CN114753514A - 位移放大式e型钢阻尼器、节点以及该节点的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种位移放大式E型钢阻尼器、节点以及该节点的施工方法，属于隔震减震控制技术领域。该位移放大式E型钢阻尼器包括具有第一端板、第二端板、第一连接板，第二连接板，若干个数量对应的三个肢的E型钢和具有两肢的位移放大板，位移放大板的刚度远大于所述E型钢，E型钢和位移放大板平行间隔设置，且E型钢的三个肢与位移放大板的两个肢相向，E型钢的上肢和下肢分别与所述位移放大板的上肢和下肢通过销栓铰接。该位移放大式E型钢阻尼器利用杠杆原理放大E型钢上、下肢的位移，增加E型钢的塑性变形，且可实现快速安装可更换性能，便于震后救援工作的开展。
Description
技术领域
本发明涉及一种阻尼器和采用该阻尼器的墩柱-系梁节点以及该墩柱-系梁节点的施工方法，特别是位移放大式阻尼器，属于隔震减震控制技术领域。
背景技术
我国处于环太平洋地震带及欧亚地震带之间，极易遭受到地震的影响，一旦遭受到地震荷载，对于桥梁等建筑结构的破坏是毁灭性的。同时，我国高烈度区山地丘陵众多，公路、铁路常常需要跨越深山峡谷，此类地区的桥梁大多具有墩柱高度较高、桥墩长细比较大等特点，对于双柱式高墩桥梁，通常需要在两个墩柱之间增设系梁来增加桥墩的稳定性和横向刚度。但高烈度区双柱墩一旦遭受到地震荷载，极易在系梁与墩柱连接位置发生剪切破坏，一旦系梁发生破坏，双柱墩受力形式就会改变，将加速双柱墩的破坏，进而导致整个桥梁发生破坏，因此如何有效保持系梁持续服役能力是带系梁双柱墩抗震性能的重点研究方向之一。
系梁作为延性构件设计时，需要保证在系梁端部位置出现破坏，通过自身的塑性变形消耗地震荷载保护桥墩其他位置不受破坏。所以在地震作用下，往往墩柱-系梁连接位置处最先形成塑性铰，而一旦系梁破坏严重丧失工作能力，就会导致结构体系改变，进而使双柱墩破坏。因此，如何既保证破坏产生于系梁端部实现保护桥墩主体的作用，又能实现系梁可持续工作能力成为桥梁结构设计中的难点。常规的现浇系梁往往要搭设大型浇筑平台，现场浇筑混凝土。其优点是系梁整体性好，但其缺点是系梁浇筑平台搭设需要耗费大量人力、物力，施工周期长，施工成本显著上升，且当遭受地震荷载时，一旦系梁产生破坏，就会面临修复和加固困难的问题。随着桥梁建造技术的不断发展，预制装配式桥梁建造技术成为解决双柱墩系梁保持持续工作能力的办法之一。实现系梁快速安装且保证其有良好的耗能能力、可更换能力成为解决此问题的基本思路。
传统研究中墩柱-系梁连接常有以下几种方式：一、采用湿接段连接，此方法施工容差大，但无法实现可更换目标无法实现持续工作能力，一旦出现破坏，维修与加固困难。二、采用金属阻尼器连接，金属阻尼器通过金属变形耗能，具有造价低，安装、拆卸简单，可更换等优点，但需要在墩柱-系梁节点产生较大变形时才能充分发挥金属阻尼器变形耗能的作用。而通常墩柱与系梁连接位置变形较小，很难充分发挥金属阻尼器的变形能力。
发明内容
针对现有技术的上述问题，本发明提供了一种位移放大式E型钢阻尼器、节点以及该节点施工方法，用以解决现有金属阻尼器变形能力及耗能能力弱等问题。
为解决上述问题，本发明采用了如下技术方案：
一种位移放大式E型钢阻尼器，包括具有第一端板、第二端板、第一连接板、第二连接板，第一端板和第二端板平行设置，第一连接板固定连接在第一端板内侧，所述第一连接板上开设有第一弧形孔，第二连接板为多块，平行固定设置在第二端板内侧面，其位置与第一连接板对应；
若干个数量对应的三个肢的E型钢和具有两肢的位移放大板，位移放大板的刚度远大于所述E型钢，E型钢和位移放大板平行间隔设置，且所述E型钢的三个肢与所述位移放大板的两个肢相向，第二连接板设置在所述E型钢和位移放大板的间隙内，位移放大板的两肢之间具有弧形过渡部，所述位移放大板的弧形过渡部的端部开设有第二弧形孔，第二弧形孔的弧长小于所述有第一弧形孔，装配时，第一弧形孔和第二弧形孔对应，两者共同穿设弧形刚性轴，弧形刚性轴的两端设置有限位装置；
E型钢的上肢和下肢分别与所述位移放大板的上肢和下肢通过销栓铰接，所述E型钢的中间肢、所述位移放大板的弧形过渡部以及第二连接板通过高强螺杆连接，位移放大板以高强螺杆为轴心，沿着第一弧形孔的弧长方向做弧形轨迹运动。
具体地，所述第一弧形孔与第二弧形孔的弧形半径相同，第一弧形孔弧长大于第二弧形孔弧长，且第二弧形孔只能在第一弧形孔中沿第一弧形孔弧长方向运动。
进一步地，还包括上部连接件和下部连接件，所述上部连接件和下部连接件分别固设在第一端板和第二端板的顶面和底面，且其上开设有若干个螺栓孔。
优先地，所述位移放大板为“人”字形。所述E型钢可为软钢材料。所述上部连接件和下部连接件均为钢板。第一连接板和第二连接板均为钢板，且第一连接板与第一端板内表面焊接，第二连接板与第二端板内表面焊接。
一种位移放大式E型钢阻尼器的墩柱-系梁节点，包括墩柱、系梁，所述墩柱与所述系梁对应位置设置有侧连接件，所述系梁设置有外伸段，上述的位移放大式E型钢阻尼器设置在侧连接件和外伸段之间并通过贯穿所述上部连接件和下部连接件上的螺栓孔的高强螺栓连接。所述墩柱与所述系梁为钢筋混凝土结构。
上述位移放大式E型钢阻尼器的墩柱-系梁节点施工方法，其步骤在于：
S1、在工厂进行墩柱及系梁钢筋的绑扎，将第一端板及第二端板与系梁外伸段内的钢筋焊接，并支护模板，浇筑混凝土，完成预制墩柱和系梁的制作，并保证第一端板及第二端板与墩柱和系梁锚固性能良好；
S2、浇筑完成后，将第一连接板与第一端板焊接，将第二连接板与第二端板焊接，且保证第一连接板与第二连接板等间隔排列，预留间隔空隙位置固定位移放大板及E型钢；
S3、将位移放大板上的第二弧形孔与第一连接板的第一弧形孔进行定位对准，并通过弧形刚性轴将两者连接起来，保证位移放大板能够随桥墩-系梁连接位置的外伸段的系梁转动而运动；
S4、将位移放大板上的弧形过渡部的预留螺杆孔与第二连接板上的预留螺杆孔通过高强螺杆连接，保证位移放大板能够以高强螺杆为轴心，沿着第一弧形孔的弧长方向做弧形轨迹运动；
S5、将E型钢的中间肢上的预留销栓孔通过销栓与第二连接板上的预留销栓孔连接，将E型钢14的中间肢端部的预留螺杆孔通过高强螺杆与第二连接板的预留螺杆孔连接，保证E型钢与第二连接板形成整体；
S6、将位移放大板的上肢、下肢与E型钢的上肢、下肢通过销栓铰接，保证位移放大板的上、下肢能够带动E型钢的上、下肢协同运动；
S7、将上部连接件和下部连接件通过高强螺栓与系梁预留节段位置的顶部和底部连接，保证墩柱和系梁发生相对运动时带动上部连接件和下部连接件变形，进而产生耗能。
本发明的工作原理是：
当遭遇地震荷载时，墩柱和系梁发生相对运动，从而带动上部连接件和下部连接件变形，通过上部连接件和下部连接件塑性变形承受弯矩及剪力作用，为节点提供一定的初始刚度，同时位移放大板沿第一弧形孔的弧长方向运动，且位移放大板能以高强螺杆为轴转动，由于E型钢的上肢和下肢分别与所述位移放大板的上肢和下肢通过销栓铰接，位移放大板的移动会带动E型钢上、下肢协同变形使E型钢发生塑性变形并产生耗能，可见，通过位移放大板放大E型钢上、下肢的位移，增加E型钢的塑性变形能力。
本发明的有益效果在于：
1)本发明的位移放大式E型钢阻尼器利用杠杆原理放大E型钢上、下肢的位移，增加E型钢的塑性变形，充分发挥金属变形能力。该阻尼器不仅能解决传统金属阻尼器在墩柱-系梁连接位置由于变形小而耗能能力弱的问题，同时还可以保证系梁不发生严重破坏，将损伤破坏集中于阻尼器位置，且由于构件之间均为可拆卸连接，一旦发生破坏，可快速拆除并更换新的阻尼器，实现快速安装可更换性能，使带系梁双柱墩体系在地震后整体性能完好，实现可持续服役的能力，便于震后救援工作的开展。
2)位移放大板与E型钢通过销栓铰接，通过延长转动半径，放大预留销栓孔位置处的位移，带动E型钢上、下肢协同变形使E型钢发生塑性变形并产生耗能。该位移放大板的刚度远大于E型钢，地震荷载作用时变形小，位移放大板不会进入塑性。
3)弧形刚性轴卡在大弧形孔与小弧形孔之间且与小弧形孔紧密贴合，在弧形刚性轴两端有限位装置使得位移放大板与E型钢不能沿平行于高强螺杆的方向运动，且小弧形孔只能沿大弧形孔弧长方向运动。该弧形刚性轴刚度很大，从而使弧形刚性轴不发生塑性变形。
4)E型钢选用软钢材料，能够发生弹塑性变形，利用塑性变形耗散能量，且具有延展性好、冲击韧性好、滞回曲线饱满、耗能能力强等优势。
5)本发明的阻尼器能实现上部连接件和下部连接件与耗能构件共同耗能，提高了墩柱和系梁节点的可靠性。
附图说明
图1为本发明的阻尼器与墩柱系梁连接的结构示意图。
图2为本发明的图1中的端板与连接板连接示意图。
图3为本发明的图1中的E型钢与位移放大板组装图。
图4为本发明的图3中的E型钢与位移放大板分解图。
图5为本发明的图1中的上连接件和下连接件分解图。
图6为本发明的图1中的阻尼器爆炸图。
附图标记：1—墩柱，2—系梁，3—连接部，4—阻尼器本体，5—顶底连接钢板，6—第一端板，7—第一连接板，8—第一弧形孔，9—第二端板，10—第二连接板，11—预留销栓孔，12—预留螺杆孔，13—位移放大板，14—E型钢，15—预留销栓孔，16—预留螺杆孔，17—第二弧形孔，18—预留销栓孔，19—预留螺杆孔，20—销栓，21—高强螺杆，22—弧形刚性轴，23—上部连接件，24—下部连接件，25—高强螺栓。
具体实施方式
为了使本发明的工作原理更加清晰明了，结合图片来描述本发明，但是本发明并不限于这一种实施例。
如图1-图6所示，一种位移放大式E型钢阻尼器，包括具有第一端板6、第二端板9、第一连接板7、第二连接板10，第一端板6和第二端板9平行设置，第一连接板7固定连接在第一端板6内侧，所述第一连接板7上开设有第一弧形孔8，第二连接板10为两块，平行固定设置在第二端板9内侧面，其位置与第一连接板7对应；第一端板6、第二端板9、第一连接板7、第二连接板10组成了阻尼器的连接部3。
若干个数量对应的三个肢的E型钢14和具有两肢的位移放大板13，具体可以为位移放大板13为“人”字形或其他类似形状，位移放大板13的刚度远大于所述E型钢14，E型钢14和位移放大板13平行间隔设置，且所述E型钢14的三个肢与所述位移放大板13的两个肢相向，第二连接板10设置在所述E型钢14和位移放大板13的间隙内，位移放大板13的两肢之间具有弧形过渡部，所述位移放大板13的弧形过渡部的端部开设有第二弧形孔17，第二弧形孔17的弧长小于所述有第一弧形孔8，装配时，第一弧形孔8和第二弧形孔17对应，两者共同穿设弧形刚性轴22，弧形刚性轴22的两端设置有限位装置；E型钢14，位移放大板13以及弧形刚性轴22等组成了阻尼器本体4。
E型钢14的上肢和下肢分别与所述位移放大板13的上肢和下肢通过销栓20铰接，所述E型钢14的中间肢、所述位移放大板13的弧形过渡部以及第二连接板10通过高强螺杆21连接，位移放大板13以高强螺杆21为轴心，沿着第一弧形孔8的弧长方向做弧形轨迹运动。位移放大式E型钢阻尼器利用杠杆原理放大E型钢上、下肢的位移，增加E型钢的塑性变形，充分发挥金属变形能力。该阻尼器不仅能解决传统金属阻尼器在墩柱-系梁连接位置由于变形小而耗能能力弱的问题，同时还可以保证系梁不发生严重破坏，将损伤破坏集中于阻尼器位置。
具体地，所述第一弧形孔8与第二弧形孔17的弧形半径相同，第一弧形孔8弧长大于第二弧形孔17弧长，且第二弧形孔17只能在第一弧形孔8中沿大第一弧形孔8弧长方向运动。弧形刚性轴卡在第一弧形孔与第二弧形孔之间且与第二弧形孔紧密贴合，在弧形刚性轴两端有限位装置使得位移放大板与E型钢不能沿平行于高强螺杆的方向运动，且小弧形孔只能沿大弧形孔弧长方向运动。该弧形刚性轴刚度很大，不发生塑性变形。
进一步地，该阻尼器还包括上部连接件23和下部连接件24，所述上部连接件和下部连接件分别固设在第一端板6和第二端板9的顶面和底面，且其上开设有若干个螺栓孔，所述上部连接件23和下部连接件24均为钢板，两者统称为顶底连接钢板5。当遭遇地震荷载时，墩柱和系梁发生相对运动，从而带动上部连接件和下部连接件变形，通过上部连接件和下部连接件塑性变形承受弯矩及剪力作用，为节点提供一定的初始刚度，同时能实现上部连接件和下部连接件与耗能构件共同耗能，提高了墩柱和系梁节点的可靠性。
优先选择E型钢为软钢材料，软钢材料能够发生弹塑性变形，利用塑性变形耗散能量，且具有延展性好、冲击韧性好、滞回曲线饱满、耗能能力强等优势。
第一连接板7和第二连接板10均为钢板，且第一连接板7与第一端板6内表面焊接，第二连接板10与第二端板9内表面焊接。
本申请还提供一种采用上述的一种位移放大式E型钢阻尼器的墩柱-系梁节点，包括墩柱1、系梁2，所述墩柱1与所述系梁2对应位置设置有侧连接件，所述系梁2设置有外伸段，权利要求1-7任意一项所述的位移放大式E型钢阻尼器设置在侧连接件和外伸段之间并通过贯穿所述上部连接件23和下部连接件24上的螺栓孔的高强螺栓25连接。墩柱1与系梁2可为钢筋混凝土结构，在工厂预制加工，墩柱系梁节点部位的系梁伸出段长度可根据《混凝土结构设计规范》等相关规范确定，保证系梁钢筋锚固长度满足规范要求即可。
本申请还提供一种位移放大式E型钢阻尼器的墩柱-系梁节点施工方法，其步骤在于：
S1、在工厂进行墩柱1及系梁2钢筋的绑扎，将第一端板6及第二端板9与系梁2外伸段内的钢筋焊接，并支护模板，浇筑混凝土，完成预制墩柱和系梁的制作，并保证第一端板6及第二端板9与墩柱1和系梁2锚固性能良好；
S2、浇筑完成后，将第一连接板7与第一端板6焊接，将第二连接板10与第二端板9焊接，且保证第一连接板7与第二连接板10等间隔排列，预留间隔空隙位置固定位移放大板13及E型钢14；
S3、将位移放大板13上的第二弧形孔17与第一连接板7的有第一弧形孔8进行定位对准，并通过弧形刚性轴22将两者连接起来，保证位移放大板13能够随桥墩-系梁连接位置的外伸段的系梁转动而运动；
S4、将位移放大板13上的弧形过渡部的预留螺栓孔16与第二连接板10上的第一端的预留螺杆孔12和第二端的预留螺杆孔11通过高强螺杆21连接，保证位移放大板13能够以高强螺杆21为轴心，沿着第一弧形孔8的弧长方向做弧形轨迹运动；
S5、将E型钢14的中间肢上的预留螺杆孔19通过销栓20与第二连接板10上的预留销栓孔连接，将E型钢14的中间肢端部的预留螺杆孔19通过高强螺杆21与第二连接板10的预留螺杆孔连接，保证E型钢14与第二连接板10形成整体；
S6、将位移放大板13的上肢、下肢的预留销栓孔15与E型钢14的上肢、下肢的预留销栓孔18通过销栓20铰接，保证位移放大板13的上、下肢能够带动E型钢14的上、下肢协同运动；
S7、将上部连接件23和下部连接件24通过高强螺栓25与系梁预留节段位置的顶部和底部连接，保证墩柱和系梁发生相对运动时带动上部连接件23和下部连接件24变形，进而产生耗能。
当耗能机构4或顶底连接钢板5在地震作用下发生变形损坏时可以对其进行更换，只需要重新拆装销栓20及高强螺栓25，替换新的耗能机构4和顶底连接钢板5，使位移放大式E型钢阻尼器实现可持续工作的能力，实现快速安装可更换性能，使带系梁双柱墩体系在地震后整体性能完好，实现可持续服役的能力，便于震后救援工作的开展。
以上仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种位移放大式E型钢阻尼器，其特征在于：包括具有第一端板(6)、第二端板(9)、第一连接板(7)、第二连接板(10)，第一端板(6)和第二端板(9)平行设置，第一连接板(7)固定连接在第一端板(6)内侧，所述第一连接板(7)上开设有第一弧形孔(8)，第二连接板(10)为多块，平行固定设置在第二端板(9)内侧面，其位置与第一连接板(7)对应；
若干个数量对应的三个肢的E型钢(14)和具有两肢的位移放大板(13)，位移放大板(13)的刚度远大于所述E型钢(14)，E型钢(14)和位移放大板(13)平行间隔设置，且所述E型钢(14)的三个肢与所述位移放大板(13)的两个肢相向，第二连接板(10)设置在所述E型钢(14)和位移放大板(13)的间隙内，位移放大板(13)的两肢之间具有弧形过渡部，所述位移放大板(13)的弧形过渡部的端部开设有第二弧形孔(17)，第二弧形孔(17)的弧长小于所述有第一弧形孔(8)，装配时，第一弧形孔(8)和第二弧形孔(17)对应，两者共同穿设弧形刚性轴(22)，弧形刚性轴(22)与第二弧形孔(17)紧密贴合，弧形刚性轴(22)的两端设置有限位装置；
E型钢(14)的上肢和下肢分别与所述位移放大板(13)的上肢和下肢通过销栓(20)铰接，所述E型钢(14)的中间肢、所述位移放大板(13)的弧形过渡部以及第二连接板(10)通过高强螺杆(21)连接，位移放大板(13)以高强螺杆(21)为轴心，沿着第一弧形孔(8)的弧长方向做弧形轨迹运动。
2.根据权利要求1所述的位移放大式E型钢阻尼器，其特征在于：所述第一弧形孔(8)与第二弧形孔(17)的弧形半径相同，第一弧形孔(8)弧长大于第二弧形孔(17)弧长，且第二弧形孔(17)只能在第一弧形孔(8)中沿第一弧形孔(8)弧长方向运动。
3.根据权利要求1所述的一种位移放大式E型钢阻尼器，其特征在于：还包括上部连接件(23)和下部连接件(24)，所述上部连接件和下部连接件分别固设在第一端板(6)和第二端板(9)的顶面和底面，且其上开设有若干个螺栓孔。
4.根据权利要求3所述的位移放大式E型钢阻尼器，其特征在于：所述位移放大板(13)为“人”字形。
5.根据权利要求4所述的位移放大式E型钢阻尼器，其特征在于：所述E型钢可为软钢材料。
6.根据权利要求3所述的位移放大式E型钢阻尼器，其特征在于：所述上部连接件(23)和下部连接件(24)均为钢板。
7.根据权利要求1所述的位移放大式E型钢阻尼器，其特征在于：第一连接板(7)和第二连接板(10)均为钢板，且第一连接板(7)与第一端板(6)内表面焊接，第二连接板(10)与第二端板(9)内表面焊接。
8.采用权利要求1-7任一项所述的一种位移放大式E型钢阻尼器的墩柱-系梁节点，其特征在于：包括墩柱(1)、系梁(2)，所述墩柱(1)与所述系梁(2)对应位置设置有侧连接件，所述系梁(2)设置有外伸段，权利要求1-7任意一项所述的位移放大式E型钢阻尼器设置在侧连接件和外伸段之间并通过贯穿所述上部连接件(23)和下部连接件(24)上的螺栓孔的高强螺栓(25)连接。
9.根据权利要求8所述的位移放大式E型钢阻尼器的墩柱-系梁节点，其特征在于：所述墩柱(1)与所述系梁(2)为钢筋混凝土结构。
10.根据权利要求8或9所述的位移放大式E型钢阻尼器的墩柱-系梁节点施工方法，其步骤在于：
S1、在工厂进行墩柱(1)及系梁(2)钢筋的绑扎，将第一端板(6)及第二端板(9)与系梁(2)外伸段内的钢筋焊接，并支护模板，浇筑混凝土，完成预制墩柱和系梁的制作，并保证第一端板(6)及第二端板(9)与墩柱(1)和系梁(2)锚固性能良好；
S2、浇筑完成后，将第一连接板(7)与第一端板(6)焊接，将第二连接板(10)与第二端板(9)焊接，且保证第一连接板(7)与第二连接板(10)等间隔排列，预留间隔空隙位置固定位移放大板(13)及E型钢(14)；
S3、将位移放大板(13)上的第二弧形孔(17)与第一连接板(7)的第一弧形孔(8)进行定位对准，并通过弧形刚性轴(22)将两者连接起来，保证位移放大板(13)能够随桥墩-系梁连接位置的外伸段的系梁转动而运动；
S4、将位移放大板(13)上的弧形过渡部的预留螺杆孔与第二连接板(10)上的预留螺杆孔通过高强螺杆(21)连接，保证位移放大板(13)能够以高强螺杆(21)为轴心，沿着第一弧形孔(8)的弧长方向做弧形轨迹运动；
S5、将E型钢(14)的中间肢上的预留销栓孔通过销栓(20)与第二连接板(10)上的预留销栓孔连接，将E型钢(14)的中间肢端部的预留螺杆孔通过高强螺杆(21)与第二连接板(10)的预留螺杆孔连接，保证E型钢(14)与第二连接板(10)形成整体；
S6、将位移放大板(13)的上肢、下肢与E型钢(14)的上肢、下肢通过销栓(20)铰接，保证位移放大板(13)的上、下肢能够带动E型钢(14)的上、下肢协同运动；
S7、将上部连接件(23)和下部连接件(24)通过高强螺栓(25)与系梁预留节段位置的顶部和底部连接，保证墩柱和系梁发生相对运动时带动上部连接件(23)和下部连接件(24)变形，进而产生耗能。
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