鋼桁架組合連梁的製作方法

2023-09-12 00:12:15

專利名稱：鋼桁架組合連梁的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及高層建築工程剪力牆結構連梁，具體地說是一種鋼桁架組合連梁。
二背景技術：
在剪力牆結構和框架-剪力牆結構中，連接牆肢與牆肢，牆肢與框架柱的梁稱為連梁。連梁在結構中除了承受豎向荷載外，在水平荷載作用下，端部產生的彎矩，剪力和軸力，能夠減小與之相連的牆肢的內力和變形，對牆肢起到一定的約束作用，可以消耗地震能量，改善牆肢的受力狀態。
對於如何合理解決連梁在剛度和延性兩方面相互矛盾的要求，國內外學者展開了廣泛的研究。目前主要有以下連梁結構體系。
(1)普通平行配筋鋼筋混凝土連梁結構體系 普通平行配筋鋼筋混凝土連梁是指僅配有縱向抗彎鋼筋和橫向抗剪箍筋的連梁。是聯肢牆中出現最早的一種連梁形式，它施工方便、目前應用仍然最為廣泛。普通平行配筋鋼筋混凝土連梁結構體系變形能力欠佳，截面的轉動變形能力有限，往往導致斜向受拉破壞或由於箍筋過量而發生的剪切滑移破壞，這些破壞將導致連梁滯回曲線變壞，耗能能力下降。依靠調整縱筋和箍筋比率或增大配筋量的方法來滿足設計要求，並不能從根本上改變其剪切破壞的屬性。
(2)斜對角交叉配筋鋼筋混凝土連梁結構體系 對於如何提高鋼筋混凝土連梁的延性和耗能性能，很多學者進行了研究。1974年，為滿足跨高比較小(小於2)的深連梁在強度、剛度和耗能性能等方面的要求，實現其延性破壞，紐西蘭Paulay T.教授等提出斜對角交叉配筋的連梁。經過試驗證實，相對於傳統鋼筋混凝土連梁，這種連梁結構體系受力及變形能力好，滯回曲線豐滿、穩定，吸收能力性能好，延性大。不僅連梁本身性能得到改善，而且具有斜對角交叉配筋連梁的雙肢剪力牆性能也很好。斜對角交叉配筋鋼筋混凝土連梁是一種延性和耗能性能均比普通平行配筋鋼筋混凝土連梁更為理想的連梁形式(Paulay T and Binney J R.Diagonally reinforcedcoupling beams of shearwalls[R].Paper No.26，ACI Publication SP一42，1974，2579-598)。
但斜對角交叉配筋鋼筋混凝土連梁結構體系存在一些不足(1)由於所用鋼筋直徑較大，必須充分約束以防止在極限狀態之前發生壓曲，而剪力牆的牆厚一般不大，給斜向配筋在牆肢中的錨固帶來很大困難，也使得它難以用在層數不是過多的一般厚度剪力牆的連梁和高層剪力牆中上部樓層一般厚度的連梁中；(2)對角線鋼筋在連梁中點交匯，該處截面失去抗彎能力，需另配水平縱向鋼筋以抵抗該截面上所存在的彎矩；(3)試驗證實，對於跨高比較大的(2.5和5)連梁，對角線配筋斜向傾角過小，抗剪能力的提高並不十分明顯。總之，在連梁中採用對角線配筋用鋼量大、施工要求高，推廣應用受到很大限制(曹雲鋒，張彬彬，趙傑林，等.改善洞口連梁抗震性能的一種有效配筋方案〔J〕.重慶重慶建築大學學報，2003，25(5)24-30)。
(3)菱形配筋鋼筋混凝土連梁結構體系 為了克服斜對角交叉配筋鋼筋混凝土連梁結構體系的不足，上海城市建設學院戴瑞同等在1993年提出菱形配筋鋼筋混凝土連梁結構體系，並經過理論和試驗證實，它具有良好的抗震性能和滯回特性，是一種較理想的連梁配筋形式(1)菱形配筋連梁具有較好的受力性能，在跨高比、縱向配筋率等條件相同的情況下，其各項性能指標均優於普通平行配筋鋼筋混凝土連梁。菱形配筋連梁的強屈比高於平行配筋連梁，由於主斜鋼筋承擔了大部分剪力，使得其所能承受的剪力高於平行配筋連梁，降低了連梁扭剪變形在總變形中所佔的比重；(2)菱形配筋連梁所能達到的轉角延性係數和功比指數均高於平行配筋連梁，說明可較大程度地提高連梁延性和耗能能力。
試驗同時顯示，在這類配筋方式的小跨高比連梁中，箍筋與混凝土在一般梁中發揮出的抗剪機制不在起主導作用，因此起抗剪能力上限以及各類鋼筋數量的設計計算方法尚需積累更多試驗結果後確定。另外，顯而易見的是這類配筋方式的連梁施工比斜對角交叉配筋鋼筋混凝土連梁更為複雜，推廣應用也就受到更大限制解情況(孫佔國，林宗凡，戴瑞同.菱形配筋剪力牆連梁的受力性能[J].建築結構學報，1994，15(5)14-23.)。
(4)設置全通縫鋼筋混凝土連梁結構體系 為了改變高跨比較小的連梁剪切破壞的屬性，實現其延性破壞，上世紀80年代初期，中國學者提出在連繫梁高度中央開通長水平縫而將其分為兩根梁，並進行了試驗研究，結果表明，這類連梁實現了延性彎曲破壞，但極限承載力和使用荷載下剛度削弱過多(達30％)，致使剪力牆結構整體性大大降低。
(5)帶縫槽鋼筋混凝土連梁結構體系 設置全通縫鋼筋混凝土連梁結構體系在獲得大的延性方面是很成功的，但承載力和剛度降低過多，為協調二者之間的矛盾以達到最佳選擇，東南大學有關學者提出抗震連梁的構造方案，用縱向水平縫把連梁分成上下兩個尺寸相同的構件，但在跨中設置混凝土鍵聯繫。研究表明，由此引起極限承載力降低和使用荷載下的剛度削弱很小(不超過10％)，而延性提高非常可觀。在小震作用下，混凝土鍵沒有裂開，連梁有足夠的剛度，可為牆肢提供較強的約束作用，保證剪力牆有足夠的抗側剛度；在大震作用下，混凝土鍵逐步裂開，成為上下兩個以單獨受彎為主的構件，變剪切脆性破壞為彎曲延性破壞，加之鍵中混凝土的剪摩擦可耗散一部分地震能量，因而可有效地耗散地震能量，提高剪力牆的抗震能力。但是帶縫槽鋼筋混凝土連梁施工非常複雜，為了確保分離縫和混凝土鍵處凹槽的實現，要採用分段立模的施工方法，質量要求太高，所以雖然應用在了幾個試點工程中，但進一步的實際推廣受到了一定限制(曹徵良.雙功能鋼筋混凝土連梁的試驗研究[D].東南大學博士研究生學位論文，1987)。
(6)勁性鋼筋混凝土連梁結構體系 高層剪力牆結構由於建築、設備安裝及經濟上的要求，連梁高度受到限制。而採用勁性鋼筋混凝土結構，可以在保證承載力不變的條件下，通過增加鋼含量以減小斷面尺寸，來滿足要求。上世紀90年代初期，華南理工大學有關學者進行勁性鋼筋混凝土連梁結構體系的研究。結果指出，勁性鋼筋混凝土連梁具有較大的變形能力和延性係數，且隨著變形的增大，滯回曲線變得十分豐滿，表現出很強的抗震吸能能力，非常有利於剪力牆結構的抗震。所以，勁性鋼筋混凝土結構的應用為連梁提供了另外一種結構形式，具有十分重要的意義。
(7)剛性連梁結構體系 為改善剪力牆結構體系的抗震性能，有時候會採用加大連梁洞口、減小連梁截面高度的方法。此時連梁跨高比較大，具有較好的塑性變形能力，可在剪力牆不破壞的情況下，使結構獲得較大的變形能力以吸收地震能量。但是，這樣的剪力牆結構在正常使用情況下的整體性較差，為此，可在牆高的某一高度(如設備層)設置一條剛度相對較大的連梁(剛性連梁)，來加強剪力牆結構的整體性。
在雙肢剪力牆結構的頂部或底部設置剛性連梁這種結構形式，最初是由A.Coll教授在1974年提出來的。研究表明，對整體性較差的雙肢剪力牆結構設置剛性連梁能夠有效地提高結構的抗側移剛度。但對如何處理結構剛度增加對抗震不利這一矛盾和如何設計剛性連梁，至上世紀80年代末已有文獻仍未解決，而且所用彈塑性分析方法也並不準確。當時普遍認為通過增大普通連梁的高度來形成剛性連梁，但跨高比較大的剛性連梁抗震性能特別差；所用彈塑性分析均以杆係為模型，並假設所有連梁(包括剛性連梁)均發生在杆端的彎曲破壞，這對剛性連梁是不適用的。90年代初，華南理工大學對剛性連梁結構體系進行了比較深入的研究，通過理論分析和試驗研究證明剛性連梁能有效增加連梁軟弱的雙肢剪力牆結構的剛度，降低結構自振周期，帶剛性連梁的雙肢剪力牆具有良好的抗震性能。還通過對四種形式的剛性連梁進行試驗研究，即普通鋼筋混凝土剛性連梁、帶摩擦滑動節點的鋼筋混凝土剛性連梁、勁性鋼筋混凝土剛性連梁以及帶鋼支撐摩擦滑動節點的剛性連梁，證實普通鋼筋混凝土的剛性連梁發生剪切脆性破壞，延性較差，說明普通鋼筋混凝土結構不能作為剛性連梁；帶摩擦滑動節點的鋼筋混凝土剛性連梁儘管其延性較好，但滯回曲線隨變形增大而出現嚴重的「捏攏」現象，耗能較差，不宜作剛性連梁；勁性鋼筋混凝土剛性連梁滯回曲線豐滿，延性係數較大，由於勁性鋼筋與混凝土結構的共同作用，避免了破壞前勁性鋼筋的失穩，是一種較為理想的剛性連梁結構形式；帶鋼支撐摩擦滑動節點的剛性連梁滯回曲線相當豐滿，剛度退化很小，強度降低緩慢，摩擦面滑動摩擦力是一恆定值的特性決定了屈服後滯回曲線有一相當穩定的水平段，延性很好，近似於理想彈塑性結構，且具有強震後易於修復的優勢，最適用於帶剛性連梁的剪力牆結構。而且由於摩擦面的滑動摩擦力可以根據需要調節，使得剛性剪力牆結構的剛度、地震作用以及剛梁局部的受力根據地震作用的大小得到有效控制(梁啟智，韓小雷.低周反覆荷載作用下剛性連梁及普通連梁性能J].華南理工大學學報，1995，230)27一33.。
(8)鋼連梁體系 為了從根本上克服鋼筋混凝土連梁的各種問題，自上世紀90年代起，美國和加拿大的研究人員開始轉向了鋼結構領域來尋求連梁解決方案，提出將鋼連梁梁端嵌入鋼筋混凝土剪力牆牆肢內，組成混合聯肢牆結構。鋼連梁與鋼筋混凝土剪力牆牆肢間的嵌入連接節點在循環荷載下具有良好的受力性能；彈塑性分析結果顯示，混合聯肢牆結構體系可以保證足夠的剛度、強度和韌性，表現出良好的抗震性能(E.J.Sapountazakis Dynamic analysis of compositesteel-concrete structures with deformable connection Computers andStructures 82(2004))。
三
發明內容
本實用新型的目的是提供一種抗震性能好、結構簡單、可用於工廠和現場同時施工，加快施工速度的鋼桁架組合連梁。
本實用新型以下技術方案達到上述目的提供一種鋼桁架組合連梁，它是由豎杆、緣杆、斜杆構成。其中，豎杆和緣杆組成矩形結構，斜杆呈交叉狀，焊接在上緣杆和下緣杆之間，連梁兩端埋入剪力牆中，埋入長度為連梁跨度的十分之三至十分之四。
本實用新型所述鋼桁架組合連梁，具有優良的抗震性能，自重輕，鋼桁架結構延性好，而且受力機理也比鋼筋混凝土結構較簡單清晰，便於設計成延性彎曲破壞連梁；在中間支撐不僅提高連梁鋼度，在低周反覆荷載作用下具有很好的耗能能力，可以根據抗震設防要求不同進行參數調節，更加有效地實現耗能減震，進而提高剪力牆結構體系整體抗震性能；鋼結構連梁可在一定程度上採用工廠和現場同時施工，加快施工速度，比混凝土連梁經濟等特點；在大震情況下，梁端產生塑性鉸之後會影響正常使用，採用鋼結構連梁可以很方便的更換維修，這一點對於鋼筋混凝土連梁結構幾乎無法實現。
四
圖1是本實用新型所述的鋼桁架組合連梁結構示意圖。
圖2是本實用新型所述的鋼桁架組合連梁與混凝土牆肢組裝示意圖。
五具體實施方式

以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細描述。
對照圖1，本實用新型所述的鋼桁架組合連梁，它是由豎杆1、上緣杆2、下緣杆4、斜杆3構成。其中，豎杆1、上緣杆2、下緣杆4組成矩形結構，斜杆3呈交叉狀，焊接在上緣杆2和下緣杆4之間，連梁兩端埋入剪力牆中，埋入長度為連梁跨度的十分之三至十分之四。以下是兩個不同形式的鋼桁架組合連梁的結構性能指標對比。
表1鋼桁架組合連梁的試驗結果 從上表的試驗結果表明，帶斜交叉斜杆的鋼桁架組合連梁的延性、等效粘滯阻尼係數he、平均能量耗散係數β比不帶斜交叉斜杆的鋼桁架組合連梁大。其結構抗震性能好，有良好的耗能減震能力。
權利要求1、一種鋼桁架組合連梁，其特徵在於它是由豎杆、緣杆、斜杆構成，其中，豎杆和緣杆組成矩形結構，斜杆呈交叉狀，斜杆焊接在上緣杆和下緣杆之間，連梁兩端埋入剪力牆中。
2、根據權利要求1所述的一種鋼桁架組合連梁，其特徵在於所述連梁兩端埋入剪力牆的長度為連梁跨度的十分之三至十分之四。
專利摘要一種鋼桁架組合連梁，它是由豎杆、緣杆、斜杆構成。其中，豎杆和緣杆組成矩形結構，斜杆呈交叉狀，焊接在上緣杆和下緣杆之間，連梁兩端埋入剪力牆中，埋入長度為連梁跨度的十分之三至十分之四。採用本實用新型所述的帶斜交叉斜杆的鋼桁架組合連梁的延性、等效粘滯阻尼係數he、平均能量耗散係數β比不帶斜交叉斜杆的鋼桁架組合連梁大。其結構抗震性能好，有良好的耗能減震能力。
文檔編號E04B1/98GK201148666SQ20082010401
公開日2008年11月12日 申請日期2008年1月9日 優先權日2008年1月9日
發明者鄧志恆, 潘志明, 巖 劉, 徐東曉, 峰 潘 申請人:廣西大學