CN109610666A - 一种双消能机制体系 - Google Patents

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    • E04H9/00—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate
    • E04H9/02—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate withstanding earthquake or sinking of ground
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Abstract

一种双消能机制体系，包括消能支撑和消能框架。消能支撑包括消能器与支撑。消能框架包括梁、柱和消能梁段。双消能机制包括第一级消能机制和第二级消能机制。小震下，两级抗震机制不工作，消能支撑框架相当于普通支撑框架，提供侧向刚度；中震下，达到消能器的工作荷载后，消能器开始消耗能量，第一级消能机制工作；大震下，随着层间位移角的增大，消能梁段开始耗能，第二级消能机制工作。在两级消能机制正常工作下，梁、柱主体结构保持弹性状态，不发生损坏，震后只需更换非结构构件即可。本发明的双消能机制将损伤集中于可更换构件，保护主体结构，提高了框架的安全性，具有施工简单、更换方便、震后修复费用低、极大限度保证结构安全性的特点。

Description

一种双消能机制体系
技术领域
本发明属于土木工程消能减震技术领域，具体涉及一种双消能机制体系和震后可快速修复性能。
背景技术
框架-支撑体系是高层建筑钢结构中最常用的结构形式之一。在地震作用下，结构通过消耗能量停止地震作用。根据震后灾害调查结果显示：框架-支撑结构易发生支撑的屈曲变形、梁与柱产生较大的塑性变形，这些变形均为不可修复的损伤。传统的做法是通过加强结构提高抗震性能。在相关技术中，有的将普通支撑换成防屈曲支撑避免屈曲的发生，但是防屈曲支撑震后的检测困难。有的采用加强梁、柱截面面积，不光造价提高，同时地震作用也越大。
在罕遇地震下，支撑框架的梁会经历较为严重的塑性变形，塑性变形不可恢复，震后需对梁进行修复。若将整根梁进行更换，不光施工难度大，而且会造成极大的经济浪费。
较大地震发生后，结构常常伴随有残余变形。最近研究表明，当残余层间侧移>0.5％时，直接和间接修复成本在经济上是不可行的。
随着消能减震技术的发展，国内外学者建议将损伤集中于可更换构件，不光达到保护主体结构，提高了结构抗震性能的目的，而且具有施工简单、更换方便、震后修复费用低、极大限度保证结构安全的特点。
发明内容
根据上述问题，本发明提出了一种双消能机制体系，以达到减少残余变形、保护主体结构、抗倒塌、震后可快速修复、修复费用低的目的。
本发明的技术方案：
一种双消能机制体系，包括第一级消能机制：消能支撑4和第二级消能机制：消能框架中的消能梁3；
所述的双消能机制体系包括消能支撑4与消能框架；通过将损伤集中于可更换构件-消能器支撑与消能框架中的消能梁，从而达到保护主体结构，提高体系减震性能的目的。
所述的消能框架主要由梁1、柱2和消能梁3组成，消能梁3对称设置在梁 1上，二者通过第一端板6和9实现连接，形成消能框架的上下框架；柱2作为消能框架的左右框架，上下框架和左右框架共同组成消能框架；
所述的梁1与柱2通过焊接连接；
所述的消能梁3的第一端板9与其邻近梁1的第一端板6通过螺栓连接以实现震后快速修复。
所述的梁1与第一端板6焊接。
所述的消能梁3与第一端板9焊接。
所述的梁1的第一端板6厚度大于消能梁3的第一端板9厚度，以满足震中梁1的第一端板6不发生损坏，震后无需更换的目标。
所述的梁1的第一端板6与消能梁3的第一端板9开有大小和位置一致的圆形螺栓孔。
所述的消能支撑4包括摩擦消能器5、消能支撑4及节点板7，消能支撑4 一端固定连接在一个节点板7上，另一端通过第二端板8与摩擦消能器5固定连接；摩擦消能器5安装在另一节点板7与消能支撑4的中间，摩擦消能器5 上端与消能支撑4焊接，下端与节点板7焊接连接。
所述的摩擦消能器5的连接除了本发明所述的焊接连接，还可使用螺栓连接、销轴连接。
所述消能支撑4下端所述消能器连接。所述消能支撑4上端开槽，将上节点板插入槽内，消能支撑4与节点板7焊接连接。所述节点板7与所述梁1、柱 2焊接连接，也可采用螺栓连接。所述消能支撑4的截面形式可选用方钢管、H 型钢、圆钢管、工字钢等型钢。
本发明的有益效果：
(1)双消能体系中设置消能梁、消能支撑两级消能装置，极大地提高了结构的耗能能力，保护主体结构的安全性、减小结构的残余变形。
(2)将损伤集中于可更换构件，震后只需更检查、修复消能支撑与消能梁即可，减少修复费用。
(3)减少了施工现场的焊接工艺，部分焊接可直接在工厂预制完成，保证了施工质量。由于消能支撑、消能梁都是通过螺栓连接，安装、拆卸方便。
(4)消能支撑的消能器除了本发明的摩擦消能器外，还可以使用粘滞消能器等。
(5)消能框架中的消能梁除了本发明使用的截面削弱型连梁外，还可以使用金属型连梁、附加阻尼器型连梁等。
(6)本发明的体系存在两级消能机制(如附图3所示)，分别在A、B点开始工作。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2为消能梁(以截面削弱型为例)与第一端板9组合结构示意图。
图3为双消能机制体系滞回曲线。
图中：1梁；2柱；3消能梁；4消能支撑；5摩擦消能器；6第一端板；7 节点板；8第二端板；9第一端板。
具体实施方式
下面结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
一种双消能机制支撑框架结构如图1-3所示。包括梁1、柱2、消能梁3、消能支撑4、摩擦消能器5、节点板7、第一端板6、第一端板9。
所述梁1、柱2、消能梁3、消能支撑4均为型钢。支撑3可选用方钢管、 H型方、工字型钢、圆钢管等型钢。梁1、柱2可选用方钢管、工字型钢、H型钢等型钢。消能梁选用可选用工字型钢、H型钢等型钢。本发明中的梁1、柱2、消能梁3、支撑4分别以H型钢、H型钢、方钢管、H型钢为例。
所述梁1与消能梁3安装在左、右两根柱2中间，从左至右的顺序依次为 (边)梁1、消能梁3、(中间)梁1、消能梁3、(边)梁1。所述柱2与(边) 梁1焊接连接。所述(边)梁1的一端与第一端板6焊接连接。所述(中间) 梁1的两端与第一端板6焊接连接。所述消能梁3的两端与第一端板9焊接连接。所述消能梁3两端分别与(边)梁1和(中间)梁1通过螺栓连接，可方便安装与拆卸，可实现震后的快速修复。
在本发明中，所述梁的第一端板6与消能梁的第一端板9开有相同大小与相同位置的圆孔。且梁第一端板6的厚度大于消能梁段第一端板9厚度。
所述节点板7的两条边分别与梁1、柱2焊接连接，也可使用螺栓连接。所述消能支撑4的上端开有槽口。所述节点板7插入支撑的槽口内，在接触处焊接连接。消能支撑4的下端与消能器5通过第二端板8焊接连接，也可以采用螺栓连接、销轴连接。
所述消能器5可使用摩擦型消能、粘滞消能器等。本发明以摩擦消能器为例。
本发明的两级消能机制的实现：通过设计消能器的工作荷载来实现小震下不工作、中震下工作耗能。设计消能梁段在大震下的实际荷载与其屈服荷载实现小震与中震下不工作，大震下屈服耗能。

Claims (8)

1.一种双消能机制体系，其特征在于，所述的双消能机制体系包括第一级消能机制：消能支撑(4)和第二级消能机制：消能框架中的消能梁(3)；
所述的双消能机制体系包括消能支撑(4)与消能框架，消能支撑(4)固定在消能框架内；
所述的消能框架主要由梁(1)、柱(2)和消能梁(3)组成，消能梁(3)对称设置在梁(1)上，二者通过第一端板(6)与第一端板(9)实现连接，形成消能框架的上下框架；柱(2)作为消能框架的左右框架，上下框架和左右框架共同组成消能框架；
所述的消能支撑(4)包括摩擦消能器(5)、消能支撑(4)及节点板(7)，消能支撑(4)一端固定连接在一个节点板(7)上，另一端通过第二端板(8)与摩擦消能器(5)固定连接；摩擦消能器(5)安装在另一节点板(7)与消能支撑(4)的中间，摩擦消能器(5)上端与消能支撑(4)焊接，下端与节点板(7)焊接连接。
2.根据权利要求1所述的双消能机制体系，其特征在于，
所述的梁(1)与第一端板(6)焊接；
所述的消能梁(3)与第一端板(9)焊接；
所述的梁(1)的第一端板(6)厚度大于消能梁(3)的第一端板(9)厚度，以满足震中梁(1)的第一端板(6)不发生损坏，震后无需更换的目标；
所述的梁(1)的第一端板(6)与消能梁(3)的第一端板(9)开有大小和位置一致的圆形螺栓孔。
3.根据权利要求1或2所述的双消能机制体系，其特征在于，
所述的消能梁(3)的第一端板(9)与临近梁(1)的第一端板(6)通过螺栓连接以实现震后快速修复。
4.根据权利要求1或2所述的双消能机制体系，其特征在于，
所述的摩擦消能器(5)的连接除了焊接连接，还使用螺栓连接或销轴连接。
5.根据权利要求3所述的双消能机制体系，其特征在于，
所述的摩擦消能器(5)的连接除了焊接连接，还使用螺栓连接或销轴连接。
6.根据权利要求1、2或5所述的双消能机制体系，其特征在于，
所述的消能支撑(4)上端开槽，将节点板(7)插入槽内，消能支撑(4)与节点板(7)焊接连接；
所述的节点板(7)与梁(1)、柱(2)焊接连接或螺栓连接；
所述的消能支撑(4)选用方钢管、H型钢、圆钢管或工字钢；
所述的梁(1)与柱(2)通过焊接连接。
7.根据权利要求3所述的双消能机制体系，其特征在于，
所述的消能支撑(4)上端开槽，将节点板(7)插入槽内，消能支撑(4)与节点板(7)焊接连接；
所述的节点板(7)与梁(1)、柱(2)焊接连接或螺栓连接；
所述的消能支撑(4)选用方钢管、H型钢、圆钢管或工字钢；
所述的梁(1)与柱(2)通过焊接连接。
8.根据权利要求4所述的双消能机制体系，其特征在于，
所述的消能支撑(4)上端开槽，将节点板(7)插入槽内，消能支撑(4)与节点板(7)焊接连接；
所述的节点板(7)与梁(1)、柱(2)焊接连接或螺栓连接；
所述的消能支撑(4)选用方钢管、H型钢、圆钢管或工字钢；
所述的梁(1)与柱(2)通过焊接连接。
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