本發(fā)明涉及建筑工程和結(jié)構(gòu)抗震技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種應(yīng)用于聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)的可更換的雙階屈服耗能鋼連梁。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代城市中擁有著眾多的高層、超高層結(jié)構(gòu)。高層、超高層結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代城市中為解決用地緊張，發(fā)揮現(xiàn)代城市功能，體現(xiàn)現(xiàn)代城市風(fēng)貌所采用的主要建筑形式之一。高層建筑所承受的水平地震作用和風(fēng)荷載較大，側(cè)向剛度成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)控制的主要因素，鋼筋混凝土剪力墻由于整體性能好，抗側(cè)向剛度大，承載力高，在水平荷載作用下側(cè)移小等特點(diǎn)，在高層建筑中得到普遍應(yīng)用。連梁是剪力墻結(jié)構(gòu)或框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的聯(lián)系兩片墻肢的耗能構(gòu)件。傳統(tǒng)的連梁一般采用鋼筋混凝土連梁，但由于建筑需求，鋼筋混凝土連梁設(shè)計(jì)的往往跨高比較小，容易引起鋼筋混凝土連梁的剪切破壞，影響連梁的延性以及耗能能力，過早的破壞使連梁不能按找預(yù)先的設(shè)計(jì)目標(biāo)發(fā)揮抗震第一道防線的作用。

近年來，美國(guó)、加拿大和新西蘭等國(guó)家采用鋼連梁代替鋼筋混凝土連梁，由鋼連梁和鋼筋混凝土墻肢組合成混合聯(lián)肢剪力墻。研究發(fā)現(xiàn)，鋼連梁設(shè)計(jì)為剪切屈服的滯回曲線非常飽滿，延性和耗能能力顯著優(yōu)于傳統(tǒng)的鋼筋的混凝土連梁。一般的鋼連梁設(shè)計(jì)為罕遇地震下發(fā)揮耗能作用，但由于建筑設(shè)計(jì)的需求，要求多遇地震下就要提拱屈服耗能作用。

目前很多學(xué)者研發(fā)了很多可更換的耗能連梁，這些連梁的特點(diǎn)大多是將混凝土連梁中部替換為一段消能梁段。這樣的做法的不足之處在于只能夠滿足連梁在多遇地震下屈服發(fā)揮附加阻尼比的作用，耗能屈服后不能發(fā)揮連梁連接兩片墻肢的耦連作用，并且在罕遇地震下不能進(jìn)一步發(fā)揮耗能作用。

最接近現(xiàn)有技術(shù)，公開號(hào)為104805958A中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)，《應(yīng)用于聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)的雙階屈服耗能鋼連梁》，該專利文獻(xiàn)提出一種應(yīng)用于聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)的可更換的雙階屈服耗能鋼連梁，具有在多遇地震下既能發(fā)揮耗能提供附加阻尼比的功能，也能發(fā)揮作為連梁的耦連作用，并且在罕遇地震下能夠發(fā)揮更加大的耗能作用。除此之外，該應(yīng)用于聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)的可更換的雙階屈服耗能鋼連梁，在震后修復(fù)時(shí)同樣是可以更換的，提升建筑強(qiáng)震后的迅速修復(fù)能力。

該應(yīng)用于聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)的雙階屈服耗能鋼連梁，實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案為：包括發(fā)生第一階剪切屈服的剪切屈服板梁，和發(fā)生第二階彎曲屈服的彎曲屈服工字梁，和連接剪切屈服板梁和彎曲屈服工字梁的梁端端板，所述剪切屈服板梁套在所述彎曲屈服工字梁內(nèi)部，兩者采用 對(duì)接焊縫焊接在所述梁端端板上；和連接所述梁端端板和節(jié)點(diǎn)處的梁段的高強(qiáng)螺栓；所述剪切屈服板梁包含兩端的近似剛性的彈性區(qū)和中部的塑性剪切屈服耗能區(qū)；所述近似剛性的彈性區(qū)(22)采用高屈服點(diǎn)鋼材制作，用于提供第一階屈服剛度的功能；所述塑性剪切屈服耗能區(qū)的中部在高度方向進(jìn)行圓弧倒角削弱；所述彎曲屈服工字梁包含端部狗骨式處理的翼緣和雙腹板，除此之外還包括夾在塑性剪切屈服耗能區(qū)和雙腹板間的兩塊填，以及防止雙腹板面外失穩(wěn)的豎向加勁肋。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供另一種應(yīng)用于聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)的可更換的雙階屈服耗能鋼連梁設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方式。同樣，該應(yīng)用于聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)的可更換的雙階屈服耗能鋼連梁，也具有在多遇地震下既能發(fā)揮耗能提供附加阻尼比的功能，同時(shí)也能發(fā)揮作為連梁的耦連作用，并且在罕遇地震下能夠發(fā)揮更加大的耗能作用。除此之外，該應(yīng)用于聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)的可更換的雙階屈服耗能鋼連梁，在震后修復(fù)時(shí)也同樣是可以更換的，提升建筑強(qiáng)震后的迅速修復(fù)能力。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案表征為：

一種應(yīng)用于聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)的可更換的雙階屈服耗能鋼連梁，包括

發(fā)生第一階雙腹板剪切屈服的外套工字梁(1)，

發(fā)生第二階彎曲屈服的核心板梁(2)，

連接彎曲屈服的核心板梁(2)和外套工字梁(1)的梁端端板(3)，

連接所述梁端端板(3)和埋在墻肢內(nèi)部直插梁段(6)的高強(qiáng)螺栓(5)。

所述彎曲屈服的核心板梁(2)包含兩端的彈性區(qū)(22)和中部的開拋物線孔以及菱形孔的塑性彎曲屈服耗能區(qū)(21)；

所述外套工字梁(1)包含端部狗骨式處理的翼緣(11)和雙腹板(12)。

除此之外，還包括防止雙腹板(12)面外失穩(wěn)的加勁肋板(4)。

所述的應(yīng)用于聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)的可更換的雙階屈服耗能鋼連梁，其特征在于，所述彎曲屈服的核心板梁(2)套在所述外套工字梁(1)內(nèi)部，兩者之間，僅所述彎曲屈服的核心板梁(2)的兩端的彈性區(qū)(22)焊接在所述外套工字梁(1)的狗骨式處理的翼緣(11)上，除此之外，彎曲屈服的核心板梁(2)和外套工字梁(1)之間無任何連接。

所述的應(yīng)用于聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)的可更換的雙階屈服耗能鋼連梁，其特征在于，所述彎曲屈服的核心板梁(2)套在所述外套工字梁(1)內(nèi)部，兩者采用對(duì)接焊縫焊接在所述梁端端板(3)上。

所述的應(yīng)用于聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)的可更換的雙階屈服耗能鋼連梁，其特征在于，所述外套工字梁(1)的雙腹板(12)采用低屈服點(diǎn)鋼材制作，用于發(fā)生第一階剪切屈服。

所述的應(yīng)用于聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)的可更換的雙階屈服耗能鋼連梁，其特征在于，所述彎曲屈服的核心板梁(2)采用普通鋼或者高屈服點(diǎn)鋼制作，其中部塑性彎曲屈服耗能區(qū)(21)發(fā)生彎曲屈服作為第二階屈服。

所述的應(yīng)用于聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)的可更換的雙階屈服耗能鋼連梁，其特征在于，所述彎曲屈服板梁(2)和所述外套工字梁(1)用所述梁端端板(3)連接后，再通過所述高強(qiáng)螺栓(5)與埋在墻肢內(nèi)部的直插梁段(6)相連接。

所述外套工字梁(1)發(fā)生第一階的雙腹板(12)剪切屈服。

進(jìn)一步地，所述外套工字梁(1)通過以下技術(shù)構(gòu)造實(shí)現(xiàn)第一階剪切屈服功能。

所述外套工字梁(1)包含狗骨式處理的翼緣(11)和采用低屈服點(diǎn)鋼制作的雙腹板(12)。

所述雙腹板(12)采用低屈服點(diǎn)鋼制作，連梁在地震作用下發(fā)生剪切變形時(shí)，雙腹板(12)首先發(fā)生剪切屈服，作為第一階屈服點(diǎn)。

所述雙腹板(12)上縱向設(shè)置多道加勁肋板(4)，防止在發(fā)生第一階剪切屈服時(shí)出現(xiàn)面外失穩(wěn)。

所述彎曲屈服核心板梁(2)發(fā)生第二階的彎曲屈服。

進(jìn)一步地，所述彎曲屈服核心板梁(2)通過以下技術(shù)構(gòu)造實(shí)現(xiàn)第二階彎曲屈服功能。

所述彎曲屈服核心板梁(2)包含兩端的彈性區(qū)(22)和中部的開拋物線形孔或菱形孔的塑性彎曲屈服耗能區(qū)(21)。

所述彎曲屈服核心板梁(2)采用普通鋼或者高屈服點(diǎn)的鋼材制作。

所述彎曲屈服核心板梁(2)中部的塑性彎曲屈服耗能區(qū)(21)，通過開拋物線形孔或菱形孔的方式，形成多個(gè)拋物線形或者菱形變截面的彎曲桿，使連梁在承受剪切變形時(shí)，彎曲桿沿桿長(zhǎng)方向發(fā)生均勻的彎曲屈服，擴(kuò)大塑性屈服區(qū)的分布，增強(qiáng)耗能能力。

所述雙腹板(12)用于加緊所述彎曲屈服核心板梁(2)，由防止其在發(fā)生第二階彎曲屈服時(shí)，出現(xiàn)面外失穩(wěn)。

進(jìn)一步地，所述應(yīng)用于聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)的可更換的雙階屈服耗能鋼連梁通過以下方案實(shí)現(xiàn)可更換的功能。

所述彎曲屈服核心板梁(2)和所述外套工字梁(1)，通過對(duì)接焊縫焊接在所述梁端端板(3)上后和埋在墻肢內(nèi)部的所述直插梁段(6)焊接所述梁端端板(3)后，再通過高強(qiáng)螺栓 (5)連接，以此達(dá)到可更換的功能。

本發(fā)明特點(diǎn)：

1)施工制作簡(jiǎn)單。本發(fā)明以鋼材為原料，彎曲屈服核心板梁(2)與雙腹板剪切屈服外套工字梁(1)可以分別在工廠加工。兩者的主要部件均為鋼板的形式，只需要簡(jiǎn)單的切割操作即可以制作完成，加工方便。

2)多遇地震下既能發(fā)揮耗能作用也能發(fā)揮結(jié)構(gòu)作用。本發(fā)明可保證連梁在多遇地震往復(fù)荷載下雙腹板(12)發(fā)生剪切屈服，并且由于雙腹板主要承擔(dān)剪力作用塑性屈服區(qū)比較大，耗能能力顯著。在多遇地震下，彎曲屈服核心板梁(2)保持彈性維持連梁作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耦連作用。

3)罕遇地震作用耗能能力強(qiáng)。在罕遇地震作用下，兩階屈服同時(shí)發(fā)生，雙腹板(12)的剪切屈服和彎曲屈服核心板字梁(1)的中部多個(gè)彎曲桿的彎曲屈服共同發(fā)生，能量耗散能力比只具有單一耗能構(gòu)件的要大很多。

4)本發(fā)明在強(qiáng)震作用后可以更換，實(shí)現(xiàn)連梁功能的快速修復(fù)，從而實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)震后功能的快速恢復(fù)能力。

附圖說明

圖1(a)為本發(fā)明可更換的雙階屈服耗能鋼連梁的立面圖

圖1(b)為圖1(a)的B-B剖視圖

圖1(c)為圖1(a)的A-A剖視圖

圖2(a)是核心板梁

圖2(b)是圖2(a)的C-C剖圖

圖3是外套工字梁的側(cè)視圖

圖4(a)是外套工字梁正視圖

圖4(b)是圖4(a)的D-D剖圖

圖5是聯(lián)肢剪力墻中應(yīng)用本發(fā)明裝置的示意圖

圖6是圖5的局部放大圖

圖7是本發(fā)明荷載位移曲線中雙階屈服點(diǎn)示意圖

圖中標(biāo)號(hào)說明

1 外套工字梁

11 狗骨式處理的翼緣

12 雙腹板

2 彎曲屈服核心板梁

21 塑性彎曲屈服耗能區(qū)

22 兩端的彈性區(qū)

3 梁端端板

4 加勁肋板

5 高強(qiáng)螺栓

6 直插梁段

具體實(shí)施方式

以下由特定的具體實(shí)施例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)及功效。

請(qǐng)參閱圖1至圖7。須知，本說明書所附圖式所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的限定條件，故不具技術(shù)上的實(shí)質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本發(fā)明所能產(chǎn)生的功效及所能達(dá)成的目的下，均應(yīng)仍落在本發(fā)明所揭示的技術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。同時(shí)，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的范圍，其相對(duì)關(guān)系的改變或調(diào)整，在無實(shí)質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當(dāng)亦視為本發(fā)明可實(shí)施的范疇。

如圖1(a)、圖1(b)、圖1(c)至圖7所示，具體的安裝加工步驟為：

首先加工制作彎曲屈服核心板梁(2)，然后采用對(duì)接焊縫將板梁兩端焊接于梁端端板上。

將加勁肋板(4)焊接在雙腹板(12)上。

接著焊接雙腹板(12)于端板(3)上，采用對(duì)接焊或者角焊縫。

然后采用角焊縫將上下狗骨式處理的翼緣(11)與雙腹板(12)焊接，以及和端板(3)焊接。

最終端板開孔采用高強(qiáng)螺栓(5)與直插梁段(6)對(duì)接。

至此應(yīng)用于聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)的可更換的雙階屈服耗能鋼連梁加工完成。

多遇地震作用下，外套工字梁(1)的雙腹板(12)由于采用低屈服點(diǎn)鋼制作，并且承擔(dān)絕大部分剪力作用，因此其在連梁剪力作用下，將發(fā)生第一階剪切屈服，但是此時(shí)彎曲屈服的核心板梁(2)仍保持彈性狀態(tài)提供耦連作用。

罕遇地震下，彎曲屈服的核心板梁的兩端的彈性區(qū)(22)由于和外套工字梁(1)的翼緣 焊接，因此剛度很大故彈性變形較小，而塑性彎曲屈服耗能區(qū)(21)開菱形孔或拋物線形孔后，形成的彎曲桿在連梁所受的剪力作用下，將發(fā)生第二階彎曲屈服。加上第一階剪切屈服的雙腹板剪切屈服，此時(shí)的耗能能力明顯變大，使結(jié)構(gòu)避免大震下發(fā)生嚴(yán)重的倒塌破壞。

在強(qiáng)震后，如若連梁發(fā)生破壞那么可以將連梁端板處的高強(qiáng)螺栓卸下，安裝新的鋼連梁，使結(jié)構(gòu)的功能盡快恢復(fù)，減少地震造成的經(jīng)濟(jì)損失，恢復(fù)建筑結(jié)構(gòu)的使用功能。