一种加塞弹性销及使用该加塞弹性销的自复位耗能钢框架结构

本发明涉及自复位耗能的钢框架结构，具体涉及一种将钢柱上焊接的短钢梁段和钢梁通过加塞弹性销、复位碟簧和防屈曲杆连接在一起的钢框架节点，并且也涉及一种能用于将钢柱和短钢柱段通过加塞弹性销、复位碟簧和防屈曲杆连接在一起的钢柱脚节点，从而形成一种采用加塞弹性销抗剪-复位碟簧与耗能防屈曲杆并联抗弯的钢梁柱节点和钢柱脚节点的新型自复位耗能钢框架结构体系。属于土木工程。

背景技术：

1、目前常用钢梁直接与钢柱焊接的梁柱节点构造，在大侧移下钢梁端部易产生大的塑性变形和疲劳断裂，影响钢框架的复位能力且劣化了结构的延性。且梁柱节点中梁端修复困难，不利于震后结构使用功能的快速恢复；当钢柱柱脚刚接时，大侧移下钢柱靠近柱脚部位也常产生大的塑性变形和疲劳断裂，劣化了结构的延性和不利于震后结构修复；钢梁与钢柱(或钢柱与柱脚底板)仅销轴连接时，销接梁柱节点(或钢柱脚节点)几乎无耗能和复位能力，结构的冗余度大幅降低，不利于结构抗震；

2、目前通过实心圆柱销连接钢梁与钢柱的铰接梁柱节点构造，不可避免地使实心圆柱销和孔壁间出现间隙，导致节点传力不连续，滑移明显，影响结构的受力性能。梁柱销轴连接时若采用弹性销，虽可避免安装间隙，但弹性销在受剪力较大时会被弹性压缩，进而使销孔孔壁与销轴间出现间隙，导致节点剪力传递不可靠，且易出现孔壁承压或销轴破坏，不利于节点受力；销接钢柱脚采用实心圆柱销也会因间隙导致柱脚节点传力不连续，出现滑移，进而影响结构受力性能，采用弹性销时也会因弹性销受剪变形出现间隙以及出现孔壁承压或销轴破坏；

3、目前已有的采用组合碟簧的复位部件连于梁柱节点中时，常采用两端销轴的连接，复位部件制作长度误差易导致难于安装和使复位部件承受较大的初始安装应力，销轴与孔壁间的间隙将影响复位部件的启动位移和复位性能，难于实现预期的复位效果；现有的复位柱脚节点，也存在复位部件制作长度误差等导致节点有较大的初始安装应力，销轴连接的间隙或锚具滑移等均影响复位性能；

4、当仅采用预拉筋棒提供复位力时，梁柱节点复位构造需要较大的空间，弹性筋棒几乎不耗能，导致框架梁柱节点的耗能作用大幅减小，而采用摩擦片等补充耗能时，易在往复作用下出现摩擦作用退化，进而导致耗能能力不足的问题，也不利于结构抗震；柱脚节点采用预拉筋棒提供复位力也存在构造空间需求较大的问题，且耗能部件采用摩擦片时也存在耗能退化的不足，当耗能部件采用角钢等制作时，存在耗能能力有限且角钢变形和屈服复杂导致复杂的非线性问题，不易设计出准确掌握耗能部件预期的受力性能，不便于准确地进行设计；

5、目前已有的自复位梁柱节点(或自复位钢柱脚节点)构造中，复位部件和耗能部件置于钢梁(或钢柱)内的位置较固定，尚不能根据节点复位和耗能的需求灵活地将复位部件与耗能部件布置于钢梁(或钢柱)翼缘的内侧和外侧，不便于设计和工程应用；

6、目前针对钢框架结构所采用的自复位梁柱节点构造，节点抗弯能力较低，将削弱钢框架结构的抗侧能力和使用效能。目前的柱脚复位节点也存在抗弯能力以及耗能能力不足的问题，进而影响钢框架结构的抗侧和耗能能力的发挥。

7、综上所述，现有钢梁柱节点和钢柱脚节点存在无法满足抗震性能中的抗弯承载力、抗弯刚度、耗能能力和复位能力的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有钢梁柱节点和钢柱脚节点存在无法满足抗震性能中的抗弯承载力、抗弯刚度、耗能能力和复位能力的问题。进而提供一种加塞弹性销及使用该加塞弹性销的自复位耗能钢框架结构。

2、本发明的技术方案是：

3、本发明提供了一种加塞弹性销，该加塞弹性销包括弹性销、高强止退螺杆、两个带孔锥形销和两个高强止退螺母；弹性销为沿轴线方向带有开口的销体，两个带孔锥形销的小端相对布置并套装在高强止退螺杆上，弹性销套装在两个带孔锥形销上，且弹性销在两个带孔锥形销的作用下涨紧，两个高强止退螺母分别旋拧在高强止退螺杆的两端并顶紧带孔锥形销的两端。

4、本发明还提供了一种使用加塞弹性销的自复位耗能钢框架结构，它包括钢筋混凝土基础、地面和开孔箱形截面钢锚件，开孔箱形截面钢锚件预安装在钢筋混凝土基础内，钢筋混凝土基础上端面为地面；它还包括钢柱、钢梁、钢梁柱节点和钢柱脚节点；钢柱竖直布置并通过钢柱脚节点与开孔箱形截面钢锚件连接，钢梁的端部通过钢梁柱节点与钢柱水平连接；其中，钢梁柱节点包括短钢梁段、碟簧复位件、耗能防屈曲杆和加塞弹性销，短钢梁段的一端水平布置并与钢柱焊接，短钢梁段的另一端与钢梁连接，短钢梁段的两个端部之间通过耳板插接，且加塞弹性销穿设在耳板的圆孔中实现抵抗剪切力；耗能防屈曲杆安装在短钢梁段的端部与钢梁的端部之间的上翼缘和下翼缘上，或者耗能防屈曲杆安装在短钢梁段的端部与钢梁的端部之间的左右两侧；碟簧复位件安装在短钢梁段的端部与钢梁的端部之间的左右两侧，或者碟簧复位件安装在短钢梁段的端部与钢梁的端部之间的上翼缘和下翼缘上；其中，钢柱脚节点包括柱脚底板、短钢柱段、碟簧复位件、耗能防屈曲杆和加塞弹性销，短钢柱段的一端通过柱脚底板与开孔箱形截面钢锚件固定连接，短钢柱段的另一端与钢柱连接，短钢柱段的两个端部之间通过耳板插接，且加塞弹性销穿设在耳板的圆孔中实现抵抗剪切力；耗能防屈曲杆安装在短钢柱段的端部与钢柱的端部之间的上翼缘和下翼缘上，或者耗能防屈曲杆安装在短钢柱段的端部与钢柱的端部之间的左右两侧；碟簧复位件安装在短钢柱段的端部与钢柱的端部之间的两侧，或者碟簧复位件安装在短钢柱段的端部与钢柱的端部之间的上翼缘和下翼缘上。

5、本发明与现有技术相比具有以下效果：

6、1、目前常用钢梁直接与钢柱焊接的梁柱节点构造，在大侧移下钢梁端部易产生大的塑性变形和疲劳断裂，影响钢框架的复位能力且劣化了结构的延性。且梁柱节点中梁端修复困难，不利于震后结构使用功能的快速恢复；当钢柱柱脚刚接时，大侧移下钢柱端部也常产生大的塑性变形和疲劳断裂，劣化了结构的延性和不利于震后结构修复。对此，本发明采用了装配式构造，在钢梁翼缘的内外分别设置碟簧复位部件和防屈曲杆耗能部件来共同抗弯，并将节点耗能控制在防屈曲杆件内部，便于对节点内损伤部件的检修和更换，碟簧复位部件提供主要的抗弯能力且始终处于弹性，从而保证节点具有足够的延性和复位能力，便于震后钢框架结构使用功能的快速恢复；采用装配式柱脚节点构造，在柱脚底板下设置开孔箱形截面钢锚件进而与基础混凝土形成嵌固端，柱脚底板上设置短钢柱段，在短钢柱段与钢柱翼缘内外分别设置碟簧复位部件和防屈曲杆耗能部件来共同抗弯，并将节点耗能控制在防屈曲杆件内部，便于损伤部件的检修和更换，碟簧复位部件提供主要的抗弯能力且始终处于弹性，从而保证柱脚节点具有足够的延性和复位能力，便于震后钢框架结构使用功能的快速恢复。

7、2、当钢梁与钢柱(或钢柱与柱脚底板)仅销轴连接时，销接梁柱节点(或钢柱脚节点)几乎无耗能和复位能力，结构的冗余度大幅降低，钢框架的抗侧能力大幅削弱，不利于结构抗震。本发明将钢梁与柱上焊接的短钢梁段之间(或钢柱与柱脚底板上焊接的短钢柱段之间)通过加塞弹性销轴连接来抵抗钢梁(或钢柱)剪力，在此基础上，进一步布置组合碟簧复位部件和耗能防屈曲杆并联协同抗弯，来提高节点的冗余度，增强节点的耗能能力和复位能力，进而增强钢框架结构的抗侧能力和抗震性能。

8、3、目前通过实心圆柱销连接钢梁与钢柱的铰接梁柱节点构造，不可避免地使实心圆柱销和孔壁间出现间隙，导致节点传力不连续，滑移明显，影响结构的受力性能。梁柱销轴连接时若采用弹性销，虽可避免安装间隙，但弹性销在受剪力较大时会被弹性压缩，进而使孔壁与销轴间出现间隙，导致节点剪力传递不可靠，且易出现销孔孔壁承压或销轴破坏，不利于节点受力；销接钢柱脚采用实心圆柱销也会因间隙导致柱脚节点传力不连续，出现滑移，进而影响结构受力性能，采用弹性销时也会因弹性销受剪变形出现间隙以及出现孔壁承压或销轴破坏。本发明在钢梁与柱连接节点以及钢柱脚节点中，钢梁或钢柱的端部的通过弹性销连接可以避免孔壁与销轴间的制作误差导致安装中出现的间隙，进一步在弹性销内部加设锥形销并用止退螺杆和螺母连接确保锥形销始终紧密配合弹性销，使内部锥形销与外部弹性销一起抗剪，提高了销轴的抗剪承载力，避免了间隙和滑移，确保了节点连接的连续传力，有益于节点和结构的受力。

9、4、目前已有的采用组合碟簧的复位部件连于梁柱节点中时，常采用两端销轴的连接，复位部件制作长度误差易导致难于安装和使复位部件承受较大的初始安装应力，销轴与销孔孔壁间的间隙将影响复位部件的启动位移和复位性能，难于实现预期的复位效果；现有的复位柱脚节点，也存在复位部件制作长度误差等导致节点有较大的初始安装应力，销轴连接的间隙或锚具滑移等均影响复位性能。本发明采用两端设置螺杆的组合碟簧复位部件，自复位部件在梁柱节点(或钢柱脚节点)中组装时，可灵活根据螺杆和端部锁紧螺母实现复位部件轴向长度可调节，使复位部件组装时不受其制作长度误差的影响，也无间隙和初使装配应力影响，可更精确地控制复位部件的启动位移和更好地发挥复位部件的复位效果。

10、5、当仅采用预拉筋棒提供复位力时，梁柱节点复位构造需要较大的空间，弹性筋棒几乎不耗能，导致框架梁柱节点的耗能作用大幅减小，而采用摩擦片等补充耗能时，易在往复作用下出现摩擦作用退化进而导致耗能能力不足的问题，也不利于结构抗震；柱脚节点采用预拉筋棒提供复位力也存在构造空间需求较大的问题，且耗能部件采用摩擦片是也存在耗能退化的不足，当耗能部件采用角钢等制作时，存在耗能能力有限且角钢变形和屈服复杂导致复杂的非线性问题，不易设计中准确掌握耗能部件预期的受力性能，不便于准确地进行设计。本发明的钢框架梁柱节点和柱脚节点在弯矩作用下，采用组合碟簧提供复位力时，节点构造紧凑，且叠合组合碟簧还有望能为节点提供一定的耗能能力。同时，采用防屈曲杆轴向拉压屈服耗能，可以提供稳定的耗能能力，均可进一步改善钢框架结构的抗震性能。而且防屈曲杆屈服和滞回耗能性能稳定，便于预测和进行准确的设计。

11、6、目前已有的自复位梁柱节点(或自复位钢柱脚节点)构造中，复位部件和耗能部件置于钢梁(或钢柱)内的位置较固定，尚不能根据节点复位和耗能的需求灵活地将复位部件与耗能部件布置于钢梁(或钢柱)翼缘的内侧和外侧，不便于设计和工程应用。本发明通过采用复位碟簧和防屈曲杆并联抗弯的构造，使自复位梁柱节点(或自复位钢柱脚节点)中复位碟簧部件和防屈曲杆部件在梁截面高度(或柱截面高度)范围内可灵活调整位置，可以灵活调整梁柱节点(或钢柱脚节点)的复位和耗能能力，便于设计和应用。

12、7、目前针对钢框架结构所采用的自复位梁柱节点构造，节点抗弯能力较低，将削弱钢框架结构的抗侧能力和使用效能。目前的柱脚复位节点也存在抗弯能力以及耗能能力不足的问题，进而影响钢框架结构的抗侧和耗能能力的发挥。本发明通过采用复位碟簧和防屈曲杆并联抗弯的构造，使自复位梁柱节点(或自复位钢柱脚节点)的抗弯承载力和抗弯刚度需求可灵活地通过调整碟簧的组合方式和防屈曲杆的构造来实现。特别是，在对钢框架结构抗侧能力需求较高的场合，可以较方便地实现大幅提高自复位梁柱节点(或自复位钢柱脚节点)的抗弯承载力、抗弯刚度和耗能能力，增强结构的工作效能。