CN106703247A - 一种装配式自复位耗能支撑 - Google Patents

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刘学春
徐路
崔小雄
和心宁
商子轩
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    • E04—BUILDING
    • E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
    • E04H9/00—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate
    • E04H9/02—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate withstanding earthquake or sinking of ground
    • E04H9/021—Bearing, supporting or connecting constructions specially adapted for such buildings

Abstract

一种装配式自复位耗能支撑，包括内约束管、外约束管、宽耳板、抗剪铆钉、铅沙、外约束管耳板、隔板、固定端板、连接耳板、索、夹具和锚板。在工厂先将所述宽耳板、抗剪铆钉与内约束管焊接拼装，将所述外约束管耳板、隔板、连接耳板与外约束管焊接拼装，再将内约束管设置在外约束管内，将外约束管通过连接耳板由螺栓连接，然后将所述索插入内约束管中，再穿过固定端板的开孔，通过施加预应力将固定端板紧紧压在外约束管两端，张紧索并用夹具锚固在锚板上，最后将铅沙通过灌注孔注入形成铅心，即完成拼装。本发明的焊接和栓接拼装过程均在工厂完成，本发明实现装配化，抗剪铆钉与铅沙摩擦作用耗能效果显著、自复位能力强和工业化生产效率高等优点。

Description

一种装配式自复位耗能支撑
技术领域
本发明涉及一种装配式自复位耗能支撑，属于钢结构应用技术领域。
背景技术
目前多高层钢结构中，框架—支撑结构体系是应用最广泛的结构体系之一。作为一种较为新型的建筑类型，框架—支撑结构具有优良的抗震性能，对我国做好抗震防震工作意义重大。当地震作用发生时，钢支撑可承担大部分水平剪力，减少整体结构的水平位移。
传统的普通中心支撑在水平地震作用下容易发生侧向屈曲，特别是在往复的水平地震作用下，当结构的受力进入弹塑性范围内，楼层的抗剪能力和侧向刚度急剧下降，易导致结构发生整体失稳破坏；在传统的偏心支撑结构体系中，由于耗能梁段塑性变形较大，在震后极难修复。传统的防屈曲支撑构件是应用于多高层结构中的抗侧力耗能减震装置，在中震或大震作用下，防屈曲支撑构件在拉压时均能实现全截面充分屈服，又不出现支撑构件的整体或局部屈曲破坏，使原来通过主体结构梁端塑性铰的耗能方式转变为只在防屈曲支撑部件上集中耗能，从而较好地保护了主体结构；然而在大震作用下，防屈曲支撑的残余变形较大，相应的整体结构残余变形也较大。
这些传统的支撑构件且不具备自我修复能力，因此震后修复难度大、成本高且修复正常使用的时间长。
发明内容
本发明提出了一种以铆钉和铅沙摩擦作用为主要耗能方式且具有自复位、工业化生产效率高、便于修复等优点的装配式自复位耗能支撑。其目的是至少在一定程度上解决背景技术中的技术问题，体现出钢结构的优势。
本发明的技术方案如下：
一种装配式自复位耗能支撑，包括铅沙、内约束管⑴、宽耳板⑵、抗剪铆钉⑶、外约束管耳板⑷、外约束管⑸、隔板⑹、固定端板⑺、连接耳板⑻、索⑼、夹具⑽和锚板⑾。
所述宽耳板⑵焊接于内约束管⑴一端，所述抗剪铆钉⑶焊接于内约束管⑴中部位置，所述内约束管⑴设置在外约束管⑸内；所述外约束管⑸一端开有长槽孔，一端焊接有外约束管耳板⑷，所述隔板⑹焊接于外约束管⑸内侧中部位置，所述固定端板⑺由施加预应力的自复位体系紧紧压在外约束管⑸两端，所述连接耳板⑻沿外约束管⑸长度方向等间距焊接；所述索⑼施加预应力张拉后由夹具⑽锚固在锚板⑾上。
所述宽耳板⑵一端与建筑物相连，在宽耳板⑵上施加拉力和压力时，内约束管可在外约束管滑动，内约束管与铅沙发生相对运动，铅沙阻止抗剪铆钉⑶和内约束管滑动，耗散能量；可通过改变抗剪铆钉⑶的数量和布置位置，调整与铅沙之间的摩擦作用力，抗剪铆钉⑶沿内约束管⑴长度方向可布置成单排或多排，抗剪铆钉⑶在同一截面的布置数量、抗剪铆钉⑶的具体尺寸取决于支撑耗能大小和内约束管⑴尺寸。
所述外约束管⑸由两相同外槽钢通过螺栓拼装而成，外槽钢由三块钢板通过半熔透焊焊接而成，所开长槽孔宽度要比宽耳板⑵的厚度大1-2mm，以便宽耳板⑵在水平力作用下可滑动；外约束管耳板⑷一端与建筑物连接；隔板⑹所开孔洞直径应比外约束管⑴直径大1-2mm，以方便拼装；由于钢管⑴中部焊接有抗剪铆钉⑶，此处尺寸应比外约束管⑸的内部高度小，具体差值应利于所述内约束管⑴滑移；外约束管⑸中部应预设灌注孔，灌注孔的尺寸大小和具体位置，取决于铅沙灌注量和抗剪铆钉位置；当所述内约束管⑴与外约束管⑸拼装完成之后，内约束管⑴、外约束管⑸和隔板⑹组成密闭的空间，通过在外约束管⑸预设的灌注孔，灌注铅沙，完成之后封闭开孔，形成铅心。
所述索⑼、夹具⑽和锚板⑾组成自复位体系，所述自复位体系用于对外界拉力或压力作用下移位的内约束管进行复位。所述索⑼可采用钢绞线索、钢丝索和钢丝绳索；所述夹具⑽应与所述索⑼对应，将索⑼锚固在锚板⑾的外部；所述锚板⑾开有索孔，索孔的大小宜比所述索⑼大1-2mm，位置应与所述索⑼相对应。
所述的钢索⑼通过施加预应力使外约束管⑸两侧的固定端板⑺，紧紧压在外约束管⑸两侧，当地震等水平作用发生时，建筑物会对宽耳板⑵和外约束管耳板⑷施加压力或者拉力，内约束管⑴顶开外约束管⑸两侧固定端板⑺而发生滑移，同时固定端板⑺的滑移将一部分水平力传递给自复位体系的预应力索⑼，此时预应力索⑼的张拉力大于内约束管⑴的抗剪铆钉⑶与铅沙之间的摩擦阻力；当地震等水平作用发生后，索力克服内约束管⑴的抗剪铆钉⑶与铅沙的摩擦阻力，内约束管⑴被压回到外约束管⑸内，实现再复位。
以上所述的该装配式自复位耗能支撑的新形式应属于本发明保护的范围。
有益效果
本发明提出的一种装配式自复位耗能支撑，可以根据建筑结构体系设计的需要，灵活调整本发明耗能参数和自复位参数，以满足不同建筑结构耗能需求。本发明目的在于克服现有技术下的缺陷，在地震等水平作用下，自复位耗能支撑承担大部分水平剪力，抗剪铆钉与铅沙之间的产生相对运动，铅沙阻止抗剪铆钉的运动，耗散能量，减少整体结构的水平位移；并在地震等水平作用发生后，索力克服抗剪铆钉与铅沙的摩擦阻力，内约束管管被压回到外约束管内，实现支撑再复位，进而减少整个结构的残余变形。本发明所有部件均在工厂加工拼装完成，制作简单，易于拼装，可显著减少施工工期；在震后仅需要更换抗剪铆钉，可实现快速修复和降低修复成本的目的。
附图说明
图1是本发明实例1的整体示意图
图2是本发明实例1的整体分解图
图3是本发明实例1的内约束部件示意图
图4是本发明实例1的外约束部件示意图
图5是本发明实例1的外约束部件分解图
图6是本发明实例1的自复位体系示意图
图7是本发明实例2的整体示意图
图8是本发明实例2的整体分解图
图9是本发明实例3的整体分解图
图中，1-内约束管；2-宽耳板；3-抗剪铆钉；4-外约束管耳板；5-外约束管；6-隔板；7-固定端板；8-连接耳板；9-索；10-夹具；11-锚板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明，下面通过参考附图描述的实施例是实例型的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如附图1-附图6所示，本发明的焊接和栓接拼装过程均在工厂完成，在工厂先将所述宽耳板⑵、抗剪铆钉⑶与内约束管⑴焊接拼装，将所述外约束管耳板⑷、隔板⑹、连接耳板⑻和外约束管⑸焊接拼装，再将内约束管⑴设置在外约束管⑸内，然后将所述自复位体系的索⑼插入内约束管中，再穿过固定端板⑺的开孔，通过施加预应力将固定端板⑺紧紧压在外约束管⑸两端，张紧索⑼并用夹具⑽锚固在锚板⑾上，最后将铅沙通过灌注孔注入形成铅心，即完成拼装。
结合附图1-附图6对所述装配式自复位耗能支撑的工作过程进行描述：在地震等水平作用发生时，建筑物通过宽耳板⑵和外约束管耳板⑷向支撑施加拉力或压力，内约束管⑴在外约束管⑸内部发生滑移，抗剪铆钉⑶与铅沙发生相对运动，铅沙发生剪切变形，阻止抗剪铆钉⑶运动，铅沙与抗剪铆钉⑶发生摩擦作用而耗散能量；同时内约束管⑴运动会顶开外约束管⑸两侧的固定端板⑺，而固定端板⑺的运动会将一部分水平力传递给自复位体系的预应力索⑼，使预应力索⑼继续张拉，此时预应力索⑼的张拉力大于内约束管⑴与铅沙、抗剪铆钉⑴与铅沙的摩擦阻力之和；当地震等水平作用发生后，预应力索⑼的索力会克服内约束管⑴与铅沙、抗剪铆钉⑶与铅沙的摩擦阻力，带动固定端板⑺回移，固定端板⑺又将内约束管⑴压回到外约束管⑸内，实现支撑再复位。
如附图7和附图8所示，本实例与实例1的不同之处在于：所述外约束管⑸是圆形钢，隔板⑹是圆钢板，固定端板⑺是圆形钢板。
如附图9所示，本实例与实例1的不同之处在于：所述抗剪铆钉⑶为弧形抗剪钢板。

Claims (4)

1.一种装配式自复位耗能支撑，其特征在于：包括铅心、内约束管⑴、宽耳板⑵、抗剪铆钉⑶、外约束管耳板⑷、外约束管⑸、隔板⑹、固定端板⑺、连接耳板⑻、索⑼、夹具⑽和锚板⑾；
所述宽耳板⑵焊接于内约束管⑴一端，所述抗剪铆钉⑶焊接于内约束管⑴中部位置，所述内约束管⑴设置在外约束管⑸内；所述外约束管⑸一端开有长槽孔，另一端焊接有外约束管耳板⑷，所述隔板⑹焊接于外约束管⑸内侧中部位置，所述固定端板⑺由施加预应力的自复位体系紧紧压在外约束管⑸两端，所述连接耳板⑻沿外约束管⑸长度方向等间距焊接；所述索⑼施加预应力张拉后由夹具⑽锚固在锚板⑾上。
2.根据权利要求1所述的一种装配式自复位耗能支撑，其特征在于：支撑通过抗剪铆钉⑶与铅沙之间的摩擦作用耗散能量，在自复位机构作用下恢复到初始状态；所述的抗剪铆钉⑶焊接于内约束管⑴的中间位置，通过改变抗剪铆钉⑶的数量和布置位置，调整与铅沙的摩擦力，抗剪铆钉⑶沿内约束管⑴长度方向能布置成单排或多排。
3.根据权利要求1所述的一种装配式自复位耗能支撑，其特征在于：外约束管⑸通过连接耳板⑻由螺栓连接，在地震作用发生后，若抗剪铆钉⑶与铅沙的耗能部分发生损坏，拆卸后只需更换抗剪铆钉⑶。
4.根据权利要求1所述的一种装配式自复位耗能支撑，其特征在于：焊接和栓接拼装过程均在工厂完成，在工厂先将所述宽耳板⑵、抗剪铆钉⑶与内约束管⑴焊接拼装，将所述外约束管耳板⑷、隔板⑹、连接耳板⑻和外约束管⑸焊接拼装，再将内约束管⑴设置在外约束管⑸内，然后将所述自复位体系的索⑼插入内约束管中，再穿过固定端板⑺的开孔，通过施加预应力将固定端板⑺紧紧压在外约束管⑸两端，张紧索⑼并用夹具⑽锚固在锚板⑾上，最后将铅沙通过灌注孔注入形成铅心，即完成拼装。
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