CN111173134A - 一种可恢复功能柱间连接结构 - Google Patents

Abstract

本申请涉及建筑技术领域，提供一种可恢复功能柱间连接结构，以解决现有技术中钢结构柱体残余变形的问题，该可恢复柱间连接结构包括第一连接部、第二连接部、耗能部件、锚固板和预应力线材，第一连接部和第二连接部用于设置在柱体的端部以连接上下柱，预应力线材通过锚固板联系上下柱，用于在震后拉动上下柱使其自复位，耗能部件被设置在第一连接部和第二连接部之间耗能，当耗能部件损坏后，可拆卸更换新的耗能部件。本申请提供柱间连接结构满足抗震设计要求，具有抵抗残余变形的自复位能力，在一般情形下，可通过更换耗能部件来消除耗能部件的残余变形，解决现有技术中钢结构柱体残余变形的问题。

Description

一种可恢复功能柱间连接结构

技术领域

本申请涉及建筑技术领域，具体而言，涉及一种可恢复功能柱间连接结构。

背景技术

现代抗震设计遵循“小震不坏，中震可修，大震不倒”的理念，多为延性设计，允许结构进入塑性状态，在地震发生时可以有效避免建筑物倒塌，但进入塑性状态的抗侧力系统区域可能损坏，进而导致建筑结构产生残余变形。

发明内容

本申请旨在提供一种可恢复功能柱间连接结构，以解决现有技术中钢结构柱体残余变形的问题。

本申请的实施例是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供一种可恢复功能柱间连接结构，用于连接相邻的上柱体和下柱体，包括第一连接部、第二连接部、耗能部件和预应力线材，所述第一连接部用于固定上柱体的下端，所述第二连接部用于固定在下柱体的上端；

当所述上柱体与所述下柱体沿轴向连接时，所述第一连接部与所述第二连接部配合，所述耗能部件被配置为设置在所述第一连接部和所述第二连接部之间，所述预应力线材的两端分别连接于所述上柱体和所述下柱体。

每个柱体上分别设置本申请提供的柱间连接结构，柱间连接结构用于连接竖直方向上相邻的上柱体和下柱体，上柱体的下端的第一连接部与下柱体的上端的第二连接部连接，耗能部件设置在第一连接部和第二连接部之间，当耗能部件损坏后，可拆卸更换新的耗能部件，上下柱之间设置预应力线材，预应力线材的两端连接在上下柱的锚固板上。在柱体受到较小的震动时，耗能部件减震并耗能，预应力线材驱使错动的上下柱复位，实现小震不坏；在柱体受到中等震动时，耗能部件可能损坏，但预应力线材依然能够驱使上下柱复位，震动结束后更换耗能部件，实现中震可修；在柱体受到高强震动时，耗能部件损坏，可能也有柱体损坏，但在预应力线材作用下柱体复位，保证作为主要承重构件的柱体不倒。本申请提供柱间连接结构满足抗震设计要求，具有抵抗残余变形的自复位能力，在一般情形下，可通过更换耗能部件来消除耗能部件的残余变形，解决现有技术中钢结构柱体残余变形的问题。

在本申请的一种实施例中，所述柱间连接结构还包括第一锚固板和第二锚固板，所述第一锚固板固定于上柱体且远离所述第一连接部，所述第二锚固板固定在所述第二连接部的位置；所述预应力线材的一端固定于所述一锚固板，所述预应力线材的另一端固定于所述第二锚固板。

预应力线材的两端分别通过锚具固定在第一锚固板和第二锚固板上，预应力线材的上端远离上柱体的第一连接部，预应力线材的下端连接下柱体的第二连接部，即，使预应力线材尽可能沿相邻两个柱体通长设置，能够更好地作用于两个柱体的连接节点，确保上下柱在连接节点处复位。

在本申请的一种实施例中，所述第一连接部包括夹板，所述第二连接部包括腹板，所述腹板插接于所述夹板，所述耗能部件包括两个第一耗能件，所述两个第一耗能件分别位于所述腹板的两侧，以塞紧所述腹板和所述夹板之间的间隙。

腹板的两侧分别设置夹板，夹板与腹板之间设置第一耗能件，当柱体受到震动时，夹板与腹板发生错动，第一耗能件的两面分别与夹板和腹板发生摩擦，以达到摩擦耗能减震的效果。

在本申请的一种实施例中，上述两个第一耗能件为两个黄铜片。黄铜片与夹板和腹板摩擦可消耗大量动能。

在本申请的一种实施例中，上述连接结构还包括螺栓，所述螺栓用于压紧固定所述腹板、所述夹板、所述第一耗能件；所述腹板上开设有条形孔，所述螺栓穿过所述条形孔。

通过螺栓连接的方式将腹板与夹板紧固连接，震动时螺栓能够在不破坏腹板的情况下沿条形孔移动，确保腹板与夹板发生错动且不破坏，再结合预应力线材的作用，腹板与夹板形成可相对错动并复位的半刚性连接，减少腹板和夹板发生残余变形的可能，且有利于通过第一耗能件分别与夹板和腹板滑动摩擦耗能。

在本申请的一种实施例中，上述第一连接部包括垂直于柱体的轴向的第一端板，所述夹板固定于所述第一端板的表面，所述第二连接部包括形成在腹板的边缘的翼缘板，所述翼缘板沿柱体的轴向延伸；所述耗能部件还包括用于拉结所述第一端板和所述翼缘板的第二耗能件。

翼缘板辅助腹板支撑第一端板，保证第一端板的平稳，第二耗能件连接在翼缘板的外侧和第一端板之间，发生震动时，第二耗能件在外侧首先被拉伸屈曲，以变形耗能，抑制翼缘板向外变形扩张，尽可能使第二连接部不破坏，防止翼缘板发生残余变形，保存第二连接部的功能，而第二耗能件在变形损坏后方便更换，更换后柱间连接结构恢复原有功能，进一步解决现有技术中钢结构柱体残余变形的问题。

在本申请的一种实施例中，上述第二耗能件为L型钢，所述L型钢的一侧连接所述第一端板、所述L型钢的另一侧连接所述翼缘板。

L型钢第一能够为第一端板提供向上的支持力，在未地震的情况下，提高上下柱的连接节点强度，或者说提高第一连接部与第二连接部的连接强度，而且L型钢固定在翼缘板外侧(即翼缘板背离腹板的一面)以先于翼缘板变形耗能，起到一定程度上防止翼缘板向外侧扩张变形的作用，在通常的小震或中震情况下，仅第二耗能件发生变形，更换第二耗能件即可恢复柱间连接结构的功能。

在本申请的一种实施例中，上述第二连接部包括多个腹板，所述多个腹板水平延伸并交汇于同一轴线，所述第一连接部包括相应设置的多个夹板。

腹板与夹板在上下柱的轴向方向插接配合，每块腹板的两侧分别连接有夹板，腹板可根据实际情况设置多个，多个腹板呈放射状水平延伸并交汇于同一轴线，多个腹板与多个夹板配合提高结构强度和承载能力，其间设置的多个第一耗能件提升耗能减震效果。

在本申请的一种实施例中，上述第二连接部包括四个腹板，所述四个腹板形成十字型，所述第一连接部包括与所述四个腹板相应的四个夹板。

四个腹板与四个夹板相配合，在上下柱体之间均匀承载并耗能，保证上下柱之间的稳定性。

在本申请的一种实施例中，上述预应力线材为预应力钢绞线、预应力钢筋、高强预应力钢丝中的一种。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例整体立体结构示意图；

图2为本申请实施例局部立体结构示意图；

图3为本申请实施例第一连接部结构示意图；

图4为本申请实施例第二连接部结构示意图；

图5为本申请实施例侧视结构示意图；

图6为本申请实施例图5中A－A截面结构示意图；

图7为本申请实施例图5中B－B截面结构示意图；

图8为本申请实施例第二耗能件结构示意图。

图标：100－第一连接部；200－第二连接部；300－耗能部件；400－第一锚固板；500－第二锚固板；600－预应力线材；700－第一柱体；800－第二柱体；110－夹板；120－第一端板；210－腹板；211－条形孔；220－翼缘板；310－第一耗能件；320－第二耗能件。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。此外，本申请的描述中若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，本申请的描述中若出现术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，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申请中的具体含义。

实施例

图1是本申请实施例中的一种可恢复功能柱间连接结构的结构示意图；图2是本申请实施例可恢复柱间连接结构局部结构示意图，请参照图1－图2，本实施例中的一种可恢复功能柱间连接结构，连接结构用于连接相邻的两个柱体，如图1中的第一柱体700和第二柱体800，第一柱体700为上柱体，第二柱体800为下柱体。

可恢复柱间连接结构包括第一连接部100、第二连接部200、耗能部件300、锚固板及预应力线材600，其中锚固板包括第一锚固板400和第二锚固板500，耗能部件300包括第一耗能件310和第二耗能件320。第一连接部100固定安装于第一柱体700待与第二柱体800连接的一端，第二连接部200固定安装于第二柱体800待与第一柱体700连接的一端，第一柱体700和第二柱体800沿轴向连接时，第一连接部100与第二连接部200连接，耗能部件300设置于第一连接部100与第二连接部200之间，并分别与第一连接部100和第二连接部200的表面贴合固定；第一锚固板400固定安装于第一柱体700时，第二锚固板500固定安装于第二连接部200，或者，第一锚固板400固定安装于第一柱体700时，第二锚固板500固定安装于第二柱体800，第一锚固板400和第二锚固板500分别开设有用于容许预应力线材600穿过的孔洞，预应力线材600的两端分别通过锚具固定在第一锚固板400和第二锚固板500上。

本实施例中，预应力线材600可以为预应力钢绞线、预应力钢筋或者高强预应力钢丝，可恢复柱间连接结构在实际实用中，第二柱体800也可以替换为地基类结构件，如桩基础、基础墩、地基梁等，在第二连接部200设置在第二端板上，将第二端板通过螺栓连接、预埋、焊接等方式连接在下部的第二柱体800或者地基类结构件上。

第一连接部100包括夹板110和第一端板120，第一端板120垂直第一柱体700，并固定安装于第一柱体700的一端，夹板110相对于第一柱体700固定在第一端板120的另一侧，且夹板110垂直第一端板120设置。夹板110可以通过焊接的方式与第一端板120固定连接，也可以通过卡接或插接的方式连接。

本方案中，如图3所示，第一端板120固定安装有四组夹板110，四组夹板110呈“十”字型设置，每组夹板110包括间隔设置的两块夹板110，每块夹板110开设有用于与腹板210连接的孔洞，第一端板120开设有用于与第二耗能件320连接的孔洞，且第一端板120开设有适于预应力线材600穿过的孔洞。

第二连接部200包括腹板210和翼缘板220，腹板210和翼缘板220均固定安装于第二柱体800的端部，如图4所示，腹板210设置有四块，四块腹板210呈“十”字型设置，四个腹板210由“十”字型中心向外放射状延伸，每个腹板210在延伸方向上连接一块翼缘板220，翼缘板220垂直于其连接的腹板210，翼缘板220与腹板210的顶端齐平。在第一连接部100与第二连接部200连接时，每个夹板110与相应的腹板210插接配合，即每块腹板210伸入与其对应的一组夹板110之间的间隙中，形成两块夹板110夹持一块腹板210的形式。

根据腹板210的两面与夹板110之间的间隙大小，在腹板210与夹板110之间设置两个第一耗能件310，使腹板210的两侧均有第一耗能件310。可选地，根据腹板210与夹板110之间的间隙大小，可增加腹板210与夹板110之间的第一耗能件310数量，保证连接紧密，且能够提升摩擦耗能效果。

腹板210、夹板110和第一耗能件310的连接方式可选为螺栓紧固，方便对发生变形后的耗能部件300进行更换。为减少腹板和夹板残余变形的可能，腹板210开设沿第一柱体700的轴向方向延伸设置的条形孔211，以容许螺栓能够在不破坏腹板210的情况下沿条形孔211移动，使腹板210与夹板110具有相对错动的余量，确保腹板210与夹板110能够在一定程度内错动且不破坏，再结合预应力线材600的作用，腹板210与夹板110形成可相对错动并复位的半刚性连接，减少腹板210和夹板110发生残余变形的可能，且有利于通过第一耗能件310分别与腹板210、夹板110相对滑动摩擦耗能。

图4中用于与预应力线材600连接的第二锚固板500设置在相邻的两块腹板210之间，第二锚固板500垂直于腹板210和翼缘板220设置，且第二锚固板500与第二端板平行，即第二锚固板垂直于第二柱体800的轴向。

图5为本申请实施例的侧视结构示意图，图8为本申请实施例第二耗能件320的立体结构示意图。

结合图5及图8所示，第二耗能件320为L型钢，第二耗能件320设置于翼缘板220的外侧(即位于翼缘板220背离腹板210的一面)，夹板110与腹板210插接配合后，第二耗能件320弯折的两侧中的一侧贴合翼缘板220外侧，并通过螺栓与翼缘板220紧固连接，第二耗能件320弯折的两侧中的另一侧与第一端板120贴合，通过螺栓紧固的方式固定连接第一端板120。第二耗能件320可以由两块钢板焊接而成，也可由角钢或槽钢裁切而成。

图6为图5的A－A截面结构示意图，图7为图5中B－B截面结构示意图。

参考图6和图7所示，第一柱体700设置为十字型钢柱，第一柱体700设置有四个第一锚固板400，每个第一锚固板400分别连接有一根预应力线材600；第二连接部200对应第一柱体700上的第一锚固板400设置有四块第二锚固板500，每根预应力线材600的另一端连接其相应地第二锚固板500。

前述的第一端板120、第二端板、夹板110、翼缘板220、第一耗能件310及第二耗能件320上开设的用于连接的孔洞，可以为螺纹孔，也以为光孔。孔洞的开设数量，位置布局可根据实际使用情况进行设置。翼缘板220和第二耗能件320可分别设置四个相对应的孔洞，四个孔洞呈矩形状排布。第一柱体700也可以为工字型钢柱、H型钢柱或钢管柱等。

第一耗能件310和第二耗能件320可以均为黄铜片，震动时夹板110和腹板210发生相对错动，黄铜片分别与夹板110和腹板210发生摩擦，黄铜片摩擦可以大量耗能。发生小震动时，第一端板120会向腹板210及翼缘板220施加挤压力或者拉力，第二耗能件320位于翼缘板220的外侧，第二耗能件320的L型弯折处变形或者被拉伸屈曲，起到变形耗能的作用，且可防止翼缘板220向外扩张变形。

在安装时，将第一端板120固定安装于第一柱体700，第二端板固定安装于第二柱体800，然后在第一端板120上焊接四组夹板110，在第二端板上焊接四块腹板210，每组夹板110为两个相对间隔的单板，第一柱体700与第二柱体800轴向连接时，一组夹板110夹持一个腹板210。

然后在腹板210与夹板110之间的缝隙中塞入第一耗能件310，第一耗能件310为黄铜片，螺栓依次穿过夹板110的一个单板、黄铜片、腹板210、黄铜片、夹板110的另一个单板并固紧。

在腹板210的外侧端焊接或者一体成型翼缘板220，翼缘板220垂直腹板210设置，翼缘板220朝向第一端板120的一侧与腹板210齐平，翼缘板220的外侧通过螺栓固定连接L型的第二耗能件320的一段，L型的第二耗能件320的另一端与第一端板120贴合，通过螺栓紧固的方式使第二耗能件320与第一端板120固定连接。

最后安装预应力线材600，将第一锚固板400固定于第一柱体700上，第二锚固板500固定于两个腹板210之间，第二锚固板500分别与腹板210和翼缘板220焊接设置，且第二锚固板500垂直腹板210和翼缘板220。第一锚固板400和第二锚固板500分别开设孔洞，预应力线材600贯穿第一锚固板400和第二锚固板500，且预应力线材600的两端分别通过锚具固定于第一锚固板400和第二锚固板500。

上述的第一耗能件310、第二耗能件320和预应力线材600均可以更换。在外部支设了支撑体系保证第一柱体700和第二柱体800稳定后，即可更换第二耗能件320和预应力线材600。更换第一耗能件310时，可先使用顶升托换体系托举第一柱体700，确保第一柱体700被稳定抬升，然后更换第一耗能件310。所谓的顶升托换体系为现有技术，其作用为固定并托举抬升第一柱体700，本领域技术人员应当理解，其具体实施方式与本案发明点并不相关，故在此不再详述。

综上，本实施例提供一种可恢复的柱间连接结构，以解决现有技术中钢结构柱体残余变形的问题，其中第一连接部100和第二连接部200用于设置第一柱体700和第二柱体800的端部，预应力线材600通过第一锚固板400和第二锚固板500联系第一柱体700和第二柱体800，用于在震后拉动第一柱体700和第二柱体800使其自复位，第一耗能件310被夹设在第一连接部100和第二连接部200之间摩擦耗能，第二耗能件320连接在第一连接部100和第二连接部200的外部以先于二者变形耗能，通过摩擦耗能和变形耗能结合减震，尽可能防止第一连接部100和第二连接部200变形或损坏，保存第一连接部100和第二连接部200的基本功能，当耗能部件300损坏后，可拆卸更换新的耗能部件300以恢复柱间连接结构的功能。

本申请提供柱间连接结构满足抗震设计要求，在受到较小的震动时，耗能部件300减震并耗能，预应力线材600驱使错动的第一柱体700和第二柱体800复位，实现小震不坏；在受到中等震动时，耗能部件300可能损坏，但预应力线材600依然能够驱使第一柱体700和第二柱体800复位，震动结束后更换耗能部件300，实现中震可修；在受到高强震动时，耗能部件300损坏，可能也有柱体损坏，但在预应力线材600作用下可使第一柱体700和第二柱体800复位，保证作为主要承重构件的柱体不倒。

通过设置本申请提供的可恢复柱间连接结构，使第一柱体700和第二柱体800具有抵抗残余变形的自复位能力，在一般情形下，可通过更换耗能部件300来消除耗能部件300自身的残余变形，解决现有技术中钢结构柱体残余变形的问题。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可恢复功能柱间连接结构，用于连接相邻的上柱体和下柱体，其特征在于，包括第一连接部、第二连接部、耗能部件和预应力线材，所述第一连接部用于固定上柱体的下端，所述第二连接部用于固定在下柱体的上端；

当所述上柱体与所述下柱体沿轴向连接时，所述第一连接部与所述第二连接部配合，所述耗能部件被配置为设置在所述第一连接部和所述第二连接部之间，所述预应力线材的两端分别连接于所述上柱体和所述下柱体。

2.根据权利要求1所述的一种可恢复功能柱间连接结构，其特征在于，所述柱间连接结构还包括第一锚固板和第二锚固板，所述第一锚固板固定于上柱体且远离所述第一连接部，所述第二锚固板固定在所述第二连接部的位置；所述预应力线材的一端固定于所述一锚固板，所述预应力线材的另一端固定于所述第二锚固板。

3.根据权利要求1所述的一种可恢复功能柱间连接结构，其特征在于，所述第一连接部包括夹板，所述第二连接部包括腹板，所述腹板插接于所述夹板，所述耗能部件包括两个第一耗能件，所述两个第一耗能件分别位于所述腹板的两侧，以塞紧所述腹板和所述夹板之间的间隙。

4.根据权利要求3所述的一种可恢复功能柱间连接结构，其特征在于，所述两个第一耗能件为两个黄铜片。

5.根据权利要求3所述的一种可恢复功能柱间连接结构，其特征在于，所述连接结构还包括螺栓，所述螺栓用于压紧固定所述腹板、所述夹板、所述第一耗能件；所述腹板上开设有条形孔，所述螺栓穿过所述条形孔。

6.根据权利要求3所述的一种可恢复功能柱间连接结构，其特征在于，所述第一连接部包括垂直于柱体的轴向的第一端板，所述夹板固定于所述第一端板的表面，所述第二连接部包括形成在腹板的边缘的翼缘板，所述翼缘板沿柱体的轴向延伸；所述耗能部件包括用于拉结所述第一端板和所述翼缘板的第二耗能件。

7.根据权利要求6所述的一种可恢复功能柱间连接结构，其特征在于，所述第二耗能件为L型钢，所述L型钢的一侧连接所述第一端板、所述L型钢的另一侧连接所述翼缘板。

8.根据权利要求3所述的一种可恢复功能柱间连接结构，其特征在于，所述第二连接部包括多个腹板，所述多个腹板水平延伸并交汇于同一轴线，所述第一连接部包括相应设置的多个夹板。

9.根据权利要求8所述的一种可恢复功能柱间连接结构，其特征在于，所述第二连接部包括四个腹板，所述四个腹板形成十字型，所述第一连接部包括与所述四个腹板相应的四个夹板。

10.根据权利要求1所述的一种可恢复功能柱间连接结构，其特征在于，所述预应力线材为预应力钢绞线、预应力钢筋、高强预应力钢丝中的一种。

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