一种双T形构造连接型多级可更换耗能梁段结构的制作方法

本发明属于建筑工程和结构抗震领域，具体涉及一种双t形构造连接型多级可更换耗能梁段结构。

背景技术：

带可更换构件的rcs混合框架结构由耗能框架单元和rcs主框架单元组成。该耗能框架单元在受力过程中承担大部分水平地震作用，并由其中的可更换钢梁产生塑性变形集中耗散地震能量。可更换钢梁作为耗散地震能量的关键构件，可设置在楼面层处，也可在每层中间层与楼面层均设置。在地震作用下，可更换钢梁先于其他构件进入塑性阶段或发生变形，保证主要构件不发生破坏，达到震后可更换的目标，是抗震的第一道防线。可更换钢梁耗散的地震能量越多，越能保证整个结构的安全。但是在地震作用下，端板与可更换钢梁的翼缘焊缝常常会由于应力集中而开裂，无法充分发挥可更换钢梁的变形能力和耗能能力。如何控制可更换钢梁的塑性变形区域是充分发挥结构性能的关键技术之一。既要保证可更换耗能梁具有明显的屈服时序，又要保证可更换耗能梁具有易于拆卸和更换的能力。目前采用的方法多为加强梁端或者梁段局部削弱，但同时考虑损伤分离和可更换性的研究还相对较少。且现有的可更换梁在构造形式、变形能力和耗能性能方面还有待进一步改善。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种双t形构造连接型多级可更换耗能梁段结构，使可更换耗能梁在地震作用下具有明显的屈服时序，中间主耗能梁段先集中耗散地震能量，然后是次耗能梁段变形耗能，而主、次耗能梁段连接处的双t形构造始终处于弹性状态，同时主、次耗能梁段又具有“多级可更换”和快速拆卸、安装的功能，从而实现结构震后快速功能可恢复的目标。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种双t形构造连接型多级可更换耗能梁段结构，包括钢柱、双t形构造和可更换耗能梁，所述可更换耗能梁包括中间段主耗能梁段与两端次耗能梁段，主、次耗能梁段之间通过双t形构造和高强螺栓连接；次耗能梁段端部通过端板和高强螺栓与钢柱连接；双t形构造由上、下t形连接件相对设置构成，上、下t形连接件分别通过高强螺栓与主、次耗能梁段的上、下翼缘和外伸腹板连接。

对于上述技术方案，本发明还有进一步优选的方案。

优选的，所述主、次耗能梁段的翼缘为切除部分翼缘后保留的翼缘；所述主、次耗能梁段的外伸腹板之间相向设置，端部之间留有空隙。

优选的，所述上、下t形连接件的腹板为切除部分腹板后保留的腹板；所述上t形连接件和下t形连接件的腹板厚度方向中心线与相应t形连接件的翼缘宽度方向中心线之间相距二分之一t形构造腹板厚度。

优选的，所述上、下t形连接件的腹板高度小于可更换耗能梁段的高度。

优选的，所述上、下t形连接件的翼缘、腹板同时通过两排高强螺栓与主、次耗能梁段的上、下翼缘和外伸腹板连接。

优选的，所述上、下t形连接件的腹板沿可更换耗能梁长度方向外伸一段距离，且与上、下t形连接件的翼缘连接处角部切除一部分腹板。

优选的，所述上、下t形连接件的腹板宽度中心线处设置有t形加劲肋，所述t形加劲肋沿两侧腹板螺栓孔之间上下设置。

优选的，所述上、下t形连接件与主、次耗能梁段连接处采用扩孔螺栓连接。

优选的，所述主耗能梁段采用ly225或q235钢材，次耗能梁段采用q355钢材，双t形构造采用q460或q690钢材。

由于采用上述方案，本发明的有益效果是：

由于采用了通过高强螺栓连接双t形构造和可更换耗能梁结构，在预期地震作用下，避免了端板与钢梁翼缘焊缝处的开裂，且使可更换钢梁在地震作用下具有明显的屈服时序，即中震作用下，主耗能梁段发生剪切屈服，产生塑性变形实现集中耗散地震能量，主耗能梁段发生损伤或者破坏，能够实现“一级可更换”，此时两端的次耗能梁段处于弹性阶段；大震作用下，主耗能梁段继续耗能，次耗能梁段开始屈服，产生塑性变形实现次级集中耗能，次耗能梁段发生损伤或者破坏，能够实现“二级可更换”，在此过程中双t形构造始终处于弹性状态。

在上述基本连接结构形式的基础上，可以通过增加螺栓排数和加劲肋，进一步形成多种连接结构形式。主要有：多排螺栓型、扩展腹板型、带t形构造加劲肋型、扩孔型等几种形式。

可更换耗能梁的腹板主要承受剪力，而钢梁翼缘的主要作用是抵抗弯矩，故钢梁在双t形构造连接处的切断，一方面，既可以保证主、次耗能梁的屈服时序，又有利于可更换耗能梁的震后“多级可更换”；另一方面，部分切除钢梁翼缘，保证了可更换耗能梁在地震作用下的有效转动。

多排螺栓、扩展腹板、带t形构造加劲肋使主、次耗能梁连接处的抗剪承载力进一步提高。而扩孔则使主、次耗能梁与双t形构造在连接处能实现高强螺栓的滑动耗能，进一步增强了可更换耗能梁的耗能效果。

附图说明

图1为本发明的三维示意图；

图2为本发明的主视图；

图3为图2中沿a-a剖面图；

图4为可更换耗能梁段的孔示意图；

图5为双t型构造的开孔示意图；

图6为双t型构造的腹板定位示意图；

图7为带多排螺栓的双t形构造连接型多级可更换耗能梁段结构示意图；

图8为扩展腹板型的双t形构造连接型多级可更换耗能梁段结构示意图；

图9为带t形加劲肋的双t形构造连接型多级可更换耗能梁段结构示意图；

图10为扩孔型可更换耗能梁段开孔示意图；

图11为扩孔型双t型构造开孔示意图；

图12为本发明在中震作用后的“一级可更换”示意图；

图13为本发明在大震作用后的“二级可更换”示意图。

图中：1为次耗能梁段，2为主耗能梁段，3为上t形连接件，4为下t形连接件，5为端板，6为高强螺栓，7为钢柱，8为t形加劲肋，1`为翼缘宽度方向中心线，2`为腹板厚度方向中心线。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步说明。

如图1至图3所示，一种双t形构造连接型多级可更换耗能梁段结构，包括钢柱7、双t形构造和可更换耗能梁，可更换耗能梁由多段腹板外伸的h形钢梁段组成，包括中间段主耗能梁段2与两端次耗能梁段1，主、次耗能梁段之间通过双t形构造和高强螺栓6连接；次耗能梁段1端部通过端板5和高强螺栓6与钢柱7连接；双t形构造包括上t形连接件3和下t形连接件4，上t形连接件3两端分别通过高强螺栓6连接主耗能梁段2和次耗能梁段1的上翼缘和外伸腹板，下t形连接件4两端分别通过高强螺栓6连接主耗能梁段2和次耗能梁段1的下翼缘和外伸腹板。

如图4所示，主耗能梁段2与次耗能梁段1的外伸腹板之间相向设置，相邻主耗能梁段2与次耗能梁段1端部之间留有空隙。主、次耗能梁段的翼缘为上下分别切除部分翼缘后保留的翼缘。

如图5和图6所示，双t形构造的上t形连接件3和下t形连接件4的腹板为切除部分腹板后保留的腹板。上t形连接件3和下t形连接件4的腹板厚度方向中心线2`与相应t形构造的翼缘宽度方向中心线1`之间相距二分之一t形构造腹板厚度。且上、下t形构造的腹板高度均小于可更换耗能梁段的高度。该设计能够实现多段耗能梁的有效连接，并能保证耗能梁段在地震下的有效转动。

如图7所示，为本发明带多排螺栓的双t形构造连接型多级可更换耗能梁段结构的实施例2三维示意图。该连接结构基本同实施例1，所不同的是，上t形连接件3和下t形连接件4的翼缘、腹板通过两排高强螺栓6同时与主、次耗能梁段的上、下翼缘和外伸腹板连接。该结构能够使耗能梁段之间的连接更为可靠，同时能增强耗能梁段连接处的抗剪承载力。

如图8所示，为本发明扩展腹板型的双t形构造连接型多级可更换耗能梁段结构的实施例3三维示意图。该连接结构基本同实施例1，所不同的是，双t形构造的腹板沿钢梁长度方向外伸一段距离，且与双t形构造的翼缘连接处角部切除一部分腹板。该结构能够在不影响每段耗能梁段长度的前提下，有效提高耗能梁段连接处的抗剪承载力和转动能力。

如图9所示，为本发明带t形加劲肋的双t形构造连接型多级可更换耗能梁段结构的实施例4三维示意图。该连接结构基本同实施例1，所不同的是，上t形连接件3和下t形连接件4的腹板宽度中心线处设置t形加劲肋8。该结构能够有效改善上t形连接件3和下t形连接件4的腹板面外屈曲变形，从而提高双t形构造连接的可靠性。

如图10和图11所示，为本发明扩孔型的可更换耗能梁段、双t形构造的实施例5开孔示意图。该连接结构基本同实施例1，所不同的是，双t形构造与钢梁连接处采用扩孔螺栓连接，扩孔为椭圆形孔。该结构能够进一步增强可更换耗能梁段的转动能力。

如图12所示，为本发明在中震作用后的“一级可更换”示意图。中震作用下，主耗能梁段发生剪切屈服，产生塑性变形集中耗散地震能量，主耗能梁段发生损伤或者破坏，此时两端的次耗能梁段和双t形构造仍处于弹性阶段。若中震后主耗能梁产生无法继续耗能的破坏，则可以用新的主耗能梁段进行替换。进行更换时，只需现场拆除原先的双t形构造连接处的高强螺栓6，然后用新的主耗能梁段2、双t形构造和新的高强螺栓6进行替换，能够实现“一级可更换”。

如图13所示，为本发明在大震作用后的“二级可更换”示意图。在大震作用下，主耗能梁段继续耗能，次耗能梁段开始屈服，产生塑性变形实现次级集中耗能，次耗能梁段发生损伤或者破坏，在此过程中双t形构造始终处于弹性状态。进行替换时，只需现场拆除原先的端板5上的高强螺栓6，然后用新的主、次耗能梁段和新的双t形构造及高强螺栓进行替换，能够实现“二级可更换”。

本发明中，主耗能梁段2采用ly225或q235钢材，次耗能梁段1采用q355钢材，双t形构造和钢柱采用q460或q690钢材。主、次耗能梁段采用屈服强度较低、变形能力较好的钢材，且主、次耗能梁段所采用钢材的屈服强度有所不同，一方面，能保证主、次耗能梁段在地震作用下发生剪切屈服，产生塑性变形集中耗散地震能量；另一方面，可以使主、次耗能梁段在地震作用下具有先后屈服时序。而双t形构造和钢柱7采用高强钢，能够使双t形构造和钢柱7在地震作用下始终处于弹性状态，保证了双t形构造和钢柱7的重复使用和替换新耗能梁段时的易于拆卸、安装。

本发明的所有构件均在专业化的钢构公司生产，然后运输到施工现场进行组装。现场组装方法为：先将两端的次耗能梁段1的一端与钢柱7用端板5-高强螺栓6连接就位，然后吊装中间主耗能梁段2，通过高强螺栓6和双t形构造将次耗能梁段1和主耗能梁段2连接成一个整体。

上述对实施例的描述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，对这些实施例做出的各种修改或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。