[发明专利]基于形状记忆合金棒材的自复位柱脚节点及钢结构建筑

说明书

本发明公开了基于形状记忆合金棒材的自复位柱脚节点及钢结构建筑，它解决了现有技术中节点名义屈服后刚度较大、震后易失去初始刚度的问题，在地震荷载作用下具有良好的耗能性能和自复位能力，低温下及经历过大变形后不会失去初始刚度，震后结构钢柱及柱脚节点均不会损坏；其技术方案为：包括混凝土基础，混凝土基础上部固定底板，底板通过抗剪连接板连接与其垂直的支柱，支柱两侧对称安装锚固板，锚固板与底板之间通过铰支座连接形状记忆合金棒，地震作用时形状记忆合金棒在提供转动刚度的同时为节点提供耗能性能及自复位性能；形状记忆合金棒的周向包覆有套筒，套筒可约束形状记忆合金棒受压屈曲，以提高形状记忆合金棒受压时的延性与承载力。

技术领域

本发明涉及建筑钢结构领域，尤其涉及一种基于形状记忆合金棒材的自复位柱脚节点及钢结构建筑。

背景技术

柱脚主要是用于把钢结构柱子固定在基础上，同时在支撑柱子的同时把柱子承受的力导向基础释放掉。柱脚可以分为铰接柱脚和刚接柱脚两种，前者只能传递剪力和轴力，后者可以传递剪力、轴力和弯矩。因此，刚接柱脚会在受到侧向力的同时底部承受较大的弯矩，会对柱底产生较大影响。铰接柱脚主要承受剪力和轴力，同时会通过转动来释放掉弯矩。

近些年以来，可恢复的建筑结构受到人们的关注。可恢复的建筑结构主要是通过预应力筋或形状记忆合金等恢复元件通过增加一部分耗能元件来组成。因此自复位节点开始出现并迅速发展。自复位柱脚可以在面对地震时，可以进行摇摆，来减轻结构的破坏，通过耗能元件耗能，最后在地震结束后，可以通过自复位元件将柱脚拉回到初始位置，形成自复位结构。

通过张拉预应力筋的方式来实现自复位结构，因为预应力筋本身不能作为耗能元件耗能，需要与其他耗能元件联结使用，同时在使用时要进行预应力筋的张拉，因此结构构造会很复杂同时也大大增加施工难度。通过形状记忆合金形成的自复位结构能够通过其自身的材料特性，基于其自身马氏体-奥氏体相变特性，在外力消除后，材料可以消除残余应变，恢复到初始位置。同时形状记忆合金的最大变形可以达到8％-10％，能够满足变形的要求。

超弹性形状记忆合金主要以丝材和棒材为主，其中丝材只能承受拉力而无法承受压力。棒材不仅可以承受轴向拉力，同时可以承受压力，提供刚度，对节点有更好的运用。

授权公告号CN206091073U的专利中，公开了一种外张拉式耗能自复位矩形钢管混凝土框架柱脚节点，这种柱脚节点是通过预应力筋提供回复力，然后再通过四周的防屈曲钢板进行耗能，因此构造复杂，同时预应力筋的张拉，预应力大小控制较困难同时预应力筋也会出现松弛的现象，当支柱摇动时，易受弯变形。

授权公告号CN 207063676 U的专利中，公开了一种摇摆式柱脚，这种柱脚的优点就是能够适应不同的倾斜角度的要求，缺点就是当地震结束时，只能通过重力恢复，没有其他外物提供恢复力，难以恢复到初始位置，同时吊装时对中困难。

授权公众号CN 207296559 U的专利中，公开了一种自复位柱脚，这种柱脚的优点主要是两侧的超弹性记忆合金棒可以提供两侧的拉力恢复，但其柱脚缺少抗剪键，难以承受侧向力，同时两侧超弹性记忆合金棒在受到压力作用时容易屈曲受损破坏。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于形状记忆合金棒材的自复位柱脚节点，其在地震荷载作用下具有良好的耗能性能和自复位能力，允许变形范围大，往复荷载行为对称，低温下及经历过大变形后不会失去初始刚度，震后结构钢柱及柱脚节点均不会损坏，且构造简单，生产安装简便，经济效益较高。

本发明采用下述技术方案：

一种基于形状记忆合金棒材的自复位柱脚节点，包括混凝土基础，混凝土基础上部固定底板，底板通过抗剪连接板连接与其垂直的支柱，支柱两侧对称安装锚固板，锚固板与底板之间通过铰支座连接形状记忆合金棒，地震作用时形状记忆合金棒在提供转动刚度的同时为节点提供耗能性能及自复位性能；