CN108590303B - 一种地震免损双核心自复位摇摆模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种地震免损双核心自复位摇摆模块，包括：布置在地基上的两个铰接基座(3)；底端与所述铰接基座(3)铰接的两个刚性摇摆核心结构(1)；自复位耗能组件(4)：沿竖向布置在两个刚性摇摆核心结构(1)之间，其两侧分别连接所述两个刚性摇摆核心结构(1)。与现有技术相比，本发明构造简单，结构作用机理清晰明确，耗能能力强，自复位性能稳定，且震后无需修复或更换，可用于既有结构的抗震加固，也可作为新建结构的抗侧力体系，具有广泛的推广应用价值。

Description

一种地震免损双核心自复位摇摆模块

技术领域

本发明属于建筑工程技术领域，涉及一种地震免损双核心自复位摇摆模块。

背景技术

以往的震害调查表明，大部分既有框架抗侧结构体系不满足最新抗震规范要求，如既有混凝土框架结构体系、抗弯钢框架结构体系、中心支撑钢框架结构体系等，在大震作用下，结构的塑性变形集中在某一层，而其他楼层抗侧构件损伤较小，或依然处于弹性状态，从而产生薄弱层破坏，严重的将导致结构倒塌。已有研究表明，底部铰接的刚性摇摆核心可以防止结构在大震作用下出现薄弱层破坏，防止结构倒塌。自复位耗能摇摆核心具有有效控制结构变形模式、使结构构件充分发挥耗能能力和震后可恢复性等优势。自复位耗能摇摆核心在既有框架结构体系抗震加固中，具有很大的应用前景。

目前关于底部铰接的自复位耗能摇摆核心多停留在概念和理论研究，实物和实际工程应用较少，且目前关于自复位耗能摇摆核心的研究多采用预应力筋实现摇摆核心自复位，但预应力筋需要现场张拉，施工过程繁琐。预应力筋与基础的锚固施工困难，甚至实际工程中很难实现。且预应力筋的紧固件长时间会产生松动，造成预应力筋的应力松弛，严重影响结构性能。预应力筋的变形能力有限，如果在地震过程中，结构发生较大变形，预应力筋的应变超过其屈服应变，则震后需要对预应力筋进行更换并重新锚固张拉，过程繁琐且价格昂贵。目前，摇摆核心的耗能主要通过金属阻尼器在地震作用下发生塑性变形实现。已有研究表明，金属阻尼器在一次地震产生较大塑性变形后，其耗能能力显著降低，无法保证结构在余震作用下的安全。由于金属阻尼器产生较大的塑性变形，震后拆卸困难，全部更换的费用也较高。本发明正是基于上述问题而提出的。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种地震免损双核心自复位摇摆模块，利用具有过载保护的自复位耗能组件(环簧组机构)为刚性摇摆核心结构提供耗能和自复位能力，可以通过调整环簧组中内、外环的个数，灵活设计刚性摇摆核心结构的抗侧刚度和变形能力。在整个地震过程中，地震免损双核心自复位摇摆模块中的各组件均保持弹性，震后无需修复或更换。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的目的在于提出一种地震免损双核心自复位摇摆模块，包括：

布置在地基上的两个铰接基座；

底端与所述铰接基座铰接的两个刚性摇摆核心结构；

自复位耗能组件：沿竖向布置在两个刚性摇摆核心结构之间，其两侧分别连接所述两个刚性摇摆核心结构。

所述的自复位耗能组件可以通过自身的滞回特性为刚性摇摆核心结构提供耗能和自复位能力，其优选包括刚性螺杆、第一连接件、第二连接件、两个限位件和两套自复位耗能单元，其中，所述第一连接件套设在刚性螺杆外侧并可沿其轴向滑动，所述第二连接件套在第一连接件上并可与其发生沿轴向的相对滑动，所述两个限位件分别布置在刚性螺杆上下两端，所述两套自复位耗能单元设置在刚性螺杆上，并分别位于所述第一连接件或第二连接件与限位件之间，所述的第一连接件和第二连接件还分别连接所述两个刚性摇摆核心结构。

更优选的，所述的自复位耗能单元始终处于受压状态。

更优选的，所述的自复位耗能单元为环簧组，其包括间隔套设在刚性螺杆上并可沿其移动的内环，在两个相邻内环上还套有一个外环，所述外环的内侧表面分别抵住相邻两个内环的外侧表面，并对所述两个相邻内环施加使其相对远离的挤压力。

进一步更优选的，最上方和最下方的两个内环分别带有从下端倾斜和从上端倾斜的环形外侧坡面，位于中间的内环的外侧表面从其中心线位置向上下两端倾斜并形成上下两个环形外侧坡面，所述外环内侧表面上下两端分别向其中心位置倾斜，并形成与所述环形外侧坡面匹配的两个环形内侧坡面。

进一步更优选的，在最上方和最下方的两个内环的上端和下端还设有垫片。

进一步更优选的，所述的内环采用高强钢，所述的外环采用形状记忆合金或高强钢。

更优选的，所述的限位件为通过螺纹设置在刚性螺杆上下两端的螺帽，并通过旋拧螺帽对自复位耗能单元进行预紧。

优选的，以两个刚性摇摆核心结构中相对设置的一侧为B侧，另一侧为A侧，所述刚性摇摆核心结构的B侧伸出或预埋有短柱，并在短柱底端焊接有短柱端板与加劲板，刚性摇摆核心结构的A侧底端通过外伸端板与所述铰接基座铰接。

优选的，所述刚性摇摆核心结构呈直角梯形，其锐角端与所述铰接基座铰接。

优选的，铰接基座可以为销轴铰、球铰等可以忽略抗弯承载能力且具有抗剪能力的构造形式，其与地基刚接。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

(1)本发明构造简单，作用机理明确，安装简单，施工方便；

(2)自复位耗能组件竖直布置于两个刚性摇摆核心结构的中间，节省空间；

(3)可以通过调整环簧组中内、外环的个数，灵活设计摇摆核心的抗侧刚度和变形能力；

(4)自复位耗能组件中的环簧组始终处于受压状态，性能稳定；

(5)自复位耗能组件通过内外环的摩擦和环簧组滞回特性提供耗能和自复位能力，在整个地震过程中，地震免损自复位耗能摇摆核心中的各组件均保持弹性，震后无需修复或更换；

(6)当环簧组压缩顶紧后，刚性摇摆核心可作为第二道防线进行抗侧，具有多道抗震防线；

(7)地震免损自复位耗能摇摆核心各部件均可以实现工厂预制，现场通过螺栓或销栓连接，实现装配化施工安装；

(8)地震免损自复位耗能摇摆核心不仅可以用于既有结构的抗震加固，也可作为新建结构的抗侧力体系。

附图说明

图1为本发明的地震免损双核心自复位摇摆模块示意图；

图2为本发明的刚性摇摆核心结构的示意图；

图3为本发明的铰接基座的示意图；

图4为本发明的自复位耗能组件的示意图；

图5为本发明的环簧组的结构示意图；

图6为本发明的外环的主视示意图；

图7为本发明的外环的俯视示意图；

图8为本发明位于中间的内环的主视示意图；

图9为本发明位于中间的内环的俯视示意图；

图10为本发明位于最上方和最下方的内环的主视示意图；

图11为本发明位于最上方和最下方的内环的俯视示意图；

图中标记说明：

1-刚性摇摆核心结构，2-短柱，3-铰接基座，4-自复位耗能组件，5-第一连接件，6-第二连接件，7-短柱端板，8-外伸端板，9-销轴，10-耳板，11-连接端板，12-刚性螺杆，13-第一垫片，14-螺帽，15-第二垫片，16-外环，17-中间内环，18-端部内环，19-环形内侧坡面，20-环形外侧坡面。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

参见图1所示，本发明提供了一种地震免损双核心自复位摇摆模块，包括：

布置在地基上的两个铰接基座3；

底端与所述铰接基座3铰接的两个刚性摇摆核心结构1；

自复位耗能组件4：沿竖向布置在两个刚性摇摆核心结构1之间，其两侧分别连接所述两个刚性摇摆核心结构1。

在本发明的一种优选的实施方式中，参见图2所示，以两个刚性摇摆核心结构1中相对设置的一侧为B侧，另一侧为A侧，所述刚性摇摆核心结构1的B侧伸出或预埋有短柱，并在短柱底端焊接有短柱端板7与加劲板，刚性摇摆核心结构1的A侧底端通过外伸端板8与所述铰接基座3铰接。

在本发明的一种优选的实施方式中，参见图2所示，所述刚性摇摆核心结构1呈直角梯形，其锐角端与所述铰接基座3铰接。

在本发明的一种优选的实施方式中，参见图3所示，铰接基座3可以为销轴9铰、球铰等可以忽略抗弯承载能力且具有抗剪能力的构造形式，这里以销轴9铰形式的铰接基座3为例，铰接基座3通过耳板10和连接端板11与刚性摇摆核心结构1的外伸端板8通过螺栓固接。

所述的自复位耗能组件4可以通过自身的滞回特性为刚性摇摆核心结构1提供耗能和自复位能力，在本发明的一种优选的实施方式中，参见图4所示，自复位耗能组件4包括刚性螺杆12、第一连接件5、第二连接件6、两个限位件和两套始终处于受压状态的自复位耗能单元，其中，所述第一连接件5套设在刚性螺杆12外侧并可沿其轴向滑动，所述第二连接件6套在第一连接件5上并可与其发生沿轴向的相对滑动，所述两个限位件分别布置在刚性螺杆12上下两端，所述两套自复位耗能单元设置在刚性螺杆12上，并分别位于所述第一连接件5或第二连接件6与限位件之间，所述的第一连接件5和第二连接件6还分别连接所述两个刚性摇摆核心结构1。更优选的，参见图5所示，所述的自复位耗能单元为环簧组，其包括间隔套设在刚性螺杆12上并可沿其移动的内环，在两个相邻内环上还套有一个外环16，所述外环16的内侧表面分别抵住相邻两个内环的外侧表面，并对所述两个相邻内环施加使其相对远离的挤压力。进一步更优选的，最上方和最下方的两个端部内环18(也可以优选采用相当于半个中间内环18的结构)分别带有从下端倾斜和从上端倾斜的环形外侧坡面20，位于中间的中间内环17的外侧表面从其中心线位置向上下两端倾斜并形成上下两个环形外侧坡面20，所述外环16内侧表面上下两端分别向其中心位置倾斜，并形成与所述环形外侧坡面20匹配的两个环形内侧坡面19，参见图6-图11所示。

进一步更优选的实施方式中，在最上方和最下方的两个端部内环18的上端和下端还设有垫片，参见图4所示，其包括位于限位件与端部内环18之间的第一垫片13，以及位于端部内环18与第一连接件5或第二连接件6之间的第二垫片15。

进一步更优选的实施方式中，所述的内环采用高强钢，所述的外环16采用形状记忆合金或高强钢。

更优选的实施方式中，所述的限位件为通过螺纹设置在刚性螺杆12上下两端的螺帽14，并通过旋拧螺帽14对自复位耗能单元进行预紧。

下面通过具体实施例对以上实施方式进行进一步说明。

实施例1

参见图1-图5，提供了一种地震免损双核心自复位摇摆模块，包括刚性摇摆核心结构1、铰接基座3、第一连接件5、第二连接件6以及自复位耗能组件4。

参见图2，刚性摇摆核心结构1可以为钢筋混凝土墙、钢框架、钢桁架等可以提供较大抗弯刚度的结构，这里以钢桁架为例，在钢桁架A侧柱端焊接外伸端板8，便于和铰接基座3连接。在钢桁架B侧柱端伸出一段短柱2，在短柱2端部焊接短柱端板7，便于在安装时为摇摆核心设置临时支撑，也便于安装时利用千斤顶调整定位。

参见图3，铰接基座3可以为销轴铰、球铰等可以忽略抗弯承载能力且具有抗剪能力的构造形式，这里以销轴的铰接基座为例，铰接基座3通过连接端板11与刚性摇摆核心结构1上的外伸端板8通过螺栓固接。

参见图5-11，分别将内、外环通过坡口结构(环形外侧坡面20和环形内侧坡面19)组装在一起，组成环簧组。

参见图4，自复位耗能组件4中的第一连接件5套在刚性螺杆12外侧，第二连接件6通过滑槽套在第一连接件5外侧，依次在刚性螺杆12上下端同时放入第二垫片15、环簧组和第一垫片13，利用螺帽14进行定位和预紧。

参见图1，第一连接件5和第二连接件6分别焊接在两个刚性摇摆核心结构1的内侧，自复位耗能组件4竖直布置在两个刚性摇摆核心结构的中间。在地震过程中，当刚性摇摆核心结构1沿铰接基座3发生转动时，第一连接件5和第二连接件6之间产生相对滑动，分别对自复位耗能组件4上下端的环簧组进行压缩，为结构提供耗能和自复位能力。

具体施工时：

(1)根据设计尺寸加工刚性摇摆核心结构1、铰接基座3、自复位耗能组件4、第一连接件5和第二连接件6等部件；

(2)通过螺栓将铰接基座3与基础固接，通过螺栓将刚性摇摆核心结构1与铰接基座3的连接端板11固接；

(3)将第二连接件6套在第一连接件5外侧，并分别焊接在刚性摇摆核心结构1的内侧柱上，利用螺帽14将刚性螺杆12一端限位，分别安装第一垫片13、第二垫片15和环簧组，再将组装好的刚性螺杆从下往上穿入连接件5内，将自复位耗能组件4上部的垫片及环簧组安装好，最后利用另一端的螺帽14进行定位和预紧。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种地震免损双核心自复位摇摆模块，其特征在于，包括：

布置在地基上的两个铰接基座(3)；

底端与所述铰接基座(3)铰接的两个刚性摇摆核心结构(1)；

自复位耗能组件(4)：沿竖向布置在两个刚性摇摆核心结构(1)之间，其两侧分别连接所述两个刚性摇摆核心结构(1)；

所述的自复位耗能组件(4)包括刚性螺杆(12)、第一连接件(5)、第二连接件(6)、两个限位件和两套自复位耗能单元，其中，所述第一连接件(5)套设在刚性螺杆(12)外侧并可沿其轴向滑动，所述第二连接件(6)套在第一连接件(5)上并可与其发生沿轴向的相对滑动，所述两个限位件分别布置在刚性螺杆(12)上下两端，所述两套自复位耗能单元设置在刚性螺杆(12)上，并分别位于所述第一连接件(5)或第二连接件(6)与限位件之间，所述的第一连接件(5)和第二连接件(6)还分别连接所述两个刚性摇摆核心结构(1)；

所述的自复位耗能单元为环簧组，其包括间隔套设在刚性螺杆(12)上并可沿其移动的内环，在两个相邻内环外侧还套有一个外环(16)，所述外环(16)的内侧表面分别抵住相邻两个内环的外侧表面，并对所述两个相邻内环施加使其相对远离的挤压力；

最上方和最下方的两个内环分别带有从下端倾斜和从上端倾斜的环形外侧坡面(20)，位于中间的内环的外侧表面从其中心线位置向上下两端倾斜并形成上下两个环形外侧坡面(20)，所述外环(16)内侧表面上下两端分别向其中心位置倾斜，并形成与所述环形外侧坡面(20)匹配的两个环形内侧坡面(19)。

2.根据权利要求1所述的一种地震免损双核心自复位摇摆模块，其特征在于，所述的自复位耗能单元始终处于受压状态。

3.根据权利要求1所述的一种地震免损双核心自复位摇摆模块，其特征在于，在最上方和最下方的两个内环的上端和下端还设有垫片。

4.根据权利要求1所述的一种地震免损双核心自复位摇摆模块，其特征在于，所述的内环采用高强钢，所述的外环(16)采用形状记忆合金或高强钢。

5.根据权利要求1所述的一种地震免损双核心自复位摇摆模块，其特征在于，所述的限位件为通过螺纹设置在刚性螺杆(12)上下两端的螺帽(14)，并通过旋拧螺帽(14)对自复位耗能单元进行预紧。

6.根据权利要求1所述的一种地震免损双核心自复位摇摆模块，其特征在于，以两个刚性摇摆核心结构(1)中相对设置的一侧为B侧，另一侧为A侧，所述刚性摇摆核心结构(1)的B侧伸出或预埋有短柱(2)，并在短柱(2)底端焊接有短柱(2)端板与加劲板，刚性摇摆核心结构(1)的A侧底端通过外伸端板与所述铰接基座(3)铰接。

7.根据权利要求1或6所述的一种地震免损双核心自复位摇摆模块，其特征在于，所述刚性摇摆核心结构(1)呈直角梯形，其锐角端与所述铰接基座(3)铰接。