一种带法兰盘的自复位钢框架偏心支撑体系的制作方法

本专利涉及一种带法兰盘的自复位钢框架偏心支撑体系，属于结构工程技术领域。

背景技术：

随着城市化进程的加快，建筑领域的发展及技术水平不断提升，加之环境污染及资源浪费问题的影响，传统建筑体系存在的环保性差的缺陷逐渐暴露，绿色装配式钢结构，开始成为了建筑体系的主要类型。与传统体系相比，该体系在施工质量、施工效率等方面，均具有显著的优势。“搭积木”是一种具有代表性的施工方法，极大程度上加快了施工速度，节约了工程资金。将其应用到各类建筑体系的设计与开发中，是建筑领域未来发展的主要趋势。

框架体系设计不合理，使结构在地震荷载作用下发生脆性破坏加重地震灾害，威胁人民生命财产安全。现有研究表明，通过合理的节点的设计可以有效提高节点承载力，保护主体结构，实现震后快递修复，减少经济损失，满足“强节点弱构件”的设计要求；同时，楼板与梁段预组装后运至施工现场进行拼装可大大节省现场混凝土浇筑的时间；此外，传统框架体系破坏后修复难度大或无法修复带来的损失十分巨大，迫切需要一种地震后无需修复或稍加修复即可恢复使用功能的可恢复功能结构，这也成为了近年来国际地震工程领域的研究热点。可恢复功能框架结构不仅能够在地震中保护人们的生命财产安全，而且在地震后也能尽快恢复其使用功能，因此亟需将可恢复功能结构的理念落实于新结构的研发设计工作中，以实现建筑从单一追求抗倒塌能力向兼顾震后可修复能力的转变。为满足以上需求，本发明专利提出了一种带法兰盘的自复位钢框架偏心支撑体系。

本发明专利提出的一种带法兰盘的自复位钢框架偏心支撑体系。通过两个带悬臂梁段的方钢管上柱的悬臂梁段、工字梁段、两组第二连接装置和两组自复位装置共同发挥作用，可有效提高悬臂梁段和工字梁段交接处的整体承载力且可减小自复位装置中拉索预张力对工字梁段的超应力负荷；引进中间耗能梁段、工字斜撑段和斜支撑，可提高结构延性和安全性。

技术实现要素：

本发明提出一种带法兰盘的自复位钢框架偏心支撑体系，属于结构工程技术领域。

该体系创新点在于带悬臂梁段的上方钢管柱和工字梁段通过第一连接装置连接时，上翼缘盖板内置，下翼缘盖板外置，倒l型腹板剪切板将上翼缘盖板顶紧，安装后悬臂梁段和工字梁段不留缝隙；上翼缘盖板内置能使上翼缘外混凝土更加平整，而下翼缘盖板设置成外盖板式，可作为普通梁段在安装过程中的支托，同时也便于节点在使用过程中对翼缘盖板屈曲变形进行观测，具有良好的性能可视性及更换可判性；倒l型腹板剪切板将上翼缘盖板顶紧，可有效提高连接处的承载力且可减小自复位装置中拉索预张力对工字梁段的超应力负荷，还可通过拧松螺栓还原翼缘的残余变形；悬臂梁段和工字梁段顶紧，安装后不留缝隙，防止由于梁端转动引起的拉索预应力损失，通过实际计算合理设计拉索预张力，使结构最大程度地控制塑性变形的发展和损伤的积累，从而使结构具有良好的抗震性能和复位能力。

该体系的特点还有：带悬臂梁段和法兰盘的方钢管中柱与带悬臂梁段的方钢管上柱采用法兰盘和高强螺栓连接，实现结构模块化，符合装配式钢结构的发展方向；两个带悬臂梁段的方钢管上柱的悬臂梁段、工字梁段、两组第一连接装置和两组自复位装置共同发挥作用能实现结构的震后自行复位、减小残余变形、延缓结构主要受力构件损伤进程，保证结构耗散地震能量的预定性态设计目标并降低震后修复成本，是钢结构发展的新方向。本发明不限于这里的具体构造方案，技术人员根据本发明的提示，不脱离本发明范畴所作的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

一种带法兰盘的自复位钢框架偏心支撑体系包括两个带悬臂梁段和法兰盘的方钢管中柱、两个带悬臂梁段的方钢管上柱、两个工字梁段、一个中间耗能梁段、两个斜支撑段、两个工字斜撑段、两组自复位装置、两组第一连接装置、两组第二连接装置、两组第三连接装置、两组第四连接装置和两组第五连接装置。

所述的连接装置在施工安装时，先将第一连接装置中的下翼缘盖板通过螺栓与带法兰盘的方钢管上柱下翼缘连接，将工字梁段搁置在外伸下翼缘连接板上，再将悬臂梁段的腹板通过腹板连接板与工字梁段腹板连接，然后连接上翼缘连接板与垫板，其中垫板紧贴普通工字梁段上翼缘下表面，最后安装钢绞线并施加预应力。上翼缘连接板和下翼缘连接板设置成圆弧狗骨削弱区或者开洞剪切削弱区，削弱区的尺寸根据实际情况设计。

本专利的优点主要表现在以下几个方面：

1、两个带悬臂梁段的方钢管上柱的悬臂梁段、两个工字梁段、两组第一连接装置和两组自复位装置共同发挥作用能提高连接处的承载力；在梁柱节点的承载力相同的情况下，本发明自复位装置的拉索预张力需求会降低，有效避免了拉索预张力过大对工字梁段的超应力负荷；通过根据实际计算合理设计拉索预张力，使结构最大程度地控制塑性变形的发展和损伤的积累，使结构具有良好的抗震性能和复位能力。

2、上翼缘盖板设置成内盖板式，能使上翼缘外混凝土更加平整，而下翼缘盖板设置成外盖板式，可作为普通梁段在安装过程中的支托，同时也便于节点在使用过程中对翼缘盖板屈曲变形进行观测，具有良好的性能可视性及更换可判性。

3、本发明的中间耗能梁段能够有效的保护中间梁段主体部分在地震时不被破坏，震后只需更换中间耗能梁段即可快速恢复中间梁段的使用功能，降低震后修复成本，适应钢结构的发展。

4、本发明的主要构件和连接装置可在工厂内生产，现场安装，大大缩短施工周期，提高了施工质量和经济效益。

附图说明

图1为一种带法兰盘的自复位钢框架偏心支撑体系构造形式的三维图；

图2为一种带法兰盘的自复位钢框架偏心支撑体系拆分图；

图3为一种带法兰盘的自复位钢框架偏心支撑体系正视图；

图4为一种带法兰盘的自复位钢框架偏心支撑体系侧视图；

图5为一种带法兰盘的自复位钢框架偏心支撑体系俯视图。

具体实施方式

下面结合附图，详细说明本专利的实施方式。

如图1-5所示，一种带法兰盘的自复位钢框架偏心支撑体系包括以下部件：

1——带悬臂梁段和法兰盘的方钢管中柱；

2——斜支撑段；

3——带悬臂梁段的方钢管上柱；

4——自复位装置

5——工字梁段；

6——中间耗能梁段；

7——工字斜撑段；

8——第一连接装置；

9——第二连接装置；

10——第三连接装置；

11——第四连接装置；

12——第五连接装置。

如图1-5所示，一种带法兰盘的自复位钢框架偏心支撑体系以中间耗能梁段(6)为对称轴，包含两个带悬臂梁段和法兰盘的方钢管中柱(1)、两个斜支撑段(2)、两个带悬臂梁段的方钢管上柱(3)、两个工字梁段(5)、一个中间耗能梁段(6)、两个工字斜撑段(7)、两组自复位装置(4)、两组第一连接装置(8)、两组第二连接装置(9)、两组第三连接装置(10)、两组第四连接装置(11)和两组第五连接装置(12)；所述的带悬臂梁段和法兰盘的方钢管中柱(1)包含一个方钢管中柱、一个法兰盘和一个悬臂梁段，法兰盘焊接在方钢管中柱上端，悬臂梁段焊接在方钢管中柱下端；斜支撑段(2)焊接在方钢管中柱和悬臂梁段的交接处；所述的带悬臂梁段的方钢管上柱(3)包括一个和悬臂梁段高度相同的方钢管上柱和一个悬臂梁段，二者焊接组成；所述的一组自复位装置(4)包括一个h型工装和焊接在上下两侧的两根拉索；所述的一组第一连接装置(8)包括两块上翼缘盖板、两块上翼缘垫板、一块下翼缘盖板、两块倒l型腹板剪切板和高强螺栓群；所述的第二连接装置(9)为高强螺栓群；所述的一组第三连接装置(10)包括一块下翼缘盖板和高强螺栓群；所述的一组第四连接装置(11)包括两块拼接板和高强螺栓群；所述的一组第五连接装置(12)包括一块上翼缘盖板、一块下翼缘盖板、两块腹板连接板及高强螺栓群。

如图1、2所示，所述的斜支撑段(2)和带悬臂梁段和法兰盘的方钢管中柱(1)焊接；所述的一个带悬臂梁段的方钢管上柱(3)与一个工字梁段(5)通过一组第一连接装置(8)连接，在一个带悬臂梁段的方钢管上柱(3)的悬臂梁段腹板两侧分别焊接一个h型工装，另一个带悬臂梁段上方钢管柱(3)的悬臂梁段相同布置，其中h型工装焊接在悬臂梁段下翼缘圆弧处，拉索通过h型工装固定，悬臂梁段和工字梁段之间不留空隙；所述的一个带悬臂梁段和法兰盘的方钢管中柱(1)通过一组第二连接装置(9)与一个带悬臂梁段的方钢管柱上柱(3)连接；所述的一个工字梁段(5)远离带悬臂梁段的上方钢管柱(3)的一侧下翼缘端通过一组第三连接装置(10)和一个工字斜撑段(7)连接；所述的中间耗能梁段(6)一端通过一组第四连接装置(11)和一个工字梁段(5)连接，另一端通过一组第四连接装置(11)和另一个工字梁段(5)连接；所述的一个工字斜撑段(7)未连接的一侧通过一组第五连接装置(12)与一个斜支撑段(2)连接。