CN103967159A - 一种沿拉索轴向布置的耗能元件 - Google Patents

Abstract

一种沿拉索轴向布置的耗能元件，包括外筒、内筒、弹簧和螺栓副，所述外筒为一端面开有中心孔，另一端面设有第二耳环，其余四面靠近第二耳环端各分别设有至少一个螺栓孔的六面空腔体；所述内筒安置在外筒内，由一段圆管和一段管径远大于圆管外径的矩形钢管连接构成，圆管的端头从内向外可滑动穿入在外筒开有的中心孔中，端面还设有第一耳环；矩形钢管的四个面上对应外筒设有的螺栓孔均设有长径沿轴向的腰形螺栓孔；所述弹簧套装在内筒的圆管上，弹簧的一端抵挡在内筒的矩形钢管与圆管连接的端面上，另一端抵挡在外筒开有中心孔一端的内端面上；所述外筒与内筒通过螺栓副连接为一体。本发明具有稳定良好的耗能能力，连接构造简单，施工方便。

Description

一种沿拉索轴向布置的耗能元件

技术领域

本发明属于建筑结构技术领域，涉及一种土木工程抗震减灾的耗能元件，具体的说，是涉及一种沿拉索轴向布置的耗能元件。

背景技术

随着工程技术的不断进步，以及材料工艺的发展，预应力拉索在建筑结构及桥梁工程中的作用日益被工程技术人员所认识和掌握，预应力拉索的索材也日趋多样化，有钢丝绳索体、钢绞线索体、钢丝束索体和钢拉杆索体，带有预应力拉索的结构越来越多地应用在大跨度公共与工业建筑及大跨度桥梁工程中，如体育馆、航站楼、表演场、会展中心、大型商业中心、大跨度斜拉桥等。国内著名的预应力拉索结构有：上海新国际博览中心的展览大厅，其以预应力拉杆作为抗风支撑；杭州黄龙体育中心，其以斜拉索吊挂看台顶棚；苏通大桥，主跨跨径达到1088米，是世界位居第二大跨径的斜拉桥。

现有拉索耗能元件都是沿拉索横向布置，以减小拉索在风、风雨和支承端位移激励下发生的横向振动。对于预应力拉索结构，在地震或风灾过程中预应力拉索的内力会发生较大的浮动，拉索自身的能量耗散仅能依靠拉索弹性能抵抗，难以有效耗散地震传输给主结构的能量，起不到分灾功能。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术存在的不具有耗散地震和风灾输入建筑结构的能量的功能的缺陷和技术问题，提供一种沿拉索轴向布置的耗能元件。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种沿拉索轴向布置的耗能元件，包括外筒20、内筒10、弹簧30和螺栓副40；所述外筒20为一端面开设有中心孔，另一端面设置有第二耳环51，其余四面靠近第二耳环51端各分别设有至少一个螺栓孔24的六面空腔体；所述内筒10安置在所述外筒20内，由一段圆管11和一段管径远大于圆管11外径的矩形钢管12相连接构成，所述圆管11的端头从内向外可滑动穿入在所述外筒20开设有中心孔中，端面还设置有第一耳环50；所述矩形钢管12的四个面上对应所述外筒20设有的螺栓孔24均设置有长径沿轴向的腰形螺栓孔16；所述弹簧30套装在所述内筒10的圆管11上，弹簧30的一端抵挡在所述内筒10的矩形钢管12与圆管11相连接的端面上，另一端抵挡在所述外筒20开设有中心孔一端的内端面上；所述外筒20与内筒10通过所述螺栓副40连接为一体。

上述所述的外筒20为可装配式六面空腔体结构，由外管21、外筒左侧挡板22、右侧端板23构成，外筒左侧挡板22开设有一中心孔，与外管21左端相连接，右侧端板23外端面设置有第二耳环51，与外管21右端相连接；外管21其余四面靠近第二耳环51端各分别设有4个螺栓孔24，且2个一组，偏离并平行轴线对称设置。

上述所述内筒10由矩形钢管12、矩形钢管左侧挡板14、内管11、左侧端板13依次相连接构成，其中所述左侧端板13外端面设置有第一耳环50；所述矩形钢管12的四个面上对应所述外筒20设有的螺栓孔24均设置有长径沿轴向的2个偏离并平行轴线对称设置的腰形螺栓孔16；矩形钢管12平行腰形螺栓孔16的表面上还设置有摩擦元件15，所述的摩擦元件15由粘弹性材料制成。

上述所述的中心孔的直径略大于圆管11的外径。

上述所述的弹簧30为压缩弹簧，其外径小于外管21断截面内侧的边长，内径大于圆管11的外径。

本发明与现有技术比所具有的优点和有益效果为：

本发明的一种沿拉索轴向布置的耗能元件，使用时通过端部连接耳环与拉索串接，连接构造简单，施工方便；

本发明的一种沿拉索轴向布置的耗能元件设置在预应力拉索结构（例如以预应力拉杆作为抗风支撑的钢框架支撑结构、大跨度斜拉桥）中，在一般地震或风灾情况下，拉索中的内力变化量小于摩擦元件产生的摩擦力，内筒与外筒之间不会发生相对滑动，本发明充当一个普通的传力构件。在结构承受强烈地震或严重风灾时，拉索中内力变化量大于摩擦元件产生的摩擦力，内筒与外筒之间发生相对滑动，从而有效耗散地震或风传输给主结构的能量，起到分灾功能。

附图说明

图1为本发明的一种沿拉索轴向布置的耗能元件的结构示意图；

图2为本发明的一种沿拉索轴向布置的耗能元件中内筒的结构示意图；

图3为本发明的一种沿拉索轴向布置的耗能元件中外筒的结构示意图；

图4为图1的A-A剖面图；

图5为图1的B-B剖面图；

图6为图1的C向视图；

图7为图2所示内筒的俯视图；

图8为图3所示外筒的俯视图；

图9为本发明实施例与拉索连接安装示意图。

图中：10-内筒；11-圆管；12-矩形钢管；13-左侧端板；14-矩形钢管左侧挡板；15-摩擦元件；16-腰型螺栓孔；20-外筒；21-外管；22-外筒左侧挡板；23-右侧端板；24-螺栓孔；30-弹簧；40-螺栓副；50-第一耳环；51-第二耳环；60-拉索；61-左侧拉索；62-右侧拉索。

具体实施方式

如图1所示，为本发明的一种沿拉索轴向布置的耗能元件的结构示意图。该耗能元件包括内筒10、外筒20、弹簧30和螺栓副40；其中所述外筒20为一端面开设有中心孔，另一端面设置有第二耳环51，其余四面靠近第二耳环51端各分别设有4个螺栓孔24的六面空腔体；所述内筒10安置在所述外筒20内，由一段圆管11和一段管径远大于圆管11外径的矩形钢管12相连接构成，所述圆管11的端头从内向外可滑动穿入在所述外筒20开设有中心孔中，端面还设置有第一耳环50；所述矩形钢管12的四个面上对应所述外筒20设有的4个螺栓孔24均设置有长径沿轴向的2个腰形螺栓孔16；所述弹簧30套装在所述内筒10的圆管11上，弹簧30的一端抵挡在所述内筒10的矩形钢管12与圆管11相连接的端面上，另一端抵挡在所述外筒20开设有中心孔一端的内端面上；所述外筒20与内筒10通过所述螺栓副40连接为一体。

如图2所示，为所述内筒10的构造示意图，由内管11、矩形钢管12、左侧端板13、矩形钢管左侧挡板14构成，其中矩形钢管12、矩形钢管左侧挡板14、内管11、左侧端板13依次焊接连接；矩形钢管12的表面上还设置有摩擦元件15，所述的摩擦元件15由粘弹性材料乳胶制成。

如图3所示，为所述外筒20的构造示意图，由外管21、外筒左侧挡板22、右侧端板23构成六面空腔体结构，其中外筒左侧挡板22开设有一中心孔，与外管21左端焊接连接，右侧端板23与外管21右端固定连接；外管21其余四面各分别设有4个螺栓孔24，且2个一组，偏离并平行轴线对称设置。

如图4所示，为图1的A-A剖面图，其中圆管11为圆形断截面薄壁钢管，外管21为矩形断截面薄壁钢管，弹簧30的外径小于外管21矩形断截面内侧的边长，弹簧30内径大于内管11的外径。

如图5所示，为图1的B-B剖面图，其中矩形钢管12为矩形断截面薄壁钢管，所述外筒20的外管21与所述内筒10的矩形钢管12通过所述螺栓副40连接为一体。

如图6所示，为图1的C向视图；其中外筒左侧挡板22为中间开有中心孔的矩形挡板，其中心孔直径大于内管11的外径，保证内筒10与外筒20之间可以相对滑动。

如图7所示，为图2所示内筒的俯视图，所述摩擦元件15由粘弹性材料乳胶制成，贴于矩形钢管12外侧表面，且与所述腰形螺栓孔16等长并平行。

如图8所示，为图3所示外筒20的俯视图，其中外管21外侧开有4个螺栓孔24，且2个一组，偏离并平行轴线对称设置。

如图9所示，为本发明实施例与拉索连接安装示意图，本发明在组装完成时螺栓副40仅处于自然拧紧状态，即保证内筒10、外筒20能发生自由的相对滑动，本发明通过第一耳环50及第二耳环51与拉索60连接，将带有轴向耗能元件的拉索60设置在预应力拉索结构（例如以预应力拉杆作为抗风支撑的钢框架支撑结构、大跨度斜拉桥）中，并将拉索60预张拉至常规使用状态，在拉索60预张拉过程中内筒10与外筒20相互背离，弹簧30被相互靠近的外筒左侧挡板22及矩形钢管左侧挡板14压缩，完成预张拉并达到平衡状态时弹簧30中的压力等于拉索60的预拉力，弹簧30在内筒10与外筒20之间起到传力的作用。二次拧紧螺栓副40，矩形钢管12与外管21之间产生压紧力，从而本发明靠贴于矩形钢管12外侧的摩擦元件15产生的摩擦力来承受外荷载。地震或风往复作用下，预应力拉索结构中拉索60的内力将以常规使用状态下的索力（预拉力）为基准，在一定范围内上下浮动。在一般地震或风灾情况下，拉索60中的内力变化量小于贴于矩形钢管12外侧的摩擦元件15产生的最大静摩擦力，内筒10与外筒20之间不会发生相对滑动，弹簧30中的压力不变，本发明充当一个普通的传力构件。结构承受强烈地震或严重风灾时，拉索60中内力变化量大于贴于矩形钢管12外侧的摩擦元件15产生的最大静摩擦力，内筒10与外筒20之间发生相对滑动，从而实现摩擦耗能。

具体的说，假设左侧拉索61中的内力先增大：若此内力增加量小于贴于矩形钢管12外侧的摩擦元件15产生的最大静摩擦力，外筒20对内筒10产生一个向右的静摩擦力，静摩擦力大小等于左侧拉索61的内力增加量，从而内筒10保持受力平衡，相对的，内筒10也会传给外筒20一个向左的静摩擦力，为保持外筒20受力平衡，右侧拉索62的内力增加量要等于该静摩擦力，从而实现了左侧拉索61与右侧拉索62之间的力传递；若此内力增加量大于贴于矩形钢管12外侧的摩擦元件15产生的最大静摩擦力，则内筒10与外筒20之间将背向滑动，弹簧30继续被压缩，贴于矩形钢管12外侧的摩擦元件15摩擦耗能。

具体的说，假设左侧拉索61中的内力先减小：若此内力减小量小于贴于矩形钢管12外侧的摩擦元件15产生的最大静摩擦力，外筒20对内筒10产生一个向左的静摩擦力，静摩擦力大小等于左侧拉索61的内力减小量，从而内筒10保持受力平衡，相对的，内筒10也会传给外筒20一个向右的静摩擦力，为保持外筒20受力平衡，右侧拉索62的内力减小量要等于该静摩擦力，从而实现左侧拉索61与右侧拉索62之间的力传递；若此内力减小量大于贴于矩形钢管12外侧的摩擦元件15产生的最大静摩擦力，则内筒21与外筒22之间将在弹簧30压力的驱动下相向滑动，贴于矩形钢管12外侧的摩擦元件15摩擦耗能。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式。当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，任何熟悉本技术领域的技术人员，当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种沿拉索轴向布置的耗能元件，其特征在于：包括外筒（20）、内筒（10）、弹簧（30）和螺栓副（40）；所述外筒（20）为一端面开设有中心孔，另一端面设置有第二耳环（51），其余四面靠近第二耳环（51）端各分别设有至少一个螺栓孔（24）的六面空腔体；所述内筒（10）安置在所述外筒（20）内，由一段圆管（11）和一段管径远大于圆管（11）外径的矩形钢管（12）相连接构成，所述圆管（11）的端头从内向外可滑动穿入在所述外筒（20）开设有的中心孔中，端面还设置有第一耳环（50）；所述矩形钢管（12）的四个面上对应所述外筒（20）设有的螺栓孔（24）均设置有长径沿轴向的腰形螺栓孔（16）；所述弹簧（30）套装在所述内筒（10）的圆管（11）上，弹簧（30）的一端抵挡在所述内筒（10）的矩形钢管（12）与圆管（11）相连接的端面上，另一端抵挡在所述外筒（20）开设有中心孔一端的内端面上；所述外筒（20）与内筒（10）通过所述螺栓副（40）连接为一体。

2.根据权利要求1所述的一种沿拉索轴向布置的耗能元件，其特征在于：所述的外筒（20）为可装配式六面空腔体结构，由外管（21）、外筒左侧挡板（22）、右侧端板（23）构成，外筒左侧挡板（22）开设有一中心孔，与外管（21）左端相连接，右侧端板（23）外端面设置有第二耳环（51），与外管（21）右端相连接；外管（21）其余四面靠近第二耳环（510端各分别设有4个螺栓孔（24），且2个一组，偏离并平行轴线对称设置。

3.根据权利要求1所述的一种沿拉索轴向布置的耗能元件，其特征在于：所述内筒（10）由矩形钢管（12）、矩形钢管左侧挡板（14）、内管（11）、左侧端板（13）依次相连接构成，其中所述左侧端板（13）外端面设置有第一耳环（50）；所述矩形钢管（12）的四个面上对应所述外筒（20）设有的螺栓孔（24）均设置有长径沿轴向的2个偏离并平行轴线对称设置的腰形螺栓孔（16）；矩形钢管（12）平行腰形螺栓孔（16）的表面上还设置有摩擦元件（15）。

4.根据权利要求3所述的一种沿拉索轴向布置的耗能元件，其特征在于：所述的摩擦元件（15）由粘弹性材料制成。

5.根据权利要求1所述的一种沿拉索轴向布置的耗能元件，其特征在于：所述的中心孔的直径略大于圆管（11）的外径。

6.根据权利要求1所述的一种沿拉索轴向布置的耗能元件，其特征在于：所述的弹簧（30）为压缩弹簧，其外径小于外管（21）断截面内侧的边长，内径大于圆管（11）的外径。