高阻尼型鋼混凝土節點的製作方法

2023-05-29 02:24:56

高阻尼型鋼混凝土節點的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種高阻尼型鋼混凝土節點，包括型鋼柱，所述型鋼柱上固定連接有橫向延伸的梁型鋼弧形連接段，所述梁型鋼弧形連接段包括自型鋼柱依次橫向延伸的擴大段、削弱段和等截面段；所述擴大段自所述削弱段至所述型鋼柱的寬度逐漸變大，所述削弱段由所述梁型鋼弧形連接段的翼緣向中心弧形削弱形成。本發明提供的高阻尼型鋼混凝土節點，在梁型鋼弧形連接段的翼緣上設有弧形削弱，使得節點處塑性鉸外移，防止塑性鉸區的非線性變形對節點核心區的破壞，避免了核心區混凝土開裂，提高了核心區抗剪能力。由於梁端型鋼翼緣向中心弧形削弱採用了高阻尼混凝土，從而提高了這一部位耗能能力。此外，由於該節點採用了裝配整體式連接方式，加快了該種節點的施工進度。
【專利說明】高阻尼型鋼混凝土節點
【技術領域】
[0001]本發明涉及型鋼混凝土組合結構【技術領域】，尤其涉及一種高阻尼型鋼混凝土節點。
【背景技術】
[0002]型鋼混凝土節點具有良好的延性和耗能能力。但在地震作用下型鋼混凝土節點的塑性鉸區一般產生在梁端，梁端塑性鉸區的非線性變形向節點核心區滲透容易造成梁柱連結焊縫應力增高，引起焊縫斷裂；此外，梁端塑性鉸區的非線性變形向節點核心區的滲透作用還容易造成節點核心區混凝土開裂，降低節點核心區混凝土的抗剪能力。

【發明內容】

[0003]在下文中給出關於本發明的簡要概述，以便提供關於本發明的某些方面的基本理解。應當理解，這個概述並不是關於本發明的窮舉性概述。它並不是意圖確定本發明的關鍵或重要部分，也不是意圖限定本發明的範圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍後論述的更詳細描述的前序。
[0004]本發明提供一種高阻尼型鋼混凝土節點，用以解決現有型鋼混凝土節點存在節點核心區混凝土開裂，抗剪能力差的問題。
[0005]本發明提供一種高阻尼型鋼混凝土節點，包括型鋼柱，所述型鋼柱上固定連接有橫向延伸的梁型鋼弧形連接段，所述梁型鋼弧形連接段包括自型鋼柱依次橫向延伸的擴大段、削弱段和等截面段；所述擴大段自所述削弱段至所述型鋼柱的寬度逐漸變大，所述削弱段由所述梁型鋼弧形連接段的翼緣向中心弧形削弱形成。
[0006]本發明提供的高阻尼型鋼混凝土節點，在梁型鋼弧形連接段設置擴大段，且採用輪廓包括直線部及所述直線部兩端連接的弧線部的削弱段，使得，使得節點處塑性鉸外移，防止塑性鉸區的非線性變形對節點核心區的破壞，避免了核心區混凝土開裂，提高了核心區抗剪能力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]參照下面結合附圖對本發明實施例的說明，會更加容易地理解本發明的以上和其它目的、特點和優點。附圖中的部件只是為了示出本發明的原理。在附圖中，相同的或類似的技術特徵或部件將採用相同或類似的附圖標記來表示。
[0008]圖1為本發明實施例提供的高阻尼型鋼混凝土節點的俯視圖；
[0009]圖2為本發明實施例提供的高阻尼型鋼混凝土節點的弧形削弱輪廓圖；
[0010]圖3為本發明實施例提供的高阻尼型鋼混凝土節點的主視圖；
[0011]圖4為圖3的A-A剖視圖；
[0012]圖5為圖3的B-B剖視圖；
[0013]圖6為圖3的C-C剖視圖；[0014]圖7為本發明實施例提供的高阻尼型鋼混凝土節點與梁連接的示意圖；
[0015]圖8為塑性鉸區削弱部分的彎矩與梁端的彎矩圖。
【具體實施方式】
[0016]下面參照附圖來說明本發明的實施例。在本發明的一個附圖或一種實施方式中描述的元素和特徵可以與一個或更多個其它附圖或實施方式中示出的元素和特徵相結合。應當注意，為了清楚的目的，附圖和說明中省略了與本發明無關的、本領域普通技術人員已知的部件和處理的表示和描述。
[0017]圖1為本發明實施例提供的高阻尼型鋼混凝土節點的俯視圖。如圖1所示，本發明實施例提供的高阻尼型鋼混凝土節點，包括型鋼柱2，型鋼柱2上固定連接有橫向延伸的梁型鋼弧形連接段3，梁型鋼弧形連接段3包括自型鋼柱依次橫向延伸的擴大段、削弱段和等截面段；擴大段自削弱段至型鋼柱的寬度逐漸變大，也即在靠近型鋼柱的端部形成擴大端，削弱段由梁型鋼弧形連接段的翼緣10 (另參見圖3)向中心弧形削弱4形成。
[0018]實際使用中，型鋼柱2及梁型鋼弧形連接段3均可但不限於採用工字鋼。另參見圖5在工字鋼形式的梁型鋼弧形連接段3外設置箍筋14和縱筋15。
[0019]本發明提供的高阻尼型鋼混凝土節點，在梁型鋼弧形連接段3上設置擴大段且在翼緣10上設置了輪廓包括直線部及所述直線部兩端連接的弧線部的削弱段，使得節點處塑性鉸外移，防止塑性鉸區5 (參見圖3)的非線性變形對節點核心區的破壞，避免了節點核心區I混凝土開裂，提高了節點核心區I抗剪能力。此外，由於具有自型鋼柱2依次橫向延伸的擴大段，使得梁端部和弧形削弱4形成的削弱部位形成抗彎剛度的級差，從而進一步使得塑性鉸區5從梁的端部轉移出去。
[0020]另參見圖2所示，為了避免梁端塑性鉸區的非線性變形對節點核心區造成侵害，在工字型的梁型鋼弧形連接段的上下翼緣10採用弧形削弱4進行削弱，弧形削弱4的輪廓包括直線部及所述直線部兩端連接的弧線部。
[0021]圖1中，a為削弱部位距柱的距離a=0.5bf，可根據削弱部位塑性鉸區對梁柱連接焊縫的影響程度來確定，bf為梁型鋼翼緣的寬度。
[0022]圖2中弧形削弱4的輪廓包括直線部及所述直線部兩端連接的弧線部，且c ( 0.25bf;其中，c為弧形削弱4的深度，弧形削弱4的深度用來控制塑性鉸在梁中的位置及向節點核心區I傳遞的彎矩大小。
[0023]圖2型鋼翼緣最大削弱位置的設計參數，需要滿足公式(I)和(2)。
[0024]I ( 0.25bf;...(I)
[0025]公式(I)中，I為最大削弱部位水平段的長度，主要是控制最大應力區的範圍，使塑性鉸在這一範圍內充分發展，防止在這一部位產生應力集中。
[0026]b=0.75hb+0.25bf; (2)
[0027]公式(2)中，b為削弱長度，主要是為了控制塑性鉸區變形的程度，其中hb為型鋼截面的高度。
[0028]為了避免在梁型鋼翼緣截面改變的部位產生應力集中，本專利在這一部位採用了弧形過渡(如附圖2所示)，這一弧形過渡區為拋物線弧形過渡，這樣可以更好的避免在這一過渡區域產生應力集中的現象，經過反覆有限元計算，本專利給出最優的拋物線弧長的計算公式為:
[0029]5- 0.00129+ 0.99955Z + 0.01698F + 2.481439^- 0.05<-<0.1
IL(3)
[0030]公式(3)中，F為弧形部的拱高；L為弧形部拱跨;s為弧形部的弧長；bf為梁型鋼弧形連接段翼緣的寬度；弧形削弱4採用弧形部進行過渡，實際使用中，弧形部的輪廓線為拋物線，採用拋物線過渡可以更好的避免出現應力集中的問題。
[0031]另參見圖6，梁型鋼弧形連接段3外澆注有高阻尼混凝土 11，高阻尼混凝土 11位於弧形削弱4處。在弧形削弱4處澆注高阻尼混凝土進一步增強了塑性鉸區的耗能能力，並降低了弧形削弱4處混凝土的開裂。通過設置弧形削弱4及在弧形削弱4處澆注高阻尼混凝土，不僅使塑性鉸從梁端轉移到梁翼緣10削弱的位置，從而避免了梁端塑性鉸區的非線性變形對節點核心區造成侵害，而且由於在弧形削弱4形成的削弱區澆注高阻尼混凝土，使得該部位的耗能能力大大增強，在大震作用下，節點的殘餘強度提高，減少地震對節點的破壞程度，便於震後的修復工作。並且在弧形削弱4外設置有箍筋14和縱筋15。
[0032]型鋼柱2澆注有混凝土構成立柱，弧形削弱4的起始端與距立柱的距離a為梁型鋼弧形連接段翼緣10的寬度的一半。Lb為弧形削弱4中部到立柱的距離。另參見圖4型鋼柱2外側設置有箍筋12和縱筋13，以提高混凝土結構的強度。
[0033]實際使用中，高阻尼混凝土包括以下重量份的各組份:水泥100份冰42份；沙子145 份；石子 300 份；PU (聚氨酯!Polyurethane)/EP (環氧樹脂；EpoxyResin)/UP (不飽和聚酯；Unsaturated Polyester Resin)聚合物12份;石墨5份；高阻尼纖維7份；娃灰8份；減水劑1份。
[0034]具體地，PU/EP/UP聚合物包括以下重量份的各組份:PU47份；EP23份；UP23份，使得該PU/EP/UP聚合物具有寬溫、高阻`尼特性，在20-75°C的溫度範圍內介質損耗因數tanδ >0.6。
[0035]高阻尼纖維為外表塗有高阻尼塗層的碳纖維，該塗層由三個步驟製成，第一步是在氬氣保護下除去碳纖維表面的膠層；第二步則是利用反應氣體的受熱分解，在脫膠後的碳纖維表面上沉積分解產物；第三步是在高溫下進行石墨化處理。高阻尼纖維可填充到PU/EP/UP聚合物網絡體系中增強纖維之間以及增強纖維與TO/EP/UP聚合物之間的摩擦，增強纖維與TO/EP/UP聚合物界面間的滑移以及界面處的位錯運動從而提高了高阻尼纖維的阻尼。
[0036]高阻尼混凝土中的石墨採用片狀石墨填料。片狀石墨填料的加入一方面能擴大阻尼溫度範圍並提高了混凝土中粘彈性材料組分的比例，片狀石墨填料能增大混凝土內部各質點之間的摩擦，內摩擦能夠損耗一部分能量。
[0037]矽灰是一種非常細的粉末，矽灰的加入可以使水泥水化產物發生二次水化反應，生成新的凝膠體並對其宏觀的物理、力學性能起著重要的影響。
[0038]河砂是構成EPS (膨脹聚苯乙烯；Expanded Polystyrene)輕集料混凝土彈性骨架最重要的材料，它和矽酸鹽水泥共同對EPS輕集料混凝土的力學性能(如抗壓強度)起重要的作用。河砂可以但不限於採用堆積密度為1274kg/m3，吸水率為1%。塑性鉸區的石子可以但不限於選用緻密的花崗巖並帶有稜角，骨料級配應在要求範圍以內，骨料的最大粒徑應控制在10-20mm之間。減水劑可以但不限於採用天津建築研究院生產的UNF-5非引氣型聞效減水劑。
[0039]該高阻尼混凝土在配置時，首先將水泥和砂拌合均勻然後加入石子，繼續拌合至均勻，然後加入石墨和矽灰，攪拌均勻後，再加入水和減水劑，拌合3-5分鐘，保證水泥顆粒表面溼潤。最後加入TO/EP/UP聚合物和高阻尼纖維，攪拌3-5分鐘。
[0040]型鋼柱2與梁型鋼弧形連接段3連接處為節點核心區，節點核心區設置有T形加勁肋6，且T形加勁肋6固定連接於型鋼柱2上。具體地，T形加勁肋6可以焊接在型鋼柱2的腹板上。通過設置T形加勁肋6使得其和型鋼柱2翼緣10及框在型鋼柱2外的箍筋共同形成對節點核心區I的混凝土約束，從而提高節點核心區I混凝土的抗剪切強度和變形的能力。
[0041]T形加勁肋6的長度延伸方向與型鋼柱2的長度延伸方向一致。
[0042]削弱段的兩側分別設置有加強鋼筋，加強鋼筋位於梁型鋼弧形連接段的上下兩翼緣10之間。防止削弱段梁型鋼弧形連接段的端部發生側向屈曲，從而影響塑性鉸的轉動性能，且可在一定程度上承受平面外扭轉。
[0043]型鋼柱2的相對兩側均設置有梁型鋼弧形連接段3，且型鋼柱2與梁型鋼弧形連接段3連接位置處的外側設置有加強鋼筋8，加強鋼筋8從兩梁型鋼弧形連接段3之一的削弱段中部，延伸至另一梁型鋼弧形連接段3的削弱段的中部。通過設置加強鋼筋8，提高了型鋼柱2與梁型鋼弧形連接段3根部的配筋量，提高了型鋼柱2與梁型鋼弧形連接段3根部的連接強度，使得在地震時節點的破壞位置位於削弱段，減少地震對型鋼柱與梁型鋼弧形連接段根部的破壞程度，便於震後的修復工作。此外，加強鋼筋8沿梁型鋼弧形連接段3及型鋼柱2的外緣彎折延伸，避免出現採用直線延伸的加強鋼筋，在型鋼柱寬度較大時，需要在型鋼柱上開孔來穿設該直線延伸的加強鋼筋，而造成對型鋼柱不必要的削弱，影響整體性能的問題出現。另外，在削弱段的兩側還設置有加勁肋9。
[0044]如圖7所示，採用高阻尼型鋼混凝土節點進行連接時，採用螺栓將梁7的腹板固定連接到梁型鋼弧形連接段3的腹板上，然後將梁7的上下翼緣10分別與梁型鋼弧形連接段3的上下翼緣10進行焊接。採用此種連接方式可以大大加快施工進度。
[0045]表1
【權利要求】
1.一種高阻尼型鋼混凝土節點，包括型鋼柱，所述型鋼柱上固定連接有橫向延伸的梁型鋼弧形連接段，其特徵在於，所述梁型鋼弧形連接段包括自型鋼柱依次橫向延伸的擴大段、削弱段和等截面段；所述擴大段自所述削弱段至所述型鋼柱的寬度逐漸變大，所述削弱段由所述梁型鋼弧形連接段的翼緣向中心弧形削弱形成。
2.根據權利要求1所述的高阻尼型鋼混凝土節點，其特徵在於，所述弧形削弱的輪廓包括直線部及所述直線部兩端連接的弧線部，
3.根據權利要求1或·2所述的高阻尼型鋼混凝土節點，其特徵在於，所述梁型鋼弧形連接段外澆注有高阻尼混凝土，所述高阻尼混凝土位於弧形削弱處。
4.根據權利要求3所述的高阻尼型鋼混凝土節點，其特徵在於，所述型鋼柱澆注有混凝土構成立柱，所述弧形削弱的起始端與距所述立柱的距離為梁型鋼弧形連接段翼緣的寬度的一半。
5.根據權利要求3所述的高阻尼型鋼混凝土節點，其特徵在於，所述高阻尼混凝土包括以下重量份的各組份:水泥100份；水42份；沙子145份；石子300份；PU/EP/UP聚合物12份；石墨5份；高阻尼纖維7份；娃灰8份；減水劑1份。
6.根據權利要求5所述的高阻尼型鋼混凝土節點，其特徵在於，TO/EP/UP聚合物包括以下重量份的各組份:PU47份；EP23份；UP23份。
7.根據權利要求1或2所述的高阻尼型鋼混凝土節點，其特徵在於，所述型鋼柱與所述梁型鋼弧形連接段連接處為節點核心區，所述節點核心區設置有T形加勁肋，且所述T形加勁肋固定連接於所述型鋼柱上。
8.根據權利要求7所述的高阻尼型鋼混凝土節點，其特徵在於，所述T形加勁肋的長度延伸方向與所述型鋼柱的長度延伸方向一致。
9.根據權利要求1或2所述的高阻尼型鋼混凝土節點，其特徵在於，所述削弱段的兩側分別設置有加強鋼筋，所述加強鋼筋位於所述梁型鋼弧形連接段的上下兩翼緣之間，且所述加強鋼筋沿所述梁型鋼弧形連接段及所述型鋼柱的外緣彎折延伸。
10.根據權利要求1或2所述的高阻尼型鋼混凝土節點，其特徵在於，所述型鋼柱的相對兩側均設置有所述梁型鋼弧形連接段，且所述型鋼柱與所述梁型鋼弧形連接段連接位置處的外側設置有加強鋼筋，所述加強鋼筋從兩所述梁型鋼弧形連接段之一的削弱段中部，延伸至另一所述梁型鋼弧形連接段的削弱段的中部。
【文檔編號】E04B1/58GK103821233SQ201410065516
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年2月25日 優先權日:2014年2月25日
【發明者】張雪松 申請人:中國電力科學研究院