CN105421610A - 自复位软钢耗能支撑 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自复位软钢耗能支撑，主要由支撑构件、预应力装置、耗能装置和一些固定连接构件构成。软钢通过传力装置与端板连接，内套管一端开有凹槽，凸形连接板可穿进凹槽与内套管焊接，外套管包住内套管，外套管一端在其外表面对称焊有弧形焊接拼板，弧形焊接拼板的外伸部分与组合连接板焊接；端板位于套管的两端；内套管内设有复位筋，复位筋的两端通过锚具与端板连接。该装置利用软钢在平面内受力，为结构提供了较大的初始刚度，满足了“小震不坏”的设防水准；当中、强震来临时，通过软钢的塑性变形来耗散能量，地震作用结束后，利用复位筋的恢复力使软钢复位，从而消除结构的残余变形，满足了“中震可修，大震不倒”的设防水准。

Description

自复位软钢耗能支撑

技术领域

本发明涉及一种自复位软钢耗能支撑，该装置利用特殊平面形状的软钢在平面内受力，为结构提供了较大的初始刚度，满足了“小震不坏”的设防水准；当中震或大震来临时，通过软钢的塑性变形来耗散能量，地震作用结束后，利用复位筋的恢复力使软钢复位，从而消除了结构的侧向变形（残余变形），满足了“中震可修，大震不倒”的设防水准，属于土木结构（包括高层建筑、高耸结构、桥梁结构等）的结构抗震与消能减震技术领域。

背景技术

近年来，近年来，隔震、耗能减震、吸震减震和其他各种结构控制技术的结构振动控制理论为人们展现了一条崭新的减小地震反应的途径，其中被动控制中的耗能减震技术广为应用，被认为是减少主体结构损伤的最有效可行的方法之一。

耗能减震是把结构物的某些构件(如支撑、剪力墙、连接件等)设计成耗能杆件，或在结构的某部位(层间空间、节点、粘结缝等)安装耗能装置，在风或小震时，这些耗能构件或耗能装置具有足够的初始刚度，处于弹性状态，结构物仍具有足够的侧向刚度以满足使用要求。

中震或强震来临时，通过耗能构件或耗能装置率先进入非弹性状态，产生塑性变形，从而提供较大的阻尼力，大量消耗输入结构的地震能量。通过材料的塑性变形来耗能。这必然导致耗能构件或耗能装置在经历大震后产生较大的残余变形，从而也使得整个结构产生过大的侧向变形（残余变形）。历次震害表明，强烈地震时结构产生的过大侧向变形（残余变形）是结构破坏倒塌的直接原因，对于即将倒塌或可能经历后续地震的结构，残余变形会对其产生严重影响，除此之外，当残余变形角大于0.5%时，建筑的维修成本就会大于重建成本。

为了能地抵抗地震作用，满足现阶段的“三水准”抗震设防目标，本发明提出一种自复位软钢耗能支撑。该支撑利用特殊平面形状的软钢在平面内受力，在小震时为结构提供了较大的初始刚度，保证结构处于弹性状态，满足了“小震不坏”的设防水准；中震、大震时该支撑利用软钢的塑性变形来耗散地震能量，地震作用结束后，利用复位筋的恢复力使软钢复位，从而消除了结构的侧向变形（残余变形），大大降低了震后维护、重建成本，满足了“中震可修，大震不倒”的设防水准。

发明内容

本发明的目的在于提出的一种自复位软钢耗能支撑，

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种自复位软钢耗能支撑，由外套管1、内套管2、软钢3、复位筋4、第一端板5、第二端板6、凸形连接板7、组合连接板8、弧形焊接拼板9、传力装置、夹片式锚具12和导块13组成，其中：

所述传力装置由三个传力杆10和两个垫板11组成，第一垫板的一端焊接有第一传力杆和第二传力杆，并在第一垫板中央开有一个比第三比传力杆直径略大的第一通孔；第二垫板一端中央焊接有第三个传力杆，第二垫板上开有两个比第一传力杆和第二传力杆直径略大的第二通孔和第三通孔；所述第一传力杆和第二传力杆分别穿过第二垫板上相应的第二通孔和第三通孔，同时第三传力杆穿过第一垫板上相应的第一通孔，这样就由两个垫板11和三个传力杆10通过穿插组成传力装置；

传力装置置于内套管2内，第一垫板和第二垫板中间夹住两片软钢3，两片软钢3搁置于由三个传力杆10和两个垫板11之间形成的空隙中，使软钢3在平面内受力，提供较大的初始刚度，满足小震下结构处于弹性变形，即“小震不倒”的要求；两个垫板内表面和软钢3受压面焊接连接，传力装置的两端分别焊接有第一端板５和第二端板６；内套管2一端开有凹槽，凸形连接板7一端穿进所述凹槽与内套管2焊接连接，第一端板5上设有与凸形连接板7突出端形状相匹配的第四通孔，凸型连接板7另一端穿过第一端板5上的第四通孔并且位于第一端板5外部；外套管1包住内套管2，外套管1远离凸型连接板7的一端在其外表面对称焊有弧形焊接拼板9，弧形焊接拼板9的外伸部分与组合连接板8焊接连接；第一端板5和第二端板6分别与内套管和外套管两侧端面接触，第一端板５表面开有供复位筋4穿过的第五通孔，第二端板６表面均开有供复位筋4穿过的第六通孔；内套管2内设有四根复位筋4，每根复位筋4一端穿过第一端板５上的第五通孔，并通过锚具12与第一端板５连接，每根复位筋４另一端穿过第二端板６上的第六通孔，并通过锚具12与第二端板６连接；复位筋4预先施加适量的预应力，中震、大震下，软钢3通过塑性变形耗能，地震作用结束后通过复位筋4的预应力复位，满足“中震可修、大震不倒”的要求。

本发明中，外套管1和内套管2采用空心圆形截面，为了保证一定的刚度和稳定性的安全储备，壁厚不要太薄。

本发明中，装置无论受拉还是受压，第一端板５和第二端板６都是做背向运动的目的，第一端板５或第二端板６与内套管、外套管之间仅有接触压力，无固接连接，第一端板５或第二端板６完全依靠复位筋4的预压应力压在内套管上，第一端板５或第二端板６的直径大小与外套管1的外直径相等。

本发明中，复位筋4采用强度高、变形能力好的高强钢绞线，相应的锚具12采用夹片式锚具YGM。

本发明中，软钢3采用塑性变形性能良好且初始刚度较大的平面几何形状，即单圆孔型软钢或双X型软钢。

本发明中，在外套管1和内套管2之间的空隙内设置导块13，以保证外套管和内套管相互水平的运动方向，不至于内外套管产生摩擦、碰撞。导块13按照一定间距沿着纵向，在外套管1和内套管2之间空隙的四分点处布设，导块13应采用摩擦系数较小的材料制作，并适量涂一些润滑剂以减小摩擦。

本发明中，凸形连接板7和组合连接板8最外侧的突出部分均开有一定数量的螺栓孔，供该装置与建筑物的支撑节点用高强螺栓连接。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

1）本发明与传统的耗能支撑相比，利用了自复位预应力技术，地震作用结束后，通过复位筋的恢复力，使支撑复位，从而减小了结构的侧向变形（残余变形），大大降低了后维护、重建成本。

2）本发明与传统的软钢阻尼器相比，采用软钢平面内受力形式以及特殊的平面几何形状，具有较大的初始刚度，满足小震作用下的刚度要求，同时中震及大震作用下，塑性变形能力良好，具有良好的耗能性能。该装置满足了现阶段的“三水准”抗震设防目标，即“小震不坏，中震可修，大震不倒”，实现了抵御地震灾害的效果。

附图说明

图1为本发明自复位软钢耗能支撑整体装配示意图；

图2为本发明自复位软钢耗能支撑三维模型图；

图3为本发明自复位软钢耗能支撑安装示意图第一部分；

图4为本发明自复位软钢耗能支撑安装示意图第二部分；

图5为本发明自复位软钢耗能支撑安装示意图第三部分；

图6为本发明自复位软钢耗能支撑安装示意图第四部分；

图7为本发明自复位软钢耗能支撑安装示意图第五部分；

图8为本发明自复位软钢耗能支撑导块布置示意图（3-3剖面图）；

图9位本发明自复位软钢耗能支撑软钢布置示意图（1-1剖面图）；

图10位本发明自复位软钢耗能支撑软钢布置示意图（2-2剖面图）；

图11为本发明单圆孔型软钢三维立体图；

图12为本发明双X型软钢三维立体图。

图中标号：1为外套管、2为内套管、3为软钢、4为复位筋、5为第一端板、6为第二端板、7为凸形连接板、8为组合连接板、9为弧形焊接拼板、10为传力杆、11为垫板、12为夹片式锚具、13为导块。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。

实施例1：如图1所示，为本发明的一种自复位软钢耗能支撑实施例，其主要包括外套管1、内套管2、软钢3、复位筋4、第一端板5、第二端板6、凸形连接板7、组合连接板8、弧形焊接拼板9、传力杆10、垫板11、夹片式锚具12和导块13。

外套管1和内套管2采用空心圆形截面，当然为了保证一定的刚度和稳定性的安全储备，壁厚不要太薄。

传力装置由三个传力杆10和两个垫板11组成，一个垫板11在两端与两个传力杆10焊接连接，在中央开一个比传力杆10直径略大的通孔；另一个垫板11在中央与一个传力杆10焊接连接，在两端开两个比传力杆10直径略大的通孔。所述垫板11上传力杆10和通孔的截面形心在一条直线上。这样就由两个垫板11和三个传力杆10组成了两个构件，传力装置就是由这两个构件穿插而成，传力装置内置于内套管2内。

两个垫板11中间夹住两片软钢3，两片软钢3搁置在由三个传力杆10在两个垫板11之间形成的空隙中，如图9、图10所示。垫板11内表面和软钢3受压面焊接连接。使软钢3在平面内受力，软钢3采用塑性变形性能良好且初始刚度较大的平面几何形状，即单圆孔型或双X型软钢，如图11、图12所示。

三个传力杆10在端部分别与第一端板5和第二端板6焊接连接。内套管2一端开有凹槽，凸形连接板7可穿进凹槽与内套管2焊接连接，第一端板5上设有与凸形连接板7突出端形状相匹配的通孔，凸型连接板7穿过第一端板5的通孔设置在第一端板5的外部。

外套管1包住内套管2，在外套管1和内套管2之间的空隙内设置导块13，以保证两个套管相互水平的运动方向，不至于内外套管产生摩擦、碰撞。导块13按照一定间距沿着纵向，在空隙的四分点处布设，如图8所示。导块13应采用摩擦系数较小的材料制作，并适量涂一些润滑剂以减小摩擦。

外套管1一端在其外表面对称焊有弧形焊接拼板9，弧形焊接拼板9的外伸部分与组合连接板8焊接连接。第一端板5和第二端板6分别与两个套管两侧端面接触，两个端板表面均开有供复位筋4穿过的通孔。内套管2内设有四根复位筋4，每根复位筋4的一端与第一端板5通过锚具12连接，另一端与第二端板6通过锚具12连接。复位筋4采用钢绞线，相应的锚具12采用夹片式锚具YGM。凸形连接板7和组合连接板8最外侧的突出部分均开有一定数量的螺栓孔，供该装置与建筑物的支撑节点用高强螺栓连接。

端板与套管之间仅有接触压力，无固接连接，端板完全依靠复位筋4的预压应力压在套管上，端板的直径大小与外套管1的外直径一样。这样以来，在地震作用下，装置无论是受压还是受拉，都可以保证两端板做背向运动，从而达到抵抗复位筋4的预压应力，使传力杆10受拉、软钢4受压的效果。

钢绞线的张拉与锚固对于装置的正常使用来说至关重要，如果预应力施加不足，则会导致中震、大震下软钢不能复位，结构会产生较大的残余变形；如果预应力施加过度，则会导致装置刚度过大，乃至大震下不容易变形，无法耗散地震能量。施加预应力的量值要严格控制。

如图2-图7所示，为本自复位耗能支撑的具体安装步骤：

1、将由三个传力杆10和两个垫板11组成的两个构件穿插，并将软钢3放置到由三个传力杆10在两个垫板11之间形成的空隙中，垫板11内表面和软钢3受压面焊接连接，从而形成软钢阻尼器。

2、将凸型连接板7插进内套管2一端的凹槽，并焊接连接；第一端板5通过中间的通孔，插进凸形连接板7突出端。

3、将第一步所组成的软钢阻尼器插进内套管2内，传力杆10在端部与第一端板5焊接连接；将外套管1套进内套管2，并在两者空隙的四分点处布置导块13；传力杆10在端部与第二端板6焊接连接。

4、通过第一端板5和第二端板6上的孔洞中穿复位筋4，在第一端板5处通过锚具12锚固复位筋4，在第二端板6进行张拉，张拉完成后也通过锚具12锚固复位筋4。

5、将弧形焊接拼板9对称地焊接在外套管1的一端，其外伸部分与组合连接板8焊接连接。

6、将本装置的凸型连接板7和组合连接板8的端部，通过高强螺栓与建筑结构的支撑节点板连接，完成安装。

Claims (7)

1.一种自复位软钢耗能支撑，由外套管（1）、内套管（2）、软钢（3）、复位筋（4）、第一端板（5）、第二端板（6）、凸形连接板（7）、组合连接板（8）、弧形焊接拼板（9）、传力装置、夹片式锚具（12）和导块（13）组成，其特征在于：

所述传力装置由三个传力杆（10）和两个垫板（11）组成，第一垫板的一端焊接有第一传力杆和第二传力杆，并在第一垫板中央开有一个比第三比传力杆直径略大的第一通孔；第二垫板一端中央焊接有第三个传力杆，第二垫板上开有两个比第一传力杆和第二传力杆直径略大的第二通孔和第三通孔；所述第一传力杆和第二传力杆分别穿过第二垫板上相应的第二通孔和第三通孔，同时第三传力杆穿过第一垫板上相应的第一通孔，这样就由两个垫板（11）和三个传力杆（10）通过穿插组成传力装置；

传力装置置于内套管（2）内，第一垫板和第二垫板中间夹住两片软钢（3），两片软钢（3）搁置于由三个传力杆（10）和两个垫板（11）之间形成的空隙中，使软钢（3）在平面内受力，提供较大的初始刚度，满足小震下结构处于弹性变形，即“小震不倒”的要求；两个垫板内表面和软钢（3）受压面焊接连接，传力装置的两端分别焊接有第一端板（５）和第二端板（６）；内套管（2）一端开有凹槽，凸形连接板（7）一端穿进所述凹槽与内套管（2）焊接连接，第一端板（5）上设有与凸形连接板（7）突出端形状相匹配的第四通孔，凸型连接板（7）另一端穿过第一端板（5）上的第四通孔并且位于第一端板（5）外部；外套管（1）包住内套管（2），外套管（1）远离凸型连接板（7）的一端在其外表面对称焊有弧形焊接拼板（9），弧形焊接拼板（9）的外伸部分与组合连接板（8）焊接连接；第一端板（5）和第二端板（6）分别与内套管和外套管两侧端面接触，第一端板（５）表面开有供复位筋（4）穿过的第五通孔，第二端板（６）表面均开有供复位筋（4）穿过的第六通孔；内套管（2）内设有四根复位筋（4），每根复位筋（4）一端穿过第一端板（５）上的第五通孔，并通过锚具（12）与第一端板（５）连接，每根复位筋（４）另一端穿过第二端板（６）上的第六通孔，并通过锚具（12）与第二端板（６）连接；复位筋（4）预先施加适量的预应力，中震、大震下，软钢（3）通过塑性变形耗能，地震作用结束后通过复位筋（4）的预应力复位，满足“中震可修、大震不倒”的要求。

2.根据权利要求1所述的自复位软钢耗能支撑，其特征在于：外套管（1）和内套管（2）采用空心圆形截面，为了保证一定的刚度和稳定性的安全储备，壁厚不要太薄。

3.根据权利要求1所述的自复位软钢耗能支撑，其特征在于：为了达到在地震作用下，装置无论受拉还是受压，第一端板（５）和第二端板（６）都是做背向运动的目的，第一端板（５）或第二端板（６）与内套管、外套管之间仅有接触压力，无固接连接，第一端板（５）或第二端板（６）完全依靠复位筋（4）的预压应力压在内套管上，第一端板（５）或第二端板（６）的直径大小与外套管（1）的外直径相等。

4.根据权利要求1所述的自复位软钢耗能支撑，其特征在于：复位筋（4）采用强度高、变形能力好的高强钢绞线，相应的锚具（12）采用夹片式锚具YGM。

5.根据权利要求1所述的自复位软钢耗能支撑，其特征在于：软钢（3）采用塑性变形性能良好且初始刚度较大的平面几何形状，即单圆孔型软钢或双X型软钢。

6.根据权利要求1所述的自复位软钢耗能支撑，其特征在于：在外套管（1）和内套管（2）之间的空隙内设置导块（13），以保证外套管和内套管相互水平的运动方向，不至于内外套管产生摩擦、碰撞，导块（13）按照一定间距沿着纵向，在外套管（1）和内套管（2）之间空隙的四分点处布设，导块（13）应采用摩擦系数较小的材料制作，并适量涂一些润滑剂以减小摩擦。

7.根据权利要求1所述的自复位软钢耗能支撑，其特征在于：凸形连接板（7）和组合连接板（8）最外侧的突出部分均开有一定数量的螺栓孔，供该装置与建筑物的支撑节点用高强螺栓连接。