CN114232463A - 一种c形钢-摩擦阻尼器组合式耗能构造及方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种C形钢‑摩擦阻尼器组合式耗能构造，该C形钢‑摩擦阻尼器组合式耗能构造包括连接底座、大C形钢耗能装置和摩擦装置；连接底座包括对称设置的左连接底座和右连接底座，大C形钢耗能装置和摩擦装置安装于左连接底座和右连接底座之间；该C形钢‑摩擦阻尼器组合式耗能构造布置于墩柱和系梁的连接位置处，遭受地震荷载时，大C形钢耗能装置通过变形能够吸横向载荷耗能，摩擦装置通过自身相对摩擦吸收纵向载荷耗能。本发明主要用于桥梁领域中的带系梁双柱墩，实现了系梁的可装配、可更换、可修复，降低了全寿命周期成本，变系梁的剪切破坏的脆性破坏模式为延性破坏，增强了双柱墩的抗震性能，实现了地震作用下的充分耗能。

Description

一种C形钢-摩擦阻尼器组合式耗能构造及方法

技术领域

本发明涉及桥梁工程领域，特别涉及一种C形钢-摩擦阻尼器组合式耗能构造及方法。

背景技术

随着我国经济实力的快速增长，交通基础设施的需求日益增加，对于道路、桥梁等基础建筑物的技术要求越来越高。而我国幅员辽阔，地形复杂，尤其是西南地区高山环峙，地形高差悬殊，采用传统现场施工的方式难度极大，施工周期长，且在现场浇筑混凝土污染环境，同时混凝土质量无法严格保证。预制拼装技术则由于工厂预制，现场进行拼装的特点，保证了混凝土质量，减少了现场环境污染以及浇筑工序，缩短了施工周期，因此预制装配技术开始得到重视与发展。

我国处于环太平洋地震带与欧亚地震带之间，断裂带分布十分广泛，尤其是西南地区，极易遭受到地震作用的破坏，而桥梁下部结构(桥墩)的抗震性能直接决定整个桥梁安全性能，因此对于山区双柱式高墩而言，既实现快速预制装配又保证其抗震性能成为又一个研究内容。双柱式桥墩特别是带系梁的双柱式桥墩通常高度较高，预制拼装时常会划分为不同节段进行现场拼装，节段连接位置抗震性能决定结构的抗震性能。

由于系梁具有提升横桥向刚度，提高桥墩侧向承载能力，降低墩顶位移的作用，且系梁先于桥墩破坏并消耗地震能量，作为能力保护构件起到保护桥墩的作用，一旦系梁发生破坏，会使双柱墩体系发生改变，加速整体桥墩的破坏，甚至直接影响整个桥梁结构的安全性，因此保证系梁-墩柱连接位置的抗震性能以及可持续工作能力成为重点及难点问题。急需提出一种系梁-墩柱连接构造，既能保证连接性能，又能够实现可持续工作能力。

现有系梁-墩柱连接大致分为三种，一种是金属阻尼器，利用金属阻尼器的变形产生耗能，并提供相应的连接性能，这种连接方式简单，便于拆装，但通常需要产生较大变形才会出现显著效果；第二种是摩擦阻尼器，利用材料接触时的摩擦力提供耗能以及连接性能，受力形式简单，但变形较大时摩擦力大小不易控制；第三种是辅助支撑，即系梁墩柱直接现浇连接，在其周边布置防屈曲支撑，利用支撑进行耗能，提供抗震性能。但这种支撑，常在系梁墩柱连接位置与墩底之间斜向布置，所需布置空间较大。

基于上述原因，急需提出一种墩柱-系梁连接的预制拼装构造，在满足带系梁双柱墩的预制装配的同时，提供足够的承载力和耗能能力，进而提升双柱墩的整体抗震性能、同时能够在发生破坏时快速更换，实现可持续工作能力，促进双柱墩预制装配技术的发展与完善。

发明内容

为了有效解决上述技术背景中所提到的高烈度地区带系梁双柱墩的系梁预制装配、耗能及可更换问题，本发明提出了一种C形钢-摩擦阻尼器组合式耗能构造及设计、施工方法，既实现了墩柱-系梁连接位置的可装配，连接位置的持续耗能以及系梁节段的可更换，又能增强墩柱系梁连接位置的延性，实现持续性耗能，还可以节约施工场地，降低桥梁全寿命周期成本，促进带系梁双柱墩预制装配技术的发展与完善。

本发明采用的技术方案为：

一种C形钢-摩擦阻尼器组合式耗能构造，该C形钢-摩擦阻尼器组合式耗能构造包括连接底座、大C形钢耗能装置和摩擦装置；所述连接底座包括左连接底座和右连接底座，左连接底座和右连接底座对称设置，所述大C形钢耗能装置和摩擦装置安装于左连接底座和右连接底座之间；所述大C形钢耗能装置和摩擦装置通过左连接底座与墩柱固定连接，大C形钢耗能装置和摩擦装置通过右连接底座与系梁固定连接；该C形钢-摩擦阻尼器组合式耗能构造布置于墩柱和系梁的连接位置处，遭受地震荷载时，所述大C形钢耗能装置通过变形能够吸横向载荷耗能，所述摩擦装置通过自身相对摩擦吸收纵向载荷耗能。

进一步的，所述左连接底座和右连接底座的结构相同，均包括底座钢板、底座钢板连接螺栓、底座钢板连接钢筋和连接方钢；所述底座钢板为矩形钢板，其上环绕设置若干通孔；所述底座钢板连接钢筋为若干根，其数量与底座钢板上的通孔匹配，底座钢板连接钢筋预埋于墩柱或系梁内，且端头处露于墩柱或系梁外；所述底座钢板连接钢筋的端头穿过底座钢板上的通孔，且与底座钢板连接螺栓螺纹连接，通过底座钢板连接螺栓使底座钢板的一侧与墩柱或系梁紧密贴合；所述连接方钢固定设于底座钢板另一侧的中间处，所述底座钢板通过连接方钢与摩擦装置连接。

进一步的，所述摩擦装置包括左摩擦预紧力钢板、右摩擦预紧力钢板、小C形钢、凹侧摩擦钢板和凸侧摩擦钢板；所述左摩擦预紧力钢板和右摩擦预紧力钢板的外侧中心处分别与左连接底座和右连接底座的连接方钢固定连接；所述凹侧摩擦钢板和凸侧摩擦钢板位于左摩擦预紧力钢板和右摩擦预紧力钢板之间，凹侧摩擦钢板和凸侧摩擦钢板的一侧为凸凹配合面，凹侧摩擦钢板和凸侧摩擦钢板的另一侧分别与摩擦预紧力钢板和右摩擦预紧力钢板固定连接；所述左摩擦预紧力钢板和右摩擦预紧力钢板之间通过若干小C形钢控制施加预紧力；所述小C形钢的两端分别穿过左摩擦预紧力钢板和右摩擦预紧力钢板，且通过螺纹连接的小C形钢锚固螺母与左摩擦预紧力钢板和右摩擦预紧力钢板固定连接。

进一步的，所述大C形钢耗能装置设于左连接底座和右连接底座之间的顶部和底部。

进一步的，所述大C形钢耗能装置包括大C形钢底座、大C形钢、固定螺栓和固定螺母；所述大C形钢底座为矩形条状，其上设有若干插槽，其一侧与底座钢板固定连接；所述大C形钢的数量为若干根，其安装于两个大C形钢底座之间，且大C形钢的两端位于大C形钢底座的插槽内；所述固定螺栓穿过大C形钢底座及大C形钢底座的若干插槽，且与固定螺母螺纹连接；所述大C形钢位于插槽内的两端设有锚孔，其通过锚孔套装在固定螺栓上。

进一步的，所述大C形钢的开口朝向该C形钢-摩擦阻尼器组合式耗能构造的外侧。

一种C形钢-摩擦阻尼器组合式耗能构造的设计方法，该方法针对上述的C形钢-摩擦阻尼器组合式耗能构造，包括步骤如下：

步骤1，根据已知墩柱与系梁的尺寸，确定使用的材料类型；

步骤2，根据确定使用的材料类型，计算系梁抗弯承载力M与抗剪承载力V；

步骤3，确定组合式耗能构造的合理内力需求M_T、Q_T；

具体的，M_T＝β×M；Q_T＝β×V；

式中，β为内力折减系数，M、V分别表示混凝土系梁的抗弯承载力与抗剪承载力；由于耗能构造优先于系梁普通混凝土段屈服，因此可取小于1的数，具体根据实际工程的要求确定；

步骤4，拟定耗能构件的尺寸；

一、拟定大C形钢的尺寸和数量：

大C形钢的截面为矩形，截面宽度为b，截面高度为h，单个大C型钢可承受的极限塑性弯矩以及弯矩需求下所需C型钢数量为n：

n＝M_T/M_c；

单个大C型钢承受的竖向剪力以及总剪力为：

且需满足

式中，τ_u与Q_cu为C型钢材料抗剪强度与截面抗剪承载力；

二、确定摩擦装置的预紧力及小C型钢数量：

摩擦阻尼器的剪力需求为：

摩擦阻尼器承受的滑动摩擦能力为：

F＝P tanθ+μP sgn[sinθ]；

式中，R_m为拟定的摩擦钢板的曲率半径；θ为摩擦阻尼器转动位移；μ为滑动摩擦系数；sgn为符号函数，即

可确定摩擦阻尼器所需的预紧力需求p以及小C型钢数量n_b为:

式中，T_b为单个小C型钢的预紧力，可根据高强螺栓的设计标准确定；

步骤5，校核组合式耗能构造的合理刚度需求；

组合式耗能构造的最大转动位移需求按式：θ_T＝β×θ_c确定；

式中，θ_c为混凝土系梁发生屈服时，系梁-墩柱节点最大转角；

根据虚功原理，可得组合式耗能构造的最大转动位移θ

式中，L_link为混凝土系梁悬臂长度；I(x)为C型钢的塑性惯性矩；

若θ≤θ_T则组合耗能构造刚度满足需求；若组合耗能构造刚度不满足需求则重新计算。

一种C形钢-摩擦阻尼器组合式耗能构造的施工方法，该方法针对上述的C形钢-摩擦阻尼器组合式耗能构造，施工步骤如下：

步骤一，根据双柱墩所承受的荷载，计算出凹侧摩擦钢板、凸侧摩擦钢板尺寸和所需施加的预紧力大小，计算大C形钢和小C形钢所需个数及截面尺寸，以及底座钢板连接钢筋的数量和尺寸参数；

步骤二，预加工此C形钢-摩擦阻尼器组合式耗能构造所需配件，将底座钢板连接钢筋预埋于墩柱、系梁之中，并保证底座钢板连接钢筋的端头处露于墩柱或系梁外；

步骤三，组装连连接底座，将连接方钢分别焊接于左连接底座和右连接底座的底座钢板的中间位置，将大C形钢底座焊接于左连接底座和右连接底座的顶、底部位置；

步骤四，组装摩擦装置，将左摩擦预紧力钢板和右摩擦预紧力钢板分别与凹侧摩擦钢板和凸侧摩擦钢板焊接，将小C形钢穿过左摩擦预紧力钢板和右摩擦预紧力钢板用小C形钢锚固螺母在合适的位置施加预紧力并拧紧固定；

步骤五，将左摩擦预紧力钢板与左连接底座的连接方钢焊接，将右摩擦预紧力钢板与右连接底座的连接方钢焊接，使摩擦装置与连接底座固定连接；

步骤六，组装大C形钢耗能装置，将大C形钢插入大C形钢底座的插槽之中，将固定螺栓穿过大C形钢底座及插槽和插槽内的大C形钢端头，并用固定螺母拧紧；

步骤七，将该C形钢-摩擦阻尼器组合式耗能构造运输至施工现场，通过墩柱和系梁预埋底座钢板连接钢筋的端头穿过底座钢板上的通孔，且与底座钢板连接螺栓螺纹连接，底座钢板连接螺栓使底座钢板的一侧与墩柱或系梁紧密贴合。

本发明的有益效果是：

1.本发明提出了一种C形钢-摩擦阻尼器组合式耗能构造，对于其中的摩擦装置，由小C形钢进行锚固以提供摩擦所需的轴向力，由凹侧摩擦钢板和凸侧摩擦钢板产生相对位移而实现耗能目的。对于大C形钢耗能装置，当地震作用较大时，大C形钢开始屈服，通过大C形钢的屈服变形实现耗能目的。一种C形钢-摩擦阻尼器组合式耗能构造，通过C形钢-摩擦阻尼器组合的耗能方式实现对地震能量的充分耗散。

2.该C形钢-摩擦阻尼器组合式耗能构造克服了带系梁双柱墩的墩柱系梁连接位置难以装配的技术难点，实现了系梁的可装配，帮助实现带系梁双柱墩的全预制拼装，在地震作用下，C形钢-摩擦阻尼器组合式耗能构造先于墩柱节段、系梁节段的钢筋混凝土结构破坏，提供了墩柱系梁连接位置的保险丝效果，震后只需更换相同的耗能构造便可实现震后的快速修复。该C形钢-摩擦阻尼器组合式耗能构造实现了预制拼装带系梁双柱墩的可装配、可更换、可修复功能，同时也降低了带系梁双柱墩的全寿命周期成本。

3.由于现浇带系梁双柱墩的系梁长细比较小，实际桥梁震害往往是系梁端部的剪切破坏，属于脆性破坏，并不能实现墩柱系梁连接位置的延性破坏，不利于双柱墩的整体抗震。将该C形钢-摩擦阻尼器组合式耗能构造用于墩柱系梁连接位置，其破坏主要发生于组合式耗能构造位置，属于延性破坏，比传统的现浇连接更加安全，提升了墩柱系梁连接位置的可持续工作能力，极大的增强了墩柱系梁连接位置的抗震性能。

附图说明

图1为本发明的安装示意图；

图2为本发明的整体结构示意图；

图3为本发明的侧面结构示意图；

图4为本发明的顶面结构示意图；

图5为本发明连接底座的结构示意图；

图6为本发明连接底座的拆分结构示意图；

图7为本发明大C形钢耗能装置的结构示意图；

图8为本发明大C形钢耗能装置的拆分结构示意图；

图9为本发明摩擦装置的结构示意图；

图10为本发明摩擦装置的拆分结构示意图；

图11为本发明的设计流程图；

图12摩擦装置的预紧力及小C型钢数量计算图；

图13校核组合式耗能构造的合理刚度计算图；

图1—10中，1—连接底座，2—大C形钢耗能装置，3—摩擦装置，4—左连接底座，5—右连接底座，6—墩柱，7—系梁，8—底座钢板，9—底座钢板连接螺栓，10—底座钢板连接钢筋，11—连接方钢，12—左摩擦预紧力钢板，13—右摩擦预紧力钢板，14—小C形钢，15—凹侧摩擦钢板，16—凸侧摩擦钢板，17—小C形钢锚固螺母，18—大C形钢底座，19—大C形钢，20—固定螺栓，21—固定螺母，22—插槽，23—锚孔。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是需要说明的是，本发明并不限于此实施例。在下文对本发明的细节描述中，详细描述了一些特定的细节部分。然而，对于没有详细描述的部分，本领域技术人员也可以完全理解本发明。

此外，本领域普通技术人员应当理解，所提供的附图仅为了说明本发明的目的、特征以及优点，附图并不是完全按照实际比例绘制的。

同时，除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等相似词语应当解释为包含的含义而非排他或穷举的意思；也就是说，是“包含但不限于”的意思。

实例参考如图1—11所示，本发明提出了一种C形钢-摩擦阻尼器组合式耗能构造，该构造由连接底座1、大C形钢耗能装置2和摩擦装置3组成。

如图1所示，一种C形钢-摩擦阻尼器组合式耗能构造可布置于墩柱6与系梁7连接位置的系梁7端部，通过连接底座1实现该耗能构造与主体结构的连接。需要指出的是，墩柱6与系梁7连接位置的系梁7端部只是为说明本方案而选取的最佳布置位置，实际工程应用中也可布置于其他位置。

如图2—4所示，一种C形钢-摩擦阻尼器组合式耗能构造，包括连接底座1、大C形钢耗能装置2和摩擦装置3；

具体的，所述连接底座1包括左连接底座4和右连接底座5，左连接底座4和右连接底座5对称设置，所述大C形钢耗能装置2和摩擦装置3安装于左连接底座4和右连接底座5之间；所述大C形钢耗能装置2和摩擦装置3通过左连接底座4与墩柱6固定连接，大C形钢耗能装置2和摩擦装置3通过右连接底座5与系梁7固定连接；该C形钢-摩擦阻尼器组合式耗能构造布置于墩柱6和系梁7的连接位置处，遭受地震荷载时，所述大C形钢耗能装置2通过变形能够吸横向载荷耗能，所述摩擦装置3通过自身相对摩擦吸收纵向载荷耗能。

本实施例中还给出了连接底座1、大C形钢耗能装置2和摩擦装置3的具体结构：

如图5—6所示，所述左连接底座4和右连接底座5的结构相同，均包括底座钢板8、底座钢板连接螺栓9、底座钢板连接钢筋10和连接方钢11；

具体的，所述底座钢板8为矩形钢板，其上环绕设置若干通孔；所述底座钢板连接钢筋10为若干根，底座钢板连接钢筋10为高强钢筋，底座钢板连接钢筋10的数量与底座钢板8上的通孔匹配，底座钢板连接钢筋10预埋于墩柱6或系梁7内，且端头处露于墩柱6或系梁7外，底座钢板连接钢筋10埋入段长度满足规范规定的锚固长度要求即可；所述底座钢板连接钢筋10的端头穿过底座钢板8上的通孔，且与底座钢板连接螺栓9螺纹连接，底座钢板连接螺栓9为高强螺栓，通过底座钢板连接螺栓9使底座钢板8的一侧与墩柱6或系梁7紧密贴合；所述连接方钢11固定设于底座钢板8另一侧的中间处，所述底座钢板8通过连接方钢11与摩擦装置3连接，使摩擦装置3和连接底座1二者协同受力，产生相同的变形。

所述连接底座1采用上述结构，布置于系梁7断开位置，用于连接大C形钢耗能装置2、摩擦装置3。当遭受地震荷载作用时，可将连接底座1整体拆卸更换，也可仅更换其部分构造，其具体尺寸根据系梁7尺寸确定，外形尺寸应与系梁7保持一致，厚度尺寸等根据抗弯承载力要求确定即可。

如图7—8所示，所述摩擦装置3包括左摩擦预紧力钢板12、右摩擦预紧力钢板13、小C形钢14、凹侧摩擦钢板15和凸侧摩擦钢板16；

具体的，所述左摩擦预紧力钢板12和右摩擦预紧力钢板13的外侧中心处分别与左连接底座4和右连接底座5的连接方钢11固定连接；所述凹侧摩擦钢板15和凸侧摩擦钢板16位于左摩擦预紧力钢板12和右摩擦预紧力钢板13之间，凹侧摩擦钢板15和凸侧摩擦钢板16的一侧为凸凹配合面，凹侧摩擦钢板15和凸侧摩擦钢板16的另一侧分别与摩擦预紧力钢板和右摩擦预紧力钢板13固定连接；所述左摩擦预紧力钢板12和右摩擦预紧力钢板13之间通过若干小C形钢14控制施加预紧力；所述小C形钢14为软钢材料，小C形钢14的两端分别穿过左摩擦预紧力钢板12和右摩擦预紧力钢板13，且通过螺纹连接的小C形钢锚固螺母17与左摩擦预紧力钢板12和右摩擦预紧力钢板13固定连接。

通过若干小C形钢14控制施加预紧力，提供凹侧摩擦钢板15和凸侧摩擦钢板16之间摩擦所需的轴向压力，使凹侧摩擦钢板15和凸侧摩擦钢板16始终保持受压状态，不分离。小C形钢14设置为C形的目的是可以产生一定的竖向变形，避免直接受剪破坏。摩擦装置3固定于连接底座1的中间位置，当遭受地震荷载时，通过系梁7两侧发生竖向相对运动，带动凹侧摩擦钢板15和凸侧摩擦钢板16之间发生竖向相对运动，由凹侧摩擦钢板15和凸侧摩擦钢板16进行相对摩擦吸收纵向载荷耗能。

如图9—10所示，所述大C形钢耗能装置2设于左连接底座4和右连接底座5之间的顶部和底部。

具体的，所述大C形钢耗能装置2包括大C形钢底座18、大C形钢19、固定螺栓20和固定螺母21；所述大C形钢底座18为矩形条状，大C形钢底座18上设有若干插槽22，大C形钢底座18一侧与底座钢板8固定连接；所述大C形钢19的数量为若干根，大C形钢19材料可用软钢材料，容易达到屈服点增加由塑性变形产生的耗能，大C形钢19安装于两个大C形钢底座18之间，且大C形钢19的两端位于大C形钢底座18的插槽22内；所述固定螺栓20穿过大C形钢底座18及大C形钢底座18的若干插槽22，且与固定螺母21螺纹连接；所述大C形钢19位于插槽22内的两端设有锚孔23，大C形钢19的两端通过锚孔23套装在固定螺栓20上，所述固定螺栓20为高强螺栓。所述大C形钢19的开口朝向该C形钢-摩擦阻尼器组合式耗能构造的外侧。

所述大C形钢耗能装置2采用上述结构，布置于连接底座1的顶、底部位置，提供主要的抗弯承载力作用，当遭受地震荷载发生较大变形时，可以通过变形吸横向载荷耗能。大C形钢耗能装置2具体尺寸根据系梁7截面抗弯承载力计算结果确定，保证大C形钢耗能装置2与系梁7截面抗弯承载力一致即可。

为确定摩擦阻尼器与C型钢的技术参数，包括尺寸、预紧力、数量等，本发明提出一种C形钢-摩擦阻尼器组合式耗能构造的设计方法，该方法针对上述的C形钢-摩擦阻尼器组合式耗能构造，包括步骤如下：如图11所示；

步骤1，根据已知墩柱与系梁的尺寸，确定使用的材料类型；

步骤2，根据确定使用的材料类型，计算系梁抗弯承载力M与抗剪承载力V；

步骤3，确定组合式耗能构造的合理内力需求M_T、Q_T；

M_T＝β×M (1)；

Q_T＝β×V (2)；

式中，β为内力折减系数，M、V分别表示混凝土系梁的抗弯承载力与抗剪承载力；由于耗能构造优先于系梁普通混凝土段屈服，因此可取小于1的数，具体根据实际工程的要求确定；

步骤4，拟定耗能构件的尺寸；

一，拟定大C形钢的尺寸和数量：

大C形钢的截面为矩形，截面宽度为b，截面高度为h，单个大C型钢可承受的极限塑性弯矩以及弯矩需求下所需C型钢数量为n：

n＝M_T/M_c (4)；

式中，σ_y为C型阻尼器材料屈服强度。

单个大C型钢承受的竖向剪力以及总剪力为：

式中，l为C型阻尼器的水平投影长度。

且需满足

式中，τ_u与Q_cu为C型钢材料抗剪强度与截面抗剪承载力；

二，确定摩擦装置的预紧力及小C型钢数量：如图12所示；

摩擦阻尼器的剪力需求为：

摩擦阻尼器承受的滑动摩擦能力为：

F＝P tanθ+μP sgn[sinθ] (9)；

式中，θ为摩擦阻尼器转动位移；μ为滑动摩擦系数；sgn为符号函数，即

可确定摩擦阻尼器所需的预紧力需求p以及小C型钢数量n_b为:

式中，T_b为单个小C型钢的预紧力，可根据高强螺栓的设计标准确定。

步骤5，校核组合式耗能构造的合理刚度需求；如图13所示

为避免混凝土系梁发生破坏，组合式耗能构造的最大允许转动位移需求按式(13)确定；

θ_T＝β×θ_c (13)；

式中，θ_c为混凝土系梁发生屈服时系梁-墩柱节点最大转角。

根据虚功原理，可得组合式耗能构造的最大转动位移θ

式中，L_link为混凝土系梁悬臂长度；I(x)为C型钢的塑性惯性矩，E表示C型阻尼器的材料弹性模量；M(x)为C型钢的截面弯矩。

C型钢与摩擦阻尼器组合耗能器刚度需满足

θ≤θ_T (15)

一种C形钢-摩擦阻尼器组合式耗能构造的施工方法，该方法针对上述的C形钢-摩擦阻尼器组合式耗能构造，施工步骤如下：

步骤一，根据双柱墩所承受的荷载，计算出凹侧摩擦钢板15、凸侧摩擦钢板16尺寸和所需施加的预紧力大小，计算大C形钢19和小C形钢14所需个数及截面尺寸，以及底座钢板连接钢筋的数量和尺寸参数；

步骤二，预加工此C形钢-摩擦阻尼器组合式耗能构造所需配件，将底座钢板连接钢筋10预埋于墩柱6、系梁7之中，并保证底座钢板连接钢筋10的端头处露于墩柱6或系梁7外；

步骤三，组装连连接底座1，将连接方钢11分别焊接于左连接底座4和右连接底座5的底座钢板8的中间位置，将大C形钢底座18焊接于左连接底座4和右连接底座5的顶、底部位置；

步骤四，组装摩擦装置3，将左摩擦预紧力钢板12和右摩擦预紧力钢板13分别与凹侧摩擦钢板15和凸侧摩擦钢板16焊接，将小C形钢14穿过左摩擦预紧力钢板12和右摩擦预紧力钢板13用小C形钢锚固螺母17在合适的位置施加预紧力并拧紧固定；

步骤五，将左摩擦预紧力钢板12与左连接底座4的连接方钢11焊接，将右摩擦预紧力钢板13与右连接底座5的连接方钢11焊接，使摩擦装置3与连接底座1固定连接；

步骤六，组装大C形钢耗能装置2，将大C形钢19插入大C形钢底座18的插槽22之中，将固定螺栓20穿过大C形钢底座18及插槽22和插槽22内的大C形钢19端头，并用固定螺母21拧紧；

步骤七，将该C形钢-摩擦阻尼器组合式耗能构造运输至施工现场，通过墩柱6和系梁7预埋底座钢板连接钢筋10的端头穿过底座钢板8上的通孔，且与底座钢板连接螺栓9螺纹连接，底座钢板连接螺栓9使底座钢板8的一侧与墩柱6或系梁7紧密贴合。

Claims (8)

1.一种C形钢-摩擦阻尼器组合式耗能构造，其特征在于：该C形钢-摩擦阻尼器组合式耗能构造包括连接底座、大C形钢耗能装置和摩擦装置；所述连接底座包括左连接底座和右连接底座，左连接底座和右连接底座对称设置，所述大C形钢耗能装置和摩擦装置安装于左连接底座和右连接底座之间；所述大C形钢耗能装置和摩擦装置通过左连接底座与墩柱固定连接，大C形钢耗能装置和摩擦装置通过右连接底座与系梁固定连接；该C形钢-摩擦阻尼器组合式耗能构造布置于墩柱和系梁的连接位置处，遭受地震荷载时，所述大C形钢耗能装置通过变形能够吸横向载荷耗能，所述摩擦装置通过自身相对摩擦吸收纵向载荷耗能。

2.根据权利要求1所述的C形钢-摩擦阻尼器组合式耗能构造，其特征在于：所述左连接底座和右连接底座的结构相同，均包括底座钢板、底座钢板连接螺栓、底座钢板连接钢筋和连接方钢；所述底座钢板为矩形钢板，其上环绕设置若干通孔；所述底座钢板连接钢筋为若干根，其数量与底座钢板上的通孔匹配，底座钢板连接钢筋预埋于墩柱或系梁内，且端头处露于墩柱或系梁外；所述底座钢板连接钢筋的端头穿过底座钢板上的通孔，且与底座钢板连接螺栓螺纹连接，通过底座钢板连接螺栓使底座钢板的一侧与墩柱或系梁紧密贴合；所述连接方钢固定设于底座钢板另一侧的中间处，所述底座钢板通过连接方钢与摩擦装置连接。

3.根据权利要求2所述的C形钢-摩擦阻尼器组合式耗能构造，其特征在于：所述摩擦装置包括左摩擦预紧力钢板、右摩擦预紧力钢板、小C形钢、凹侧摩擦钢板和凸侧摩擦钢板；所述左摩擦预紧力钢板和右摩擦预紧力钢板的外侧中心处分别与左连接底座和右连接底座的连接方钢固定连接；所述凹侧摩擦钢板和凸侧摩擦钢板位于左摩擦预紧力钢板和右摩擦预紧力钢板之间，凹侧摩擦钢板和凸侧摩擦钢板的一侧为凸凹配合面，凹侧摩擦钢板和凸侧摩擦钢板的另一侧分别与摩擦预紧力钢板和右摩擦预紧力钢板固定连接；所述左摩擦预紧力钢板和右摩擦预紧力钢板之间通过若干小C形钢控制施加预紧力；所述小C形钢的两端分别穿过左摩擦预紧力钢板和右摩擦预紧力钢板，且通过螺纹连接的小C形钢锚固螺母与左摩擦预紧力钢板和右摩擦预紧力钢板固定连接。

4.根据权利要求2所述的C形钢-摩擦阻尼器组合式耗能构造，其特征在于：所述大C形钢耗能装置设于左连接底座和右连接底座之间的顶部和底部。

5.根据权利要求4所述的C形钢-摩擦阻尼器组合式耗能构造，其特征在于：所述大C形钢耗能装置包括大C形钢底座、大C形钢、固定螺栓和固定螺母；所述大C形钢底座为矩形条状，其上设有若干插槽，其一侧与底座钢板固定连接；所述大C形钢的数量为若干根，其安装于两个大C形钢底座之间，且大C形钢的两端位于大C形钢底座的插槽内；所述固定螺栓穿过大C形钢底座及大C形钢底座的若干插槽，且与固定螺母螺纹连接；所述大C形钢位于插槽内的两端设有锚孔，其通过锚孔套装在固定螺栓上。

6.根据权利要求5所述的C形钢-摩擦阻尼器组合式耗能构造，其特征在于：所述大C形钢的开口朝向该C形钢组合的式分级屈服型阻尼器组合式耗能的构造的外侧。

7.一种C形钢-摩擦阻尼器组合式耗能构造的设计方法，其特征在于：该方法针对权利要求1-6任一所述的C形钢-摩擦阻尼器组合式耗能构造，包括步骤如下：

步骤1，根据已知墩柱与系梁的尺寸，确定使用的材料类型；

步骤2，根据确定使用的材料类型，计算系梁抗弯承载力M与抗剪承载力V；

步骤3，确定组合式耗能构造的合理内力需求M_T、Q_T；

具体的，M_T＝β×M；Q_T＝β×V；

式中，β为内力折减系数，M、V分别表示混凝土系梁的抗弯承载力与抗剪承载力；由于耗能构造优先于系梁普通混凝土段屈服，因此可取小于1的数，具体根据实际工程的要求确定；

步骤4，拟定耗能构件的尺寸；

一，拟定大C形钢的尺寸和数量：

大C形钢的截面为矩形，截面宽度为b，截面高度为h，单个大C型钢可承受的极限塑性弯矩以及弯矩需求下所需C型钢数量为n：

n＝M_T/M_c；

单个大C型钢承受的竖向剪力以及总剪力为：

且需满足

式中，τ_u与Q_cu为C型钢材料抗剪强度与截面抗剪承载力；

二，确定摩擦装置的预紧力及小C型钢数量：

摩擦阻尼器的剪力需求为：

摩擦阻尼器承受的滑动摩擦能力为：

F＝Ptanθ+μPsgn[sinθ]；

式中，R_m为拟定的摩擦钢板的曲率半径；θ为摩擦阻尼器转动位移；μ为滑动摩擦系数；sgn为符号函数，即

可确定摩擦阻尼器所需的预紧力需求p以及小C型钢数量n_b为:

式中，T_b为单个小C型钢的预紧力，可根据高强螺栓的设计标准确定；

步骤5，校核组合式耗能构造的合理刚度需求；

组合式耗能构造的最大转动位移需求按式：θ_T＝β×θ_c确定；

式中，θ_c为混凝土系梁发生屈服时，系梁-墩柱节点最大转角；

根据虚功原理，可得组合式耗能构造的最大转动位移θ

式中，L_link为混凝土系梁悬臂长度；I(x)为C型钢的塑性惯性矩；

若θ≤θ_T则组合耗能构造刚度满足需求；若组合耗能构造刚度不满足需求则重新计算。

8.一种C形钢-摩擦阻尼器组合式耗能构造的施工方法，其特征在于：该方法针对权利要求1-6任一所述的C形钢-摩擦阻尼器组合式耗能构造，施工步骤如下：

步骤一，根据双柱墩所承受的荷载，计算出凹侧摩擦钢板、凸侧摩擦钢板尺寸和所需施加的预紧力大小，计算大C形钢和小C形钢所需个数及截面尺寸，以及底座钢板连接钢筋的数量和尺寸参数；

步骤二，预加工此C形钢-摩擦阻尼器组合式耗能构造所需配件，将底座钢板连接钢筋预埋于墩柱、系梁之中，并保证底座钢板连接钢筋的端头处露于墩柱或系梁外；

步骤三，组装连连接底座，将连接方钢分别焊接于左连接底座和右连接底座的底座钢板的中间位置，将大C形钢底座焊接于左连接底座和右连接底座的顶、底部位置；

步骤四，组装摩擦装置，将左摩擦预紧力钢板和右摩擦预紧力钢板分别与凹侧摩擦钢板和凸侧摩擦钢板焊接，将小C形钢穿过左摩擦预紧力钢板和右摩擦预紧力钢板用小C形钢锚固螺母在合适的位置施加预紧力并拧紧固定；

步骤五，将左摩擦预紧力钢板与左连接底座的连接方钢焊接，将右摩擦预紧力钢板与右连接底座的连接方钢焊接，使摩擦装置与连接底座固定连接；

步骤六，组装大C形钢耗能装置，将大C形钢插入大C形钢底座的插槽之中，将固定螺栓穿过大C形钢底座及插槽和插槽内的大C形钢端头，并用固定螺母拧紧；

步骤七，将该C形钢-摩擦阻尼器组合式耗能构造运输至施工现场，通过墩柱和系梁预埋底座钢板连接钢筋的端头穿过底座钢板上的通孔，且与底座钢板连接螺栓螺纹连接，使底座钢板连接螺栓使底座钢板的一侧与墩柱或系梁紧密贴合。

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