CN108824914A - 一种易修复软钢塑性铰 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种易修复软钢塑性铰，包括第一转动单元和第二转动单元，第一转动单元和第二转动单元之间铰接并可进行相对转动，第一转动单元和第二转动单元之间设置软钢耗能单元，软钢耗能单元由底板和一片或多片软钢薄片组成，软钢薄片的两端分别固定于两块底板的内侧，底板固定在第一转动单元和第二转动单元上。正常使用或发生小震时，软钢薄片所受应力小于屈服强度，此时软钢薄片具有较大刚度，该塑性铰视为刚性节点；发生中震和大震时，软钢薄片所受应力大于屈服强度，进入弹塑性阶段，软钢薄片发生塑性变形而吸收大量的能量，起到良好的消能减震效果，震后只需更换软钢耗能单元，就可实现该塑性铰的快速修复。

Description

一种易修复软钢塑性铰

技术领域

本发明属于建筑结构消能减震领域，具体涉及一种易修复软钢塑性铰。

背景技术

塑性铰是指在荷载作用下，结构中的若干截面处弯矩达到塑性极限弯矩时，该截面发生一定转动，类似铰的效果，致使结构产生内力重分布。为避免钢结构梁柱节点在地震作用下发生脆性破坏，常用的处理方法是通过一定的构造措施将塑性铰外移，其方法有三种：一是将节点局部加强，统称加强型节点，如扩大翼缘型和翼缘加腋型；二是将梁端翼缘或腹板局部削弱，统称削弱型节点，如“狗骨”型、腹板开洞型以及焊接孔扩大型；三是将加强型节点和削弱型节点联合运用。国内关于钢结构塑性铰的构造做法虽可有效实现塑性铰外移并达到保护梁柱节点的目的，但仍存在以下缺陷：1)塑性铰极有可能发生完全破坏，结构的耗能以震后不可修复为代价；2)难以实现结构耗能的精准控制，只能粗略地控制塑性铰的出现位置。

为了解决现有构造做法中存在的问题，采用粘滞耗能、摩擦耗能等耗能原理设计的人工塑性铰被提出，如：粘滞塑性铰、摩擦塑性铰等。现有的人工塑性铰虽能实现震后可修复和结构耗能的精准控制，但粘滞塑性铰使用过程中可能会发生粘滞液体的泄漏，摩擦塑性铰制作时又难以精确地施加预压力。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种广泛适用于桁架结构及框架结构的易修复软钢塑性铰，克服现有技术中摩擦塑性铰制作难度大和粘滞塑性铰使用过程中可能发生粘滞液体的泄漏等缺陷，加工制作简单，且使用过程中维护方便，具有和软钢阻尼器相类似的稳定的滞回特性，良好的低周疲劳性能，长期的可靠性和不受环境、温度影响等特点。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种易修复软钢塑性铰，包括第一转动单元和第二转动单元，所述第一转动单元和第二转动单元之间铰接并可进行相对转动，所述第一转动单元和第二转动单元之间设置软钢耗能单元，所述软钢耗能单元由底板和一片或多片软钢薄片组成，所述软钢薄片的两端分别固定于两块底板的内侧，所述底板固定在第一转动单元和第二转动单元上，所述软钢薄片承受的应力大于屈服强度时，软钢薄片发生塑性变形并吸收能量。

进一步地，所述第一转动单元由左连接板以及设于左连接板中部的左耳板组成，所述第二转动单元由右连接板以及设于右连接板中部的右耳板组成，所述左耳板及右耳板均设有旋转轴安装孔，并通过安装于旋转轴安装孔内的旋转轴进行连接。

进一步地，所述左连接板和右连接板为形状相同的矩形钢板，所述左耳板为双耳板，所述右耳板为单耳板，右耳板设于左耳板之间。

进一步地，所述软钢耗能单元的底板通过螺栓固定安装在左连接板和右连接板内侧。

进一步地，所述左连接板和右连接板上分别开有多个用于与钢结构梁连接的螺栓孔。

进一步地，所述软钢薄片由低碳钢制成，并在其中间部位开设孔洞。

进一步地，所述孔洞形状为菱形。根据不同建筑结构的特性和使用需求，可灵活调整软钢薄片的数量、厚度和菱形孔洞的大小，使其具有不同的刚度和耗能能力，从而使该塑性铰可广泛应用于各类建筑结构。

本发明的原理为，正常使用和发生小震时，软钢薄片所受应力小于屈服强度，此时软钢薄片具有较大刚度，该塑性铰可视为刚性节点；发生中震和大震时，软钢薄片所受应力大于屈服强度，进入弹塑性阶段，软钢薄片发生塑性变形而吸收大量的能量，起到良好的消能减震效果，震后只需更换软钢耗能单元，就可实现该塑性铰的快速修复。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

1)本发明结构简单、加工制作方便，且使用过程中便于维护，震后无需修复或只需简单更换软钢耗能单元，就可实现结构的快速修复。

2)本发明可根据建筑结构的特点灵活调整软钢薄片的数量、厚度和菱形孔洞的大小，进而改变该塑性铰的转动刚度与耗能能力，使其适用于不同类型的建筑结构并达到良好的减震效果。

附图说明

图1为本发明易修复软钢塑性铰的俯视图；

图2为本发明易修复软钢塑性铰的正立面图；

图3为本发明易修复软钢塑性铰未安装软钢耗能单元时的正立面图。

图中标号：1为左连接板，2为左耳板，3为右连接板，4为右耳板，5为旋转轴，6为软钢薄片，7为底板，8为螺栓，9为螺栓孔，10为特殊螺栓孔。

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。

实施例1

图1-3为本发明一种易修复软钢塑性铰的实施例，包括左连接板1、左耳板2、右连接板3、右耳板4、旋转轴5、软钢薄片6和底板7。

软钢耗能单元由四块软钢薄片6和两块底板7构成，软钢薄片6由低碳钢制成，并在其中间部位开有菱形孔洞，软钢薄片6的两端分别通过焊接固定于两块底板7的内侧，本实施例在左连接板1与右连接板3之间设置两个软钢耗能单元。

左连接板1和左耳板2焊接成整体组成易修复软钢塑性铰的左侧部分，右连接板3和右耳板4焊接成整体组成右侧部分，左耳板2为双耳板，右耳板4为单耳板，右耳板4设于左耳板2之间，左耳板2及右耳板4均设有旋转轴安装孔，并通过安装于旋转轴安装孔内的旋转轴5进行连接。左连接板1和右连接板3为形状相同的矩形钢板，软钢薄片屈曲后，左侧和右侧部分可发生相对转动。

左连接板1和右连接板3均开有若干刻有内螺纹的特殊螺栓孔10，可使用螺栓8将软钢耗能单元的两端分别固定于左连接板1内侧和右连接板3内侧。同时，左连接板1和右连接板3上分别开有六个螺栓孔9，可使用高强螺栓将该塑性铰安装在钢结构梁上。

左耳板2和右耳板4应具有足够的厚度，旋转轴5应具有足够的直径，旋转轴5与左耳板2、右耳板4的外边缘之间也应有足够的间距，保证在该塑性铰的使用过程中，左耳板2、右耳板4和旋转轴5不发生破坏。

Claims (7)

1.一种易修复软钢塑性铰，包括第一转动单元和第二转动单元，所述第一转动单元和第二转动单元之间铰接并可进行相对转动，其特征在于，所述第一转动单元和第二转动单元之间设置软钢耗能单元，所述软钢耗能单元由底板(7)和一片或多片软钢薄片(6)组成，所述软钢薄片(6)的两端分别固定于两块底板(7)的内侧，所述底板(7)固定在第一转动单元和第二转动单元上，所述软钢薄片(6)承受的应力大于屈服强度时，软钢薄片(6)发生塑性变形并吸收能量。

2.根据权利要求1所述的一种易修复软钢塑性铰，其特征在于，所述第一转动单元由左连接板(1)以及设于左连接板(1)中部的左耳板(2)组成，所述第二转动单元由右连接板(3)以及设于右连接板(3)中部的右耳板(4)组成，所述左耳板(2)及右耳板(4)均设有旋转轴安装孔，并通过安装于旋转轴安装孔内的旋转轴(5)进行连接。

3.根据权利要求2所述的一种易修复软钢塑性铰，其特征在于，所述左连接板(1)和右连接板(3)为形状相同的矩形钢板，所述左耳板(2)为双耳板，所述右耳板(4)为单耳板，右耳板(4)设于左耳板(2)之间。

4.根据权利要求2所述的一种易修复软钢塑性铰，其特征在于，所述软钢耗能单元的底板(7)通过螺栓(8)固定安装在左连接板(1)和右连接板(3)内侧。

5.根据权利要求2所述的一种易修复软钢塑性铰，其特征在于，所述左连接板(1)和右连接板(3)上分别开有多个用于与钢结构梁连接的螺栓孔(9)。

6.根据权利要求1所述的一种易修复软钢塑性铰，其特征在于，所述软钢薄片(6)由低碳钢制成，并在其中间部位开设孔洞。

7.根据权利要求6所述的一种易修复软钢塑性铰，其特征在于，所述孔洞形状为菱形。