CN109779064A - 一种连接框架与摇摆墙的耗能连接结构 - Google Patents

Abstract

一种连接框架与摇摆墙的耗能连接结构，属于土木工程抗震减震技术领域。所述连接框架与摇摆墙的耗能连接结构，包括螺杆，所述螺杆中部对称设置有螺母一和螺母二，所述螺杆靠近螺母一的一端套设有弹簧一，所述螺杆靠近螺母二的一端套设有弹簧二，所述弹簧一的一端与螺母一接触，所述弹簧一的另一端位于套筒一内，所述弹簧二的一端与螺母二接触，所述弹簧二的另一端位于套筒二内。所述连接框架与摇摆墙的耗能连接结构，结构简单、施工操作方便、易更换且成本低，不仅能够实现结构的回位，而且还能够耗散输入结构中的部分地震能量，不仅能够提高框架摇摆墙结构的承载能力，而且能够有效控制结构震损和残余变形。

Description

一种连接框架与摇摆墙的耗能连接结构

技术领域

本发明涉及土木工程抗震减震技术领域，特别涉及一种连接框架与摇摆墙的耗能连接结构。

背景技术

框架结构尤其是混凝土框架，在地震中易出现由柱端出铰而导致的层屈服破坏现象，是混凝土框架主要破坏模式。柱是承受竖向荷载的主要部件，柱的破坏是引起结构倒塌的直接原因，因此，柱端出铰导致的层屈服破坏不利于结构抗震性能的提高。此外，层屈服机制塑性铰个数少，耗能能力小；受到轴压作用，柱铰的变形能力、耗能能力小，这类作用使结构抗震性能进一步降低。为改善框架结构的抗震性能，在框架结构中加入了摇摆墙，形成一种新型结构体系。摇摆墙是一种放松与基础交界面处的约束以实现自身摇摆的墙体，它既可以是混凝土墙，也可以是配筋砌体墙、木板墙等形式。摇摆墙不仅可以用于新建建筑的消能减震，也适用于既有建筑的抗震加固，并且与预应力相结合可以实现自复位功能，而将墙体与主体结构的连接件设置成可更换元件则可实现强震后的可更换功能。

由于摇摆墙底部铰接，可以控制结构变形集中的发生，使底层弯矩得以释放，避免底层剪力与弯矩过大造成结构层屈服机制的发生，充分发挥整个结构的耗能能力，提高框架的抗倒塌能力，实现整体屈服的破坏机制。摇摆墙的承载力需求是设计框架摇摆墙结构的关键之一，摇摆墙与框架相连的连接构造是实现该体系的关键。摇摆墙的摇摆主要有自由摇摆、受控摇摆和混合摇摆，考虑到自由摇摆缺乏控制，容易失去稳定发生倾覆，因此，着重分析具有后两类摇摆机制的自复位剪力墙。根据摇摆墙体在平面内转动的约束情况，受控摇摆墙是对摇摆墙体在平面内的转动进行有效约束，通常在摇摆墙和基础上施加贯穿的预应力筋来限制墙体的摇摆幅度，尽管施加预应力可以限制摆动幅度，但当与其他结构形式组合时也将受到相连构件的制约，而且普通的连接结构在多数情况下只能实现“摇摆”回位而不能很好的实现耗能，现有技术中可以采用摇摆墙与框架之间增加阻尼器来改善上述情况，但是，这种连接存在连接结构复杂且施工不便、施工费用高、不可更换、在发生地震时只能通过建筑物自身的惯性进行复位等问题，尤其是进行小型建筑物施工时，大大增加了生产成本。

发明内容

为了解决现有技术中存在的连接结构复杂且施工不便、施工费用高、不可更换、在发生地震时只能通过摇摆墙自身的摆动的惯性带动整个结构进行回位等技术问题，本发明提供了一种连接框架与摇摆墙的耗能连接结构，结构简单、施工操作方便、易更换且成本低，不仅能够实现结构的回位，而且还能够耗散输入结构中的部分地震能量，在发生地震时，能够实现通过摇摆墙自身的惯性和弹簧的弹性势能进行结构的回位，不仅能够提高框架摇摆墙结构的承载能力，有效控制结构震损和残余变形，而且通过调节连接结构容易更换损伤构件，降低震后修复费用和修复时间，提高建筑物的抗震防灾韧性。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种连接框架与摇摆墙的耗能连接结构，包括螺杆，所述螺杆中部对称设置有螺母一和螺母二，所述螺杆靠近螺母一的一端套设有弹簧一，所述螺杆靠近螺母二的一端套设有弹簧二，所述弹簧一的一端与螺母一接触，所述弹簧一的另一端位于套筒一内，所述弹簧二的一端与螺母二接触，所述弹簧二的另一端位于套筒二内；

所述弹簧一和弹簧二的长度相等，所述螺母一与螺母二之间的距离大于等于弹簧一长度的三分之二，且小于等于弹簧一的长度；

所述套筒一和套筒二的长度相等，且均为弹簧一长度的一半；

所述螺母一到相邻的螺杆端部的距离与螺母二到相邻的螺杆端部的距离相等，且均为弹簧一长度的一半。

所述螺杆的长度为弹簧一长度、螺母一的厚度、螺母二的厚度和螺母一与螺母二之间的距离之和。

所述套筒一和套筒二的直径相等，所述螺母一和螺母二的直径相等，所述弹簧一和弹簧二的直径相等，所述套筒一的直径比弹簧一的直径大1～3cm，所述螺母一的直径大于弹簧一的直径，且小于套筒一的直径。

所述套筒一远离螺杆的一侧与框架或者摇摆墙连接，所述套筒一远离螺杆的一侧与框架连接时，所述套筒二远离螺杆的一侧与摇摆墙连接；所述套筒一远离螺杆的一侧与摇摆墙连接时，所述套筒二远离螺杆的一侧与框架连接。

所述框架的梁上预埋钢板一，所述钢板一与角钢一的一个直角边连接，所述角钢一的另一个直角边与套筒一或者套筒二连接。

所述摇摆墙与框架的梁对应的位置均预埋钢板二，所述钢板二与角钢二的一个直角边连接，所述角钢二的另一个直角边与套筒一或者套筒二连接。

所述钢板一和钢板二均为带勾钢板。

本发明的有益效果：

本发明的一种连接框架与摇摆墙的耗能连接结构，结构简单、施工操作方便、易更换且成本低，不仅能够实现结构的回位，并且具有小震下传递水平力、大震下兼具耗能作用，在发生地震时，能够实现通过摇摆墙自身摆动的惯性和弹簧的弹性势能进行结构的回位，不仅能够提高框架摇摆墙结构的承载能力，有效控制结构震损和残余变形，而且通过调节连接结构容易更换损伤构件，降低震后修复费用和修复时间，提高建筑物的抗震防灾韧性。

附图说明

图1是本发明提供的连接框架与摇摆墙的耗能连接结构的结构示意图；

图2是本发明提供的连接框架与摇摆墙的耗能连接结构与框架和摇摆墙连接的示意图；

图3是本发明提供的角钢一与套筒一连接的示意图。

其中，

1-框架，2-摇摆墙，3-螺母一，4-螺母二，5-螺杆，6-弹簧一，7-弹簧二，8-套筒一，9-套筒二，10-钢板一，11-角钢一，12-角钢二。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了解决现有技术存在的问题，如图1至图3所示，本发明提供了一种连接框架与摇摆墙的耗能连接结构，包括螺杆5，螺杆5中部对称设置有螺母一3和螺母二4，螺杆5靠近螺母一3的一端套设有弹簧一6，螺杆5靠近螺母二4的一端套设有弹簧二7，弹簧一6的一端与螺母一3接触，弹簧一6的另一端位于套筒一8内，弹簧二7的一端与螺母二4接触，弹簧二7的另一端位于套筒二9内；弹簧一6和弹簧二7的长度相等，螺母一3与螺母二4之间的距离大于等于弹簧一6长度的三分之二，且小于等于弹簧一6的长度；套筒一8和套筒二9的长度相等，且均为弹簧一6长度的一半；螺母一3到相邻的螺杆5端部的距离与螺母二4到相邻的螺杆5端部的距离相等，且均为弹簧一6长度的一半。螺杆5的长度为弹簧一6长度、螺母一3的厚度、螺母二4的厚度和螺母一3与螺母二4之间的距离之和。套筒一8和套筒二9的直径相等，螺母一3和螺母二4的直径相等，弹簧一6和弹簧二7的直径相等，套筒一8的直径比弹簧一6的直径大1～3cm，螺母一3的直径大于弹簧一6的直径，且小于套筒一8的直径。本发明中，螺母一3和螺母二4均套设在螺杆5上，螺母一3与螺母二4的厚度相等，螺杆5尺寸的设置便于调节套在螺杆5两端的弹簧一6和弹簧二7的长度，便于限制弹簧一6在套筒一8内的位置和弹簧二7在套筒二9内的位置，便于弹簧一6和弹簧二7的更换。套筒一8和套筒二9相对设置，用以固定弹簧一6和弹簧二7的位置，保证弹簧一6和弹簧二7的轴线与螺杆5的轴线在一条直线上。

如图2所示，套筒一8远离螺杆5的一侧与框架1或者摇摆墙2连接，套筒一8远离螺杆5的一侧与框架1连接时，套筒二9远离螺杆5的一侧与摇摆墙2连接；套筒一8远离螺杆5的一侧与摇摆墙2连接时，套筒二9远离螺杆5的一侧与框架1连接。框架1的梁上预埋钢板一10，如图3所示，钢板一10与角钢一11的一个直角边连接，角钢一11的另一个直角边与套筒一8或者套筒二9连接。摇摆墙2与框架1的梁对应的位置均预埋钢板二，钢板二与角钢二12的一个直角边连接，角钢二12的另一个直角边与套筒一8或者套筒二9连接。钢板一10和钢板二均为带勾钢板。本发明中，套筒一8远离螺杆5的一侧与框架1连接时，角钢一11的另一个直角边与套筒一8焊接连接；套筒一8远离螺杆5的一侧与摇摆墙2连接时，角钢一11的另一个直角边与套筒二9焊接连接。套筒一8远离螺杆5的一侧与框架1连接时，套筒二9与摇摆墙2连接，即角钢二12的另一个直角边与套筒二9焊接连接；套筒一8远离螺杆5的一侧与摇摆墙2连接时，即角钢二12的另一个直角边与套筒一8焊接连接。框架1的梁上预埋钢板一10和摇摆墙2与框架1的梁对应的位置均预埋钢板二，以便实现与连接框架与摇摆墙的耗能连接结构的焊接，解决了不同材料连接的问题，即混凝土与钢材的连接，同时也解决了框架摇摆墙结构中的一个核心问题，即两个结构连接处的设计。钢板一10和钢板二均为带勾钢板，主要是把钢板露在梁或者摇摆墙2的外面，勾预埋在梁或者摇摆墙2的钢筋里面，最后整体浇筑混凝土，这样可以增加钢板的稳定性。钢板一10的预埋位置根据摇摆墙2的宽度+两个连接结构的长度决定的，因为连接结构需要跟钢板焊接，所以要设置在连接结构的两端位置。

本发明中，框架1与基础固定连接，摇摆墙2与基础铰接。使用连接框架与摇摆墙的耗能连接结构来代替成本较高的阻尼器，尤其在进行小型建筑物施工时，大大降低了生产成本，既可以实现耗散地震能量的作用，又可以实现在地震过后结构的复位。初始状态弹簧一6和弹簧二7保持自由状态，弹簧一6和弹簧二7能够实现强震下的耗能，但是有预期损伤并需要更换，故通过调节螺母一3、螺母二4和螺杆5的位置来固定弹簧和更换弹簧一6和弹簧二7，需要更换弹簧一6时，将螺杆5向套筒二9内压紧，压入套筒二9内的螺杆5的长度与套筒一8的长度之和刚好为弹簧一6的长度，将弹簧去除更换即可；当需要更换弹簧二7，更换方法相同，即将螺杆5向套筒一8进行弹簧二7的更换。摇摆墙2通过自己的摆动将地震能力集中到预期损伤部位，即连接框架与摇摆墙的耗能连接结构，利用弹簧一6和弹簧二7的弹性势能来回位和耗能，由于螺杆5与弹簧一6和弹簧二7相互限制，并非焊接在套筒一8和套筒二9内，在框架摇摆墙结构遭受不同烈度下的地震之后，便于更换损伤的部件且组装方便。

针对本发明的振动台试验验证，试验中螺杆5的长度为130cm，弹簧一6和弹簧二7的长度均为60cm，螺母一3和螺母二4之间的距离为50cm，螺母一3和螺母二4的厚度均为10cm，螺母一3到相邻的螺杆5端部的距离为30cm，螺母二4到相邻的螺杆5端部的距离为30cm，这使得弹簧一6和弹簧二7均分别有30cm套在螺杆5上，且均分别有30cm位于对应的套筒内。初始状态保持弹簧一6和弹簧二7处于自由状态，试验时，通过输入不同烈度下的地震波后，能够实现通过摇摆墙2自身摆动的惯性和弹簧的弹性势能进行结构的回位，不仅能够提高框架摇摆墙结构的承载能力，有效控制结构震损和残余变形，而且通过调节连接结构容易更换损伤构件，降低震后修复费用和修复时间，提高建筑物的抗震防灾韧性。

本发明中，摇摆墙2被设置为无损伤构件，故其在地震作用下几乎没有弹塑性耗能，易损伤部位出现在连接框架与摇摆墙之间的耗能连接结构中，整个连接结构除了具有自复位的效果外还具有小震下传递水平力、大震下兼具耗能作用，即强度小的地震作用时或者无地震时，外界输入框架1的能量较少，摇摆墙2不会产生剧烈晃动，处于自由状态的弹簧压缩甚小或者基本上零压缩状态，在这种情况下整套连接结构仅担任连接杆的作用，弹簧相对无损耗不耗能，故传递水平力为主要作用；当遭受烈度大的地震作用时，整套连接结构既起到传递水平力的作用，又要压缩弹簧、耗散地震输入的能量，此时耗散地震能量为主要作用突出体现，故弹簧在反复压缩释放的磨损下容易出现损坏，故需要调整整套连接结构进行更换损坏的构件，既减少了成本又缩短了时间；故将连接结构设置为预损伤部位，更好的发挥其整体的作用。在地震时，摇摆墙2与连接结构主要是通过控制结构的侧向变形模式来避免因地震作用而引起来的结构损伤比较集中问题，来实现结构的预期损伤机制并且改变框架1结构剪切破坏的典型破坏模式，保证结构的预期抗震性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种连接框架与摇摆墙的耗能连接结构，其特征在于，包括螺杆，所述螺杆中部对称设置有螺母一和螺母二，所述螺杆靠近螺母一的一端套设有弹簧一，所述螺杆靠近螺母二的一端套设有弹簧二，所述弹簧一的一端与螺母一接触，所述弹簧一的另一端位于套筒一内，所述弹簧二的一端与螺母二接触，所述弹簧二的另一端位于套筒二内；

所述弹簧一和弹簧二的长度相等，所述螺母一与螺母二之间的距离大于等于弹簧一长度的三分之二，且小于等于弹簧一的长度；

所述套筒一和套筒二的长度相等，且均为弹簧一长度的一半；

所述螺母一到相邻的螺杆端部的距离与螺母二到相邻的螺杆端部的距离相等，且均为弹簧一长度的一半。

2.根据权利要求1所述的连接框架与摇摆墙的耗能连接结构，其特征在于，所述螺杆的长度为弹簧一长度、螺母一的厚度、螺母二的厚度和螺母一与螺母二之间的距离之和。

3.根据权利要求1所述的连接框架与摇摆墙的耗能连接结构，其特征在于，所述套筒一和套筒二的直径相等，所述螺母一和螺母二的直径相等，所述弹簧一和弹簧二的直径相等，所述套筒一的直径比弹簧一的直径大1～3cm，所述螺母一的直径大于弹簧一的直径，且小于套筒一的直径。

4.根据权利要求1所述的连接框架与摇摆墙的耗能连接结构，其特征在于，所述套筒一远离螺杆的一侧与框架或者摇摆墙连接，所述套筒一远离螺杆的一侧与框架连接时，所述套筒二远离螺杆的一侧与摇摆墙连接；所述套筒一远离螺杆的一侧与摇摆墙连接时，所述套筒二远离螺杆的一侧与框架连接。

5.根据权利要求4所述的连接框架与摇摆墙的耗能连接结构，其特征在于，所述框架的梁上预埋钢板一，所述钢板一与角钢一的一个直角边连接，所述角钢一的另一个直角边与套筒一或者套筒二连接。

6.根据权利要求5所述的连接框架与摇摆墙的耗能连接结构，其特征在于，所述摇摆墙与框架的梁对应的位置均预埋钢板二，所述钢板二与角钢二的一个直角边连接，所述角钢二的另一个直角边与套筒一或者套筒二连接。

7.根据权利要求6所述的连接框架与摇摆墙的耗能连接结构，其特征在于，所述钢板一和钢板二均为带勾钢板。