CN114809291B - 一种用于钢框架结构的装配式柔性钢防屈曲耗能装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种装配式柔性钢防屈曲耗能装置，包括外耗能环、内耗能环、纵向柔性支撑，外耗能环为椭圆环，纵向柔性支撑沿外耗能环的长轴设置，内耗能环通过纵向柔性支撑安装固定；耗能装置沿门型钢框架的对角线布置，纵向两端分别通过门型框架对角线两端的安装座及紧固件连接固定。外耗能环和内耗能环弧形的耗能钢带具有较好的耗能性能，能够较大程度地吸收地震能量，保护梁柱节点、钢梁和钢柱不受地震破坏。地震作用下，多组横向柔性支撑受力将弧形耗能钢带分成多个耗能段，使得弧形耗能钢带耗能更加充分。纵向柔性支撑为横向柔性支撑提供固定端，确保横向柔性支撑稳定受力。内耗能钢带既可以固定纵向柔性支撑，又在地震时进行伸缩耗能。

Description

一种用于钢框架结构的装配式柔性钢防屈曲耗能装置
技术领域
本发明属于钢框架结构减震领域，具体为一种用于钢框架结构的装配式柔性钢防屈曲耗能装置。
背景技术
钢框架结构被广泛运用于土木工程中，但各地建设环境各不相同，建筑场地复杂多样，对钢框架结构的建设影响较大。同时由于建筑钢框架结构材料—钢的本身性质因素影响，所以对于钢框架结构的抗震性能要求较高，以避免钢框架结构在地震时发生较大的破坏。
通过总结历次地震中钢框架结构的震害破坏发现，钢框架结构的震害主要集中在节点破坏。因此，节点是整个钢框架结构中的薄弱部分，也是钢框架结构抗震设计的重点所在。同时发现，节点因为无法承受地震过程中因为各种因素产生的地震能量，导致节点破坏，从而破坏着钢框架结构。
近年来，随着钢框架结构抗震设计的不断发展，减震装置耗能技术在钢框架结构中也得到了广泛应用。各类减震装置陆续被应用在钢框架结构中。目前已有剪刀型减震装置与钢框架结构相结合使用的案例，其中由剪刀型减震装置同时承担竖向荷载和水平地震作用来进行抗震耗能，这种减震装置有效控制结构的地震响应，安装阻尼器后结构在地震作用下的层间位移角、顶点相对位移、顶点加速度有明显降低。
虽然上述的剪刀型减震装置具有较大优势，但依旧存在以下缺陷：
剪刀型减震装置一端与钢梁连接，另一端与地面固定连接，更换时难度较大，耗时较长，不利于钢框架结构震后快速恢复；
剪刀型减震装置构造较为复杂，难以进行预制生产和装配式安装，施工过程较为复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、可预制生产和现场装配式安装的柔性钢防屈曲耗能装置。
本发明提供的这种装配式柔性钢防屈曲耗能装置，包括外耗能环、内耗能环、纵向柔性支撑，外耗能环为椭圆环，纵向柔性支撑沿外耗能环的长轴设置，内耗能环通过纵向柔性支撑安装固定；耗能装置沿门型钢框架的对角线布置，纵向两端分别通过门型框架对角线两端的安装座及紧固件连接固定。
上述耗能装置的一种实施方式中，所述外耗能环包括两块外耗能钢带，外耗能钢带为端部有折边的外弧形钢带，两块外耗能钢带以折边相对拼成椭圆形。
上述耗能装置的一种实施方式中，所述内耗能环包括两块内耗能钢带，内耗能钢带包括平直段和其两端对称布置的弧形段，弧形段的外端有折边，两块内耗能钢带以平直段相对拼成两个椭圆环。
上述耗能装置的一种实施方式中，所述纵向柔性支撑包括中间段支撑和两端段支撑，中间段支撑包括两圆管和它们之间沿圆管轴向中心面的联板，两端段支撑包括圆管和其外端沿圆管轴向中心面的拉板，两端段支撑的圆管分别插入中间段支撑的圆管中。
上述耗能装置的一种实施方式中，所述两端段支撑的拉板端部插接于所述外耗能钢带两端的折边之间后通过端座及紧固件连接固定。
上述耗能装置的一种实施方式中，所述内耗能钢带的平直段对中贴合于所述中间段支撑的两侧后通过紧固件连接固定、弧形段的折边贴合两端段支撑的两侧后通过紧固件连接固定。
上述耗能装置的一种实施方式中，还包括多组分别设置于所述内耗能钢带弧形段两端、平直段及弧形段两侧的横向柔性支撑，横向柔性包括弹簧、小径钢管和大径钢管，小径钢管的两端外壁有螺纹，分别连接内螺纹套环，大径钢管的两端内壁有螺纹，两端分别连接外螺纹套环，外螺尾套环设置有径向卡槽，弹簧的两端对称伸出有连接环，连接环沿弹簧的径向设置；小径钢管插入大径钢管中，通过内螺纹套环径向限位，弹簧从小径钢管中穿过，两端伸出的弹簧丝置于外螺纹套环的径向卡槽中，两端的连接环位于外螺纹套环外。
上述耗能装置的一种实施方式中，所述弹簧两端的连接环分别通过紧固件与外耗能钢带和内耗能钢带连接固定。
上述耗能装置的一种实施方式中，所述端座包括插接块和其外侧的耳板，所述拉板端部和外弧形钢带两端的折边分别插入插接块中后通过紧固件栓接固定。
上述耗能装置的一种实施方式中，所述外耗能钢带和内耗能钢带均采用软钢材质。
本发明沿门型框架的对角线方向安装固定，其弧形的耗能钢带具有较好的耗能性能，能够较大程度地吸收地震能量，保护梁柱节点、钢梁和钢柱不受地震破坏。在地震作用下，多组横向柔性支撑受力将弧形耗能钢带分成多个耗能段，使得弧形耗能钢带耗能更加充分。纵向柔性支撑为横向柔性支撑提供固定端，确保横向柔性支撑稳定受力。内耗能钢带既可以固定纵向柔性支撑，又在地震时进行伸缩耗能。另外，耗能装置的各构件可以在工厂预制组装后运输到施工现场，减少了现场施工的工作量，避免了施工质量不稳定等不利因素。工业化程度高，各构件可根据尺寸在工厂批量生产，生产效率和质量均有保证。震后耗能装置如有破坏，只需将其与安装座之间的紧固件拆卸后更换新的耗能装置，可快速实现震后钢框架结构的快速回复。
附图说明
图1为本发明一个实施例的使用状态示意图。
图2为图1中外耗能钢带的放大结构示意图。
图3为图1中内耗能钢条的放大结构示意图。
图4为图1中纵向柔性支撑中间段的放大结构示意图。
图5为图1中纵向柔性支撑两端段的放大结构示意图。
图6为图1中横向柔性支撑的剖视示意图。
图7为图1中端座的放大结构示意图。
图8为图1中安装座的放大结构示意图。
实施方式
如图1所示，本实施例公开的这种装配式柔性钢防屈曲耗能装置，沿门型钢框架的对角线安装固定。
结合图1至图5可以看出，耗能装置包括外耗能钢带1、纵向柔性支撑2、端座3、内耗能钢带4、横向柔性支撑5。
外耗能钢带1有两块，为端部有折边的外弧形钢带，两块外耗能钢带以折边相对可拼成椭圆形的外耗能环。
纵向柔性支撑2包括中间段支撑21和两端段支撑22。
中间段支撑21包括两圆管和它们之间沿圆管轴向中心面的联板，两端段支撑22包括圆管和其外端沿圆管轴向中心面的拉板。
纵向柔性支撑2装配时，两端段支撑22的圆管分别插入中间段支撑21的圆管中，且插接圆管可相对滑动。
如图7所示，端座3包括为T形结构，包括插接块和其外侧连接的耳板，插接块并排设置有三个插槽，分别用于插接外耗能钢带1的折边和两端段支撑22的拉板。
外耗能钢带1、纵向柔性支撑2和端座3装配形成整体件A时，两端段支撑的拉板插入插接块上的中间插槽中，两块外耗能钢带两端的折边分别插入两侧的插槽中，然后通过螺栓栓接后锁定。
内耗能钢带4包括平直段和其两端对称布置的弧形段，弧形段的外端有折边，两块内耗能钢带以平直段相对可拼成两个椭圆环。
外耗能钢带1和内耗能钢带4均采用软钢材质。
结合图1和图6可以看出，横向柔性支撑5包括弹簧51、小径钢管52和大径钢管53，小径钢管52的两端外壁有螺纹，分别连接内螺纹套环54，大径钢管的两端内壁有螺纹，两端分别连接外螺纹套环55，外螺纹套环55设置有径向卡槽，弹簧51的两端对称伸出有连接环511，连接环沿弹簧的径向设置。
横向柔性支撑5装配时，小径钢管插入大径钢管中，通过内螺纹套环径向限位，弹簧从小径钢管中穿过，两端伸出的弹簧丝置于外螺纹套环的径向卡槽中，两端的连接环位于大径钢管外。
本实施例设置有五对横向柔性支撑。
内耗能钢带4和横向柔性支撑5与整体件A装配时，内耗能钢带4的平直段对中贴合于中间段支撑21的两侧，同时折边贴合于两端段支撑22的拉板两侧，然后在平直段和折边外侧与外耗能钢带之间对称安装横向柔性支撑：将两横向柔性支撑的弹簧内端的连接环通过螺栓连接后锁定，弹簧外端的连接环通过螺栓与外耗能钢带连接后锁定。这三对横向柔性支撑安装好后，再在内耗能钢带的两弧形段外侧和外耗能钢带之间对称安装横向柔性支撑，弹簧内端的连接环通过螺栓与内耗能钢带连接后锁定。
横向柔性支撑的小径钢管和大径钢管作为弹簧被拉伸变形时的导向稳定结构，同时也作为弹簧被压缩时的导向限位结构，保证弹簧的稳定拉伸和压缩耗能。
外螺纹套环55的内孔直径大于连接螺栓及锁紧螺母的外径。
外耗能钢带、内耗能钢带和纵向柔性支撑在预制时，分别设置相应的螺栓安装孔。
五对横向柔性支撑5与整体件A装配好后，整个耗能装置装配完毕，和工厂预制的门型框架一起运输至施工现场后，将耗能装置两端端座3的耳板与门型框架配置的安装座7通过螺栓连接后锁定，安装座预制好后通过螺栓连接于门型框架上的指定位置并锁定。
安装座7的结构如图8所示，安装座在门型框架上的安装位置如图1所示。
安装座7包括L形板体和其两边夹角中的立板，立板与端座的耳板贴合后通过螺栓连接后锁定。
耗能装置现场装配好后，整体吊装门型框架安装定位，操作简单快捷。
本耗能装置的上述结构具有以下优势：
弧形的耗能钢带具有较好的耗能性能，能够较大程度地吸收地震能量，保护梁柱节点、钢梁和钢柱不受地震破坏。
在地震作用下，多组横向柔性支撑受力将弧形耗能钢带分成多个耗能段，使得弧形耗能钢带耗能更加充分。
纵向柔性支撑为横向柔性支撑提供固定端，确保横向柔性支撑稳定受力。
内耗能钢带既可以固定纵向柔性支撑，又在地震时进行伸缩耗能。
另外，耗能装置的各构件可以在工厂预制组装后运输到施工现场，减少了现场施工的工作量，避免了施工质量不稳定等不利因素。工业化程度高，各构件可根据尺寸在工厂批量生产，生产效率和质量均有保证。
震后耗能装置如有破坏，只需将其与安装座之间的紧固件拆卸后更换新的耗能装置，可快速实现震后钢框架结构的快速回复。

Claims (5)

1.一种装配式柔性钢防屈曲耗能装置，其特征在于：该耗能装置包括外耗能环、内耗能环、纵向柔性支撑，外耗能环为椭圆环，纵向柔性支撑沿外耗能环的长轴设置，内耗能环通过纵向柔性支撑安装固定；耗能装置沿门型钢框架的对角线布置，纵向两端分别通过门型框架对角线两端的安装座及紧固件连接固定；
所述外耗能环包括两块外耗能钢带，外耗能钢带为端部有折边的外弧形钢带，两块外耗能钢带以折边相对可拼成椭圆形；
所述内耗能环包括两块内耗能钢带，内耗能钢带包括平直段和其两端对称布置的弧形段，弧形段的外端有折边，两块内耗能钢带以平直段相对可拼成两个椭圆环；
所述纵向柔性支撑包括中间段支撑和两端段支撑，中间段支撑包括两圆管和它们之间沿圆管轴向中心面的联板，两端段支撑包括圆管和其外端沿圆管轴向中心面的拉板，两端段支撑的圆管分别插入中间段支撑的圆管中；
该耗能装置还包括多组分别设置于所述内耗能钢带弧形段两端、平直段及弧形段两侧的横向柔性支撑，横向柔性包括弹簧、小径钢管和大径钢管，小径钢管的两端外壁有螺纹，分别连接内螺纹套环，大径钢管的两端内壁有螺纹，两端分别连接外螺纹套环，外螺尾套环设置有径向卡槽，弹簧的两端对称伸出有连接环，连接环沿弹簧的径向设置；
小径钢管插入大径钢管中，通过内螺纹套环径向限位，弹簧从小径钢管中穿过，两端伸出的弹簧丝置于外螺纹套环的径向卡槽中，两端的连接环位于外螺纹套环外；
所述弹簧两端的连接环分别通过紧固件与外耗能钢带和内耗能钢带连接固定。
2.如权利要求1所述的装配式柔性钢防屈曲耗能装置，其特征在于：所述两端段支撑的拉板端部插接于所述外耗能钢带两端的折边之间后通过端座及紧固件连接固定。
3.如权利要求1所述的装配式柔性钢防屈曲耗能装置，其特征在于：所述内耗能钢带的平直段对中贴合于所述中间段支撑的两侧后通过紧固件连接固定、弧形段的折边贴合两端段支撑的两侧后通过紧固件连接固定。
4.如权利要求2所述的装配式柔性钢防屈曲耗能装置，其特征在于：所述端座包括插接块和其外侧的耳板，所述拉板端部和外弧形钢带两端的折边分别插入插接块中后通过紧固件栓接固定。
5.如权利要求1所述的装配式柔性钢防屈曲耗能装置，其特征在于：所述外耗能钢带和内耗能钢带均采用软钢材质。
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