CN109372145B - 一种自复位、快修复u型软钢消能支撑 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自复位、快修复U型软钢消能支撑，由U型软钢板、备用U型软钢板、钢套筒、工字钢梁、螺栓、挡板、预应力筋、锚具、滑动钢板、挡块、连接头组成。U型软钢板分别与工字钢梁和钢套筒采用螺栓连接，备用U型软钢板与工字钢梁采用螺栓连接，工字钢梁穿过滑动钢板的工字开口处，挡板与工字钢梁焊接，预应力筋穿过滑动钢板并用锚具固定，挡块与钢套筒采用螺栓连接。与传统支撑或者防屈曲支撑相比，该支撑采用U型软钢板作为支撑和消能元件，具有支撑和消能双重效果的同时，还具有拉压受力均匀的特点；采用的预应力筋提供自复位性能，解决了残余位移的影响；设计了便于连接的备用U型软钢板，解决了震后快速修复的问题。
Description
技术领域
本发明涉及工程结构抗震领域的消能支撑装置，尤其是涉及一种自复位、快修复U型软钢消能支撑。
背景技术
我国地处环太平洋地震带和欧亚地震带之间，国土的大部分地区为地震区，特别是我国的西部地区多为强震区，地震活动频繁。为最大限度地减小地震灾害造成的损失，必须对工程结构物进行抗震设计与加固。
目前针对结构抗震不利位置广泛采用的防屈曲支撑加固存在严重不足。防屈曲支撑受拉和受压时承载力并不相等，受压承载力不断减小，受拉承载力不断强化，由于该拉压不均现象给支撑与结构连接处造成隐患，常需对该连接处进行局部加固处理，然而又将加大施工时间和成本；防屈曲支撑在发生屈服变形后产生塑性变形，因而造成了支撑受力变形后无法回到原有位置(残余位移)，给结构安全性带来隐患；防屈曲支撑在震后常需要整体拆除更换，耗时较长，成本高，操作复杂。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供一种自复位、快修复U型软钢消能支撑，工字钢梁和钢套筒仅可以轴向发生相对移动，U型软钢板通过螺栓连接在工字钢梁和钢套筒上，备用U型软钢板仅通过螺栓连接在工字钢梁上以作备用，预应力筋穿过滑动钢板并施加预应力。因此，结构变形时，工字钢梁与钢套筒在轴向发生相对移动，U型软钢板受拉压而发生弯曲变形并消散能量，预应力筋提供的自复位性能消除了支撑变形后的残余位移，震后仅需螺栓连接备用U型软钢板与钢套筒并拆除已变形U型软钢板与钢套筒间的螺栓，消能支撑即可恢复正常使用。
为实现上述目的，本发明提供了一种自复位、快修复U型软钢消能支撑，由U型软钢板(1)、备用U型软钢板(2)、钢套筒(3)、工字钢梁(4)、螺栓(5)、挡板(6)、预应力筋(7)、锚具(8)、滑动钢板(9)、挡块(10)、连接头(11)组成。U型软钢板(1)分别与工字钢梁(4)和钢套筒(3)采用螺栓(5)连接，备用U型软钢板(2)与工字钢梁(4)采用螺栓(5)连接，滑动钢板(9)的端部中间设有工字开口，工字钢梁(4)穿过滑动钢板(9)工字开口处，挡板(6)与工字钢梁(4)焊接，预应力筋(7)穿过滑动钢板(9)并采用锚具(8)固定，挡块(10)与钢套筒(3)用螺栓(5)连接。
U型软钢板(1)与备用U型软钢板(2)规格相同；钢套筒(3)的一端封闭，钢套筒(3)的另一端开口，连接头(11)分别与钢套筒(3)的封闭端，以及钢套筒(3)开口处的工字钢梁(4)的端部焊接。
挡板(6)和滑动钢板(9)均设置有能够穿过工字钢梁(4)的工字开口；滑动钢板(9)设置有能够穿过预应力筋(7)的预留孔。
预应力筋(7)在安装后施加预应力，大小为0.1～0.7倍预应力筋(7)屈服强度；支撑受拉或者受压时，预应力筋(7)均处于拉伸状态，因而能够提供良好的自复位能力。
滑动钢板(9)可在钢套筒(3)内部滑动；预应力筋(7)或工字钢梁(4)距离钢套筒(3)闭合端留有一定距离，该距离由支撑设计变形确定。
U型软钢板(1)、备用U型软钢板(2)、钢套筒(3)、工字钢梁(4)、螺栓(5)、挡板(6)、预应力筋(7)、锚具(8)、滑动钢板(9)、挡块(10)、连接头(11)均由钢材加工，其中的U型软钢板(1)与备用U型软钢板(2)材料采用屈服应力低的软钢材料制作。
采用U型软钢板(1)作为支撑和消能核心元件，具有消能效率高、性能稳定，拉压受力均匀等特点。
本发明的有益效果是：
本发明的一种自复位、快修复U型软钢消能支撑，其自复位、快修复和消能性能显著，主要体现在以下方面：
1.消能效果。本发明采用U型软钢板作为消能核心元件，利用U型软钢板在拉压时弯曲变形耗散地震能量，具有消能效率高，性能稳定，拉压受力均匀的特点。
2.自复位效果。本发明利用预应力筋提供自复位性能，无论支撑受拉或者受压，预应力筋均处于拉伸状态，因而给支撑提供了良好的自复位性能，消除了U型软钢板塑性变形造成的残余位移，保障了结构物的稳定性。
3.快修复效果。震后结构修复时间紧迫，本发明提供备用U型软钢板作为震后备用，仅需要用螺栓连接到钢套筒，并拆除变形后的U型软钢板与钢套筒间的螺栓即可恢复正常使用。
附图说明
图1为一种自复位、快修复U型软钢消能支撑的正视示意图；
图2为一种自复位、快修复U型软钢消能支撑的俯视示意图；
图3为一种自复位、快修复U型软钢消能支撑的剖面示意图；
图4为一种自复位、快修复U型软钢消能支撑的挡板和滑动钢板的示意图；
图5为一种自复位、快修复U型软钢消能支撑受力时变形图。
附图标记说明：
1—U型软钢板；2—备用U型软钢板；3—钢套筒；4—工字钢梁；5—螺栓；6—挡板；7—预应力筋；8—锚具；9—滑动钢板；10—挡块；11—连接头。
具体实施方式
本发明采用U型软钢板作为支撑和消能核心元件，将U型软钢板分别与工字钢梁和钢套筒用螺栓连接，备用U型软钢与工字钢梁用螺栓连接作修复备用，工字钢梁穿过滑动钢板工字开口处，工字钢梁穿过挡板工字开口处并与挡板焊接，预应力筋穿过滑动钢板，挡块与钢套筒采用螺栓连接。通过连接头将支撑连接到结构物上，在结构物发生变形时，钢套筒与工字钢梁发生轴向变形，内置的U型软钢板随之发生了弯曲变形并消散能量；在预应力筋作用下，将消除U型软钢板塑性变形产生的残余位移；U型软钢板变形后，采用螺栓连接备用U型软钢板与钢套筒，并拆除原U型软钢板与钢套筒间的螺栓即可实现支撑快速修复。综上所述，本发明具有显著的消能、自复位和快修复的特点，可用于抗震性能要求较高的建筑工程和桥梁工程中。
图1、图2、图3和图4是一种自复位、快修复U型软钢消能支撑的具体实施实例，构造方式主要由U型软钢板1、备用U型软钢板2、钢套筒3、工字钢梁4、螺栓5、挡板6、预应力筋7、锚具8、滑动钢板9、挡块10、连接头11组成。
本发明在应用于结构时，如图1所示，将U型软钢板1及备用U型软钢板2采用螺栓5连接到工字钢梁上4上，在工字钢梁4上焊接挡板6，将该工字钢梁4内置于钢套筒3内，用螺栓5将挡块10连接到钢套筒3上，安装滑动钢板9，张拉预应力筋7并用锚具8固定，将两个连接头11分别焊接到钢套筒3和工字钢梁4的一端，通过连接头11将支撑连接到结构物上。其中工字钢梁4或预应力筋7距离钢套筒3闭合一端留有距离，该距离由结构物设计变形确定。
图5是支撑受力时变形图。当地震发生时，结构发生变形并在轴向拉压支撑，内置的U型软钢板发生弯曲变形消散地震能量，在预应力作用下支撑变形后可回到变形前位置，并且震后仅需要用螺栓连接备用U型软钢板与钢套筒，并拆除变形后的U型软钢板钢套筒间螺栓即可修复支撑。该支撑性能明确，耐久性强，具备消能、自复位和快速修复多重功效，可以显著提高震区结构的抗震性能，非常值得推广应用。
Claims (3)
1.一种自复位、快修复U型软钢消能支撑，其特征在于：由U型软钢板(1)、备用U型软钢板(2)、钢套筒(3)、工字钢梁(4)、螺栓(5)、挡板(6)、预应力筋(7)、锚具(8)、滑动钢板(9)、挡块(10)、连接头(11)组成；U型软钢板(1)分别与工字钢梁(4)和钢套筒(3)采用螺栓(5)连接，备用U型软钢板(2)与工字钢梁(4)采用螺栓(5)连接，滑动钢板(9)的端部中间设有工字开口，工字钢梁(4)穿过滑动钢板(9)工字开口处，挡板(6)与工字钢梁(4)焊接，预应力筋(7)穿过滑动钢板(9)并采用锚具(8)固定，挡块(10)与钢套筒(3)用螺栓(5)连接；
U型软钢板(1)与备用U型软钢板(2)规格相同；钢套筒(3)的一端封闭，钢套筒(3)的另一端开口，连接头(11)分别与钢套筒(3)的封闭端，以及钢套筒(3)开口处的工字钢梁(4)的端部焊接；
挡板(6)和滑动钢板(9)均设置有能够穿过工字钢梁(4)的工字开口；滑动钢板(9)设置有能够穿过预应力筋(7)的预留孔；
预应力筋(7)在安装后施加预应力，大小为0.1～0.7倍预应力筋(7)屈服强度；支撑受拉或者受压时，预应力筋(7)均处于拉伸状态，因而能够提供良好的自复位能力；
滑动钢板(9)能够在钢套筒(3)内部滑动；预应力筋(7)或工字钢梁(4)距离钢套筒(3)闭合端留有一定距离，该距离由支撑设计变形确定。
2.根据权利要求1所述的一种自复位、快修复U型软钢消能支撑，其特征在于：U型软钢板(1)、备用U型软钢板(2)、钢套筒(3)、工字钢梁(4)、螺栓(5)、挡板(6)、预应力筋(7)、锚具(8)、滑动钢板(9)、挡块(10)、连接头(11)均由钢材加工，其中的U型软钢板(1)与备用U型软钢板(2)材料采用屈服应力低的软钢材料制作。
3.根据权利要求1所述的一种自复位、快修复U型软钢消能支撑，其特征在于：采用U型软钢板(1)作为支撑和消能核心元件，具有消能效率高、性能稳定，拉压受力均匀特点。
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