CN107687282B - 一种装配式钢结构自复位耗能支撑装置 - Google Patents

一种装配式钢结构自复位耗能支撑装置 Download PDF

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Abstract

一种装配式钢结构自复位耗能支撑装置，属于结构工程技术领域，包括耗能系统、自复位系统和底座。其中耗能系统中立柱的宽度一侧是通长的，并且底部设有孔洞以便于索通过。黄铜板设置在耗能系统的两钢板之间，钢板之间通过螺栓连接，这个组合作为所述装置的耗能系统。钢索通过两个端板横向贯耗能系统，以此作为所述支撑的自复位系统。所述的耗能系统通过中间销轴和侧面螺栓连接成一体，并以销轴为中心形成了杠杆机制，使得立柱底部的横向位移在柱顶放大，同时钢索的变形不大，索力增加不大。此外通过预紧件的固定作用,可实现对装置刚度的调节,以满足建筑结构在正常使用和极限状态时对抗侧刚度和耗能的要求。

Description

一种装配式钢结构自复位耗能支撑装置
技术领域
本发明设计一种装配式钢结构自复位耗能支撑装置，属于结构工程技术领域。
背景技术
地震作为自然灾害之一，给人类的生存和发展造成了极大的威胁，并造成了极大的经济损失。我国位于环太平洋火山地震带西部，是世界上地震灾害最严重的国家之一，所以建筑结构的抗震减灾是一项重要的工作。抵御地震的方法由最初的抗震发展到现阶段的减震。框架—支撑结构体系是常用的双重抗侧力结构体系之一，支撑结构可以承担大部分水平剪力，减少整体结构的水平位移。传统的中心支撑结构在地震作用下易发生屈曲，造成脆性断裂影响整体结构的承载能力；传统的偏心支撑结构体系，耗能梁端塑性变形较大，震后难以修复；防屈曲支撑在大震作用后残余变形较大，相应的整体结构残余变形也较大，震后难以修复。针对这些不足，人们又提出了自复位防屈曲支撑，在地震作用下，自复位防屈曲支撑既能提供结构的抗侧刚度，又能耗散地震能量，地震作用后，支撑在自复位机构的作用下恢复到初始状态，进而减少整个结构的残余变形。但是在震后，支撑耗能内核发生破坏时，需要更换整根支撑，不能实现只更换起耗能作用的内核机构来修复支撑的目的，不仅施工不便，而且浪费钢材，修复成本也较高，而且支撑的布置影响门窗的布置。而索支撑结构中索的变形太大，索力增量大，结构不能产生足够的水平位移以满足抗震规范对延性结构的要求。
发明内容
本发明提出了一种属于结构工程技术领域的装配式钢结构自复位耗能支撑装置，其目的在于克服现有技术的缺陷，使结构在地震作用下，通过杠杆作用放大支撑底部钢索的变形使柱顶可以产生足够的满足抗震要求的水平位移。钢支撑作为耗能和自复位系统，可以减小或避免主体结构损伤，耗散地震能量和减小地震作用，最小化结构残余变形，减少震后修复费用及其间接经济损失，体现了钢结构的优势。
一种装配式钢结构自复位耗能装置，其特征在于：包括耗能系统、自复位系统和底座；
所述耗能系统包括立柱(1)、钢板Ⅰ(2)、长盖板(3)、短盖板Ⅰ(4)、黄铜板(5)、钢板Ⅱ(6)、短盖板Ⅱ(7)、螺栓(8)和销轴(9)；钢板Ⅰ(2)、短盖板Ⅰ(4)、黄铜板(5)、钢板Ⅱ(6)、短盖板Ⅱ(7)均有两块；两块钢板Ⅰ(2)、两块黄铜板(5)、两块钢板Ⅱ(6)在立柱前后对称布置，两块短盖板Ⅰ(4)、两块短盖板Ⅱ(7)在立柱左右对称布置；
所述的立柱(1)截面为长方形，其底部两个短边一侧设有孔洞，两个长边一侧通过焊接与钢板Ⅰ(2)连接；钢板Ⅰ(2)上设有螺栓孔和销轴孔，长盖板(3)焊接于钢板Ⅰ(2)的下部，短盖板Ⅰ(4)焊接于钢板Ⅰ(2)的上部；黄铜板(5)也设有螺栓孔，焊接于钢板Ⅰ(2)的外表面并且螺栓孔重合；所述的钢板Ⅱ(6)设有螺栓孔和销轴孔，通过螺栓(8)与钢板Ⅰ(2)和黄铜板(5)连接，其下与底座通过焊接连接，上部焊接短盖板Ⅱ(7)；所述的销轴(9)安装于预设的销轴孔中；
所述自复位系统包括套头(10)、锚具(11)和钢索(12)；所述自复位系统贯穿耗能系统，两者协同工作；所述钢索(12)穿过立柱(1)下部短边一侧设置的孔洞，并用锚具(11)在立柱(1)外侧固定，钢索(12)两端穿过套头(10)并通过锚具(11)固定；所述套头(10)与钢板Ⅰ(2)和钢板Ⅱ(6)的端部紧挨但不连接；
所述底座包括钢梁(13)和肋板(14)；所述的耗能系统通过钢板Ⅱ(6)与底座上表面焊接，构成支撑的整体结构。
所述的立柱上部与框架的上梁连接，底座与下梁连接，或者将支撑结构反过来使用，将底座与框架梁连接而立柱与下梁连接，均可构成框架—支撑结构体系。
销轴在钢板Ⅰ、钢板Ⅱ的中心位置，钢板Ⅱ固定于底座，使得钢板Ⅰ能够以销轴为中心转动，形成杠杆机制，黄铜板附着于钢板Ⅰ上；在立柱柱顶水平位移作用下立柱转动，通过以销轴为中心的杠杆作用，使钢板Ⅰ的转动，从而通过黄铜板与钢板Ⅱ摩擦来耗能；
钢索穿过立柱下部预设的孔洞，并用锚具固定，端部穿过套头并通过锚具施加预紧力使其固定并能调节结构刚度；在立柱柱顶水平力作用下，耗能系统转动，其两侧的套头被挤压而向外偏转，使钢索伸长，钢索拉力增加，水平力消失后，钢索拉力作为弹性恢复力使耗能系统恢复到原来的位置，从而使结构具有自复位功能。
该支撑装置的底部钢索变形通过杠杆原理放大，使立柱顶部产生足够的水平位移以满足抗震规范对延性结构最大层间位移角的要求，而放大倍数通过调整支撑高度和钢索位置来实现。
所述的立柱上部与框架的上梁连接，底座与下梁连接，也可以将支撑结构反过来使用，将底座与框架梁连接而立柱与下梁连接，均可构成框架—支撑结构体系，并且不影响框架空间门窗的设置。
有益效果
传统框架—支撑结构体系的拉索支撑结构，在受到柱顶水平力作用时，由于索的变形大，相应的索力增量大，使得体系不能产生足够的满足抗震要求的层间位移；而本发明的支撑的底部钢索变形很小，杠杆原理将此变形放大，使立柱顶部可产生足够的水平位移以满足抗震规范对延性结构最大层间位移角的要求，而放大倍数可以根据实际需要调整支撑高度和钢索位置来实现；在柱顶水平力作用下，耗能系统转动，其两侧的套头被挤压而向外偏转，使钢索伸长，钢索拉力增加，水平力消失后，钢索拉力作为弹性恢复力使耗能系统恢复到原来的位置，从而减小结构的残余变形，使结构具有自复位功能；结构通过耗能系统转动时黄铜片与钢板的摩擦来耗能。相比于传统斜撑结构，本发明为直立结构，不影响门窗的设置。在地震后，耗能系统的螺栓破坏时易于更换来进行结构的修复，而且竖向支撑安装方便，降低了现场施工的工作量，节约了大量人力物力，减少施工工期。
附图说明
图1是本发明的整体装配图
图2是本发明的分解图
图3是本发明的耗能系统示意图
图4是本发明的耗能系统分解图
图5是本发明的自复位系统示意图
图6是本发明的自复位系统分解图
其中，1-立柱、2-钢板Ⅰ、3-长盖板、4-短盖板Ⅰ、5-黄铜板、6-钢板Ⅱ、7-短盖板Ⅱ、8-螺栓、9-销轴、10-套头、11-锚具、12-钢索、13-钢梁、14-肋板。
具体实施方式
以下结合附图，用实施例为例，对本实用新型发明作进一步描述：
如附图1、2所示，本发明的拼装过程可以在工厂完成，在工厂先将耗能系统拼接完成，然后将其焊接于底座钢梁上，自复位系统拼装于耗能系统中，张紧索并用锚具锚固后，完成该支撑的加工。现场只需将立柱和框架梁连接。
如附图3、4所示，本发明的耗能系统在拼接过程在工厂完成，立柱截面为方状，其底部短边一侧设有孔洞，两个长边一侧通过焊接与钢板Ⅰ连接；钢板Ⅰ上设有螺栓孔和销轴孔，长盖板焊接于钢板Ⅰ的下部，短盖板Ⅰ焊接于钢板Ⅰ的上部；黄铜板也设有螺栓孔和销轴孔，焊接于钢板Ⅰ的外表面并且螺栓孔重合；钢板Ⅱ设有长螺栓孔和销轴孔，通过螺栓与钢板Ⅰ和黄铜板连接，其下与底座通过焊接连接，上部焊接短盖板Ⅱ；销轴安装于预设的销轴孔中，形成转动机制。
如附图5、6所示，表现了本发明的自复位系统拼装。钢索穿过立柱下部短边一侧设置的孔洞并通过锚具固定，钢索两端再穿过套头并通过锚具固定；所述套头与钢板Ⅰ和钢板Ⅱ的端板紧挨但不通过焊接连接。

Claims (4)

1.一种装配式钢结构自复位耗能支撑装置，其特征在于：包括耗能系统、自复位系统和底座；
所述耗能系统包括立柱(1)、钢板Ⅰ(2)、长盖板(3)、短盖板Ⅰ(4)、黄铜板(5)、钢板Ⅱ(6)、短盖板Ⅱ(7)、螺栓(8)和销轴(9)；钢板Ⅰ(2)、短盖板Ⅰ(4)、黄铜板(5)、钢板Ⅱ(6)、短盖板Ⅱ(7)均有两块；两块钢板Ⅰ(2)、两块黄铜板(5)、两块钢板Ⅱ(6)在立柱前后对称布置，两块短盖板Ⅰ(4)、两块短盖板Ⅱ(7)在立柱左右对称布置；
所述的立柱(1)截面为长方形，其底部两个短边一侧设有孔洞，两个长边一侧通过焊接与钢板Ⅰ(2)连接；钢板Ⅰ(2)上设有螺栓孔和销轴孔，长盖板(3)焊接于钢板Ⅰ(2)的下部，短盖板Ⅰ(4)焊接于钢板Ⅰ(2)的上部；黄铜板(5)也设有螺栓孔，焊接于钢板Ⅰ(2)的外表面并且螺栓孔重合；所述的钢板Ⅱ(6)设有螺栓孔和销轴孔，通过螺栓(8)与钢板Ⅰ(2)和黄铜板(5)连接，其下与底座通过焊接连接，上部焊接短盖板Ⅱ(7)；所述的销轴(9)安装于预设的销轴孔中；
所述自复位系统包括套头(10)、锚具(11)和钢索(12)；所述自复位系统贯穿耗能系统，两者协同工作；所述钢索(12)穿过立柱(1)下部短边一侧设置的孔洞，并用锚具(11)在立柱(1)外侧固定，钢索(12)两端穿过套头(10)并通过锚具(11)固定；所述套头(10)与钢板Ⅰ(2)和钢板Ⅱ(6)的端部紧挨但不连接；
所述底座包括钢梁(13)和肋板(14)；所述的耗能系统通过钢板Ⅱ(6)与底座上表面焊接，构成支撑的整体结构。
2.根据权利要求1所述的一种装配式钢结构自复位耗能支撑装置，其特征在于：
所述的立柱上部与框架的上梁连接，底座与下梁连接，或者将支撑结构反过来使用，将底座与框架的上梁连接而立柱与下梁连接，均可构成框架—支撑结构体系。
3.根据权利要求1所述的一种装配式钢结构自复位耗能支撑装置，其特征在于：
销轴在钢板Ⅰ、钢板Ⅱ的中心位置，钢板Ⅱ固定于底座，使得钢板Ⅰ能够以销轴为中心转动，形成杠杆机制，黄铜板附着于钢板Ⅰ上；在立柱柱顶水平位移作用下立柱转动，通过以销轴为中心的杠杆作用，使钢板Ⅰ的转动，从而通过黄铜板与钢板Ⅱ摩擦来耗能；
钢索穿过立柱下部预设的孔洞，并用锚具固定，端部穿过套头并通过锚具施加预紧力使其固定并能调节结构刚度；在立柱柱顶水平力作用下，耗能系统转动，其两侧的套头被挤压而向外偏转，使钢索伸长，钢索拉力增加，水平力消失后，钢索拉力作为弹性恢复力使耗能系统恢复到原来的位置，从而使结构具有自复位功能。
4.根据权利要求1所述的一种装配式钢结构自复位耗能支撑装置，其特征在于：
该支撑装置的底部钢索变形通过杠杆原理放大，使立柱顶部产生足够的水平位移以满足抗震规范对延性结构最大层间位移角的要求，而放大倍数通过调整支撑高度和钢索位置来实现。
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