一种可更换小跨高比钢深梁的连接结构及安装方法与流程

本发明属于建筑工程与结构抗震领域，具体涉及一种可更换小跨高比钢深梁的连接结构及安装方法。

背景技术

在诸多高层钢结构抗侧力体系中，钢框筒结构的优点较为突出。钢框筒结构外围框架中的柱很密且裙梁刚度很大，形成密柱深梁体系，在各层楼盖的加劲下，结构能发挥空间整体作用，具有很大的抗侧刚度，且结构内部空间使用灵活，设计和施工相对简单。但是由于钢框筒结构外围框架的柱距很小(约3～4m)且裙梁的截面高度较大(约0.6～1.2m)，导致裙梁的跨高比较小(约3～5)(裙梁后续统称为钢深梁)，因而限制了梁端塑性铰的发展，不利于结构耗散地震能量，这在一定程度上限制了钢框筒结构的推广应用。偏心支撑结构中的剪切型耗能梁段具有良好的塑性变形能力和稳定的耗能能力，且构造简单，易于加工制作。

设置在钢深梁跨中的剪切型耗能梁段与钢深梁之间的连接形式是实现可更换小跨高比钢深梁的关键技术之一。设计的连接形式既要确保结构在水平荷载(风荷载或地震作用)下传力可靠，使设置的剪切型耗能梁段充分发挥耗能优势，又要保证震后耗能梁段易于拆卸与更换，尽快恢复结构的正常使用功能。钢构件的连接形式主要包括焊接与螺栓连接两种。焊接连接刚度大，但其延性相对较差，地震作用下焊缝容易撕裂，抗震性能不如螺栓连接好，且采用焊接连接的耗能梁段不具有可更换性。目前已经存在的两种螺栓连接形式—拼接板连接与腹板-螺栓连接，以往试验研究表明，这两种螺栓连接形式在强烈地震作用下会产生较大的螺栓滑移，连接处刚度较小，不利于耗能梁段充分发挥塑性变形且连接构造复杂，不利于震后耗能梁段的更换。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种可更换小跨高比钢深梁的连接结构及安装方法，改善了传统钢框筒结构抗震性能差的缺点。

为了达到上述目的，一种可更换小跨高比钢深梁的连接结构，包括两个框筒柱，两个框筒柱上均设置有钢深梁，两个钢深梁相向设置，钢深梁的端面上设置有钢深梁端板，两个钢深梁间设置有耗能梁段，耗能梁段采用焊接h型钢，且设计为剪切屈服型，耗能梁段的两个端面上均设置有耗能梁段端板，耗能梁段端板与钢深梁端板固定连接，耗能梁段的截面高度小于钢深梁的截面高度，钢深梁的上翼缘放置有混凝土楼板。

耗能梁段端板通过摩擦型高强度螺栓与钢深梁端板固定连接。

耗能梁段上设置有若干耗能梁段加劲肋。

钢深梁上设置有若干钢深梁加劲肋。

钢深梁端板设计厚度大于耗能梁段端板厚度。

框筒柱上设置有若干框筒柱加劲肋。

一种可更换小跨高比钢深梁的连接结构的安装方法，包括以下步骤：

步骤一，在框筒柱的侧面焊接钢深梁；

步骤二，在钢深梁的端面上焊接钢深梁端板，在耗能梁段的两个端面焊接耗能梁段端板；

步骤三，耗能梁段固定在两个钢深梁之间，使耗能梁段的截面高度小于钢深梁的截面高度；

步骤四，在钢深梁的上翼缘浇筑混凝土楼板。

在框筒柱上焊接框筒柱加劲肋，框筒柱加劲肋的高度与钢深梁翼缘平齐；

在钢深梁上焊接钢深梁加劲肋，钢深梁加劲肋与耗能梁段的翼缘相平齐；

在耗能梁段的腹板上焊接耗能梁段加劲肋。

耗能梁段的上翼缘和下翼缘分别与耗能梁段端板采用全熔透单边v形坡口对接焊缝，且焊缝处设置有引弧板；耗能梁段的腹板与耗能梁段端板采用角焊缝连接。

步骤三中，耗能梁段与两个钢深梁之间采用摩擦型高强度螺栓端板连接形式进行固定连接。

与现有技术相比，本发明的连接结构通过在两个框筒柱上均设置有钢深梁，并在两个钢深梁之间设置剪切型耗能梁段，使耗能梁段的截面高度小于钢深梁的截面高度，能够在水平荷载(风荷载或地震)作用下，使结构的塑性变形和损伤主要集中于耗能梁段处，该可更换小跨高比钢深梁连接结构传力直接、可靠，耗能梁段与钢深梁固定连接，施工方便，构造简单，易于震后拆卸与更换，基本实现了震后钢框筒结构使用功能的快速恢复。符合近年来结构抗震领域研究的潮流，具备良好的经济效益，本发明能够有效改善传统钢框筒结构抗震性能差的缺点。

进一步的，本发明的耗能梁段端板通过摩擦型高强度螺栓与钢深梁端板固定连接，高强度螺栓端板连接形式可以提供较大的连接刚度和边界约束作用，使耗能梁段充分发展塑性变形，发挥其优良的耗能能力。

本发明的安装方法通过在两个钢深梁之间固定耗能梁段，使耗能梁段的截面高度小于钢深梁的截面高度，在钢深梁的上翼缘浇筑混凝土楼板，本方法安装简便，能够在震后现场拆除损伤的耗能梁段，更换新的耗能构件连接部分，以期达到钢框筒结构震后功能的快速恢复。

附图说明

图1是本发明连接结构三维示意图；

图2是本发明连接结构的平面示意图；

图3是图2中a-a截面剖面图；

图4是本发明可更换耗能梁段连接构造示意图；

图5是本发明耗能梁段更换示意图；

其中，1、耗能梁段；2、耗能梁段加劲肋；3、钢深梁端板；4、耗能梁段端板；5、摩擦型高强度螺栓；6、钢深梁；7、钢深梁加劲肋；8、框筒柱；9、框筒柱加劲肋；10、混凝土楼板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

参见图1、图2和图3，一种可更换小跨高比钢深梁的连接结构，包括两个框筒柱8，两个框筒柱8上均设置有钢深梁6，两个钢深梁6相向设置，钢深梁6的端面上设置有钢深梁端板3，两个钢深梁6之间设置有耗能梁段1，耗能梁段1为焊接h型钢，耗能梁段1的两个端面上均设置有耗能梁段端板4，耗能梁段端板4通过摩擦型高强度螺栓5与钢深梁端板3固定连接，钢深梁端板3的厚度大于耗能梁段端板4的厚度，耗能梁段1的截面高度小于钢深梁6的截面高度，钢深梁6的上翼缘放置有混凝土楼板10，耗能梁段端板4的上端截面高度可降低10mm，与混凝土楼板10分离开，以确保震后耗能构件易于拆卸与更换。

耗能梁段1上设置有若干耗能梁段加劲肋2，钢深梁6上设置有若干钢深梁加劲肋6，框筒柱8上设置有若干框筒柱加劲肋9，耗能梁段加劲肋2的间距参考《建筑抗震设计规范gb50011-2010》(2016修订版)的相关要求。

耗能梁段1采用屈服点较低(lyp225、q235、q345等)的焊接h型截面钢梁，且设计为剪切屈服型。

摩擦型高强度螺栓5采用10.9级，螺栓直径优先选用m24，连接处受力较大时，摩擦型高强度螺栓的直径也可采用m27或者m30。

参见图4，钢深梁端板3的设计厚度大于耗能梁段端板4的厚度，两者采用摩擦型高强度螺栓5连接。受力过程中可有效减小两块端板之间的相对变形，以便提供较大的连接刚度，有利于耗能梁段腹板产生较大的塑性变形，耗散地震能量。耗能梁段1的上、下翼缘分别与耗能梁段端板4采用全熔透单边v形坡口对接焊缝，且焊缝处设置有引弧板，保证焊缝焊接质量，有效传递连接处所受弯矩。耗能梁段1的腹板与耗能梁段端板4采用角焊缝连接，可有效传递连接处所受剪力。耗能梁段加劲肋2与耗能梁段1的翼缘、腹板采用角焊缝连接。

一种可更换小跨高比钢深梁的连接结构的安装方法，包括以下步骤：

步骤一，在框筒柱8上焊接框筒柱加劲肋9，框筒柱加劲肋9的高度与钢深梁6翼缘平齐；在钢深梁6上焊接钢深梁加劲肋7，钢深梁加劲肋7与耗能梁段1的翼缘相平齐；在耗能梁段1的腹板上焊接耗能梁段加劲肋2，在框筒柱8的侧面焊接钢深梁6；

步骤二，在钢深梁6的端面上焊接钢深梁端板3，在耗能梁段1的两个端面焊接耗能梁段端板4；

步骤三，将耗能梁段1固定在两个钢深梁6之间，使耗能梁段1的截面高度小于钢深梁6的截面高度；

步骤四，在钢深梁6的上翼缘浇筑混凝土楼板10。

参见图5，本发明实现了一种可更换小跨高比钢深梁的连接结构，主要目的是钢框筒结构遭受强烈地震作用后，结构的损伤主要集中于耗能梁段上。一般来说，强烈地震作用后结构各层间会产生不同程度的残余位移，因此，替换的耗能梁段长度可略小于原长度，一般可减小1～5mm，提高可更换耗能梁段的替换效率，节约时间成本。震后现场拆除摩擦型高强度螺栓5、耗能梁段1、耗能梁段加劲肋2以及耗能梁段端板4组成的耗能构件连接部分，更换新的耗能构件连接部分，以期达到钢框筒结构震后功能的快速恢复。