CN110258799A - 变刚度耗能型装配式横向连接结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及变刚度耗能型装配式横向连接结构及其安装方法，属于建筑结构抗震技术领域。本发明包括耗能区和提升区，耗能区利用软钢或不锈钢的变形耗能，提升区利用普通螺栓的螺杆变形耗能，通过设置提升区钢板上螺栓孔的大小实现阈值控制。当小震和中震发生时，与结构构件连接的端板随着结构构件的相对移动而发生相对移动，此时耗能钢板通过变形耗能，此为第一阶段耗能；当大震发生时，连接端板发生相对移动超过阈值时，提升区螺杆与变截面钢板上螺栓孔壁接触开始变形耗能，此时提升区螺杆与耗能区钢板共同变形耗能为第二阶段耗能，在承载力达到峰值后能够再次跃升，地震过后，可以根据阻尼器的实际破坏情况进行部件的更换或是整个阻尼器的更换，螺栓连接可以方便更换与拆卸，符合可持续发展理念。
Description
技术领域
本发明涉及变刚度耗能型装配式横向连接结构及其安装方法，属于建筑结构抗震技术领域。可以应用于地震多发区的装配式结构。
背景技术
随着建筑行业的不断进步，预制装配式是实现建筑行业转型发展的重要建造方式，装配式建筑成本较低，施工快捷方便并且造成的资源浪费和环境污染较小，得到了国家的大力推广，又因其承载能力和变形能力较好，目前在高层和超高层建筑中应用广泛。但是装配式建筑结点处和连接处较整浇建筑来说相对薄弱，一旦发生地震，极有可能危及人类生命和财产安全，需要对装配式建筑进行抗震设计以满足安全的需要。
目前国内用于装配式结构的大部分连接结构在地震发生时易发生损坏，不能够做到两阶段耗能，并且安装不便，不符合装配式结构发展的理念，地震发生后，连接结构更换难度大，对材料的利用率不高，不符合可持续发展战略。
发明内容
本发明的目的在于更好的提高预制装配式结构的抗震性能，解决装配式结构的连接问题，克服现浇连接用料多、耗时长、环境污染等缺陷。提出了具有耗散地震能量和刚度二次提升的装配式结构构件之间的连接构件，实现相邻结构构件之间的可靠连接，并且方便整体安装与拆卸，也方便零部件的安装与拆卸，提高建筑结构整体的抗震能力。
本发明是采用以下的技术方案实现的。
一种变刚度耗能型装配式横向连接结构，包括能量耗散区、刚度提升区及连接结构构件的左右连接端板，左右连接端板通过高强螺栓与墙、柱等装配式构件连接，所述能量耗散区包括若干钢板，刚度提升区包含一块变截面钢板、两块屈曲约束板，屈曲约束板平行放置于变截面钢板的两侧，普通螺栓穿过三块钢板于两端拧紧，此处为阈值控制装置，相邻钢板之间设有间隙，另在提升区设置两个定位螺栓，提高施工精度。
所述耗能区钢板采用软钢或不锈钢材料，提升区钢板采用普通钢或高强钢钢板。
所述耗能区钢板位于提升区钢板外部两侧。
所述耗能区钢板与螺栓连接板通过高强螺栓连接，内侧螺栓连接板与左右连接端板焊接。
所述螺栓连接板位于耗能区钢板的内外两侧，耗能区内侧的螺栓连接板与左右连接端板焊接连接。外侧钢板不与左右连接端板焊接，直接通过高强螺栓与耗能钢板和内侧螺栓连接板连接。
所述提升区变截面钢板一侧与连接板焊接另一侧采用变截面设计。其目的是防止钢板平面外失稳。
所述阈值控制装置通过提升区变截面钢板与屈曲约束板采用不同的螺栓孔径实现，变截面钢板上的螺栓孔要大于螺杆直径2~3mm，屈曲约束板上的螺栓孔直径与螺杆直径相同。
所述耗能区钢板根据不同的设计需要可设为不同的形状，例如矩形、X形、开圆洞形、开菱形洞等，并且可灵活的拆卸安装。
所述提升区定位螺栓较小，不考虑耗能和受力作用，在提升区高强螺栓安装之前安装。
一种所述变刚度耗能型装配式横向连接结构的安装方法，步骤如下：
（1）预留螺栓孔：在耗能区钢板、螺栓连接板，提升区变截面钢板、屈曲约束板上精确预留好设计尺寸的螺栓孔；
（2）焊接钢板：分别将耗能区内侧的螺栓连接板与左右连接端板采用双面角焊缝焊接，提升区变截面钢板与连接端板采用双面角焊缝焊接并焊接加劲肋，屈曲约束板与连接端板采用双面角焊缝焊接；
（3）定位螺栓安装：将提升区变截面钢板和屈曲约束板用定位螺栓固定，将整个结构连接成一个整体；
（4）螺栓连接：先将提升区变截面钢板与在其两侧平行放置屈曲约束板用高强螺栓连接，再将耗能区钢板放置于内侧螺栓连接板和外侧螺栓连接板之间后用螺栓固定，耗能区钢板两侧均是如此；
（5）连接装配式构件：将左右连接端板与装配式构件（墙、柱等）通过高强螺栓连接。
本发明的有益效果是：
（1）该变刚度耗能型装配式横向连接结构，是一种能够实现装配式构件（墙、柱等）横向可靠螺栓连接、易装配、可拆卸的变刚度耗能连接件，它是一种兼具连接作用的两阶段耗能的变刚度阻尼器，构造为耗能区钢板设置于外侧，提升区钢板放置于内侧；
（2）该变刚度耗能型装配式横向连接结构，耗能区采用软钢或不锈钢，其屈服点较低，具有较强的变形能力和较好的延性，耗能能力优越，适用于耗能结构，且受外界环境的影响较小，加工方便，且较为常见；
（3）该变刚度耗能型装配式横向连接结构，提升区的阈值控制装置主要是通过在变截面钢板和屈曲约束板上开直径不同的螺栓孔，使阻尼器能够实现两阶段耗散地震能量。在小震和中震发生时，连接端板所连接的两个装配式构件发生的相对位移较小，此时耗能区的钢板发生变形耗能，提升区螺杆和变截面钢板螺栓孔壁未接触，提升区不参与耗能；大震发生时，接端板所连接的两个装配式构件发生的相对位移较大，连接端板发生相对移动超出阈值后，提升区螺杆与变截面钢板螺栓孔壁接触并开始受力，螺杆与变截面钢板开始变形耗能，实现刚度的提升，耗能能力增强，此时耗能区和提升区共同工作，使连接端板所连接的两个装配式构件进入第二阶段共同工作状态；
（4）该变刚度耗能型装配式横向连接结构，阻尼器与装配式构件（墙、柱等）的可靠连接可以降低结构在地震作用下的损伤；
（5）该变刚度耗能型装配式横向连接结构，耗能区钢板与焊接在连接板上的内侧螺栓连接板和外侧螺栓连接板采用螺栓连接，当地震过后，方便更换新的耗能区钢板；
（6）该变刚度耗能型装配式横向连接结构，其与装配式构件（墙、柱等）之间采用高强螺栓连接，方便在阻尼器发生损坏后的整体更换。
附图说明
图1是本发明俯视结构示意图。
图2是本发明立体结构示意图。
图3是本发明耗能区结构示意图。
图4是本发明提升区钢板阈值控制装置与屈曲约束板连接结构示意图。
图中：1、左右连接端板；2、高强螺栓；3、内侧螺栓连接板；4、外侧螺栓连接板；5、耗能钢板；6、普通螺栓；7、变截面钢板；8、加劲肋；9、屈曲约束板；10、定位螺栓；11、耗能区；12、提升区。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，为本发明俯视结构示意图，本发明所述的一种装配式横向连接阻尼器，包括耗能区11、提升区12和左右连接端板1。耗能区11包括耗能钢板5、内外两侧的螺栓连接板3、4和高强螺栓2。提升区12包括变截面钢板7及加劲肋8、两侧的屈曲约束板9、普通螺栓6和定位螺栓10。
如图2所示，为本发明正视结构示意图，耗能区11分布在提升区12两侧，耗能区11的内侧螺栓连接板3采用双面角焊缝焊接于连接端板1上且左右连接端板1焊接处的高度一致，外侧螺栓连接板4不与左右连接端板焊接，耗能钢板5与两侧的内外螺栓连接板通过高强螺栓2连接，采用螺栓连接可以有效避免局部应力集中及残余变形，在耗能区钢板发生破坏后能够方便钢板的更换。提升区变截面钢板7与两侧的屈曲约束板9通过螺栓连接，钢板一侧与连接端板采用双面角焊缝焊接，并且为了防止焊接处应力集中，在其上下两端设置加劲肋，变截面钢板另一侧不与连接板接触，留有一定空隙，为了防止钢板发生屈曲，在端部设置为变截面。
如图3所示，为本发明的耗能区结构示意图，耗能区螺栓连接板分布于耗能区钢板左右两端，地震发生时，随着装配式构件的相对移动与之相连的连接端板1也发生相对移动，此时耗能钢板5开始变形耗能，在发生小震和中震时保证耗能钢板能够通过变形消耗掉结构中的地震能量。安装时，内侧螺栓连接板3已焊接在连接端板上，将耗能钢板紧贴内侧螺栓连接板放置，在外侧再放置外侧螺栓连接板4，螺栓孔对齐后将高强螺栓2一一拧入，螺栓连接简便，可靠度高且在耗能钢板变形后方便更换新的耗能钢板，无需更换整个阻尼器，符合可持续发展的理念。
如图4所示，提升区钢板阈值控制装置与屈曲约束板连接结构示意图，提升区12包括变截面钢板7和加劲肋8、屈曲约束板9、普通螺栓6和定位螺栓10。两块屈曲约束板9焊接在连接端板上，变截面钢板7焊接在另一块连接端板上，二者通过普通螺栓6进行连接，而阈值控制装置是通过设置钢板的螺栓孔（包括变截面钢板7的螺栓孔和屈曲约束板9上的螺栓孔）实现，两类螺栓孔的直径大小不同，变截面钢板7的螺栓孔直径为D，屈曲约束板9上的螺栓孔直径为d，直径D比直径d大约2~3mm，普通螺栓的螺杆直径与屈曲约束板上的孔径d相同，安装时先将定位螺栓10安装好，可以保证安装普通螺栓6时螺杆与变截面钢板7上的螺栓孔之间留有空隙。当较大地震发生时，耗能区钢板首先发生变形耗能，当变形超过阈值时，提升区螺杆与变截面钢板7上的螺栓孔的孔壁接触，接下来螺杆发生变形耗能，提升区与耗能区共同工作，实现刚度的再次跃升和两阶段耗能，在大震中也能够保证结构的完整。
新型变刚度耗能型装配式横向连接结构进行了耗能区和提升区分阶段设计，耗能区钢板具备耗能能力并提供初始刚度，损坏后可以拆卸，易更换。刚度提升区变截面钢板设置变形阀值，当变形超过阀值后，相邻两结构构件进入第二阶段共同工作状态。
当然，上述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定对本发明的实施例范围。本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的均等变化与改进等，均应归属于本发明的专利涵盖范围内。
Claims (9)
1.一种变刚度耗能型装配式横向连接结构，其特征在于：包括能量耗散区（11）、刚度提升区（12）及左右连接端板（1），左右连接端板（1）与装配式构件通过高强螺栓连接，所述提升区（12）的变截面钢板（7）两侧分别设置屈曲约束板（9），通过普通螺栓（6）与变截面钢板（7）连接，提升区（12）还设有阈值控制装置。
2.根据权利要求1所述的变刚度耗能型装配式横向连接结构，其特征在于：所述耗能区（11）中的耗能钢板（5）可以根据工程需要设置成不同形状，例如开圆形孔、开菱形孔、X形等。
3.根据权利要求1所述的变刚度耗能型装配式横向连接结构，其特征在于：所述耗能区（11）耗能钢板（5）与焊接于两侧连接端板（1）上的内侧螺栓连接板（3）和不与连接端板焊接的外侧螺栓连接板（4）采用高强螺栓（2）连接，方便耗能钢板的拆卸和更换。
4.根据权利要求3所述的变刚度耗能型装配式横向连接结构，其特征在于：所述内外侧螺栓连接板（3）、（4）分别位于耗能钢板（5）的内外两侧。
5.根据权利要求1所述的变刚度耗能型装配式横向连接结构，其特征在于：所述阈值控制装置通过提升区（12）的变截面钢板（7）上螺栓孔实现，变截面钢板（7）上的螺栓孔径大于两侧屈曲约束板（9）上的螺栓孔径，两侧屈曲约束板（9）上的螺栓孔径与普通螺栓（6）螺杆的直径相同，螺杆与变截面钢板（7）上的螺栓孔壁有空隙。
6.根据权利要求5所述的阈值控制装置，其特征在于：在安装提升区（11）时，首先需要安装定位螺栓（10），定位螺栓的安装可以保证普通螺栓（6）安装时螺杆与变截面钢板（7）上的螺栓孔壁不接触，保证了阈值控制的有效性。
7.根据权利要求1所述的变刚度耗能型装配式横向连接结构，其特征在于：所述提升区（12）变截面钢板（7）一侧与左右连接端板（1）焊接连接，并设置加劲肋，未焊接一侧钢板设为变截面形状并与连接端板保持空隙。
8.根据权利要求1所述的变刚度耗能型装配式横向连接结构，其特征在于：所述耗能钢板（5）采用软钢或不锈钢材料，提升区（12）钢板采用普通钢或高强钢钢板。
9.根据权利要求3-8所述的变刚度耗能型装配式横向连接结构的安装方法，其特征在于：步骤如下：
（1）预留螺栓孔：在耗能钢板（5）、变截面钢板（7）钢板、屈曲约束板（9）和耗能区（11）的内外侧螺栓连接板（3）、（4）上预留好设计的螺栓孔大小；
（2）焊接钢板：分别将耗能区（11）内侧的螺栓连接板（3）与左右连接端板（1）焊接，提升区（12）钢板各自与左右连接端板（2）焊接，并将加劲肋（8）分别与连接端板（1）、变截面钢板（7）焊接；
（3）定位螺栓连接：将提升区（12）变截面钢板（7）与两侧的屈曲约束板（9）放置在相应位置后，安装定位螺栓（10）；
（4）螺栓连接：先安装提升区（11）的普通螺栓（6），再将耗能区高强螺栓（2）逐个安装；
（5）连接装配式构件：将左右连接端板（1）与装配式构件（墙、柱等）通过高强螺栓（2）连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190920 |
|
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