CN107476183A - 自复位耗能连接装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了自复位耗能连接装置，适用于桥梁及建筑结构的抗震设计和抗震加固，属于桥梁建筑领域。该装置位于桥梁梁体与桥墩之间。装置内部中央设置弹簧，在弹簧两侧设置软钢耗能杆件，装置外侧为由外限位板与内限位板形成的可滑动嵌套式结构。利用弹簧的弹性恢复力、软钢耗能杆件的塑性滞回变形耗能原理以及可滑动嵌套式结构限制过大位移的产生，同时帮助结构恢复部分变形，使得桥梁节点变形得到约束。该装置以位移为激励源，不仅可以消耗地震输入给结构的能量，而且具有非常好的限位和自复位功能，较好地满足限制结构的地震变形需求，为震后结构修缮加固和应急使用提供技术支持。造价低廉、技术要求较低、耐久性好、便于维修与检查。

Description

自复位耗能连接装置
技术领域
本发明涉及一种自复位耗能连接装置，具有自复位和限位功能的新型阻尼器，属于桥梁建筑领域。
背景技术
在地震中桥梁的桥墩是易损构件，设计时人为地将墩底和墩顶按塑性区域设计，以便增加结构的延性，消耗地震能量，降低桥梁结构的地震响应。大量桥梁震害特征表明，桥墩的塑性铰区域虽然可以在中等地震情况下消耗地震能量，但在强震时会导致结构震后变形过大甚至坍塌，致使桥梁丧失震后应急使用功能和震后可修复性。目前应用于桥梁或建筑结构减震的常规阻尼器虽然能有效削弱地震输入的能量，降低结构的地震响应，但多不具备提高结构震后自复位功能。因此有必要提出一种自复位耗能连接装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有限制变形、提高结构震后自复位功能的自复位耗能连接装置，是具有自复位和限位功能的新型阻尼器。该装置具有造价低廉、技术要求低、耐久性好、便于维修与检查等特点。本发明可克服现有常规阻尼器无法同时兼顾技术与经济的要求、不能提高结构震后可修复性等缺点。自复位耗能连接装置与常规阻尼器、BRB(Buckling Restrained Brace屈曲约束支撑)等装置相比，不仅可以消耗地震输入给结构的能量，而且具有非常好的限位和自复位功能，能够较好地满足限制结构的地震变形需求，提高结构的震后自复位能力，增强其震后应急使用功能和可修复性。本发明不仅可以用于桥梁等新建结构的抗震设计，也可以用于既有结构的抗震加固改造领域。
本发明的技术方案是自复位耗能连接装置，该装置的横截面为矩形，该装置由外限位板1、内限位板2、软钢耗能杆件3、内侧挡板4、弹簧5和外侧挡板6组成，外限位板1包括上顶板和外板，上顶板与装置两侧的外板连接后形成一个整体；内限位板2包括底板和内板，底板和装置两侧的内板连接后形成一个整体；外限位板1套在内限位板2的外侧，外限位板1和内限位板2之间重叠一定长度，同时在外限位板1和内限位板2的两端均设有限位块，保证外限位板1和内限位板2之间能够相互滑动且互不分离，形成可滑动嵌套式结构；弹簧5两端分别连接在上顶板和下底板之间，弹簧5处于整个装置中心；软钢耗能杆件3置于弹簧5的两侧，并与上顶板与下底板连接固定，软钢耗能杆件3与弹簧5通过内侧挡板4隔开，以防止软钢耗能杆件3变形时挤压弹簧5。外侧挡板6通过螺栓与外限位板1相连。
装置的上端通过螺栓与桥梁梁体相连，装置的下端通过螺栓与桥墩相连，装置整体呈40～50度放置。
整个装置的长度与宽度根据实际工程作适当调节，以满足减震需要。
软钢耗能杆件的材料采用低屈服应力的钢材，保证在地震作用下进入塑性变形状态，并通过滞回变形消耗地震能量。
外限位板与内限位板之间的重叠长度根据工程需要和工艺要求选择。重叠长度满足内限位块到上顶板的距离小于外限位块的长度，防止该装置在受压状态下、内限位板嵌入装置内部无法出来。
内限位块到上顶板的距离与内限位块到外限位块的距离相等，使装置在地震作用下受拉与受压移动的最大位移相等，充分发挥性能。
正常状态下，该装置通过弹簧5的自由伸缩与软钢耗能杆件3在弹性范围内的自由变形满足桥梁微小变形需求。
中、小地震状态下，桥梁桥面与墩及承台之间的刚性节点截面达到极限承载力形成塑性铰，水平位移失去限制，以位移为激励源，使阻尼器内软钢耗能杆件3进入塑性阶段，通过塑性阶段的塑性滞回变形来消耗地震能量，削弱地震响应；装置内弹簧5被压缩或拉伸，产生弹性恢复力，使变形得到部分恢复，减小节点变形。由外限位板1和内限位板2形成的可错动嵌套式结构适应变形需求使得阻尼器自身不至于被损坏严重，失去其保护功能；
大地震状态下，桥梁桥面与墩及承台之间刚性节点变成塑性铰，同时产生过大变形，软钢耗能杆件3和弹簧5发挥各自的位移限制功能已不足以满足地震变形要求，通过外限位板1和内限位板2形成的可滑动嵌套式结构约束过大位移的产生，保证结构不至于彻底坍塌产生大型人身安全事故。
本发明的积极效果是：
本发明设计的一种以位移作为激励源的自复位耗能连接装置，具有技术简便，造价低廉，耐久性好，便于维修检查的特点。该阻尼器不仅能够消耗地震输入的能量，有效降低地震的动力响应，提高结构整体抗震性能，而且还可以限制地震时结构的位移，利用弹簧的弹性恢复力、软钢耗能杆件的塑性滞回变形耗能原理以及内外限位板形成的可滑动嵌套式结构限制过大位移的产生，同时帮助结构恢复部分变形，使得桥梁节点变形得到约束，提高结构的震后自复位能力，避免结构发生垮塌，为震后结构修缮加固和应急使用提供技术支持，增强结构的震后应急使用功能(桥梁的临时救灾通行能力、结构的救援逃生能力)和可修复性。
附图说明
图1.1是本发明正常工作状态下模型图；
图1.2是本发明正常工作状态下的结构图；
图2是本发明模型A-A截面剖面图；
图3是本发明受拉状态下模型图；
图4是本发明受压状态下模型图；
图5是本发明正常工作状态下工作原理图；
图6是本发明地震突发时工作原理图；
图中，1、外限位板；2、内限位板；3、软钢耗能杆件；4、内侧挡板；5、弹簧；6、外侧挡板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
本实施例的结构如图1.1-1.2所示，一种具有自复位功能、限位功能的自复位耗能连接装置，该装置由外限位板1、内限位板2、软钢耗能杆件3、内侧挡板4、弹簧5、外侧挡板6组成。
外限位板1与内限位板2相互嵌套，外限位板1沿内限位板2表面发生相对滑动，同时由于外限位板1与内限位板2设有限位块，保证两者互不分离；装置中间为弹簧5，两端分别嵌固于上顶板和下底板。弹簧5两侧设置软钢耗能杆件3，分别与上顶板和下底板相连。其中在软钢耗能杆件3和弹簧5之间设有内侧挡板4，隔离软钢耗能杆件3与弹簧5，保证该装置正常工作。
如图1.1-1.2所示，正常状态下，所述的自复位耗能连接装置通过弹簧5的自由伸缩与软钢耗能杆件3在弹性范围内的自由变形满足桥梁微小变形需求。
如图3、图4所示，中、小地震状态下，桥梁桥面与墩及承台之间的刚性节点截面达到极限承载力形成塑性铰，水平位移失去限制，以位移为激励源，使阻尼器内软钢耗能杆件3进入塑性阶段，通过其塑性滞回变形来消耗地震能量，减小节点变形；装置内弹簧5被压缩或拉伸，产生弹性恢复力，使得变形部分恢复，由外限位板1和内限位板2形成的可错动嵌套式结构适应变形需求使得阻尼器自身不至于被损坏严重而失去其保护功能；
大地震状态作用下，桥梁桥面与墩及承台之间刚性节点变成塑性铰，同时产生过大变形，弹簧5和软钢耗能杆件3发挥各自的位移限制功能已不足以满足地震变形要求，通过外限位板1和内限位板2形成的可滑动嵌套式结构约束过大位移的产生，保证结构不至于彻底坍塌产生大型人身安全事故。
以上所述，只是本发明的最佳实施例，并未对本发明做任何形式上的限制，任何未脱离本方案的技术发明方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同变化与修饰，都应视为本发明方案的技术范畴，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.自复位耗能连接装置，其特征在于：该装置的横截面为矩形，该装置由外限位板(1)、内限位板(2)、软钢耗能杆件(3)、内侧挡板(4)、弹簧(5)和外侧挡板(6)组成，外限位板(1)包括上顶板和外板，上顶板与装置两侧的外板连接后形成一个整体；内限位板(2)包括底板和内板，底板和装置两侧的内板连接后形成一个整体；外限位板(1)套在内限位板(2)的外侧，外限位板(1)和内限位板(2)之间重叠一定长度，同时在外限位板(1)和内限位板(2)的两端均设有限位块，保证外限位板(1)和内限位板(2)之间能够相互滑动且互不分离，形成可滑动嵌套式结构；弹簧(5)两端分别连接在上顶板和下底板之间，弹簧(5)处于整个装置中心；软钢耗能杆件(3)置于弹簧(5)的两侧，并与上顶板与下底板连接固定，软钢耗能杆件(3)与弹簧(5)通过内侧挡板(4)隔开，以防止软钢耗能杆件(3)变形时挤压弹簧(5)；外侧挡板(6)通过螺栓与外限位板(1)相连。
2.根据权利要求1所述的自复位耗能连接装置，其特征在于：装置的上端通过螺栓与桥梁梁体相连，装置的下端通过螺栓与桥墩相连，装置整体呈40～50度放置。
3.根据权利要求1所述的自复位耗能连接装置，其特征在于：整个装置的长度与宽度根据实际工程作适当调节，以满足减震需要。
4.根据权利要求1所述的自复位耗能连接装置，其特征在于：软钢耗能杆件的材料采用低屈服应力的钢材，保证在地震作用下进入塑性变形状态，并通过滞回变形消耗地震能量。
5.根据权利要求1所述的自复位耗能连接装置，其特征在于：外限位板与内限位板之间的重叠长度根据工程需要和工艺要求选择；重叠长度满足内限位块到上顶板的距离小于外限位块的长度，防止该装置在受压状态下、内限位板嵌入装置内部无法出来。
6.根据权利要求1所述的自复位耗能连接装置，其特征在于：内限位块到上顶板的距离与内限位块到外限位块的距离相等，使装置在地震作用下受拉与受压移动的最大位移相等，充分发挥性能。
7.根据权利要求1所述的自复位耗能连接装置，其特征在于：正常状态下，该装置通过弹簧(5)的自由伸缩与软钢耗能杆件(3)在弹性范围内的自由变形满足桥梁微小变形需求。
8.根据权利要求1所述的自复位耗能连接装置，其特征在于：中、小地震状态下，桥梁桥面与墩及承台之间的刚性节点截面达到极限承载力形成塑性铰，水平位移失去限制，以位移为激励源，使阻尼器内软钢耗能杆件(3)进入塑性阶段，通过塑性阶段的塑性滞回变形来消耗地震能量，削弱地震响应；装置内弹簧(5)被压缩或拉伸，产生弹性恢复力，使变形得到部分恢复，减小节点变形；由外限位板(1)和内限位板(2)形成的可错动嵌套式结构适应变形需求使得阻尼器自身不至于被损坏严重，失去其保护功能。
9.根据权利要求1所述的自复位耗能连接装置，其特征在于：大地震状态下，桥梁桥面与墩及承台之间刚性节点变成塑性铰，同时产生过大变形，软钢耗能杆件(3)和弹簧(5)发挥各自的位移限制功能已不足以满足地震变形要求，通过外限位板(1)和内限位板(2)形成的可滑动嵌套式结构约束过大位移的产生，保证结构不至于彻底坍塌产生大型人身安全事故。
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