连梁结构的制作方法

1.本实用新型涉及建筑工程和结构抗震技术领域，特别是涉及一种连梁结构。


背景技术：

2.高层建筑可通过设置耗能连梁提高结构抗震耗能能力，而高层建筑连梁通常跨高比较小，剪力效应较大，此时采用可剪切屈服的钢连梁耗能效果较好。较大地震作用时，钢连梁发生剪切屈服、集中塑性，保护结构其余部位不发生较大损伤。但为了在小震作用下提供一定刚度，钢连梁一般设计为中震或大震屈服，在小震下无法发挥耗能作用，并且一旦发生屈服则等效刚度会减低。
3.为了解决上述问题，在先前的实用新型中，如中国专利cn104805958中公开了一种应用于联肢剪力墙结构的双阶屈服耗能钢连梁，包括中部的剪切屈服工字梁和套在外部的弯曲屈服工字梁，剪切屈服工字梁和弯曲屈服工字梁均与端板相连，上述钢连梁也可以在屈服后继续提供刚度，但需在中部剪切屈服梁两侧很近的距离内焊接两块钢板，形成弯曲屈服梁，工程上不利于实现，并且端板连接在工程中主要用于半刚性连接，难以传递弯矩产生的剪力并在设计目标下产生剪切屈服，同时难以更换中部剪切屈服梁。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是至少解决难以传递弯矩产生的剪力并在设计目标下产生剪切屈服的问题。该目的是通过以下技术方案实现的：
5.本实用新型提出了一种连梁结构，包括：
6.工字梁，所述工字梁包括相对设置的两个翼缘，以及用于连接两个所述翼缘的腹板；
7.耗能板，所述耗能板的一侧与所述腹板相连；
8.连接板，所述连接板与所述耗能板的另一侧相连；
9.连接件，所述连接件依次穿过所述连接板、所述耗能板和所述腹板，并将所述连接板、所述耗能板和所述腹板以可拆卸的方式相连；
10.其中，沿所述工字梁的一个端部朝向另一个端部的方向，所述耗能板的中部设置有屈服区，所述屈服区的横截面面积小于所述耗能板的两端横截面面积。
11.根据本实用新型的连梁结构，耗能板通过连接件固定在工字梁的腹板的一侧，耗能板在较小的地震或风荷载作用下进入屈服，提供耗能能力，工字梁在较小的地震或风荷载作用下保持弹性，提供结构刚度承载能力。耗能板的中部设置有屈服区，屈服区的横截面面积小于耗能板的两端横截面面积，即耗能板的横截面面积在一定范围内沿着从两端向中间的方向减小，中部减弱的横截面使耗能板更容易在剪力作用下进入塑性屈服，耗能板两端在连接板处通过连接件与工字梁连接，连接件及被破坏的耗能板在震后可拆除，可实现震后更换，结构简单，易于工程推广。
12.另外，根据本实用新型的连梁结构，还可具有如下附加的技术特征：
13.在本实用新型的一些实施例中，所述连梁结构还包括橡胶层，所述橡胶层夹设在所述耗能板的两端和所述腹板之间。
14.在本实用新型的一些实施例中，所述连梁结构还包括盖板，所述盖板覆盖在所述耗能板上。
15.在本实用新型的一些实施例中，所述盖板的两端夹设在所述连接板和所述耗能板之间。
16.在本实用新型的一些实施例中，所述连梁结构还包括加劲肋组件，所述加劲肋组件的两端分别和所述工字梁的两个所述翼缘以可拆卸的方式相连。
17.在本实用新型的一些实施例中，所述加劲肋组件包括加劲肋和支撑板，所述支撑板的两端分别固定在两个所述翼缘上，所述加劲肋用于连接所述耗能板和所述支撑板。
18.在本实用新型的一些实施例中，所述耗能板的屈服区为低屈服点钢。
19.在本实用新型的一些实施例中，所述耗能板的两端为高屈服点钢。
20.在本实用新型的一些实施例中，所述连接件为连接螺栓。
21.在本实用新型的一些实施例中，所述屈服区的最小横截面面积为所述耗能板最大横截面面积的1/5-1/2。
附图说明
22.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
23.图1示意性地示出了根据本实用新型实施方式的连梁结构的右视图；
24.图2示意性地示出了根据本实用新型实施方式的连梁结构的连接墙肢后的正视图；
25.图3示意性地示出了根据本实用新型实施方式的连梁结构加盖板后连接墙肢后的正视图；
26.图4示意性地示出了根据本实用新型实施方式的连梁结构加劲肋组件后连接墙肢后的正视图；
27.图5示意性地示出了根据本实用新型实施方式的耗能板的正视图；
28.图6为载荷位移曲线中明显的双阶屈服点示意图；
29.图7为单向荷载下连梁剪力与剪切位移的关系图；
30.图8为耗能板的累计塑性应变示意图；
31.图9为工字梁的累计塑性应变示意图；
32.图10为连梁结构整体的累计塑性应变示意图；
33.图11为连梁结构受到反复加载剪切力的耗能曲线图。
34.附图标记如下：
35.100为连梁结构；
36.10为工字梁、11为翼缘、12为腹板、20为耗能板、21为屈服区、30为连接板、40为连接件、50为橡胶层、60为盖板、61为螺栓、70为加劲肋组件；
37.200为墙肢。
具体实施方式
38.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
39.应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。
40.尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。
41.为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在
……
下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。
42.如图1-4所示，根据本实用新型的实施方式，提出了一种连梁结构100，连梁结构100包括作为工字梁10，工字梁10由两个翼缘11和一个腹板12组成，工字梁10作为主要受力结构，两端通过连接件40固定有连接板30，连接板30的一侧与连梁结构100相连。连梁结构100还包括耗能板20，耗能板20也是通过连接板30的连接件40固定在工字梁10的腹板12的一侧，为了使耗能板20更容易在剪力作用下进入塑性屈服，耗能板20的中部设置有屈服区21，屈服区21的横截面面积在一定范围内沿着从两端向中间的方向逐渐减小，即屈服区21的横截面面积小于耗能板20的两端横截面面积。根据本实用新型的连梁结构100，耗能板20通过连接件40固定在工字梁10的腹板12的一侧，耗能板20在较小的地震或风荷载作用下进入屈服，提供耗能能力，工字梁10在较小的地震或风荷载作用下保持弹性，提供结构刚度承载能力。耗能板20的中部设置有屈服区21，屈服区21的横截面面积在一定范围内沿着从两端向中间的方向减小，中部减弱的横截面使耗能板20更容易在剪力作用下进入塑性屈服，耗能板20两端在连接板30处通过连接件40与工字梁10连接，连接件40及震后破坏的耗能板20震后可拆除，可实现震后更换，结构简单，易于工程推广。
43.可以理解的是，连接板30连接墙肢200的方式可以为螺栓连接，那么连接板30就会是一个直角形，一侧固定连接连梁结构100，另一侧固定连接墙肢200。或者连梁结构100通过灌浆浇筑的方式固定在墙肢200里，在浇筑的时候只把工字梁10的两端浇筑在墙肢200里，连接板30和耗能板20留在墙肢200的外侧，方便更换耗能板20。
44.在一些实施例中，连梁结构100还包括橡胶层50，橡胶层50夹设在连接板30和耗能板20的两端之间，同样也可以通过固定连接板30的连接件40进行固定橡胶层50可以使耗能板20中部的屈服区21自由变形。
45.在一些实施例中，连梁结构100还包括盖板60，盖板60覆盖在耗能板20上，盖板60可采用钢板、木板或混凝土板。
46.具体的，盖板60的两端夹设在连接板30和耗能板20之间，盖板通过螺栓61与连接板30和耗能板20连接。
47.在一些实施例中，连梁结构100还包括加劲肋组件70，加劲肋组件70的两端分别与工字梁10的上下翼缘11连接，连接的方式可以为螺栓连接。更具体地说，加劲肋组件70包括加劲肋和上下支撑板，上下支撑板与工字梁10的上下翼缘11螺栓连接，加劲肋紧贴着耗能板20的一侧但不焊接，加劲肋分别固定在上下支撑板上。
48.通过设置盖板60或者加劲肋组件70，可以限制连梁结构100的腹板在平面外变形，为连梁结构100提供稳定的屈曲抑制，使腹板近似平面内受力，进一步提高了连梁在地震或风载荷作用下的延性和耗能能力。
49.在一些实施例中，耗能板20的屈服区21采用低屈服点钢，低屈服点钢具有优良的深冲性能和深拉延性能，容易变形，进入塑性屈服。
50.在一些实施例中，耗能板20的两端采用高屈服点钢，用于提供屈服刚度的功能。
51.在一些实施例中，连接件40为连接螺栓，比如高强螺栓，这样可以提供更稳定的紧固能力。
52.在一些实施例中，屈服区21的最小横截面面积为耗能板20最大横截面面积的1/5-1/2。为了保证耗能板20可以最好的达到塑性屈服，所以屈服区21的横截面积为耗能板20最大横截面面积的1/5-1/2。如果屈服区21的横截面面积大于耗能板20最大横截面面积的1/2，那么也会影响耗能板20的剪切耗能能力，所以不能屈服区21的横截面面积也不能过大。
53.本实用新型的连梁结构100，在较小地震作用下通过耗能板20进入塑性耗能，提供结构附加阻尼比，通过普通工字梁10提供刚度。较大地震作用下，可设计工字梁10也进入塑性耗能，从而提高结构耗能能力。震后通过高强螺栓进行组件更换。本实用新型可采用普通轧制工字梁10进行叠合，工字钢梁性能稳定，制造工艺简单，可广泛应用于工程领域，具有良好的应用前景和技术经济效益。
54.另外，本实用新型还提供了一种连梁结构的刚度计算方法，应用于上述连梁结构100，包括如下步骤：
55.根据原连梁的刚度k，计算连梁结构100的刚度k1，调整连梁结构尺寸直至k1＞k；
56.计算第一屈服力f1；
57.计算第一屈服位移d
1y
，通过第一屈服位移d
1y
与原连梁屈服位移dy对比并调整连梁结构100的耗能板20和工字梁10的形状直至d
1y＜dy
。
58.根据本实用新型的连梁结构的刚度计算方法，根据原连梁的刚度k和原连梁屈服
位移dy与计算得出的连梁结构100的刚度k1和连梁结构100的第一屈服位移d
1y
进行比较，使得k1＞k、d
1y＜dy
，此时连梁结构100的尺寸符合要求，可以直接替换安装原连梁，这样的计算方法可以减少施工工人的工作量，施工工人不需要到施工现场在反复修改调整连梁的尺寸，通过使用本实用新型的计算法方法，施工工人可以在工厂就调整好连梁结构100的尺寸，到了施工现场直接替换安装就可以，节省了劳动力。
59.需要理解的是，根据原连梁的刚度k，计算连梁结构的刚度k1，调整连梁结构尺寸直至k1＞k中，计算连梁结构100的刚度的公式为：
60.k1＝k
g1
+k
s1
；
61.其中，
[0062][0063][0064]
式中，如图5所示，e为耗能板20材料的弹性模量、t为耗能板20的厚度、b为耗能板20的宽度、h为耗能板20的长度、b为屈服区21的宽度、h为屈服区21的长度、r为屈服区21中间的倒角半径、eg为工字梁10的材料的弹性模量、gg为工字梁10的剪切模量、ag为工字梁10截面的面积、ig为惯性矩、k为剪切形状系数、l为工字梁10的跨度。
[0065]
需要理解的是，计算连梁结构100的第一屈服力f1的公式为：
[0066][0067]
其中，f
ys
为耗能板20材料的屈服强度、a
sr
为耗能板20的中部剪切面面积。
[0068]
需要理解的是，原连梁屈服位移dy的公式为dy＝θl
l
，其中，θ为原连梁所在楼层弹性层间位移角、l
l
为原连梁跨度。
[0069]
需要理解的是，计算第一屈服位移的公式为：
[0070]
需要理解的是，所述连梁结构100在耗能板20屈服时的刚度为k2＝k
g1
+α
sks1
，所述连梁结构100在耗能板20和工字梁10都屈服时的刚度为k3＝αgk
g1
+α
sks1
，其中αg为工字梁10的材料屈服后刚度与屈服前刚度比值、αs为耗能板20的材料屈服后刚度与屈服前刚度比值。
[0071]
如图6-7所示，连梁结构100在单向荷载作用下，连梁结构100呈现二段屈服机制，当连梁结构100剪力达到第一屈服力f1的时候连梁结构100的刚度发生明显变化，当连梁结构100剪力达到第二屈服力f2的时候连梁结构100的刚度再次发生明显变化。
[0072]
如图8-10所示，本实用新型的连梁结构100在竖向剪力作用下，塑性发展结果如图8-10所示，其中peeq表示累计塑性应变。在受力的同一时刻，工字梁10未出现塑性的情况下(如图9所示)，塑性首先出现于耗能板20截面削弱处(如图8所示)，连梁结构的累计塑性应变集中于耗能板20截面削弱处(如图10所示)。
[0073]
如图11所示，本实用新型连梁结构100曲线饱满，能看出可实现较好的耗能作用。
[0074]
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。