CN104631641A - 屈服可调型交叉支撑消能器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种屈服可调型交叉支撑消能器，消能器的核心耗能构件组为四根耗能钢板条，分成第一阶段耗能构件组和第二阶段耗能构件组。耗能钢板条两端和固定在项板或底板上的耳板相铰接。其中，第二阶段耗能构件组中，每条耗能钢板条的一端所连接的耳板开有水平条形槽，耗能钢板条的一端通过销钉能够在水平条形槽中滑动。当上下底板相对位移不大时，第一阶段耗能钢板条率先工作；当相对位移增大，达到预设的目标位移，此时第二阶段耗能钢板条的销钉处于项紧状态，开始产生受拉变形，屈服耗能。通过控制滑槽的长度来控制第二阶段耗能钢板条开始屈服耗能的位移。实现同时满足工程结构在小震和大震下的消能减震要求，分阶段耗散地震能量。

Description

屈服可调型交叉支撑消能器
技术领域
本发明涉及一种工程结构减震装置，尤其涉及一种屈服可调型交叉支撑消能器，属于工程结构的消能减震与振动控制技术。
背景技术
工程结构消能减震技术是在建筑物的某些部位设置消能装置，通过消能装置产生滞回变形来耗散或吸收地震输入结构中的能量，以减少主体结构的地震反应，从而避免结构产生破坏或倒塌，达到减震控制的目的。支撑式消能器是一种常见的消能装置，消能构件在面内受拉和受压时全截面屈服，实现耗能的目的。目前已知的消能器大多结构形状和耗能形式单一，无法同时满足小震和大震时的减震要求。许多消能器只在大震下起作用，小震时则处于弹性状态，地震能量由主体结构耗散，造成了一定程度的损伤。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术，提出一种屈服可调型交叉支撑消能器，实现同时满足工程结构在小震和大震下的消能减震要求，分阶段耗散地震能量。
技术方案：屈服可调型交叉支撑消能器，包括核心耗能构件组、顶板、底板以及八块耳板；其中，所述核心耗能部件包括四条长直耗能钢板条，第一长直耗能钢板条和第二长直耗能钢板条平行设置，所述第三长直耗能钢板条和第四长直耗能钢板条平行设置，所述第一长直耗能钢板条、第二长直耗能钢板条与第三长直耗能钢板条、第四长直耗能钢板条成交叉设置，所述第二长直耗能钢板条和第三长直耗能钢板条组成第一阶段耗能构件组，所述第一长直耗能钢板条和第四长直耗能钢板条组成第二阶段耗能构件组；所述第一阶段耗能构件组中两条耗能钢板条的每一端均与一个耳板铰接，所述第二阶段耗能构件组中每条耗能钢板条的一端与一个耳板铰接，每条耗能钢板条的另一端与一个设有水平条形槽的耳板滑动连接，初始时第二阶段耗能钢板条的滑动端位于所述水平条形槽中部；所述八个耳板中四个耳板固定在所述顶板的下表面，另外四个耳板固定在所述底板的上表面。
进一步的，所述耳板和顶板、底板之间通过全熔透对接焊连接。
进一步的，所述四条长直耗能钢板条采用225MPa以下低屈服点钢或或延性率为0.45～0.5的钢材制备。
进一步的，所述顶板上设置有与建筑物连接用的顶板螺栓孔，所述底板上设置有与建筑物连接用的底板螺栓孔。
有益效果：本发明的屈服可调型交叉支撑消能器，能够兼顾小震和大震的减震需要。其结构主要包括设在在顶板和底板之间成交叉设置的第一阶段耗能构件组和第二阶段耗能构件组。第二阶段耗能构件组中每条耗能钢板条的一端与一个耳板铰接，每条耗能钢板条的另一端与一个设有水平条形槽的耳板滑动连接，初始时耗能钢板条的滑动端位于所述水平条形槽中部。本发明提供的屈服可调型交叉支撑消能器，通过第一、第二阶段耗能构件组的反复拉压产生塑形变形耗散地震能量，设计时保证水平条形槽的长度应大于第一阶段耗能钢板条屈服位移的两倍。小震时，顶板与底板的相对位移不是很大，此时第一阶段耗能钢板条率先屈服耗能；第二阶段耗能钢板条的一端并未顶紧底板上的耳板，处于非受力状态。大震时，由于结构发生较大位移，第二阶段耗能钢板条开始在底部滑槽中产生位移并接触耳板开始受力，屈服耗能；从而实现同时满足小震和大震的减震要求，分阶段耗散地震能量。此时所有四根耗能钢板条进入工作状态。本发明提供的屈服可调型交叉支撑消能器既可以用于新建建筑的抗震设计，也可以用于既有建筑物的抗震加固。
附图说明
图1为本发明的正视结构示意图；
图2为本发明的整体立体示意图；
图3为本发明的A-A剖面图；
图4为本发明装置第一阶段耗能构件组、第二阶段耗能构件组的滞回曲线；
图5为本发明装置的滞回曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1、图2、图3所示的屈服可调型交叉支撑消能器，包括水平设置的顶板6、底板7以及位于顶板6和底板7之间的核心耗能组件。其中，核心耗能部件包括采用低屈服点钢制备的四条长直耗能钢板条11、12、13、14，第一长直耗能钢板条11和第二长直耗能钢板条12平行设置，第三长直耗能钢板条13和第四长直耗能钢板条14平行设置；四条长直耗能钢板条采用225MPa以下低屈服点钢或或延性率为0.45～0.5的钢材制备。第一长直耗能钢板条11和第二长直耗能钢板条12作为整体，第三长直耗能钢板条13和第四长直耗能钢板条14作为整体，两个整体成交叉设置。其中，第二长直耗能钢板条12和第三长直耗能钢板条13组成第一阶段耗能构件组，第一长直耗能钢板条11和第四长直耗能钢板条14组成第二阶段耗能构件组。第一阶段耗能构件组中耗能钢板条12、13的上端与耳板42、43铰接，耗能钢板条12、13的下端与耳板45、48铰接。第二阶段耗能构件组中耗能钢板条11、14的上端与耳板41、44铰接，耗能钢板条11、14的下端连接设有水平条形槽的耳板46、47。长直耗能钢板条和耳板之间均通过销钉3连接，在第二阶段耗能构件组中，连接耳板46和长直耗能钢板条14的销钉，以及连接耳板47和长直耗能钢板条11的销钉能在相应耳板的水平条形槽内滑动。耳板41、42、43、44通过全熔透对接焊固定在顶板6的下表面，另外四个耳板45、46、47、48通过全熔透对接焊固定在底板7的上表面。核心耗能构件组的尺寸参数需根据工程需要和减震要求具体确定，顶板和底板的尺寸参数需根据构造要求具体确定，与第二阶段耗能构件组相连的耳板上的水平条形槽长度需根据减震性能目标具体确定，水平条形槽长度为第二阶段启动位移的两倍。
顶板6、底板7、耳板4和销钉3可采用普通钢。顶板6上设置有与建筑物连接用的顶板螺栓孔8，底板7上设置有与建筑物连接用的底板螺栓孔9。使用时，顶板6通过高强螺栓与梁连接，底板7通过高强螺栓与人字型支撑或中间支柱连接；一般消能器不宜与建筑物焊接，通过螺栓连接能够方便震后对消能器进行检修和更换。在初始安装时，耳板46、47中的销钉初始位置处于水平条形槽中部。
小震时，第一阶段耗能钢板条率先屈服耗能，此时顶板底板的相对位移不足以使第二阶段耗能钢板条的销钉顶紧水平条形槽，第二阶段耗能钢板条不受力。大震时，由于结构发生较大位移，第二阶段耗能钢板条2开始在底部条形槽中产生位移，接触耳板开始受力并屈服耗能，通过调节条形槽的长度，可以调节第二阶段耗能钢板条进入工作的位移，满足建筑分阶段减震性能需求。如图4(a)所示为第一阶段耗能构件组的滞回曲线，4(b)为第二阶段耗能构件组的滞回曲线，其中尺寸a为水平条形槽一半长度，尺寸a一般对应建筑在大震情况下在消能器处产生的位移，图5为消能器整体滞回曲线。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.屈服可调型交叉支撑消能器，其特征在于：包括核心耗能构件组、顶板(6)、底板(7)以及八块耳板(4)；其中，所述核心耗能部件包括四条长直耗能钢板条，第一长直耗能钢板条(11)和第二长直耗能钢板条(12)平行设置，所述第三长直耗能钢板条(13)和第四长直耗能钢板条(14)平行设置，所述第一长直耗能钢板条(11)、第二长直耗能钢板条(12)与第三长直耗能钢板条(13)、第四长直耗能钢板条(14)成交叉设置，所述第二长直耗能钢板条(12)和第三长直耗能钢板条(13)组成第一阶段耗能构件组，所述第一长直耗能钢板条(11)和第四长直耗能钢板条(14)组成第二阶段耗能构件组；所述第一阶段耗能构件组中两条耗能钢板条的每一端均与一个耳板铰接，所述第二阶段耗能构件组中每条耗能钢板条的一端与一个耳板铰接，每条耗能钢板条的另一端与一个设有水平条形槽的耳板滑动连接，初始时第二阶段耗能钢板条的滑动端位于所述水平条形槽中部；所述八个耳板(4)中四个耳板固定在所述顶板(6)的下表面，另外四个耳板固定在所述底板(7)的上表面。
2.根据权利要求1所述的屈服可调型交叉支撑消能器，其特征在于：所述耳板(4)和顶板(6)、底板(7)之间通过全熔透对接焊连接。
3.根据权利要求1所述的屈服可调型交叉支撑消能器，其特征在于：所述四条长直耗能钢板条采用225MPa以下低屈服点钢或延性率为0.45～0.5的钢材制备。
4.根据权利要求1所述的屈服可调型交叉支撑消能器，其特征在于：所述顶板(6)上设置有与建筑物连接用的顶板螺栓孔(8)，所述底板(7)上设置有与建筑物连接用的底板螺栓孔(9)。
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