CN115522639A - 结构抗风柱的点爪式耗能万向柱脚节点装置及其安装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种结构抗风柱的点爪式耗能万向柱脚节点装置及其安装方法，这种结构抗风柱的点爪式耗能万向柱脚节点装置包括：预埋件、万向转动球铰和耗能阻尼装置，预埋件包括锚杆和实心短钢管，实心短钢管顶面为万向转动球铰的支座底板，支座底板中央设有球冠状凹陷；支座底板和支座顶板之间设有液压位移监测装置；耗能阻尼装置包括上端板，细实心钢管、空心钢管和可复位式阻尼器。本发明的有益效果是：采用装配式，确保安装方便且发生破坏时可更换；节点耗能具有自复位功能，减小风荷载所造成的破坏，提升了使用寿命；每条分肢充分受力，具有较强的独立性。
Description
技术领域
本发明属于建筑工程设计技术领域，尤其涉及一种结构抗风柱的点爪式耗能万向柱脚节点装置及其安装方法。
背景技术
大跨度空间结构具有造型优美、施工速度快、使用面积大、经济效益好等特点，在实际工程中被广泛推广应用。然而大跨度空间钢结构是一种典型的风敏感结构，具有阻尼小、质量轻、柔度大等特性，在使用过程中易受外界风荷载的影响，产生较大结构变形、损伤，甚至破坏。为提高大跨度空间结构的抗风性能，往往在大跨度空间结构边缘设置抗风柱以克服其风揭效应。
目前，关于抗风柱的连接节点创新主要集中于抗风柱与屋盖之间的连接节点、以及与横梁等的连接节点，关于抗风柱与基础连接的柱脚节点大多采用传统的铰接或者刚接方式，存在以下主要缺点：
1)连接节点采用铰接或刚接，抗风柱在强风动力作用下的耗能能力差；
2)柱顶与屋架通过长圆孔连接板或弹簧片连接，屋面荷载全部由刚架承受，抗风柱不能承受上部刚架传递的竖向荷载；同时增加了悬挑屋盖的荷载，限制挑檐宽度；
3)传统抗风柱的分肢多是在柱底相贯连接为一体，再通过同一块端板连接支座；然而，抗风柱分肢的受力形式不尽相同，分肢合并连接在节点发生破坏时，部件不易进行维护或更换，可修复性弱；
4)传统抗风柱的部件间大多采用焊接连接，整体吊装工作量大、施工机具要求高、安装精度低、施工风险大。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种结构抗风柱的点爪式耗能万向柱脚节点装置及其安装方法。
这种结构抗风柱的点爪式耗能万向柱脚节点装置，其特征在于，包括：预埋件、万向转动球铰和耗能阻尼装置；
预埋件包括锚杆和实心短钢管，实心短钢管底端设有数根锚杆；实心短钢管顶面为万向转动球铰的支座底板，支座底板中央设有球冠状凹陷；万向转动球铰还包括球冠钢衬板和支座顶板，球冠钢衬板的球冠底连接支座顶板的底面，球冠钢衬板的球冠顶连接支座底板的凹陷；支座底板和支座顶板还通过螺栓连接，支座底板和支座顶板之间设有液压位移监测装置；
耗能阻尼装置包括上端板，细实心钢管、空心钢管和可复位式阻尼器；空心钢管底部连接支座顶板的顶面，上端板底部连接细实心钢管，细实心钢管顶部设有辅助零件，细实心钢管底部段和空心钢管呈套管状连接，空心钢管顶面和辅助零件底面相抵；空心钢管外从下到上依次套有下限位片、可复位式阻尼器和上限位片，上端板和支座顶板之间设有拉线式位移计。
作为优选：球冠钢衬板的球冠高度大于支座底板中央球冠状凹陷的深度。
作为优选：支座底板中央的球冠状凹陷表面和球冠钢衬板之间还设有防护垫，防护垫为自润滑材质，防护垫的两侧分别贴合支座底板和球冠钢衬板的球冠面。
作为优选：空心钢管的内径与细实心钢管的外径相等，辅助零件为弹性材质。
作为优选：上端板和柱脚的柱体部分通过法兰结构和螺栓固定连接。
作为优选：液压位移监测装置和拉线式位移计均连接有警报模块。
这种结构抗风柱的点爪式耗能万向柱脚节点装置的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、确定各分肢的角度后，将各分肢的预埋件上的锚杆分别与柱脚连接基础的钢筋连接，然后浇筑混凝土使各分肢的预埋件和基础连接为一体；
S2、连接球冠钢衬板和支座顶板，连接球冠钢衬板球冠面和支座底板，通过螺栓连接支座底板与支座顶板；
S3、将空心钢管和支座顶板连接，将细实心钢管和上端板连接，依次将下限位片、可复位式阻尼器、上限位片安装在空心钢管外，接着将细实心钢管套入空心钢管内，空心钢管顶面和辅助零件底面相抵；
S4、将各分肢的上端板与柱脚的柱体部分连接；
S5、在各分肢的万向转动球铰装置中安装液压位移监测装置，在耗能阻尼装置中安装拉线性位移计。
作为优选，步骤S2中：在连接支座底板和球冠钢衬板前，在支座底板上铺设防护垫，再连接球冠钢衬板，使防护垫的两侧分别与支座底板和球冠钢衬板贴合。
作为优选，步骤S3中：根据耗能阻尼装置的设计参数值计算可复位式阻尼器的形变范围，然后根据可复位式阻尼器的最大形变值调整下限位片和上限位片的间距。
作为优选：还可以先完成步骤S2至步骤S5中各分肢的拼装，再施行步骤S1，将所有分肢和柱脚连接基础的钢筋连接后进行混凝土浇筑。
本发明的有益效果是：
1)结构抗风柱的点爪式耗能万向柱脚节点装置采用装配式，确保安装方便且发生破坏时可更换，解决柱脚节点更换难度大、成本高等问题。
2)设有万向转动球铰，在节点处可满足抗风柱在任意风向上的转动，节点处可安装耗能阻尼装置，使抗风柱在风荷载作用下产生位移、转动时进行充分耗能，减小位移、转动幅度，并满足柱脚节点在不同荷载形式下的变形自适应，实现节点耗能的自复位功能，减小风荷载所造成的破坏，提升了使用寿命。
3)设有液压位移监测装置和拉线式位移计，且液压位移监测装置和拉线式位移计均连接有警报模块，当位移、转动幅度达到一定限度时进行自动警报，实现柱脚节点变形破坏的智能预警功能，便于锥形耗能柱脚节点装置内各部分的更换，提升了安全性。
4)点爪式耗能万向柱脚节点装置的每条分肢充分受力，具有较强的独立性，单一分肢受到破坏时不会影响其他分肢，有效提高了整体的经济效益，解决了现有抗风柱分肢的受力问题。
附图说明
图1为结构抗风柱的点爪式耗能万向柱脚节点装置的立面图；
图2为单个装配式耗能柱脚节点详图；
图3为辅助零件和细实心钢管连接方式的示意图；
图4为空心钢管的示意图。
附图标记说明：锚杆1、实心短钢管2、支座底板3、防护垫4、球冠钢衬板5、支座顶板6、螺栓7、液压位移监测装置8、上端板9，辅助零件10、细实心钢管11、空心钢管12、可复位式阻尼器13，上限位片14，下限位片15、拉线式位移计16。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
实施例一
作为一种实施例，如图1和图2所示，一种结构抗风柱的点爪式耗能万向柱脚节点装置，三根分肢共同连接柱脚连接基础，包括预埋件、万向转动球铰和耗能阻尼装置；
预埋件包括锚杆1和实心短钢管2，实心短钢管2底端设有数根锚杆1；实心短钢管2顶面为万向转动球铰的支座底板3，支座底板3中央设有球冠状凹陷；万向转动球铰还包括球冠钢衬板5和支座顶板6，支座顶板6为铸钢材质，球冠钢衬板5的球冠底连接支座顶板6的底面，球冠钢衬板5的球冠顶连接支座底板3的凹陷；且球冠钢衬板5的球冠高度大于支座底板3中央球冠状凹陷的深度。支座底板3中央的球冠状凹陷表面和球冠钢衬板5之间还设有防护垫4，防护垫4为自润滑材质，具体为聚四氟乙烯，防护垫4的两侧分别贴合支座底板3和球冠钢衬板5的球冠面，以减小万向转动球铰转动过程中的支座底板3与球冠钢衬板5之间的磨损。
支座底板3和支座顶板6还通过四个螺栓7连接，螺栓7为高强螺栓，支座底板3和支座顶板6之间设有液压位移监测装置8；液压位移监测装置8连接有警报模块，当万向转动球铰的转动角度过大，导致万向转动球铰破坏时，会发出警报，提醒进行装置更换。
耗能阻尼装置包括上端板9，细实心钢管11、空心钢管12和可复位式阻尼器13；空心钢管12外表面设有螺纹，空心钢管12底部连接支座顶板6的顶面。
上端板9顶部端和柱脚的柱体部分通过法兰结构和螺栓固定连接，上端板9底部端连接细实心钢管11，细实心钢管11设于空心钢管12内，且空心钢管12的内径与细实心钢管11的外径相等，使细实心钢管11和空心钢管12呈套管状内外贴合连接。细实心钢管11顶部设有辅助零件10，当细实心钢管11底部段和空心钢管12呈套管状连接时，空心钢管12顶面和辅助零件10底面相抵，辅助零件10为弹性材质，能适应一定范围内的位移和振动。
空心钢管12外从下到上依次套有下限位片15、可复位式阻尼器13和上限位片14，上限位片14和下限位片15可以控制可复位式阻尼器13的最大变形，上端板9和支座顶板6之间设有拉线式位移计16，拉线式位移计16连接有警报模块，在耗能阻尼装置达到破坏位移时，发出警报，提醒进行装置更换。
实施例二
作为用另一种实施例，给出了实施例一中提出的结构抗风柱的点爪式耗能万向柱脚节点装置的安装方法，具体包含以下步骤：
S1、确定各分肢的角度后，将各分肢的预埋件上的锚杆分别与柱脚连接基础的钢筋连接，然后浇筑混凝土使各分肢的预埋件和基础连接为一体；
S2、连接球冠钢衬板5和支座顶板6，在支座底板3上铺设防护垫4，再连接球冠钢衬板5，使防护垫4的两侧分别与支座底板3和球冠钢衬板5贴合，通过螺栓7连接支座底板3与支座顶板6；
S3、将空心钢管12和支座顶板6连接，将细实心钢管11和上端板9连接，依次将下限位片15、可复位式阻尼器13、上限位片14安装在空心钢管12外，根据耗能阻尼装置的设计参数值计算可复位式阻尼器13的形变范围，然后根据可复位式阻尼器13的最大形变值调整下限位片15和上限位片14的间距，接着将细实心钢管11套入空心钢管12内，空心钢管12顶面和辅助零件10底面相抵；
S4、将各分肢的上端板9与柱脚的柱体部分通过法兰连接的方式连接；
S5、在各分肢的万向转动球铰装置中安装液压位移监测装置8，在耗能阻尼装置中安装拉线性位移计16。
实施例三
作为另一种实施例，本实施例提出，实施例一提出的用于大跨度钢结构抗风柱中的装配式锥形耗能柱脚节点装置还可以用以下方法安装：
参考实施例二中提出的结构抗风柱的点爪式耗能万向柱脚节点装置的安装方法，可以先完成实施例二的步骤S2至步骤S5中各分肢的拼装，再施行实施例二中的步骤S1，将所有分肢和柱脚连接基础的钢筋连接，最后进行混凝土浇筑，将各分肢与柱脚连接基础固定。
Claims (10)
1.一种结构抗风柱的点爪式耗能万向柱脚节点装置，其特征在于，包括：预埋件、万向转动球铰和耗能阻尼装置；
预埋件包括锚杆(1)和实心短钢管(2)，实心短钢管(2)底端设有数根锚杆(1)；实心短钢管(2)顶面为万向转动球铰的支座底板(3)，支座底板(3)中央设有球冠状凹陷；万向转动球铰还包括球冠钢衬板(5)和支座顶板(6)，球冠钢衬板(5)的球冠底连接支座顶板(6)的底面，球冠钢衬板(5)的球冠顶连接支座底板(3)的凹陷；支座底板(3)和支座顶板(6)还通过螺栓(7)连接，支座底板(3)和支座顶板(6)之间设有液压位移监测装置(8)；
耗能阻尼装置包括上端板(9)，细实心钢管(11)、空心钢管(12)和可复位式阻尼器(13)；空心钢管(12)底部连接支座顶板(6)的顶面，上端板(9)底部连接细实心钢管(11)，细实心钢管(11)顶部设有辅助零件(10)，细实心钢管(11)底部段和空心钢管(12)呈套管状连接，空心钢管(12)顶面和辅助零件(10)底面相抵；空心钢管(12)外从下到上依次套有下限位片(15)、可复位式阻尼器(13)和上限位片(14)，上端板(9)和支座顶板(6)之间设有拉线式位移计(16)。
2.根据权利要求1所述的结构抗风柱的点爪式耗能万向柱脚节点装置，其特征在于：球冠钢衬板(5)的球冠高度大于支座底板(3)中央球冠状凹陷的深度。
3.根据权利要求1所述的结构抗风柱的点爪式耗能万向柱脚节点装置，其特征在于：支座底板(3)中央的球冠状凹陷表面和球冠钢衬板(5)之间还设有防护垫(4)，防护垫(4)为自润滑材质，防护垫(4)的两侧分别贴合支座底板(3)和球冠钢衬板(5)的球冠面。
4.根据权利要求所述的结构抗风柱的点爪式耗能万向柱脚节点装置，其特征在于：空心钢管(12)的内径与细实心钢管(11)的外径相等，辅助零件(10)为弹性材质。
5.根据权利要求1所述的结构抗风柱的点爪式耗能万向柱脚节点装置，其特征在于：上端板(9)和柱脚的柱体部分通过法兰结构和螺栓固定连接。
6.根据权利要求1所述的结构抗风柱的点爪式耗能万向柱脚节点装置，其特征在于：液压位移监测装置(8)和拉线式位移计(16)均连接有警报模块。
7.如权利要求1所述的结构抗风柱的点爪式耗能万向柱脚节点装置的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、确定各分肢的角度后，将各分肢的预埋件上的锚杆分别与柱脚连接基础的钢筋连接，然后浇筑混凝土使各分肢的预埋件和基础连接为一体；
S2、连接球冠钢衬板(5)和支座顶板(6)，连接球冠钢衬板(5)球冠面和支座底板(3)，通过螺栓(7)连接支座底板(3)与支座顶板(6)；
S3、将空心钢管(12)和支座顶板(6)连接，将细实心钢管(11)和上端板(9)连接，依次将下限位片(15)、可复位式阻尼器(13)、上限位片(14)安装在空心钢管(12)外，接着将细实心钢管(11)套入空心钢管(12)内，空心钢管(12)顶面和辅助零件(10)底面相抵；
S4、将各分肢的上端板(9)与柱脚的柱体部分连接；
S5、在各分肢的万向转动球铰装置中安装液压位移监测装置(8)，在耗能阻尼装置中安装拉线性位移计(16)。
8.根据权利要求7所述的结构抗风柱的点爪式耗能万向柱脚节点装置的安装方法，其特征在于，步骤S2中：在连接支座底板(3)和球冠钢衬板(5)前，在支座底板(3)上铺设防护垫(4)，再连接球冠钢衬板(5)，使防护垫(4)的两侧分别与支座底板(3)和球冠钢衬板(5)贴合。
9.根据权利要求7所述的结构抗风柱的点爪式耗能万向柱脚节点装置的安装方法，其特征在于，步骤S3中：根据耗能阻尼装置的设计参数值计算可复位式阻尼器(13)的形变范围，然后根据可复位式阻尼器(13)的最大形变值调整下限位片(15)和上限位片(14)的间距。
10.根据权利要求7所述的结构抗风柱的点爪式耗能万向柱脚节点装置的安装方法，其特征在于：还可以先完成步骤S2至步骤S5中各分肢的拼装，再施行步骤S1，将所有分肢和柱脚连接基础的钢筋连接后进行混凝土浇筑。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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