于，所述梁型钢弧形连接段包括自型钢柱依次横向延伸的扩大段、削弱段和等截面段；所述扩大段自所述削弱段至所述型钢柱的宽度逐渐变大，所述削弱段由所述梁型钢弧形连接段的翼缘向中心弧形削弱形成，两个对应的所述等截面段连接有横梁。
2.根据权利要求1所述的高阻尼型钢混凝土框架，其特征在于，所述弧形削弱的轮廓包括直线部及所述直线部两端连接的弧线部.c^0.25bf;
3.根据权利要求1或2所述的高阻尼型钢混凝土框架，其特征在于，所述梁型钢弧形连接段外浇注有高阻尼混凝土，所述高阻尼混凝土位于弧形削弱处。
4.根据权利要求3所述的高阻尼型钢混凝土框架，其特征在于，所述型钢柱浇注有混凝土构成立柱，所述弧形削弱的起始端与距所述立柱的距离为梁型钢弧形连接段翼缘的宽度的一半。
5.根据权利要求3所述的高阻尼型钢混凝土框架，其特征在于，所述高阻尼混凝土包括以下重量份的各组份:水泥100份；水42份；沙子145份；石子300份；PU/EP/UP聚合物12份；石墨5份；高阻尼纤维7份；娃灰8份；减水剂1份。
6.根据权利要求5所述的高阻尼型钢混凝土框架，其特征在于，TO/EP/UP聚合物包括以下重量份的各组份:PU47份；EP23份；UP23份。
7.根据权利要求1或2所述的高阻尼型钢混凝土框架，其特征在于，所述型钢柱与所述梁型钢弧形连接段连接处为节点核心区，所述节点核心区设置有T形加劲肋，且所述T形加劲肋固定连接于所述型钢柱上。
8.根据权利要求7所述的高阻尼型钢混凝土框架，其特征在于，所述T形加劲肋的长度延伸方向与所述型钢柱的长度延伸方向一致。
9.根据权利要求1或2所述的高阻尼型钢混凝土框架，其特征在于，所述削弱段的两侧分别设置有加强钢筋，所述加强钢筋位于所述梁型钢弧形连接段的上下两翼缘之间，且所述加强钢筋沿所述梁型钢弧形连接段及所述型钢柱的外缘弯折延伸。
10.根据权利要求1或2所述的高阻尼型钢混凝土框架，其特征在于，所述型钢柱的相对两侧均设置有所述梁型钢弧形连接段，且所述型钢柱与所述梁型钢弧形连接段连接位置处的外侧设置有加强钢筋，所述加强钢筋从两所述梁型钢弧形连接段之一的削弱段中部，延伸至另一所述梁型钢弧形连接段的削弱段的中部。
【文档编号】E04B1/19GK103821224SQ201410064654
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年2月25日 优先权日:2014年2月25日
【发明者】张雪松 申请人:中国电力科学研究院