CN110107136A - 一种基于形状记忆合金和扩孔型螺栓连接的自复位耗能段 - Google Patents

一种基于形状记忆合金和扩孔型螺栓连接的自复位耗能段 Download PDF

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胡淑军
郭琪
熊进刚
宋固全
曾思智
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    • E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
    • 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
    • E04H9/021—Bearing, supporting or connecting constructions specially adapted for such buildings

Abstract

本发明公开了一种基于形状记忆合金和扩孔型螺栓连接的自复位耗能段，包括框架梁、框架柱、耗能段、支撑件和两个外伸端板，框架梁的底部插入有四个钢棒，外伸端板的表面开设有四个长圆孔和六个普通螺栓孔。该扩孔型螺栓连接的自复位耗能段，通过高强螺栓连接的摩擦滑移、耗能段的变形耗能、形状记忆合金棒的耗能和自复位能力，有效提升耗能段及相应偏心支撑结构的抗震性能和自复位能力，并有效减小耗能段的残余变形和损伤，从而达到了预期在经历地震作用时，耗能段的损伤和残余变形将明显减小，具有抗震性能强、震后损伤小、施工方便和震后功能可快速恢复等优点，并能实现可观的经济效益的效果。

Description

一种基于形状记忆合金和扩孔型螺栓连接的自复位耗能段
技术领域
本发明涉及框架梁技术领域，具体为一种基于形状记忆合金和扩孔型螺栓连接的自复位耗能段。
背景技术
基于原有的三水准抗震设计和我国第五代《中国地震动参数区划图》，可恢复功能结构“小震及中震不坏，大震可换、可修复，巨震不倒塌”的四水准抗震设防目标被提出且日益被重视。偏心支撑结构是一种抗侧刚度大、抗震性能好、震后损伤集中的结构体系。地震作用下，偏心支撑结构需进一步提高耗能段的延性和耗能能力以及减小耗能段的损伤和残余变形，以使该种结构与当前所提出的更高抗震设防目标相适应。
扩孔型螺栓连接是一种通过高强螺栓在长圆孔中的摩擦滑移来增大延性和耗能能力的连接。基于耗能段的受剪性能，在与耗能段外伸端板相连的末端端板上开圆孔，并在远离耗能段一侧的支撑端板上布置垫板，由此形成扩孔型螺栓连接。当扩孔型螺栓连接的受剪滑移先于耗能段的屈服时，该连接可率先屈服并增大耗能段的延性和耗能能力。
形状记忆合金(SMA)受力卸载后无明显残余变形，可恢复到初始形状，且在拉力、压力、弯矩及扭矩作用下均表现良好的超弹性及形状记忆功能。在耗能段两端设置形状记忆合金钢棒，可在耗能段发生水平位移时使其具有一定的自复位能力。然而，在耗能段发生水平位移的增大无法有效增大形状记忆合金棒的长度，无法发挥形状记忆合金棒的复位能力。因此，耗能段两端布置自复位连接杆，该种自复位连接杆由两端钢棒和形状记忆合金棒组成，可有效提高复位能力。
综上所述，为提高耗能段的耗能能力和自复位能力等，将该自复位连接杆和扩孔型螺栓连接引入耗能段中，由此提出一种基于形状记忆合金和扩孔型螺栓连接的自复位耗能段，具有高延性、强耗能、低损伤、低残余变形等特点。预期在小震和中震作用下，新型自复位耗能段可仅通过扩孔型螺栓连接的摩擦滑移、自复位连接杆的耗能及复位功能来满足结构的抗震要求，同时保证耗能段及其它构件均不发生损伤；大震和巨震作用下，新型自复位耗能段通过自复位连接杆、扩孔型螺栓连接和耗能段耗散能量，以及利用形状记忆合金的超弹性复位功能有效提高耗能段的耗能能力和复位能力，并减小耗能段的损伤和残余变形，使相应结构实现“小震和中震变形下无损伤，大震可换、可修复，巨震不倒塌”的抗震设防目标。基于此，本创造提出一种基于形状记忆合金和扩孔型螺栓连接的自复位耗能段。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于形状记忆合金和扩孔型螺栓连接的自复位耗能段，解决了梁段在遇到地震时无法快速安全修复和预防地震的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于形状记忆合金和扩孔型螺栓连接的自复位耗能段，包括框架梁、框架柱、耗能段、支撑件和两个外伸端板，所述框架梁的底部插入有四个钢棒，所述外伸端板的表面开设有四个长圆孔和六个普通螺栓孔，四个所述钢棒的表面通过长圆孔贯穿上方所述外伸端板，且末端插入框架梁的内部，所述外伸端板的表面通过普通螺栓孔和长圆孔安装有多个高强螺栓，上方所述外伸端板通过多个高强螺栓与框架梁固定连接，上方所述外伸端板的底部固定连接有耗能段，所述钢棒的中部设置有形状记忆合金棒，所述形状记忆合金棒的两端与钢棒通过钢套筒固定连接，四个钢棒的底部依次贯穿下方所述外伸端板和支撑端板的表面，且延伸至支撑端板的下方，所述钢棒的下表面开设有螺纹槽，所述钢棒的表面螺纹套接有螺帽，所述外伸端板和支撑端板的中部均贯穿有高强螺栓，所述外伸端板通过高强螺栓与支撑端板固定连接，所述支撑端板的表面分别设置有六个长圆孔和四个普通螺栓孔，所述支撑端板的底部固定连接有支撑连接板，所述支撑连接板的底部固定连接有底板，所述底板的顶部固定连接有第二加劲肋，所述第二加劲肋插入支撑连接板的内部，所述支撑连接板的底部插入有两个支撑件，所述支撑件的正面和背面均设置有连接板，所述连接板的表面安装有多个高强螺栓，所述支撑件通过连接板与支撑连接板固定连接。
优选的，所述耗能段的内部设置两个第一加劲肋，两个第一加劲肋首尾相连设置，且端部均与耗能段的竖筋固定连接。
优选的，所述支撑端板与方所述外伸端板之间设置有钢垫片。
优选的，所述支撑端板的底部设置有丁基橡胶垫片，所述丁基橡胶垫片的底部与垫板的顶部固定连接，所述垫板的内壁均活动套接在高强螺栓的表面。
优选的，所述支撑端板的两侧的底部均固定连接有侧向板，所述侧向板的表面与支撑连接板的侧面固定连接。
(三)有益效果
本发明提供了一种基于形状记忆合金和扩孔型螺栓连接的自复位耗能段。具备以下有益效果：
(1)、该基于形状记忆合金和扩孔型螺栓连接的自复位耗能段，通过耗能段的设置，以及支撑件、支撑连接板、形状记忆合金棒、钢棒、钢套筒、外伸端板、支撑端板、长圆孔、普通螺栓孔、高强螺栓、螺帽、底板和连接板的配合使用，从而起到了通过耗能段和高强螺栓进行连接，使预期偏心支撑结构的损伤仅发生在耗能段上，震后可对损伤的构件进行快速修复或更换，可使偏心支撑结构在小震和中震下，仅通过扩孔型螺栓连接中的高强螺栓在长圆孔中滑移耗能，形状记忆合金棒提供自复位能力，使结构不发生任何损伤和残余变形，通过高强螺栓连接的摩擦滑移、耗能段的变形耗能、形状记忆合金棒的耗能和自复位能力，有效提升耗能段及相应偏心支撑结构的抗震性能和自复位能力，并有效减小耗能段的残余变形和损伤，从而达到了预期在经历地震作用时，耗能段的损伤和残余变形将明显减小，具有抗震性能强、震后损伤小、施工方便和震后功能可快速恢复等优点，并能实现可观的经济效益的效果。
附图说明
图1为本发明结构Y形偏心支撑结构图；
图2为本发明结构自复位耗能段的结构示意图；
图3为本发明结构扩孔型螺栓连接构造示意图；
图4为本发明结构外伸端板构造示意图；
图5为本发明结构支撑端板构造示意图；
图6为本发明结构钢垫片构造示意图；
图7为本发明结构丁基橡胶垫片构造示意图；
图8是图2的A-A剖面图；
图9是图2的B-B剖面图；
图10是图2的C-C剖面图；
图11是图2的D-D剖面图。
图中：1、框架梁；2、框架柱；3、耗能段；4、支撑件；5、支撑连接板；6、形状记忆合金棒；7、钢棒；8、钢套筒；9、外伸端板；10、支撑端板；11、侧向板；12、第一加劲肋；13、长圆孔；14、普通螺栓孔；15、高强螺栓；16、钢垫片；17、垫板；18、丁基橡胶垫片；19、螺帽；20、底板；21、第二加劲肋；22、连接板。
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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-11所示，本发明提供一种技术方案：一种基于形状记忆合金和扩孔型螺栓连接的自复位耗能段，包括框架梁1、框架柱2、耗能段3、支撑件4和两个外伸端板9，所述框架梁1的底部插入有四个钢棒7，所述外伸端板9的表面开设有四个长圆孔13和六个普通螺栓孔14，四个所述钢棒7的表面通过长圆孔13贯穿上方所述外伸端板9，且末端插入框架梁1的内部，所述外伸端板9的表面通过普通螺栓孔14安装有多个高强螺栓15，上方所述外伸端板9通过多个高强螺栓15与框架梁1固定连接，上方所述外伸端板9的底部固定连接有耗能段3，所述耗能段3的内部设置两个第一加劲肋12，两个第一加劲肋12首尾相连设置，且端部均与耗能段3的竖筋固定连接，通过第一加劲肋12的设置，从而起到了使其耗能段3更稳定的效果，所述钢棒7的中部设置有形状记忆合金棒6，所述形状记忆合金棒6的两端与钢棒7通过钢套筒8固定连接，四个钢棒7的底部依次贯穿下方所述外伸端板9和支撑端板10的表面，且延伸至支撑端板10的下方，所述支撑端板10与方所述外伸端板9之间设置有钢垫片16，通过钢垫片16的设置，从而起到了保护下方所述外伸端板9和支撑端板10的效果，与所述钢棒7的下表面开设有螺纹槽，所述钢棒7的表面螺纹套接有螺帽19，所述外伸端板9和支撑端板10的中部均贯穿有高强螺栓15，所述外伸端板9通过高强螺栓15与支撑端板10固定连接，所述支撑端板10的表面分别设置有六个长圆孔13和四个普通螺栓孔14，所述支撑端板10的底部设置有丁基橡胶垫片18，所述丁基橡胶垫片18的底部与垫板17的顶部固定连接，通过丁基橡胶垫片18的设置，从而起到了使其垫板17与支撑端板10之间的作用力更稳定的效果，所述垫板17的内壁均活动套接在高强螺栓15的表面，通过垫板17的设置，从而起到了加强支撑端板10的强度的效果，所述支撑端板10的底部固定连接有支撑连接板5，所述支撑端板10的两侧的底部均固定连接有侧向板11，所述侧向板11的表面与支撑连接板5的侧面固定连接，通过侧向板11的设置，从而起到了保护支撑连接板5的效果，所述支撑连接板5的底部固定连接有底板20，所述底板20的顶部固定连接有第二加劲肋21，所述第二加劲肋21插入支撑连接板5的内部，所述支撑连接板5的底部插入有两个支撑件4，所述支撑件4的正面和背面均设置有连接板22，所述连接板22的表面安装有多个高强螺栓15，所述支撑件4通过连接板22与支撑连接板5固定连接。
使用时，首先通过耗能段3和高强螺栓15进行连接，使预期偏心支撑结构的损伤仅发生在耗能段3上，震后可对损伤的构件进行快速修复或更换，可使偏心支撑结构在小震和中震下，仅通过扩孔型螺栓连接中的高强螺栓15在长圆孔13中滑移耗能，形状记忆合金棒6提供自复位能力，使结构不发生任何损伤和残余变形，通过高强螺栓15连接的摩擦滑移、耗能段3的变形耗能、形状记忆合金棒6的耗能和自复位能力，有效提升耗能段3及相应偏心支撑结构的抗震性能和自复位能力，并有效减小耗能段3的残余变形和损伤，从而达到了预期在经历地震作用时，耗能段3的损伤和残余变形将明显减小，具有抗震性能强、震后损伤小、施工方便和震后功能可快速恢复等优点，并能实现可观的经济效益的目的，同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种基于形状记忆合金和扩孔型螺栓连接的自复位耗能段，包括框架梁(1)、框架柱(2)、耗能段(3)、支撑件(4)和两个外伸端板(9)，其特征在于：所述框架梁(1)的底部插入有四个钢棒(7)，所述外伸端板(9)的表面开设有四个长圆孔(13)和六个普通螺栓孔(14)，四个所述钢棒(7)的表面通过长圆孔(13)贯穿上方所述外伸端板(9)，且末端插入框架梁(1)的内部，所述外伸端板(9)的表面通过普通螺栓孔(14)和长圆孔(13)安装有多个高强螺栓(15)，上方所述外伸端板(9)通过多个高强螺栓(15)与框架梁(1)固定连接，上方所述外伸端板(9)的底部固定连接有耗能段(3)，所述钢棒(7)的中部设置有形状记忆合金棒(6)，所述形状记忆合金棒(6)的两端与钢棒(7)通过钢套筒(8)固定连接，四个钢棒(7)的底部依次贯穿下方所述外伸端板(9)和支撑端板(10)的表面，且延伸至支撑端板(10)的下方，所述钢棒(7)的下表面开设有螺纹槽，所述钢棒(7)的表面螺纹套接有螺帽(19)，所述外伸端板(9)和支撑端板(10)的中部均贯穿有高强螺栓(15)，所述外伸端板(9)通过高强螺栓(15)与支撑端板(10)固定连接，所述支撑端板(10)的表面分别设置有六个长圆孔(13)和四个普通螺栓孔(14)，所述支撑端板(10)的底部固定连接有支撑连接板(5)，所述支撑连接板(5)的底部固定连接有底板(20)，所述底板(20)的顶部固定连接有第二加劲肋(21)，所述第二加劲肋(21)插入支撑连接板(5)的内部，所述支撑连接板(5)的底部插入有两个支撑件(4)，所述支撑件(4)的正面和背面均设置有连接板(22)，所述连接板(22)的表面安装有多个高强螺栓(15)，所述支撑件(4)通过连接板(22)与支撑连接板(5)固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金和扩孔型螺栓连接的自复位耗能段，其特征在于：所述耗能段(3)的内部设置两个第一加劲肋(12)，两个第一加劲肋(12)首尾相连设置，且端部均与耗能段(3)的竖筋固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金和扩孔型螺栓连接的自复位耗能段，其特征在于：所述支撑端板(10)与方所述外伸端板(9)之间设置有钢垫片(16)。
4.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金和扩孔型螺栓连接的自复位耗能段，其特征在于：所述支撑端板(10)的底部设置有丁基橡胶垫片(18)，所述丁基橡胶垫片(18)的底部与垫板(17)的顶部固定连接，所述垫板(17)的内壁均活动套接在高强螺栓(15)的表面。
5.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金和扩孔型螺栓连接的自复位耗能段，其特征在于：所述支撑端板(10)的两侧的底部均固定连接有侧向板(11)，所述侧向板(11)的表面与支撑连接板(5)的侧面固定连接。
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