CN108316732A - 一种t形h型钢预应力自复位摩擦耗能支撑 - Google Patents

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Abstract

一种T形H型钢预应力自复位摩擦耗能支撑，属于结构工程技术领域。支撑包括耗能系统和底座，耗能系统包括耗能系统内核和耗能系统外壳，耗能系统中的钢索、套头等构件有自复位功能。立柱底部两翼缘预设孔洞以便于钢索通过，底部腹板预设销轴孔以便于销轴通过。耗能系统内核以销轴为中心转动，与套头进行摩擦耗能；同时，两侧套头被耗能系统内核挤压而向外偏转，使钢索伸长，钢索拉力增加，水平荷载消失后，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；杠杆机制将钢索当中产生的变形放大，柱顶产生足够的层间位移，使结构满足抗震规范对延性结构最大层间位移角的要求。

Description

一种T形H型钢预应力自复位摩擦耗能支撑
技术领域
本发明设计一种T形H型钢预应力自复位摩擦耗能支撑，属于结构工程技术领域。
背景技术
我国位于世界两大地震带―环太平洋地震带与欧亚地震带之间，是世界上地震灾害最严重的国家之一，建造抗震性能好的建筑是保障人身安全和财产安全的重要前提，所以有必要重视对建筑结构的抗震减灾工作。
钢结构具有材料强度高，工业化及产业化程度高，施工周期短，抗震性能好等诸多优点。钢框架―支撑结构是适用于多高层钢结构的常用结构形式之一，在水平地震作用下，支撑承担大部分水平荷载，增强结构的抗侧移能力。传统的中心支撑结构在地震作用下容易发生屈曲，导致其承载力及刚度迅速下降，若框架梁柱的承载能力有限，则结构的安全性能降低。传统的偏心支撑结构，耗能梁段在强震中破坏严重，震后修复困难。采用防屈曲支撑，虽然能防止支撑发生失稳破坏，但是防屈曲支撑制作工艺复杂，造价高，震后残余变形较大，支撑损伤程度难以确定，防屈曲支撑与框架的连接节点设置不合理时，节点失效将使得其无法发挥良好的抗震性能。传统的索支撑结构中索的变形太大，使得索力增量大，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。斜隅支撑的设计通常借鉴偏心支撑的研究成果，缺乏相关的试验及理论分析。所以，如果支撑本身不发生失稳破坏的前提下还能兼具耗能及自复位功能，这对结构震后修复是便捷的。专利“一种装配式钢结构H型钢自复位耗能支撑装置”中，结构通过耗能系统转动时黄铜板与钢板的摩擦来耗能，施工工艺复杂，本专利提出了一种T形H型钢预应力自复位摩擦耗能支撑。
发明内容
本发明提出了一种属于结构工程技术领域的T形H型钢预应力自复位摩擦耗能支撑。其目的在于提高结构的抗侧移能力，为结构提供耗能和自复位功能，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，为震后结构修复提供方便。结构在地震作用下，通过转动机制的杠杆作用放大支撑底部钢索的微小变形，使柱顶可以产生足够的满足抗震要求的水平位移。在地震后替换支撑的摩擦耗能部分，就可实现支撑功能的修复，从而可以提高修复速度，降低修复成本。
为实现上述目的，本发明提供一种T形H型钢预应力自复位摩擦耗能支撑，其特征在于：包括耗能系统和底座；
所述耗能系统包括立柱(1)、钢板Ⅰ(2)、翼缘板Ⅰ(3)、翼缘板Ⅱ(4)、腹板(5)、钢板Ⅱ(6)、短盖板(7)、销轴(8)、套头(11)、钢索(12)和锚具(13)；所述底座包括钢梁(14)；
所述耗能系统中钢板Ⅰ(2)、翼缘板Ⅰ(3)、翼缘板Ⅱ(4)、腹板(5)形成耗能系统内核，钢板Ⅱ(6)、短盖板(7)形成耗能系统外壳。
所述立柱(1)截面为H形，其底部两翼缘预设孔洞，其底部腹板预设销轴孔；立柱(1)下端与翼缘板Ⅰ(3)焊接，立柱(1)下端一侧与翼缘板Ⅱ、腹板和短盖板焊接，立柱(1)下端另一侧也与翼缘板Ⅱ、腹板和短盖板焊接；所述钢板Ⅰ(2)和腹板(5)下部与翼缘板Ⅰ(3)焊接，钢板Ⅰ(2)和腹板(5)上部与翼缘板Ⅱ(4)焊接；所述的钢板Ⅱ(6)预设销轴孔，其下部与底座钢梁(14)焊接，其上部与短盖板(7)焊接；所述的销轴(8)安装于预设的销轴孔中，形成转动机制；所述钢索(12)穿过立柱(1)下部翼缘一侧预设的孔洞和套头(11)预设的孔洞，在套头外侧通过锚具(13)锚固；所述套头(11)与钢板Ⅰ(2)、翼缘板Ⅰ(3)、翼缘板Ⅱ(4)、腹板(5)和钢板Ⅱ(6)的端部紧挨，但不焊接；
所述销轴在立柱腹板下部、钢板Ⅱ的中心位置，钢板Ⅱ焊接于底座的钢梁，使得立柱、钢板Ⅰ在内的耗能系统内核以销轴为中心转动，形成转动机制。
2、进一步，在立柱(1)的最上层孔洞周围焊接加强板(9)。
3、进一步，耗能系统两侧套头在钢索预紧力的作用下被压紧在内核和外壳两侧的端面上，在柱顶水平荷载作用下，立柱和耗能系统内核绕着销轴在耗能系统外壳中转动，其两侧套头被耗能系统内核挤压而向外偏转，耗能系统内核以销轴为中心转动，内核两端端面有向上和向下的弧线运动，从而与紧挨的套头的接触面发生相对运动，产生摩擦，进行结构的耗能。
4、进一步，所述钢索通过立柱和套头预设的孔洞水平布置在耗能系统中，通过锚具在套头外侧锚固，产生变形，通过杠杆原理将此变形放大，立柱顶端产生足够的满足抗震要求的层间位移，使结构满足抗震规范对延性结构最大层间位移角的要求，放大系数根据实际工程通过调整支撑装置高度和/或钢索位置来实现。
5、进一步，耗能系统两侧套头在钢索预紧力的作用下被压紧在内核和外壳两侧的端面上，在柱顶水平荷载作用下，立柱和耗能系统内核绕着销轴在耗能系统外壳中转动，其两侧套头被耗能系统内核挤压而向外偏转，使钢索伸长，钢索拉力增加，水平荷载消失后，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。
6、进一步，所述立柱上部与框架上梁连接，底座与框架下梁连接，或者将支撑结构反过来使用，底座与框架上梁连接，立柱与框架下梁连接，均构成框架—支撑结构体系。该支撑为竖向支撑，并不影响门窗的设置。
7、进一步，所述销轴采用中间粗、两端细的形状；所述钢条分别与短盖板、底座钢梁和钢板Ⅱ焊接，当耗能系统转动的时候，避免套头端部预先触碰到短盖板和底座钢梁，从而引起过大的挠度和应力。
8、进一步，短盖板(7)钢板Ⅱ(6)之间焊接有钢条；底座钢梁(14)和钢板Ⅱ(6)之间焊接有钢条。
9、进一步，钢索是钢绞线、钢丝绳、纤维束或者形状记忆合金等高强材料。
有益效果
传统的框架―索支撑结构，在受到柱顶水平荷载作用时，由于索的变形大，使得索力增量也大，从而导致框架索支撑体系不能产生足够的满足抗震要求的层间位移，索的优势也没有完全发挥出来。本发明支撑中柱顶受到水平荷载，使立柱(1)和内核绕着销轴转动，内核挤压套头(11)，使套头(11)法向转动，使钢索伸长，产生微小变形，通过转动机制的杠杆原理将此微小变形放大，使立柱(1)顶端产生足够的满足抗震要求的层间位移，使结构满足抗震规范对延性结构最大层间位移角的要求，放大系数可以根据实际工程通过调整支撑装置高度和钢索(12)位置来实现。
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局部示意图
图4是本发明的耗能系统局部分解图
图5是本发明的自复位系统局部示意图
图6是本发明的自复位系统局部分解图
其中，1-立柱、2-钢板Ⅰ、3-翼缘板Ⅰ、4-翼缘板Ⅱ、5-腹板、6-钢板Ⅱ、7-短盖板、8-销轴、9-加强板、10-钢条、11-套头、12-钢索、13-锚具、14-钢梁、15-肋板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明：
耗能系统两侧套头(11)在钢索(12)预紧力的作用下被压紧在内核和外壳两侧的端面上，在柱顶水平荷载作用下，立柱(1)和耗能系统内核绕着销轴(8)在耗能系统外壳中转动，其两侧套头(11)被耗能系统内核挤压而向外偏转，使钢索(12)伸长，钢索(12)拉力增加，水平荷载消失后，钢索(12)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。
耗能系统两侧套头在钢索(12)预紧力的作用下被压紧在内核和外壳两侧的端面上，在柱顶水平荷载作用下，立柱(1)和耗能系统内核绕着销轴(8)在耗能系统外壳中转动，其两侧套头(11)被耗能系统内核挤压而向外偏转，耗能系统内核以销轴为中心转动，内核两端端面有向上和向下的弧线运动，从而与紧挨的套头的接触面发生相对运动，产生摩擦，进行结构的耗能。
在地震后，支撑的摩擦耗能部分破坏时便于更换来进行结构的修复，竖向支撑便于安装，降低现场施工的工作量，节约人力物力，减少施工工期，也有利于门窗的设置。
所述加强板(9)焊接在立柱(1)两翼缘预设的最上层孔洞周围，在耗能系统转动的时候，避免最上层钢索(12)的变形过大，将立柱(1)孔洞挤压变形。
如附图3和附图4所示，钢条(10)分别与短盖板(7)、底座钢梁(14)和钢板Ⅱ(6)焊接，当耗能系统转动的时候，避免套头(11)端部预先触碰到短盖板(7)和底座钢梁(14)，从而引起过大的挠度和应力。
如附图1和附图2所示，本发明可以在工厂进行拼装，先将耗能系统的局部拼装完成，然后将其焊接于底座钢梁上，将钢索穿过立柱翼缘预设孔洞和套头预设孔洞，张紧后用锚具将其锚固在套头端部。现场只需将支撑与框架梁进行连接。
如附图2所示，所述销轴采用中间粗、两端细的形状；所述加强板焊接在立柱两翼缘预设的最上层孔洞周围，在耗能系统转动的时候，避免最上层钢索的变形过大，将立柱孔洞挤压变形。
如附图1、附图5和附图6所示，所述钢索通过套头预设的孔洞，并在套头两端通过锚具进行锚固；所述套头与钢板Ⅰ、翼缘板Ⅰ、翼缘板Ⅱ、腹板和钢板Ⅱ的端部紧挨，但不焊接。

Claims (9)

1.一种T形H型钢预应力自复位摩擦耗能支撑，其特征在于：包括耗能系统和底座；
所述耗能系统包括立柱(1)、钢板Ⅰ(2)、翼缘板Ⅰ(3)、翼缘板Ⅱ(4)、腹板(5)、钢板Ⅱ(6)、短盖板(7)、销轴(8)、套头(11)、钢索(12)和锚具(13)；所述底座包括钢梁(14)；
所述耗能系统中钢板Ⅰ(2)、翼缘板Ⅰ(3)、翼缘板Ⅱ(4)、腹板(5)形成耗能系统内核，钢板Ⅱ(6)、短盖板(7)形成耗能系统外壳。
所述立柱(1)截面为H形，其底部两翼缘预设孔洞，其底部腹板预设销轴孔；立柱(1)下端与翼缘板Ⅰ(3)焊接，立柱(1)下端一侧与翼缘板Ⅱ、腹板和短盖板焊接，立柱(1)下端另一侧也与翼缘板Ⅱ、腹板和短盖板焊接；所述钢板Ⅰ(2)和腹板(5)下部与翼缘板Ⅰ(3)焊接，钢板Ⅰ(2)和腹板(5)上部与翼缘板Ⅱ(4)焊接；所述的钢板Ⅱ(6)预设销轴孔，其下部与底座钢梁(14)焊接，其上部与短盖板(7)焊接；所述的销轴(8)安装于预设的销轴孔中，形成转动机制；所述钢索(12)穿过立柱(1)下部翼缘一侧预设的孔洞和套头(11)预设的孔洞，在套头外侧通过锚具(13)锚固；所述套头(11)与钢板Ⅰ(2)、翼缘板Ⅰ(3)、翼缘板Ⅱ(4)、腹板(5)和钢板Ⅱ(6)的端部紧挨，但不焊接；
所述销轴在立柱腹板下部、钢板Ⅱ的中心位置，钢板Ⅱ焊接于底座的钢梁，使得立柱、钢板Ⅰ在内的耗能系统内核以销轴为中心转动，形成转动机制。
2.根据权利要求1所述的一种T形H型钢预应力自复位摩擦耗能支撑，其特征在于：在立柱(1)的最上层孔洞周围焊接加强板(9)。
3.根据权利要求1所述的一种T形H型钢预应力自复位摩擦耗能支撑，其特征在于：耗能系统两侧套头在钢索预紧力的作用下被压紧在内核和外壳两侧的端面上，在柱顶水平荷载作用下，立柱和耗能系统内核绕着销轴在耗能系统外壳中转动，其两侧套头被耗能系统内核挤压而向外偏转，耗能系统内核以销轴为中心转动，内核两端端面有向上和向下的弧线运动，从而与紧挨的套头的接触面发生相对运动，产生摩擦，进行结构的耗能。
4.根据权利要求1所述的一种T形H型钢预应力自复位摩擦耗能支撑，其特征在于：所述钢索通过立柱和套头预设的孔洞水平布置在耗能系统中，通过锚具在套头外侧锚固，产生变形，通过杠杆原理将此变形放大，立柱顶端产生足够的满足抗震要求的层间位移，使结构满足抗震规范对延性结构最大层间位移角的要求，放大系数根据实际工程通过调整支撑装置高度和/或钢索位置来实现。
5.根据权利要求1所述的一种T形H型钢预应力自复位摩擦耗能支撑，其特征在于：耗能系统两侧套头在钢索预紧力的作用下被压紧在内核和外壳两侧的端面上，在柱顶水平荷载作用下，立柱和耗能系统内核绕着销轴在耗能系统外壳中转动，其两侧套头被耗能系统内核挤压而向外偏转，使钢索伸长，钢索拉力增加，水平荷载消失后，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。
6.根据权利要求1所述的一种T形H型钢预应力自复位摩擦耗能支撑，其特征在于：所述立柱上部与框架上梁连接，底座与框架下梁连接，或者将支撑结构反过来使用，底座与框架上梁连接，立柱与框架下梁连接，均构成框架—支撑结构体系。
7.根据权利要求1所述的一种T形H型钢预应力自复位摩擦耗能支撑，其特征在于：所述销轴采用中间粗、两端细的形状；所述钢条分别与短盖板、底座钢梁和钢板Ⅱ焊接，当耗能系统转动的时候，避免套头端部预先触碰到短盖板和底座钢梁，从而引起过大的挠度和应力。
8.根据权利要求1所述的一种T形H型钢预应力自复位摩擦耗能支撑，其特征在于：短盖板(7)钢板Ⅱ(6)之间焊接有钢条；底座钢梁(14)和钢板Ⅱ(6)之间焊接有钢条。
9.根据权利要求1所述的一种T形H型钢预应力自复位摩擦耗能支撑，其特征在于：钢索是钢绞线、钢丝绳、纤维束或者形状记忆合金。
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