CN101230598A - 屈曲约束跷动减震柱 - Google Patents

Abstract

本发明属于结构工程技术领域，具体涉及一种屈曲约束跷动减震柱。由屈曲约束柱、下套筒、上套筒、翼板、梁组成，下套筒为中部空心的柱形结构，其一端四周设有翼板，另一端套入屈曲约束柱底端，并通过螺栓使下套筒固定于屈曲约束柱一端，翼板通过螺栓固定于基础上方；上套筒为中部空心的柱形结构，其一端四周设有节点板，上套筒套入屈曲约束柱柱顶处，通过螺栓使上套筒固定于屈曲约束柱柱脚处，节点板通过螺栓固定于梁下方。本发明具有无残余变形，冲击效应小等优点，并拥有良好的抗震性能、延性和滞回耗能能力，是一种优越的减震耗能构件。

Description

屈曲约束跷动减震柱

技术领域

本发明属于结构工程技术领域，具体涉及一种屈曲约束跷动减震柱。

背景技术

跷动(rocking)减震是一种很新颖的减震设计概念，传统的抗震设计概念中，上部结构与下部基础紧固，结构不能与基础脱离，地震力主要靠抗侧力构件(支撑，剪力墙等)来抵抗。传统的隔震技术通过在建筑物中某层设置侧向刚度较小但变形能力大的隔震装置，来减小地震对上部楼层的能量输入，从而减少上部楼层的地震响应。

跷动结构在小震和中震的情况下和常规结构的地震反应基本相同，在大震下，减震技术允许结构的上部结构和基础脱离，利用结构上部结构抬起来耗散地震能量。并且可以隔断强烈地震在上部结构中的传递，保证上部结构处于弹性，从而可以大大减少上部结构的抗侧力构件和上部结构构件的冗余度，此举可以节省材料，降低造价。另一方面，结构和基础的脱离使得结构的边柱或墙体不会产生竖向的拔力，从而防止基础和底层结构在大震下发生严重破坏。并可以简化基础构造，节省基础造价，经济效益明显。

目前日本的竹中工务店已经将跷动减震技术用于建筑结构，采用了“插销式”跷动减震支座，但是此种支座没有采用耗能措施，因此有待于进一步改进。新西兰的一座桥梁也采用了提升式跷动减震支座置于桥墩底部用于桥墩的减震，但是此种跷动减震支座在建筑结构上的应用还有一段距离。美国有学者将屈曲约束支撑用于桥墩的改进上，但是屈曲约束支撑置于桥墩的外侧不符合建筑的美观要求，亦有待改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种屈曲约束跷动减震柱。

本发明提出的屈曲约束跷动减震柱，由屈曲约束柱1、下套筒2、上套筒3、翼板4、梁6组成，其中：下套筒2为中部空心的柱形结构，其一端四周设有翼板4，另一端套入屈曲约束柱1底端，并通过螺栓使下套筒2固定于屈曲约束柱1一端，翼板通过基础预埋件固定于基础5上；上套筒3为中部空心的柱形结构，其一端四周设有节点板7，上套筒3套入屈曲约束柱1柱顶处，通过螺栓使上套筒3固定于屈曲约束柱1柱顶处，节点板7通过螺栓固定于梁6下方。

本发明中，屈曲约束柱1底部与基础5连接处设有橡胶垫。

本发明中，所述屈曲约束柱1采用对角一字芯材。

本发明中，所述上套筒3由两个角钢通过焊接组成柱形结构。

本发明中，所述下套筒2由两个角钢通过焊接组成柱形结构。

本发明中，屈曲约束柱1作为柱承受竖向荷载，不仅屈曲约束柱1的芯材承受竖向荷载，上套筒3及下套筒2也协同承受竖向荷载。通过安装在支撑和地面相连一段的带翼板4的下套筒2和柱顶的上套筒3，屈曲约束柱1能使上、下套筒参与传递竖向力，同时上、下套筒能承受竖向力、剪力、弯矩。在正常使用状态或者中小地震下，屈曲约束柱1的性能和普通柱一样，在大震下能允许柱脚抬起产生跷动效应。

本发明中，屈曲约束柱1下端处，下套筒2具有延伸出来的翼板4，当地震产生的倾覆力矩在屈曲约束柱1下端中产生较大的拉力时，翼板4可以屈服产生较大的塑性变形，允许屈曲约束柱1的柱脚抬起，产生跷动效应，能隔断地震能量的输入；同时位于下套筒2中的芯材伸长，提供一个回复力，当变形较大时能够利用屈曲约束柱良好稳定的滞回性能进行耗能；在屈曲约束柱1的柱脚回落时，芯材能提供一个反作用力能缓冲柱脚下落时的冲击效应，为了进一步提高抗冲击的能力，可以在屈曲约束柱1的底部柱脚处设置橡胶垫，便可以最大限度地消除冲击效应；同时由于下套筒2参与传递了轴力，所以在受压时，芯材不会受压屈服，下套筒2强大的轴向承载力能够防止屈曲约束柱1产生受压的残余变形，所以上部结构也不会产生残余变形，这样避免了残余变形的产生。同时，在抗剪承载力方面，屈曲约束柱1芯板的存在使得柱脚抬起后协同传递剪力，使剪力的传递更加有效。

本发明在轴向、抗剪和抗弯承载力没有大幅下降的情况下，允许跷动的发生，并提供稳定的滞回耗能性能，避免了残余变形、冲击效应的发生，是一种颇具前景的跷动支座形式。

本发明中，位于下套筒2处的屈曲约束柱1的柱脚回落后和基础5(地面)接触，不再向下产生位移，防止了支撑继续被压缩，这样防止了残余变形的产生。屈曲约束柱1能提供一个回复力抵消了一部冲击荷载，能有效地防止冲击效应，为了进一步提高抗冲击的能力，可以在柱脚处设置橡胶垫最大限度地消除冲击效应。芯板在此种跷动减震措施中，只承受轴向力，作为耗能构件，外钢管柱主要承受轴力和弯矩，外钢管柱的底部设有端板，屈服后允许柱脚抬起，并具有一定的耗能能力。屈曲约束柱1中的各项部件分工清晰，受力明确，并有良好稳定的滞回性能。在跷动发生后，传入上部结构的地震力有较大的折减，实际上使得结构的位移中刚体位移占较大的比例，结构的弹塑性变形比较小，所以对比常规结构，顶层位移并不一定会有大幅度的增加。然而上部结构的抗侧力构件数量明显减少，因此抵御地震力产生的弹塑性变形也大幅减小，这样结构的破坏减轻，震后不用大量的修复即可直接入住，经济效益明显。

本发明由于在大震下使上部结构和基础5脱离，在抬起屈曲约束柱1中的拉力被限制在跷动装置的屈服力水平上，从而使屈曲约束柱1中的拉力显著减小，这样减轻了基础5的负担；由于跷动柱的拉力减小，在跷动产生的另一侧，不跷动屈曲约束柱1中的压力也相应减小，这样也减轻了基础的负担，防止了基础和底层柱的严重破坏，保证结构安全的同时，也降低了基础的造价。

本发明消除了已有跷动装置的缺点，改善了结构的延性，本发明在阻隔了地震能量输入的同时，很好地体现了能力设计的思想，让跷动支座先于柱屈服，将塑性变形限制了跷动支座内，从而保证了上部结构的安全。

本发明提供屈曲约束跷动减震柱能有效地隔震，并且有稳定地滞回耗能性能，避免上部结构和基础破坏的同时，有效地减低了上部结构和下部基础的造价。是一种颇具前景的跷动支座形式。

附图说明

图1为本发明的屈曲约束跷动减震柱的结构示意图。

图2为本发明的屈曲约束跷动减震柱的剖面示意图。

图中标号：1为屈曲约束柱，2为下套筒，3为上套筒，4为可屈服翼板，5为基础，6为梁，7为节点板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

实施例1：本发明的屈曲约束跷动减震柱由内置屈曲约束柱1承受竖向力和外包的下套筒2、上套筒3以及柱脚可屈服的翼板4组成；屈曲约束柱1顶部通过节点板7由高强螺栓和梁6相连，再连上外包的下套筒2、上套筒3，底部通过翼板4和基础5中预埋件相连。外包的下套筒2和上套筒通过预留在屈曲约束柱1中的高强螺栓和屈曲约束柱1相连，底部的可屈服翼板4通过螺栓与基础5相连。施工的时候应当注意施工顺序，先安将屈曲约束柱1安装好，再将外包的下套筒2、上套筒3和屈曲约束柱1连接好，最后将屈曲约束柱1两端分别和梁6、基础5连接即可。

Claims (5)

1.一种屈曲约束跷动减震柱，由屈曲约束柱(1)、下套筒(2)、上套筒(3)、翼板(4)、梁(6)组成，其特征在于下套筒(2)为中部空心的柱形结构，其一端四周设有翼板(4)，另一端套入屈曲约束柱(1)底端，并通过螺栓使下套筒(2)固定于屈曲约束柱(1)一端，翼板通过基础预埋件固定于基础(5)上；上套筒(3)为中部空心的柱形结构，其一端四周设有节点板(7)，上套筒(3)套入屈曲约束柱(1)柱顶处，通过螺栓使上套筒(3)固定于屈曲约束柱(1)柱顶处，节点板(7)通过螺栓固定于梁(6)下方。

2.根据权利要求1所述的屈曲约束跷动减震柱，其特征在于所述屈曲约束柱(1)底部与基础(5)连接处设有橡胶垫。

3.根据权利要求1或2所述的屈曲约束跷动减震柱，其特征在于所述屈曲约束柱(1)采用对角一字芯材。

4.根据权利要求1或2所述的屈曲约束跷动减震柱，其特征在于所述上套筒(3)由两个角钢通过焊接组成柱形结构。

5.根据权利要求1或2所述的屈曲约束跷动减震柱，其特征在于所述下套筒(2)由两个角钢通过焊接组成柱形结构。

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