CN112031195A - 一种钢框架-tj型软钢阻尼器-拉索减震系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及建筑结构减震技术领域，公开了一种钢框架‑TJ型软钢阻尼器‑拉索减震系统，包括：确定钢框架主结构、拉索、TJ型软钢阻尼器、支撑件，确定任意层的钢框架主结构、拉索、TJ型软钢阻尼器、支撑件的抗侧移刚度和体系总抗侧移刚度，并给出每层各种构件抗侧移刚度计算公式以及拉索预应力限值公式，通过体系总抗侧移刚度计算出水平荷载作用下体系的水平位移，确定结构抗侧移刚度是否满足的要求，给出拉索预应力施加方法。钢框架主结构中加入拉索、TJ型软钢阻尼器以及支撑件，充分发挥各自性能优势，使体系具有较好的抗侧移刚度、耗能性能和复位性能，建立了在水平荷载作用下该体系的抗侧移刚度计算方法和位移计算方法。

Description

一种钢框架-TJ型软钢阻尼器-拉索减震系统
技术领域
本发明涉及建筑结构减震技术领域，特别涉及一种钢框架-TJ型软钢阻尼器-拉索减震系统。
背景技术
在水平地震作用或者强风作用下，可能使钢框架结构产生较大残余位移而无法复位，严重的情况会导致结构坍塌，造成重大损失，因此探求在传统钢框架结构基础上增加某些装置以减小地震或强风作用下的水平位移和残余位移，同时使结构具有多道抗震防线更有效地保护生命及财产安全，越来越多地受到人们的关注。
发明内容
本发明提供一种钢框架-TJ型软钢阻尼器-拉索减震系统，可以有效地提高钢结构抗侧移力性能，使结构具有更好的耗能性能和复位性能。
本发明提供了一种钢框架-TJ型软钢阻尼器-拉索减震系统，包括：
框架主结构，由相同的层框架结构上下叠合而成，每个层框架结构包括钢柱和钢梁，每个层框架结构中的钢柱沿横向和纵向间隔布置，钢梁沿横向和纵向布置且两端分别与相邻的两个钢柱顶端侧壁固定连接，最下层的钢柱的底端与地面固连；
多个拉索，下端与地面连接，上端与不同层的钢柱的上部固连，与钢柱有倾斜角度；
多个支撑件，每两个设于同层相邻的钢柱之间，其中一个支撑件的第一端与钢柱的下部连接，另一个支撑件的第一端与相邻的钢柱的上部的连接，两个支撑件的第二端分别与拉压型阻尼器的两端连接。
可选的，框架主结构为钢框架。
可选的，拉索的预应力范围为1％ELAL～10％ELAL，其中EL为拉索的弹性模量，AL为拉索的截面面积。
可选的，支撑件为普通钢支撑。
可选的，拉压型阻尼器为TJ型软钢阻尼器。
可选的，框架主结构的任意层的抗侧移刚度表达式为：
Figure BDA0002660891520000021
各层的拉索的抗侧移刚度表达式为：
Figure BDA0002660891520000022
框架主结构的任意层的支撑件的抗侧移刚度表达式为：
Figure BDA0002660891520000023
框架主结构的任意层的拉压型阻尼器(5)的抗侧移刚度表达式为：
Figure BDA0002660891520000024
钢框架-TJ型软钢阻尼器-拉索减震系统的整体抗侧刚度为：
Kj＝KFj+KLj+min(KBNj,KBLJj) ⑤
式中，Djk为J层任意柱抗侧刚度，EL为拉索的弹性模量，ALj为J层的拉索的截面面积，θj为J层的拉索与水平方向的夹角，Hj为J层的离地面的高度，EBN为支撑件的弹性模量，ABNj为J层的支撑件的截面面积，φj为J层的支撑件与水平方向的夹角，hj为J层的层高，EBLJ为拉压型阻尼器的弹性模量，ABLJ为J层的压型阻尼器的截面面积，Kj为J层的体系抗侧移刚度，KFj为J层的框架主结构的抗侧移刚度，KLj为J层的拉索的抗侧移刚度，KBNj为J层的支撑件的抗侧移刚度，KBLJj为J层的拉压型阻尼器的抗侧移刚度。
可选的，框架主结构的各楼层位移为：
uj＝Δu1+Δu2+...+Δuj-1+Δuj ⑥
框架主结构的某层层间位移为：
Figure BDA0002660891520000031
式中，uj为框架主结构的J层的楼层位移，Δuj为框架主结构的J层的层间位移，Fj-1为作用在框架主结构第j-层上的水平力，
Figure BDA0002660891520000032
为J层的及其以上的拉索水平分力之和。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明可以有效地提高钢结构抗侧移力性能，使结构具有更好的耗能性能和复位性能，达到明显的减震效果和实现结构复位目标。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种钢框架-TJ型软钢阻尼器-拉索减震系统结构布置示意图；
图2是本发明实施例中的拉索的角度示意图；
图3是本发明实施例中的支撑件和TJ型软钢阻尼器的角度示意图。
附图标记说明：
1-钢柱，2-钢梁，3-拉索，4-支撑件，5-拉压型阻尼器。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
如图1-3所示，本发明实施例提供的一种钢框架-TJ型软钢阻尼器-拉索减震系统，包括：框架主结构、多个拉索3、多个支撑件4和多个拉压型阻尼器5，框架主结构由相同的层框架结构上下叠合而成，每个层框架结构包括钢柱1和钢梁2，每个层框架结构中的钢柱1沿横向和纵向间隔布置，钢梁2沿横向和纵向布置且两端分别与相邻的两个钢柱1顶端侧壁固定连接，最下层的钢柱1的底端与地面固连，多个拉索3下端与地面连接，上端与不同层的钢柱1的上部固连，与钢柱1有倾斜角度，多个支撑件4每两个设于同层相邻的钢柱1之间，其中一个支撑件4的第一端与钢柱1的下部连接，另一个支撑件4的第一端与相邻的钢柱1的上部的连接，两个支撑件4的第二端分别与拉压型阻尼器5的两端连接。
可选的，框架主结构为钢框架。
可选的，拉索3的预应力范围为1％ELAL～10％ELAL，其中EL为拉索3的弹性模量，AL为拉索3的截面面积。
可选的，支撑件4为普通钢支撑。
可选的，拉压型阻尼器5为TJ型软钢阻尼器。
可选的，框架主结构的任意层的抗侧移刚度表达式为：
Figure BDA0002660891520000041
各层的拉索3的抗侧移刚度表达式为：
Figure BDA0002660891520000042
框架主结构的任意层的支撑件4的抗侧移刚度表达式为：
Figure BDA0002660891520000043
框架主结构的任意层的拉压型阻尼器(5)的抗侧移刚度表达式为：
Figure BDA0002660891520000051
钢框架-TJ型软钢阻尼器-拉索减震系统整体的抗侧刚度为：
Kj＝KFj+KLj+min(KBNj,KBLJj)， ⑤
式中，Djk为J层任意柱抗侧刚度，EL为拉索3的弹性模量，ALj为J层的拉索3的截面面积，θj为J层的拉索3与水平方向的夹角，Hj为J层的离地面的高度，EBN为支撑件4的弹性模量，ABNj为J层的支撑件4的截面面积，φj为J层的支撑件4与水平方向的夹角，hj为J层的层高，EBLJ为拉压型阻尼器5的弹性模量，ABLJ为J层的压型阻尼器4的截面面积，Kj为J层的体系抗侧移刚度，KFj为J层的框架主结构的抗侧移刚度，KLj为J层的拉索3的抗侧移刚度，KBNj为J层的支撑件4的抗侧移刚度，KBLJj为J层的拉压型阻尼器5的抗侧移刚度。
可选的，框架主结构的各楼层位移为：
uj＝Δu1+Δu2+...+Δuj-1+Δuj， ⑥
框架主结构的某层层间位移为：
Figure BDA0002660891520000052
式中，uj为框架主结构的J层的楼层位移，Δuj为框架主结构的J层的层间位移，Fj-1为作用在框架主结构第j-1层上的水平力，
Figure BDA0002660891520000053
为J层的及其以上的拉索3水平分力之和。
实施例一：
以三层结构体系为例说明本系统的形成步骤：
1)建立三层钢框架-TJ型软钢阻尼器-拉索减震系统计算模型，计算各构件、系统抗侧刚度以及体系楼层位移以及层间位移。
各构件和体系抗侧移刚度表达式：
Figure BDA0002660891520000061
Figure BDA0002660891520000062
Kj＝KFj+KLj+min(KBNj,KBLJj),式中：任意层的体系抗侧移刚度为Kj，KFj为任意层的钢框架抗侧移刚度，KLj为任意层拉索抗侧移刚度，KBNj为任意层支撑件抗侧移刚度，KBLJj为任意层TJ型软钢阻尼器抗侧移刚度，EL为拉索的弹性模量，EBN为支撑件的弹性模量，EBLJ为TJ型软钢阻尼器的弹性模量，ALj为某拉索的截面面积，ABNj的支撑件截面面积，ABLJj为某TJ型软钢阻尼器的截面面积，Hj为某层离地面的高度，hj为某层的层高；计算各构件、系统抗侧刚度主要意义为确定各构件抗侧刚度大小以及系统抗侧刚度大小，为后续计算体系楼层位移以及层间位移做准备。
该体系的每层楼层位移为：uj＝Δu1+Δu2+...+Δuj-1+Δuj，该体系的某层层间位移为：
Figure BDA0002660891520000063
计算体系楼层位移以及层间位移的主要意义为确定体系位移是否满足规范要求。
2)建立三层钢框架主结构；
3)安装支撑件4和TJ型软钢阻尼器5；
4)分别对称安装一层、二层以及三层的拉索3；
5)对同一楼层拉索3施加预应力，某层拉索施加预应力为1％ELA～10％ELA，保证关于同一楼层对称轴两侧的拉索施加预应力合力相等，顺序从低楼层到高楼层，先从一层对拉索对称施加预应力，然后对二层拉索对称施加预应力，最后对三层拉索对称施加预应力,整个体系完全形成。
以上公开的仅为本发明的1个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种钢框架-TJ型软钢阻尼器-拉索减震系统，其特征在于，包括：
框架主结构，由相同的层框架结构上下叠合而成，每个所述层框架结构包括钢柱(1)和钢梁(2)，每个所述层框架结构中的钢柱(1)沿横向和纵向间隔布置，钢梁(2)沿横向和纵向布置且两端分别与相邻的两个钢柱(1)顶端侧壁固定连接，最下层的所述钢柱(1)的底端与地面固连；
多个拉索(3)，下端与地面连接，上端与不同层的所述钢柱(1)的上部固连，与所述钢柱(1)有倾斜角度；
多个支撑件(4)，每两个设于同层相邻的所述钢柱(1)之间，其中一个所述支撑件(4)的第一端与所述钢柱(1)的下部连接，另一个所述支撑件(4)的第一端与相邻的所述钢柱(1)的上部的连接，两个所述支撑件(4)的第二端分别与拉压型阻尼器(5)的两端连接。
2.如权利要求1所述的钢框架-TJ型软钢阻尼器-拉索减震系统，其特征在于，所述框架主结构为钢框架。
3.如权利要求1所述的钢框架-TJ型软钢阻尼器-拉索减震系统，其特征在于，所述拉索(3)的预应力范围为1％ELAL～10％ELAL，其中EL为所述拉索(3)的弹性模量，AL为所述拉索(3)的截面面积。
4.如权利要求1所述的钢框架-TJ型软钢阻尼器-拉索减震系统，其特征在于，所述支撑件(4)为普通钢支撑。
5.如权利要求1所述的钢框架-TJ型软钢阻尼器-拉索减震系统，其特征在于，所述拉压型阻尼器(5)为TJ型软钢阻尼器。
6.如权利要求1任一所述的钢框架-TJ型软钢阻尼器-拉索减震系统，其特征在于，
所述框架主结构的任意层的抗侧移刚度表达式为：
Figure FDA0002660891510000011
所述各层的拉索(3)的抗侧移刚度表达式为：
Figure FDA0002660891510000021
所述框架主结构的任意层的支撑件(4)的抗侧移刚度表达式为：
Figure FDA0002660891510000022
所述框架主结构的任意层的拉压型阻尼器(5)的抗侧移刚度表达式为：
Figure FDA0002660891510000023
所述钢框架-TJ型软钢阻尼器-拉索减震系统的内整体抗侧刚度为：
Kj＝KFj+KLj+min(KBNj,KBLJj) ⑤
式中，Djk为J层任意柱抗侧刚度，EL为拉索(3)的弹性模量，ALj为J层的拉索(3)的截面面积，θj为J层的拉索(3)与水平方向的夹角，Hj为J层的离地面的高度，EBN为支撑件(4)的弹性模量，ABNj为J层的支撑件(4)的截面面积，φj为J层的支撑件(4)与水平方向的夹角，hj为J层的层高，EBLJ为拉压型阻尼器(5)的弹性模量，ABLJ为J层的压型阻尼器(4)的截面面积，Kj为J层的体系抗侧移刚度，KFj为J层的框架主结构的抗侧移刚度，KLj为J层的拉索(3)的抗侧移刚度，KBNj为J层的支撑件(4)的抗侧移刚度，KBLJj为J层的拉压型阻尼器(5)的抗侧移刚度。
7.如权利要求6所述的钢框架-TJ型软钢阻尼器-拉索减震系统，其特征在于，
所述框架主结构的各楼层位移为：
uj＝Δu1+Δu2+...+Δuj-1+Δuj ⑥
所述框架主结构的某层层间位移为：
Figure FDA0002660891510000031
式中，uj为框架主结构的J层的楼层位移，Δuj为框架主结构的J层的层间位移，Fj-1为作用在框架主结构第j-1层上的水平力，
Figure FDA0002660891510000032
为J层的及其以上的拉索(3)水平分力之和。
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