CN112302252A - 一种附带剪切型耗能阻尼器的震后可修复装配式格构柱 - Google Patents

一种附带剪切型耗能阻尼器的震后可修复装配式格构柱 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种附带剪切型耗能阻尼器的震后可修复装配式格构柱，属于结构工程技术领域，本发明的格构柱包括钢柱、剪切型耗能阻尼器、第一单边螺栓群和第二高强螺栓群。各钢构件在工厂制作，焊接质量容易控制，施工现场仅需吊装各钢构件并通过螺栓装配式连接，工业化水平和施工效率高。本发明的格构柱同时具备力学性能和实用性能上的优点：在力学性能方面，本发明采用剪切型耗能阻尼器构造提高了格构柱抗侧截面高度，从而提高了格构柱抗侧能力和耗能能力；在实用性能方面，本发明利用波纹拉结板连接剪切耗能板，减少了阻尼器的用钢量，具有良好的经济性，震后仅需更换损伤的阻尼器即可恢复原结构的功能。

Description

一种附带剪切型耗能阻尼器的震后可修复装配式格构柱
技术领域
一种附带剪切型耗能阻尼器的震后可修复装配式格构柱，属于结构工程技术领域。
背景技术
钢结构建筑的发展与钢结构住宅产业化的发展息息相关，实现钢结构住宅产业化就要实现部品部件的标准化，而目前高层建筑是我国建筑行业的主要方向，因此提出一种适用于高层建筑的新型高效装配式标准化钢结构体系及基于新型钢结构体系的装配式标准化构件是实现钢结构住宅产业化和推动钢结构建筑发展的基础。
钢结构建筑以其自重轻、抗震性能好、工业化生产、装配式安装等诸多优点成为我国住宅产业化项目中重点推广的项目之一。对于高层建筑的钢框架体系，侧向荷载效应处于主要影响地位，在风荷载、地震作用等水平荷载作用下钢框架体系的侧移较大，为了减小钢框架体系的侧移，设计人员不得不加大钢柱、钢梁等钢构件的截面积，这会使加劲肋板和焊缝的数量随着构件截面积增大而增加，从而导致结构的用钢量增大，造成浪费。将一个具有较大截面的钢构件拆分成两个或多个小截面的钢构件，相比于较大截面的钢构件，制作小截面钢构件的用钢量更少，加工精度更高，焊缝质量和构件质量更好，将其应用在结构中可以在保证结构具有同等抗侧刚度的前提下，具有更低的施工难度和更快的施工效率。然而将一个钢柱拆分成两个钢柱就要考虑这两个钢构件之间的连接问题，不合适的连接方式会导致钢构件力学性能严重下降，严重时将会导致结构破坏。此外，地震后稍加修复即可恢复使用功能的可恢复功能结构是近年来国际地震工程领域的研究热点，这种新型结构不仅能够在地震中保护人们的生命财产安全，而且在地震后也能尽快恢复使用功能。
为实现以上功能要求，亟需提出一种即具有足够的竖向承载能力、水平承载能力和连接强度又可以实现震后修复的的装配式格构柱结构。为此，本专利提出一种附带剪切型耗能阻尼器的震后可修复装配式格构柱。
该格构柱包括钢柱、剪切型耗能阻尼器、第一单边螺栓群和第二高强螺栓群；所述钢柱为方钢管柱或型钢柱，钢柱位于剪切型耗能阻尼器两侧；所述方钢管柱和型钢柱的高度相等；所述剪切型耗能阻尼器包括两块剪切耗能板、波纹拉结板和两块端板；所述的剪切耗能板的几何形状选用方形或蝴蝶形，两块剪切耗能板平行放置于钢柱两边部的横截面内，两块剪切耗能板的间距不应小于方钢管柱壁板宽度和型钢柱翼缘宽度两者中较小值的1/2；所述波纹拉结板的波纹方向为纵向，波纹拉结板之间的间距不应大于方钢管柱壁板宽度或型钢柱翼缘宽度；所述的端板上预设螺栓孔位；所述波纹拉结板与端板的间距应大于100mm；所述波纹拉结板位于平行放置的两块剪切耗能板内，波纹拉结板与剪切耗能板焊接连接，所述端板焊接在剪切耗能板的两端形成剪切型耗能阻尼器；所述剪切型耗能阻尼器与方钢管柱的壁板通过第一单边螺栓群连接，所述剪切型耗能阻尼器与型钢柱的翼缘板通过第二高强螺栓群连接，形成附带剪切耗能阻尼器的格构柱；所述剪切型耗能阻尼器相邻间距应大于100mm；所述的剪切型耗能阻尼器可更换，震后只需拆卸高强螺栓和单边螺栓就可更换损伤的剪切型耗能阻尼器。
该震后可修复装配式格构柱中的剪切型耗能阻尼器和两侧钢柱通过螺栓连接，具有较高的装配效率。该震后可修复装配式格构柱通过两侧钢柱承担竖向荷载，通过两侧钢柱和剪切型耗能阻尼器共同承担水平荷载。在水平荷载作用下，两侧钢柱相对移动引发剪切型耗能阻尼器产生剪切变形，使结构的损伤主要集中在剪切型耗能阻尼器上，震后仅需拆卸螺栓并更换损伤的剪切型耗能阻尼器即可使结构恢复原有的功能。剪切型耗能阻尼器中的剪切耗能板通过波纹拉结板连接，波纹拉结板的应用可有效降低拉接件的用钢量，波纹拉结板还可为剪切耗能板提供足够的面外刚度，防止剪切耗能板产生较大的面外变形从而过早失去剪切耗能能力。
发明内容
本发明专利提出一种附带剪切型耗能阻尼器的震后可修复装配式格构柱，其目的在于克服技术背景中出现的技术难题，提出一种既具有足够承载力、抗侧刚度又具有较高的装配效率和可修复性能的格构柱构件。
为实现以上目的，本发明提供如下技术方案：
一种附带剪切型耗能阻尼器的震后可修复装配式格构柱，该格构柱包括钢柱、剪切型耗能阻尼器、第一单边螺栓群和第二高强螺栓群；所述钢柱为方钢管柱或型钢柱，钢柱位于剪切型耗能阻尼器两侧；所述方钢管柱和型钢柱的高度相等；所述剪切型耗能阻尼器包括两块剪切耗能板、波纹拉结板和两块端板；所述的剪切耗能板的几何形状选用方形或蝴蝶形，两块剪切耗能板平行放置于钢柱两边部的横截面内，两块剪切耗能板的间距不应小于方钢管柱壁板宽度和型钢柱翼缘宽度两者中较小值的1/2；所述波纹拉结板的波纹方向为纵向，波纹拉结板之间的间距不应大于方钢管柱壁板宽度或型钢柱翼缘宽度；所述的端板上预设螺栓孔位；所述波纹拉结板与端板的间距应大于100mm；所述波纹拉结板位于平行放置的两块剪切耗能板内，波纹拉结板与剪切耗能板焊接连接，所述端板焊接在剪切耗能板的两端形成剪切型耗能阻尼器；所述剪切型耗能阻尼器与方钢管柱的壁板通过第一单边螺栓群连接，所述剪切型耗能阻尼器与型钢柱的翼缘板通过第二高强螺栓群连接，形成附带剪切耗能阻尼器的格构柱；所述剪切型耗能阻尼器相邻间距应大于100mm；所述的剪切型耗能阻尼器可更换，震后只需拆卸高强螺栓和单边螺栓就可更换损伤的剪切型耗能阻尼器。
作为本发明的进一步方案：所述剪切耗能板的长度不应大于方钢管柱壁板宽度或型钢柱翼缘宽度的3倍，剪切耗能板的最大宽度不应大于方钢管柱壁板宽度或型钢柱翼缘宽度的2倍；剪切耗能板的几何形状为蝴蝶形时，剪切耗能板的最小宽度不应小于最大宽度的1/3，剪切耗能板的最大宽度处位于剪切耗能板的两端，最小宽度处位于剪切耗能板长度1/2处。
作为本发明的进一步方案：所述波纹拉结板的波纹形状选用正弦波浪形式、三角形波折形式、梯形波折形式或直角波折形式。
与现有技术相比，本专利的优点主要在以下几个方面：
1、本申请专利格构柱力流传递合理，受力明确，构件简单，设计方便。两侧钢柱通过剪切型耗能阻尼器连接，两侧钢柱和剪切型耗能阻尼器组合形成了一个完整的抗侧截面，在承受水平荷载时，组合抗侧截面为格构柱提供了足够的抗侧刚度，可有效减小格构柱的侧移，同时，两侧钢柱相对移动会引发剪切型耗能阻尼器的剪切变形，使结构的损伤主要集中在剪切型耗能阻尼器上，震后仅需拆卸螺栓并更换损伤的剪切型耗能阻尼器即可使结构恢复原有的功能。
2、本申请专利所述的剪切型耗能阻尼器中的剪切耗能板通过波纹拉结板连接，波纹拉结板的应用可有效降低拉接件的用钢量，波纹拉结板还可为剪切耗能板提供足够的面外刚度，防止剪切耗能板产生较大的面外变形从而过早失去剪切耗能能力。
3、本申请专利所述方钢管柱的壁板宽度和型钢柱的翼缘宽度小于或等于建筑中墙体的厚度，格构柱不影响框架截面内门窗的开设，有效地解决了“突柱”的问题，节约了建筑空间，具有良好的美观性。
附图说明
图1为一种附带剪切型耗能阻尼器的震后可修复装配式格构柱的三维图；
图2为一种附带剪切型耗能阻尼器的震后可修复装配式格构柱的拆分图；
图3为一种附带剪切型耗能阻尼器的震后可修复装配式格构柱的正视图；
图4为一种附带剪切型耗能阻尼器的震后可修复装配式格构柱的俯视图；
图5为一种附带剪切型耗能阻尼器的震后可修复装配式格构柱的构件参数示意图；
图6为一种附带剪切型耗能阻尼器的震后可修复装配式格构柱的剪切型耗能阻尼器构造示意图；
图7为一种附带剪切型耗能阻尼器的震后可修复装配式格构柱的波纹拉结板几何形状示意图；
具体实施方式
下面结合附图1～7，详细说明本专利的实施方式。
如图1～7所示，一种附带剪切型耗能阻尼器的震后可修复装配式格构柱包括以下部件：
1——方钢管柱
2——型钢柱
3——剪切型耗能阻尼器
4——第一单边螺栓群
5——第二高强螺栓群
6——剪切耗能板
7——波纹拉结板
8——端板
下面将结合附图具体说明本发明格构柱的具体连接方式。
本发明格构柱包括方钢管柱(1)、型钢柱(2)、剪切型耗能阻尼器(3)、第一单边螺栓群(4)、第二高强螺栓群(5)。钢构件在工厂内制作加工，运输到现场安装。其中剪切型耗能阻尼器两侧钢柱可根据实际需要，选择使用方钢管柱(1)或型钢柱(2)。
如图1～4所示，构件安装时，先吊装方钢管柱(1)和型钢柱(2)，然后通过第一单边螺栓群(4)将方钢管柱(1)与剪切型耗能阻尼器(3)连接，然后通过第二高强螺栓群(5)将型钢柱(2)与剪切型耗能阻尼器(3)连接，形成附带剪切型耗能阻尼器的震后可修复装配式格构柱。
如图5所示，图中给出了纵向方向、方钢柱壁板宽度、H型钢柱翼缘宽度、剪切耗能板长度、剪切耗能板宽度、蝴蝶型剪切耗能板最大宽度、蝴蝶型剪切耗能板最小宽度、波纹拉结板间距、波纹拉结板与端距的间距、相邻剪切型耗能阻尼器间距的定义。剪切耗能板的长度不应大于方钢管柱壁板宽度或型钢柱翼缘宽度的3倍，剪切耗能板的最大宽度不应大于方钢管柱壁板宽度或型钢柱翼缘宽度的2倍。剪切耗能板(6)选用蝴蝶型剪切耗能板或方型剪切耗能板，蝴蝶型剪切耗能板的最小宽度不应小于最大宽度的1/3，蝴蝶型剪切耗能板的最大宽度处位于位于剪切耗能板的两端，最小宽度处位于剪切耗能板长度1/2处。波纹拉结板(7)之间的间距不应大于方钢管柱壁板宽度或型钢柱翼缘宽度。波纹拉结板(7)与端板(8)的间距应大于100mm。剪切型耗能阻尼器的相邻间距应大于100mm。
如图6所示，所述剪切型耗能阻尼器(3)由剪切耗能板(6)、波纹拉结板(7)和端板(8)组成。所述波纹拉结板(7)位于两侧剪切耗能板(6)内，与剪切耗能板(6)焊接连接。所述端板(8)预留螺栓孔洞，焊接在波纹剪切耗能板(6)的两端。
如图7所示，波纹拉结板(7)采用正弦波浪形式、三角形波折形式、梯形波折形式或直角波折形式。

Claims (3)

1.一种附带剪切型耗能阻尼器的震后可修复装配式格构柱，其特征在于：该格构柱包括钢柱、剪切型耗能阻尼器、第一单边螺栓群和第二高强螺栓群；所述钢柱为方钢管柱或型钢柱，钢柱位于剪切型耗能阻尼器两侧；所述方钢管柱和型钢柱的高度相等；所述剪切型耗能阻尼器包括两块剪切耗能板、两块波纹拉结板和两块端板；所述的剪切耗能板的几何形状选用方形或蝴蝶形，两块剪切耗能板平行放置于钢柱两边部的横截面内，两块剪切耗能板的间距不应小于方钢管柱壁板宽度和型钢柱翼缘宽度两者中较小值的1/2；所述波纹拉结板的波纹方向为纵向，两块波纹拉结板之间的间距不应大于方钢管柱壁板宽度或型钢柱翼缘宽度；所述的端板上预设螺栓孔位；所述波纹拉结板与端板的间距应大于100mm；所述波纹拉结板位于平行放置的两块剪切耗能板内，波纹拉结板与剪切耗能板焊接连接，所述端板焊接在剪切耗能板的两端形成剪切型耗能阻尼器；所述剪切型耗能阻尼器与方钢管柱的壁板通过第一单边螺栓群连接，所述剪切型耗能阻尼器与型钢柱的翼缘板通过第二高强螺栓群连接，形成附带剪切耗能阻尼器的格构柱；所述剪切型耗能阻尼器的相邻间距应大于100mm；所述的剪切型耗能阻尼器可更换，震后只需拆卸高强螺栓和单边螺栓就可更换损伤的剪切型耗能阻尼器。
2.根据权利要求1所述的格构柱，其特征在于：所述剪切耗能板的长度不应大于方钢管柱壁板宽度或型钢柱翼缘宽度的3倍，剪切耗能板的最大宽度不应大于方钢管柱壁板宽度或型钢柱翼缘宽度的2倍；剪切耗能板的几何形状为蝴蝶形时，剪切耗能板的最小宽度不应小于最大宽度的1/3，剪切耗能板的最大宽度处位于剪切耗能板的两端，最小宽度处位于剪切耗能板长度1/2处。
3.根据权利要求1所述的格构柱，其特征在于：所述波纹拉结板的波纹形状选用正弦波浪形式、三角形波折形式、梯形波折形式或直角波折形式。
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