CN102518229B - 一种双向摇摆筒体抗震结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双向摇摆筒体抗震结构，属于结构工程抗震与减震技术领域。包括钢筋混凝土筒体墙、斜向预拉索、耗能器、高强预应力筋、锚固配件和基础，通过在混凝土矩形筒体结构中设置斜向预拉索并连接耗能器来保证结构的侧向刚度，同时增强结构的耗能能力和自复位能力，另外在筒体中布置竖向高强预应力筋来加强结构与基础的连接性能和进一步提高结构的刚度，从而双向摇摆筒体抗震结构，适用于抗震设防烈度为6度以上地区的中高层工业和民用建筑结构。本发明构造简单，施工方便，不仅具有良好的耗能能力且能抵抗多维地震，同时结构具有良好自复位特性，结构残余变形小、损伤小、损伤容易修复。

Description

一种双向摇摆筒体抗震结构

技术领域

本发明涉及一种双向摇摆筒体抗震结构，属于结构工程抗震与减震技术领域。

背景技术

目前，建筑结构在地震荷载作用下一般通过控制结构的变形来确保结构的安全，但在罕遇地震作用下同时也会产生较大的不能恢复的非线性塑性变形。一些震后建筑结构和桥梁结构表明，如果结构没有发生倒塌，而是产生较大的塑性残余变形，要修复这些结构到原来的位置及其困难，并且其修复成本甚至会超过新建结构。另外一方面，如果要提高结构的抗震性能，结构需有较好的耗能能力，这意味着结构需要发生较大损伤，结构最后的残余变形必然很大。为了减小甚至消除结构的损伤和残余位移同时保证结构的耗能能力，研究者们对摇摆结构进行研究，如有研究者对摇摆墙和摇摆柱等进行了研究和分析，结果表明此类结构损伤小，残余变形小，但耗能能力降低。因此研究开发具有良好的耗能能力，同时残余变形小甚至无损伤的结构，对结构抗震及震后结构的快速修复具有重要意义。

发明内容

本发明提出了一种双向摇摆筒体抗震结构，通过在钢筋混凝土矩形筒体结构中双向对称设置斜向预拉索并串联或并联耗能装置来保证结构的侧向刚度和耗能能力，同时在矩形筒体中设置竖向预应力筋来进一步加强结构与基础的连接，从而提高结构的侧向刚度及自复位能力。本发明适用于抗震设防烈度为6度以上地区的高层工业和民用建筑结构。本发明构造简单，施工方便，不仅具有良好的耗能能力且能抵抗多维地震作用，同时结构具有良好自复位特性，结构残余变形小，损伤小，损伤容易修复。

本发明的技术方案如下：

一种双向摇摆筒体抗震结构，其特征在于：包括钢筋混凝土矩形筒体、斜向预拉索、耗能器、预应力筋、锚固配件和基础，钢筋混凝土矩形筒体底部设置有基础，矩形筒体底部与基础断开，在矩形筒体的四周对称设置斜向预拉索，斜向预拉索一端与筒体顶部或筒体侧边不同高度的位置相连，另一端与基础相连，斜向预拉索附加设置耗能器，矩形筒体内部对称布置预应力筋，预应力筋竖向贯穿钢筋混凝土筒体和基础，并通过锚固配件固定于钢筋混凝土筒体顶部和基础底部。预应力筋采用后张法施加预应力，预应力筋与矩形筒体之间无粘结。

预应力筋采用后张法施加预应力，预应力筋与矩形筒体之间无粘结。

斜向预拉索在矩形筒体同一面上的每侧设置为一道或多道。

同一面上两侧的斜向预拉索交叉布置或两边斜向对称布置。

附加耗能器与每道斜向预拉索的连接方式为串联或并联。

耗能器为金属耗能器或摩擦阻尼器。

钢筋混凝土矩形筒体中的预应力筋为屈服强度在500MPa以上的预应力钢筋、钢绞线或纤维复合材料筋。

预应力筋在矩形筒体中集中布置或分散布置。

筒体四周可以连接混凝土框架或钢框架形成双向摇摆筒体框架结构体系。

与一般技术的筒体结构或剪力墙结构相比，本发明的优点是：

(1)在正常使用情况下，双向摇摆筒体结构与一般筒体结构相比可具有等效的刚度。

(2)在地震发生时，筒体结构与基础连接处发生张开与合拢，筒体发生小幅摇摆时，双向斜拉索的耗能器能快速提供阻尼并发挥耗能作用。

(3)在罕遇地震时，筒体结构可发生一定幅度的摇摆，由于预应力筋与斜拉索可同时发挥作用，使得结构能够较快回到原位，使结构具有良好的自复位能力，同时筒体结构本身损伤较小或者没有损伤。

(4)结构可以抵抗双向地震作用，并且构造简单、抗震效果良好。

附图说明

图1是本发明双向摇摆筒体抗震结构三维图；

图2是本发明双向摇摆筒体抗震结构正立面图，预拉索为每边一道交叉布置；

图3是本发明双向摇摆筒体抗震结构正立面图，预拉索为每边两道交叉布置；

图4是本发明双向摇摆筒体抗震结构正立面图，预拉索为每边一道两侧对称布置。

图5是本发明双向摇摆筒体抗震结构正立面图，耗能器为并联方式。

图6预应力筋分散布置。

图7预应力筋集中布置。

图8增加框架后的摇摆筒体结构。

图9本发明实施例子图。

图10本发明实施例子俯视图。

图11本发明实施例水平力位移变化图。

图12现有技术水平力位移变化图。

图中：1-钢筋混凝土矩形筒体，2-斜向预拉索，3-耗能器，4-预应力筋，5-锚固件，6-基础。

具体实施方式

实施例1

如图1-2所示，本发明的一种双向摇摆筒体抗震结构，包括钢筋混凝土矩形筒体1、斜向预拉索2、耗能器3、预应力筋4、锚固配件5和基础6，双向摇摆筒体结构为矩形如图1，钢筋混凝土矩形筒体1底部设置有基础6，在钢筋混凝土矩形筒体1的四周对称设置斜向预拉索2，斜向预拉索2一端与筒体顶部或不同高度的位置相连，另一端与基础6相连，斜向预拉索2附加设置耗能器3，矩形筒体1中对称布置预应力筋4，预应力筋4竖向贯穿钢筋混凝土筒体1和基础6，并通过锚固配件5固定于钢筋混凝土筒体1顶部和基础6底部。预应力筋采用无摩擦后张法施加预应力，预应力筋与混凝土筒体1之间无粘结。矩形筒体1每侧同一方向的斜向预拉索2设置为一道或多道，同一面上的斜向预拉索2交叉布置。附加耗能器5与每道斜向预拉索2的连接方式为串联或并联。耗能器5为金属耗能器或摩擦阻尼器。钢筋混凝土矩形筒体1中的预应力筋4为屈服强度在500MPa以上的预应力钢筋、钢绞线或纤维复合材料筋。预应力筋4在矩形筒体中集中布置或分散布置。并且预应力筋4与混凝土筒体1之间无粘结，施工过程中，在矩形筒体1中预留预应力索的孔道。另外矩形筒体四周可以连接混凝土框架或钢框架形成摇摆筒体框架结构体系。

实施例2

本发明的一种双向摇摆筒体结构如图3，同一面上设置多道斜向斜拉索并且交叉布置。其余构造同实施例1，在此不再详述。

实施例3

本发明的一种双向摇摆筒体结构如图4，同一面上设置一道斜向斜拉索并且分开对称布置。其余构造同实施例1，在此不再详述。

本发明的双向摇摆筒体结构斜拉索可以为一道或多道对称布置或交叉布置，其余构造同以上实施方法，在此不再详述。

以上是本发明的几个典型实施例，本发明的实施不限于此。

分析算例：

图9为根据本发明设计的摇摆筒体结构，其截面形状及尺寸如图10所示，筒体截面为正方形，3000×900×240mm，每边后张拉预应力筋为4根，每根预应力筋为4根直径12mm的钢绞线，屈服强度为1600MPa，混凝土强度为C60，筒体底部设置了纵筋和箍筋约束底部混凝土提高其抗压强度，两边斜向预拉索为两根，耗能器采用铅剪切屈服型金属耗能器，铅剪切面积取为452mm2，随后进行低周往复荷载分析，在结构顶部施加往复水平位移，得到结构反应如图11所示，而根据一般筒体结构不采用摇摆形式的相同筒体结构的反应如图12所示，由图中可知：双向摇摆筒体结构与一般筒体结构相比可具有等效的刚度；另外，摇摆筒体结构，在水平力为零时，结构几乎恢复到原位，结构的残余变形较小，而一般筒体结构的残余变形较大，摇摆筒体结构，由于预应力筋与斜拉索可同时发挥作用，使得结构能够较快回到原位，使结构具有良好的自复位能力，筒体结构本身损伤较小。

Claims (5)

1.一种双向摇摆筒体抗震结构，其特征在于：包括钢筋混凝土矩形筒体(1)、斜向预拉索(2)、耗能器(3)、高强预应力筋(4)、锚固配件(5)和基础(6)，钢筋混凝土矩形筒体(1)底部设置有基础(6)；矩形筒体(1)底部与基础(6)全部断开，在矩形筒体(1)的四周对称设置斜向预拉索(2)，斜向预拉索(2)一端与筒体顶部或筒体侧边不同高度的位置相连，另一端与基础(6)相连，斜向预拉索(2)在矩形筒体(1)同一面上的每侧设置为一道或多道，同一面上的斜向预拉索(2)交叉布置或两边斜向对称布置，斜向预拉索(2)附加设置耗能器(3)，附加耗能器(3)与每道斜向预拉索(2)的连接方式为串联或并联；矩形筒体(1)内部对称布置高强预应力筋(4)，高强预应力筋(4)竖向贯穿钢筋混凝土筒体(1)和基础(6)，并通过锚固配件(5)固定于钢筋混凝土筒体(1)顶部和基础(6)底部，所述双向摇摆筒体抗震结构通过在钢筋混凝土矩形筒体结构中双向对称设置斜向预拉索串联或并联耗能装置来保证结构的侧向刚度和耗能能力，同时在矩形筒体中设置竖向预应力筋来进一步加强结构与基础的连接，从而提高结构的侧向刚度及自复位能力，上述双向摇摆筒体抗震结构适用于抗震设防烈度为6度以上地区的高层工业和民用建筑结构。 

2.根据权利要求1所述的一种双向摇摆筒体抗震结构，其特征在于：附加耗能器(3)为金属耗能器或摩擦阻尼器。 

3.根据权利要求1所述的一种双向摇摆筒体抗震结构，其特征在于：钢筋混凝土矩形筒体(1)中的高强预应力筋(4)为屈服强度在500MPa以上的预应力钢筋、钢绞线或纤维复合材料筋。 

4.根据权利要求1所述的一种双向摇摆筒体抗震结构，其特征在于：高强预应力筋(4)在矩形筒体(1)内集中布置或分散布置。 

5.根据权利要求1所述的一种双向摇摆筒体抗震结构，其特征在于：矩形筒体(1)四周连接混凝土框架或钢框架形成双向摇摆筒体框架结构体系。