装配式双耗能可恢复方钢管混凝土组合柱及其安装方法技术

本发明专利技术涉及一种装配式双耗能可恢复方钢管混凝土组合柱及安装方法，属于结构工程技术领域，用以解决现有技术中较大地震作用时，钢管混凝土组合柱整体性不足，实现双耗能以及提高震后恢复能力的问题。本发明专利技术包括独立基础、Ⅰ类柱、Ⅱ类柱、承台耗能连接件和耗能连接钢板，Ⅰ类柱方形钢管四壁设有T型滑槽，耗能连接钢板两侧均制成T型，将耗能连接钢板插入T型滑槽与Ⅰ类柱方形钢管连接，下端插入承台耗能连接件的凹槽中；Ⅱ类柱两端的拼接底座一侧设有竖直承台连接板，采用高强螺栓将拼接底座与承台耗能连接件连接。本发明专利技术实现了建筑结构遭受地震作用时的初次耗能，提高结构的抗震性能。

Assembled dual energy dissipative concrete filled square steel tubular column and its installation method

The invention relates to an assembly type double energy dissipative and recoverable square steel tube concrete composite column and installation method, which belongs to the technical field of structural engineering. It is used to solve the problem that the integrity of the composite column of the concrete filled steel tube is insufficient, and the dual energy consumption and the recovery capacity of the post earthquake are improved. The invention includes independent foundation, type I column, class II column, energy dissipation connector of bearing platform and energy dissipating connection steel plate. The four walls of square steel tube of type I have T type groove, and the energy consuming connection steel plate is made of T type. The energy consuming connection steel plate is inserted into the T type groove and the type I column square steel pipe is connected, the lower end is inserted into the groove of the energy dissipation connector of the bearing platform. A vertical cap connecting plate is arranged on one side of the spliced base at both ends of the middle and the second class columns, and the spliced base is connected with the energy dissipation connector of the cap by high-strength bolts. The invention realizes the primary energy consumption of the building structure subjected to earthquake and improves the seismic performance of the structure.

【技术实现步骤摘要】
装配式双耗能可恢复方钢管混凝土组合柱及其安装方法
本专利技术涉及结构工程
，具体而言，涉及一种装配式双耗能可恢复方钢管混凝土组合柱及其安装方法。
技术介绍
随着技术的发展，建筑结构的高度和跨度不断变大，在高耸、大跨建筑物中柱子承受很高的轴力，而建筑物承重柱的设计是保证建筑物在大震下是否会正常工作的关键，这就要求柱子不但要有足够的强度而且应有较好的延性。当遇到较大荷载时，一根柱的承载能力远达不到受力要求，而当柱的截面较大时又会浪费建筑空间，而钢管混凝土组合柱具有较高的承载能力和良好的延性，由于钢管对混凝土的连续约束作用，显著地改善了混凝土特别是高强混凝土延性差的特性。但是当较大地震作用时，组合柱的整体性及耗能能力仍然经受较大的考验，地震后结构的恢复能力也有待提高。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种装配式双耗能可恢复方钢管混凝土组合柱及其安装方法，用以解决现有技术中较大地震作用时，钢管混凝土组合柱整体性不足，实现双耗能以及提高震后恢复能力的问题。本专利技术所述的装配式双耗能可恢复方形钢管混凝土组合柱，包括独立基础、Ⅰ类柱、Ⅱ类柱、承台耗能连接件和耗能连接钢板，位于底部的独立基础上固定安装有Ⅰ类柱、Ⅱ类柱和耗能铰接钢板；Ⅰ类柱包括方形钢管、方形外套筒连接件、圆形钢管、圆形内连接筒,通过高强螺栓将Ⅰ类柱组合；Ⅰ类柱的方形外套筒连接件四周设有水平承台连接板，承台耗能连接件一侧设有与方形外套筒连接件对应的水平承台连接板，另一侧设有与拼接底座相对应的竖直承台连接板，上下两端留有宽度与耗能连接钢板板厚相同的凹槽；采用高强螺栓将方形外套筒连接件与承台耗能连接件连接；Ⅰ类柱方形钢管四壁设有T型滑槽，耗能连接钢板两侧均制成T型，将耗能连接钢板插入T型滑槽与Ⅰ类柱方形钢管连接，下端插入承台耗能连接件的凹槽中；Ⅱ类柱两端的拼接底座一侧设有竖直承台连接板，采用高强螺栓将拼接底座与承台耗能连接件连接；Ⅱ类柱包括拼接底座、上段钢管、中心插接钢管、下段钢管、上套筒连接件、预应力钢筋、下套筒连接件，钢管一侧设有T型滑槽；上段钢管与中心插接钢管、下段钢管与中心插接钢管分别通过上套筒连接件和下套筒连接件插接，将Ⅱ类柱钢管通过T型滑槽与耗能连接钢板连接；将预应力钢筋插入上段钢管柱上端的钢筋固定板上预留的钢筋孔内，依次穿过上段钢管、中心插接钢管和下段钢管，最后穿过下段钢管下端拼接底座上预留的钢筋孔，钢筋两端由螺帽扭紧完成固定连接；上下套筒连接件上均有翼缘连接板，中心插接钢管上有腹板连接板，中心插接钢管和H型钢梁的腹板通过高强螺栓与腹板连接板连接，中心插接钢管和H型钢梁的上下翼缘板通过高强螺栓与翼缘连接板连接；在Ⅰ类柱方形钢管与圆形钢管间和Ⅱ类柱钢管内浇筑纤维混凝土，使连接部位通过咬合作用紧固连接形成整体。进一步地，Ⅰ类柱与Ⅱ类柱之间采用耗能连接钢板进行组合。进一步地，Ⅰ类柱拼接处与Ⅱ类柱拼接处之间采用承台耗能连接件组合。进一步地，Ⅰ类柱和Ⅱ类柱外壁设有T型滑槽。进一步地，耗能连接钢板两侧采用T型设计，耗能连接钢板上设置有矩形孔洞。进一步地，耗能连接钢板通过T型滑槽与Ⅰ类柱、Ⅱ类柱固定。进一步地，方形钢管连接套筒和承台耗能连接件在对应位置设有水平承台连接件。进一步地，拼接底座和承台耗能连接件在对应位置设有竖直承台连接件。进一步地，承台耗能连接件通过水平承台连接板与Ⅰ类柱用螺栓固定，通过竖直承台连接板与Ⅱ类柱连接。本专利技术所述的装配式双耗能可恢复方形钢管混凝土组合柱的安装方法，包括以下步骤：第一步：将圆形内连接筒套入下段圆形钢管，螺纹孔与下部长孔槽位置要对应；第二步：将下段方形钢管套在下段圆形钢管外，前后两者长孔槽位置要对应；第三步：将方形外套筒连接件套在方形钢管外，高强螺栓孔与长孔槽位置要对应，再通过长高强螺栓依次穿过方形外套筒连接件、下端方形钢管、下段圆形钢管与圆形内套钢管上位置对应的螺纹孔实现固定连接；第四步：将上段圆形钢管套在圆形内连接筒外，长孔槽与螺纹孔位置要对应；第五步：将上段方形钢管套入方形外套筒连接件套内，长孔槽和高强螺栓孔位置要对应，再通过长高强螺栓依次穿过方形外套筒连接件、上端方形钢管、上段圆形钢管与圆形内套钢管上位置对应的螺纹孔实现固定连接；第六步：采用高强螺栓将方形外套筒连接件与承台耗能连接件连接；第七步：将耗能连接钢板插入滑槽与Ⅰ类柱方形钢管连接，下端插入承台耗能连接件凹槽中；第八步：采用高强螺栓将拼接底座与承台耗能连接件连接；第九步：将上套筒连接件和下套筒连接件分别插入到中心插接柱内；第十步：将上段钢管柱与上套筒连接件连接，下段钢管柱与下套筒连接件连接；第十一步：将Ⅱ类柱钢管通过滑槽与耗能连接钢板连接；第十二步：将预应力钢筋插入上段钢管柱上端的钢筋固定板上预留的钢筋孔内，依次穿过上段钢管柱、中心插接柱和下段钢管柱，最后穿过下段钢管柱下端拼接底座上预留的钢筋孔，钢筋两端由螺帽扭紧完成固定连接；第十三步：中心插接钢管和H型钢梁的腹板通过高强螺栓与腹板连接板连接，上下翼缘板通过高强螺栓与翼缘连接板连接；第十四步：在Ⅰ类柱方形钢管与圆形钢管间和Ⅱ类柱方形钢管内浇筑纤维混凝土，使连接部位通过咬合作用紧固连接形成整体。本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术首创耗能连接钢板作为组合柱柱间连接构件，在保证组合柱之间连接性能及整体性的同时，为保证耗能连接钢板率先耗能，需要减弱构件强度的作用，故在腹板部分开设矩形孔洞，使其在地震作用首先被破坏，产生撕裂破坏，消耗地震能量，避免了主要承重柱直接遭受地震作用，实现了建筑结构遭受地震作用时的初次耗能，提高结构的抗震性能。(2)本专利技术采用装配式自恢复方形钢管混凝土柱作为组合柱的小柱，在分担结构竖向荷载的同时，也能在耗能连接钢板初次耗能之后实现二次耗能，且钢管柱内预应力钢筋受拉始终处于弹性状态，震后变形可迅速恢复，保证组合柱整体性，使结构继续发挥功能。(3)本专利技术创造性将两类不同构造的钢管混凝土柱组合，使较小截面的柱能够承受更大的荷载，实现了承受荷载与节省空间的结合，也避免了梁柱节点过大的浪费，充分节省了建筑空间与建筑成本；Ⅰ类柱的直径大于Ⅱ类柱，实际使用时往往Ⅱ类柱容易损坏，仅需要将损坏的Ⅱ类柱进行维修或者更换即可，可精准拆卸并实现快速更换。(4)本专利技术使用承台耗能连接件作为柱的拼接节点处的连接构件，为避免柱连接部分应力集中以及实现率先耗能，在承台耗能连接件腹板中央部分开设圆形孔洞，如此既可以与耗能连接钢板同时作为初次耗能构件，也因为其可装配的特性及所在位置，可以为地震过后结构的修复提供了一个充足的操作空间。(5)本专利技术组合柱的所有构件均可在工厂加工完成，现场全部通过高强螺栓连接，实现了完全装配化施工，可避免现场焊接可能带来的质量问题，并加快施工进度、提高劳动生产率，地震过后，任意破坏的构件均可精准拆卸并实现快速更换。附图说明图1是本专利技术整体结构示意图。图2是本专利技术整体结构正视图。图3是本专利技术整体结构水平投影图。图4是Ⅰ类柱结构示意图。图5是Ⅰ类柱方形钢管示意图。图6是方形外套筒连接件示意图。图7是方形外套筒连接件截面示意图。图8是承台耗能连接件示意图。图9是耗能连接钢板示意图。图10是Ⅱ类柱连梁侧示意图。图11是Ⅱ类柱连柱侧示意图。图12是拼接底座示意图。图13是本专利技术边柱组合柱结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种装配式双耗能可恢复方形钢管混凝土组合柱，其特征在于，包括独立基础(1)、Ⅰ类柱(2)、Ⅱ类柱(3)、承台耗能连接件(4)和耗能连接钢板(5)，位于底部的独立基础(1)上固定安装有Ⅰ类柱(2)、Ⅱ类柱(3)和耗能铰接钢板；Ⅰ类柱(2)包括方形钢管(14)、方形外套筒连接件(6)、圆形钢管(15)、圆形内连接筒(13),通过高强螺栓将Ⅰ类柱(2)组合；Ⅰ类柱(2)的方形外套筒连接件(6)四周设有水平承台连接板(9)，承台耗能连接件(4)一侧设有与方形外套筒连接件(6)对应的水平承台连接板(9)，另一侧设有与拼接底座(7)相对应的竖直承台连接板(10)，上下两端留有宽度与耗能连接钢板(5)板厚相同的凹槽(16)；采用高强螺栓将方形外套筒连接件(6)与承台耗能连接件(4)连接；Ⅰ类柱(2)方形钢管(14)四壁设有T型滑槽(11)，耗能连接钢板(5)两侧均制成T型，将耗能连接钢板(5)插入T型滑槽(11)与Ⅰ类柱(2)方形钢管(14)连接，下端插入承台耗能连接件(4)的凹槽(16)中；Ⅱ类柱(3)两端的拼接底座(7)一侧设有竖直承台连接板(10)，采用高强螺栓将拼接底座(7)与承台耗能连接件(4)连接；Ⅱ类柱(3)包括拼接底座(7)、上段钢管(23)、中心插接钢管(25)、下段钢管(24)、上套筒连接件(18)、预应力钢筋(19)、下套筒连接件(20)，钢管一侧设有T型滑槽(11)；上段钢管(23)与中心插接钢管(25)、下段钢管(24)与中心插接钢管(25)分别通过上套筒连接件(18)和下套筒连接件(20)插接，将Ⅱ类柱(3)钢管通过T型滑槽(11)与耗能连接钢板(5)连接；将预应力钢筋(19)插入上段钢管柱上端的钢筋固定板(26)上预留的钢筋孔内，依次穿过上段钢管(23)、中心插接钢管(25)和下段钢管(24)，最后穿过下段钢管(24)下端拼接底座(7)上预留的钢筋孔，钢筋两端由螺帽扭紧完成固定连接；上下套筒连接件(20)上均有翼缘连接板(21)，中心插接钢管(25)上有腹板连接板(22)，中心插接钢管(25)和H型钢梁(8)的腹板通过高强螺栓与腹板连接板(22)连接，中心插接钢管(25)和H型钢梁(8)的上下翼缘板通过高强螺栓与翼缘连接板(21)连接；在Ⅰ类柱(2)方形钢管(14)与圆形钢管(15)间和Ⅱ类柱(3)钢管内浇筑纤维混凝土，使连接部位通过咬合作用紧固连接形成整体。...

【技术特征摘要】
1.一种装配式双耗能可恢复方形钢管混凝土组合柱，其特征在于，包括独立基础(1)、Ⅰ类柱(2)、Ⅱ类柱(3)、承台耗能连接件(4)和耗能连接钢板(5)，位于底部的独立基础(1)上固定安装有Ⅰ类柱(2)、Ⅱ类柱(3)和耗能铰接钢板；Ⅰ类柱(2)包括方形钢管(14)、方形外套筒连接件(6)、圆形钢管(15)、圆形内连接筒(13),通过高强螺栓将Ⅰ类柱(2)组合；Ⅰ类柱(2)的方形外套筒连接件(6)四周设有水平承台连接板(9)，承台耗能连接件(4)一侧设有与方形外套筒连接件(6)对应的水平承台连接板(9)，另一侧设有与拼接底座(7)相对应的竖直承台连接板(10)，上下两端留有宽度与耗能连接钢板(5)板厚相同的凹槽(16)；采用高强螺栓将方形外套筒连接件(6)与承台耗能连接件(4)连接；Ⅰ类柱(2)方形钢管(14)四壁设有T型滑槽(11)，耗能连接钢板(5)两侧均制成T型，将耗能连接钢板(5)插入T型滑槽(11)与Ⅰ类柱(2)方形钢管(14)连接，下端插入承台耗能连接件(4)的凹槽(16)中；Ⅱ类柱(3)两端的拼接底座(7)一侧设有竖直承台连接板(10)，采用高强螺栓将拼接底座(7)与承台耗能连接件(4)连接；Ⅱ类柱(3)包括拼接底座(7)、上段钢管(23)、中心插接钢管(25)、下段钢管(24)、上套筒连接件(18)、预应力钢筋(19)、下套筒连接件(20)，钢管一侧设有T型滑槽(11)；上段钢管(23)与中心插接钢管(25)、下段钢管(24)与中心插接钢管(25)分别通过上套筒连接件(18)和下套筒连接件(20)插接，将Ⅱ类柱(3)钢管通过T型滑槽(11)与耗能连接钢板(5)连接；将预应力钢筋(19)插入上段钢管柱上端的钢筋固定板(26)上预留的钢筋孔内，依次穿过上段钢管(23)、中心插接钢管(25)和下段钢管(24)，最后穿过下段钢管(24)下端拼接底座(7)上预留的钢筋孔，钢筋两端由螺帽扭紧完成固定连接；上下套筒连接件(20)上均有翼缘连接板(21)，中心插接钢管(25)上有腹板连接板(22)，中心插接钢管(25)和H型钢梁(8)的腹板通过高强螺栓与腹板连接板(22)连接，中心插接钢管(25)和H型钢梁(8)的上下翼缘板通过高强螺栓与翼缘连接板(21)连接；在Ⅰ类柱(2)方形钢管(14)与圆形钢管(15)间和Ⅱ类柱(3)钢管内浇筑纤维混凝土，使连接部位通过咬合作用紧固连接形成整体。2.根据权利要求1所述的装配式双耗能可恢复方形钢管混凝土组合柱，其特征在于，Ⅰ类柱(2)与Ⅱ类柱(3)之间采用耗能连接钢板(5)进行组合。3.根据权利要求1所述的装配式双耗能可恢复方形钢管混凝土组合柱，其特征在于，Ⅰ类柱(2)拼接处与Ⅱ类柱(3)拼接处之间采用承台耗能连接件(4)组合。4.根据权利要求1所述的装配式双耗能可恢复方形钢管混凝土组合柱，其特征在于，Ⅰ类柱(2)和Ⅱ类柱(3)外壁设有T型滑槽(11)。5.根据权利要求1所述的装配式双耗能可恢复方形钢管混凝土组合柱，其特征在于，耗能连接钢...

【专利技术属性】
技术研发人员：牟犇，王君昌，林旭川，王清华，张伟星，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37