一种高耗能减震型钢连梁及其制作方法.pdf

本发明公开了一种高耗能减震型钢连梁及其制作方法，包括箱型截面钢连梁，箱型截面钢连梁的外表面围绕有若干平行的型钢，型钢相互间距设置，型钢的断面的强轴平行于所述箱型截面钢连梁的梁长方向，所述型钢通过平行设置于所述箱型截面钢连梁的梁长方向的连接板连接形成钢套筒；箱型截面钢连梁的内部设有若干预制混凝土块。本发明通过采用箱型截面钢连梁附加外表面钢套筒和内部预制混凝土块共同作用，作为屈曲约束装置来限制箱型截面钢连梁在弹塑性阶段局部屈曲变形，达到提高连梁耗能能力的目的，克服地震作用下普通钢连梁局部屈曲变形过大而导致耗能能力退化严重的问题。

1.  一种高耗能减震型钢连梁，其特征在于：包括箱型截面钢连梁(1)，所述箱型截面钢连梁(1)的外表面围绕有若干平行的型钢(2)，所述型钢(2)相互间距设置，所述型钢(2)的断面的强轴平行于所述箱型截面钢连梁(1)的梁长方向，所述型钢(2)通过平行设置于所述箱型截面钢连梁(1)的梁长方向的连接板(5)连接形成钢套筒；所述箱型截面钢连梁(1)的内部设有若干预制混凝土块(3)。

2.  根据权利要求1所述的高耗能减震型钢连梁，其特征在于：所述箱型截面钢连梁(1)的内表面和/或外表面附有脱层材料(4)。

3.  根据权利要求2所述的高耗能减震型钢连梁，其特征在于：所述脱层材料(4)为黏性橡胶或高密度泡棉板。

4.  根据权利要求1所述的高耗能减震型钢连梁，其特征在于：所述预制混凝土块(3)相邻间隔之间设有泡沫板(6)。

5.  根据权利要求1任一所述的高耗能减震型钢连梁，其特征在于：所述连接板(5)设置在靠近所述箱型截面钢连梁(1)的断面的转角处。

6.  根据权利要求1任一所述的高耗能减震型钢连梁，其特征在于：所述型钢(2)相互间距设置，间距距离为所述箱型截面钢连梁(1)的壁厚的1～5倍。

7.  根据权利要求1至6任一所述的高耗能减震型钢连梁，其特征在于：所述型钢(2)为角钢、槽钢或钢板。

8.  一种高耗能减震型钢连梁的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)在所述箱型截面钢连梁(1)的内表面和/或外表面黏贴脱层材料(4)；
2)将所述箱型截面钢连梁(1)的外表面围绕的型钢(2)与所述连接板(5)连接，形成钢套筒；
3)将所述箱型截面钢连梁(1)放入所述钢套筒内部；
4)在所述箱型截面钢连梁(1)的内部放入所述预制混凝土块(3)和泡沫板(6)，所述预制混凝土块(3)和泡沫板(6)间隔放置。

一种高耗能减震型钢连梁及其制作方法
技术领域
本发明专利属于土木工程领域，涉及建筑结构，尤其涉及一种高耗能减震型钢连梁。
背景技术
联肢剪力墙结构是由两片或两片以上的钢筋混凝土墙肢和连接各钢筋混凝土墙肢的连梁组成。联肢剪力墙结构通过各墙肢之间连梁的耦合作用一方面可以减少单独墙肢承担的弯矩，使总弯矩由耦合墙肢共同承担，从而使得整体结构体系的抗震能力比单肢剪力墙增强；另一方面耦合作用使结构在地震作用下的能量耗散不再像单肢剪力墙一样集中依赖于剪力墙底部的塑性铰区，而是通过连梁的耗能作用扩大到整个结构高度。因此，联肢剪力墙结构符合“多道防线”的抗震设计理念，其在中震或大震作用时主要通过连梁的端部和剪力墙肢的底部形成塑性铰来耗散地震能量，并且连梁应率先进入塑性，作为主要的耗能构件而消耗结构振动能量，保护主体结构安全，从而实现结构“大震不倒”的设防目标。联肢剪力墙的抗震性能与连梁的抗震性能密切相关，目前工程中主要采用钢筋混凝土连梁和普通钢连梁。在我国2008年的汶川地震中，钢筋混凝土联肢剪力墙结构的小跨高比钢筋混凝土连梁较为普遍地出现了剪切破坏，而剪切破坏是一种脆性破坏模式，其延性和耗能能力较差。连梁的过早剪切破坏将导致联肢剪力墙结构的强度和刚度显著退化，严重影响主体结构的抗震安全。而目前工程上采用的普通钢连梁主要是工字型截面，其在弹塑性阶段将出现局部屈曲变形，严重影响钢连梁耗能能力的充分发挥。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种高耗能减震型钢连梁及其方法，通过采用箱型截面钢连梁并附加屈曲约束装置来限制钢连梁在弹塑性阶段局部屈曲变形，从而达到提高连梁耗能能力的目的，以克服地震作用下普通钢连梁在弹塑性阶段局部屈曲变形过大而导致钢连梁耗能能力退化严重的问题。
技术方案：为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种高耗能减震型钢连梁，包括箱型截面钢连梁，所述箱型截面钢连梁的外表面围绕有若干平行的型钢，所述型钢相互间距设置，所述型钢的断面的强轴平行于所述箱型截面钢连梁的梁长方向，所述型钢通过平行设置于所述箱型截面钢连梁的梁长方向的连接板连接形成钢套筒；所述箱型截面钢连梁的内部设有若干预制混凝土块。将箱型截面钢连梁的外表面连接的型钢制成的钢套筒和内部增加的预制混凝土块共同作为进一步的附加屈曲约束装置，内部外部均增强箱型截面钢连梁的强度和抗弯曲性，从而达到提 高钢连梁高耗能能力的目的。箱型截面钢连梁在地震作用下会发生鼓曲和下凹，通过外表面的型钢和内部的预制混凝土块限制箱型截面钢连梁发生鼓曲和下凹变形，让其发生强度破坏而不发生失稳破坏。
进一步的，在本发明中，所述箱型截面钢连梁的内表面和/或外表面附有脱层材料。脱层材料主要是让所述箱型截面钢连梁与外部型钢和预制混凝土块不形成整体，外部型钢和内部预制混凝土块只作为约束箱型截面钢连梁变形的约束装置，不参与承受外荷载，从而不增加箱型截面钢连梁的刚度和强度。
进一步的，在本发明中，所述脱层材料为黏性橡胶或高密度泡棉板。黏性橡胶或高密度泡棉板是易获得的脱层材料。脱层材料主要为了减少型钢和预制混凝土块与所述箱型截面钢连梁之间的摩擦受力，保证型钢和预制混凝土只约束所述箱型截面钢连梁的屈曲变形，不参与承受外荷载；脱层材料有利于辅助型钢和预制混凝土块定位。
进一步的，在本发明中，所述预制混凝土块相邻间隔之间设有泡沫板。所述泡沫板的作用的就是当箱型截面钢连梁弯曲时，让预制混凝土块相互错动，而不参与受弯，从而不增加结构的承载力和刚度，主要用来间隔预制混凝土块，为了经济性，泡沫板也可用空隙代替。
进一步的，在本发明中，所述连接板设置在靠近所述箱型截面钢连梁的断面的转角处。
进一步的，在本发明中，所述型钢相互间距设置，间距距离为所述箱型截面钢连梁的壁厚的1～5倍。所述型钢之间的间距距离根据所述箱型截面钢连梁的壁厚确定。
进一步的，在本发明中，所述型钢为角钢或槽钢。所述型钢和预制混凝土块要有足够的刚度和强度约束箱型截面钢连梁的平面外变形。
一种高耗能减震型钢连梁的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)在所述箱型截面钢连梁的内表面和/或外表面黏贴脱层材料；
2)将所述箱型截面钢连梁的外表面围绕的型钢与所述连接板连接，形成钢套筒；
3)将所述箱型截面钢连梁放入所述钢套筒内部；
4)在所述箱型截面钢连梁的内部放入所述预制混凝土块和泡沫板，所述预制混凝土块和泡沫板间隔放置。
有益效果：与现有技术相比，本发明通过采用箱型截面钢连梁并附加外表面钢套筒和内部增加预制混凝土块结合共同作用，作为屈曲约束装置，来限制箱型截面钢连梁在弹塑性阶段发生局部屈曲变形，从而达到提高箱型截面钢连梁的耗能能力的目的，以克服在地震作用下，普通钢连梁在弹塑性阶段局部屈曲变形过大而导致箱型截面钢连梁耗能能力退化严重的问题。
附图说明
图1为本发明高耗能减震型钢连梁的结构示意图；
图2为附图1的A-A剖面图；
图3为本发明高耗能减震型钢连梁实施例2的结构示意图；
图4为附图3的B-B剖面图；
图5为本发明高耗能减震型钢连梁实施例3的结构示意图；
图6为附图5的C-C剖面图。
具体实施方式
一种高耗能减震型钢连梁，包括箱型截面钢连梁1，箱型截面钢连梁1的外表面围绕有若干平行的型钢2，型钢2相互间距设置，型钢2的断面的强轴平行于所述箱型截面钢连梁1的梁长方向，型钢2通过平行设置于箱型截面钢连梁1的梁长方向的连接板5连接形成钢套筒；箱型截面钢连梁1的内部设有若干预制混凝土块3。优选的，型钢2沿箱型截面钢连梁1的外表面的梁断面方向即沿梁高和梁宽方向同时设置。
箱型截面钢连梁1的内表面和/或外表面附有脱层材料4，脱层材料4为黏性橡胶或高密度泡棉板。
预制混凝土块3相邻间隔之间设有泡沫板6。
型钢2为角钢或槽钢。型钢2相互间距设置，间距距离为箱型截面钢连梁1的壁厚的1～5倍。
连接板5设置在靠近箱型截面钢连梁1的断面的转角处。
一种高耗能减震型钢连梁的制作方法，包括以下步骤：
1)在箱型截面钢连梁1的内表面和/或外表面黏贴脱层材料4；
2)将箱型截面钢连梁1的外表面围绕的型钢2与连接板5连接，形成钢套筒；
3)将箱型截面钢连梁1放入钢套筒内部；
4)在箱型截面钢连梁1的内部放入预制混凝土块3和泡沫板6，预制混凝土块3和泡沫板6间隔放置。
钢套筒是独立的，不与箱型截面钢连梁1有直接连接，是通过脱层材料4将两者分开。钢套筒的作用就是防止箱型截面钢连梁1在荷载下向外鼓曲。可以先做好钢套筒，再套在箱型截面钢连梁1上。
下面结合附图和实施例对本发明作更进一步的说明。
实施例1
如附图1所示，一种高耗能减震型钢连梁，包括箱型截面钢连梁1，箱型截面钢连梁1的内表面和外表面都附有脱层材料4，脱层材料4为黏性橡胶。在箱型截面钢连梁1的外表面的脱层材料4的四边，沿梁高方向围绕有若干平行的型钢2，型钢2为槽钢； 型钢2相互间距设置，间距距离为箱型截面钢连梁1的壁厚的5倍；型钢2的断面的强轴平行于所述箱型截面钢连梁1的梁长方向，型钢2通过平行设置于箱型截面钢连梁1的梁长方向的连接板5连接形成钢套筒；如附图2所示，沿同一梁高方向处的型钢2在转角处即箱型截面钢连梁1的断面的四个角处与连接板5连接形成钢套筒；箱型截面钢连梁1的内部设有若干预制混凝土块3，预制混凝土块3相邻间隔之间设有泡沫板6。
一种高耗能减震型钢连梁的制作方法，包括以下步骤：
1)在箱型截面钢连梁1的内表面和外表面黏贴脱层材料4，即黏性橡胶；
2)在箱型截面钢连梁1的外表面沿梁高和梁宽方向同时设置围绕的型钢2中，沿同一梁高方向处的型钢2在转角处与沿梁长方向的连接板5焊接，形成钢套筒；
3)将箱型截面钢连梁1放入制成的钢套筒内部；
4)在箱型截面钢连梁1的内部放入预制混凝土块3和泡沫板6，预制混凝土块3和泡沫板6间隔放置。
实施例2
如附图3所示，一种高耗能减震型钢连梁，包括箱型截面钢连梁12，箱型截面钢连梁12的内表面和外表面都附有脱层材料42，脱层材料42为高密度泡棉板。在箱型截面钢连梁12的外表面的脱层材料42的四边，沿梁高方向围绕有若干平行的型钢22，型钢22为角钢；型钢22相互间距设置，间距距离为箱型截面钢连梁12的壁厚的3倍；型钢22的断面的强轴平行于所述箱型截面钢连梁12的梁长方向，型钢22通过平行设置于箱型截面钢连梁12的梁长方向的连接板52连接形成钢套筒；如附图4所示，沿同一梁高方向处的型钢22在转角处与连接板52连接形成钢套筒；箱型截面钢连梁12的内部设有若干预制混凝土块32，预制混凝土块32相邻间隔之间设有泡沫板62。
一种高耗能减震型钢连梁的制作方法，包括以下步骤：
1)在箱型截面钢连梁12的内表面和外表面黏贴脱层材料42，即高密度泡棉板；
2)在箱型截面钢连梁12的外表面沿梁高和梁宽方向同时设置围绕的型钢22中，沿同一梁高方向处的型钢22在转角处与沿梁长方向的连接板52焊接，形成钢套筒；
3)将箱型截面钢连梁12放入制成的钢套筒内部；
4)在箱型截面钢连梁12的内部放入预制混凝土块32和泡沫板62，预制混凝土块32和泡沫板62间隔放置。
实施例3
如附图5所示，一种高耗能减震型钢连梁，包括箱型截面钢连梁13；为了经济性，可以只在外表面的局部设置有脱层材料4，如附图6所示，只在箱型截面钢连梁13的外表面的上部和内表面的下部设有脱层材料43定位钢套筒和预制混凝土块33，其他地方 为预留空隙；在箱型截面钢连梁13的外表面，沿梁高方向围绕有若干平行的型钢23，型钢23为槽钢；型钢23相互间距设置，间距距离为箱型截面钢连梁13的壁厚的1倍；型钢23的断面的强轴平行于所述箱型截面钢连梁13的梁长方向，型钢23通过平行设置于箱型截面钢连梁13的梁长方向的连接板53连接形成钢套筒；如附图6所示，沿同一梁高方向处的型钢23在转角处与连接板53连接形成钢套筒；箱型截面钢连梁13的内部设有若干预制混凝土块33，预制混凝土块33相邻间隔之间设有泡沫板63。
一种高耗能减震型钢连梁的制作方法，包括以下步骤：
1)在箱型截面钢连梁1的内表面和外表面相应位置黏贴脱层材料43，即黏性橡胶；
2)在箱型截面钢连梁13的外表面沿梁高和梁宽方向同时设置围绕的型钢23中，沿同一梁高方向处的型钢23在转角处与沿梁长方向的连接板53焊接，形成钢套筒；
3)将箱型截面钢连梁13放入制成的钢套筒内部；
4)在箱型截面钢连梁13的内部放入预制混凝土块33和泡沫板63，预制混凝土块33和泡沫板63间隔放置。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。