CN205839572U - 一种消能减震墩柱 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种消能减震墩柱，包括若干根平行成束设置的由钢管制成的柱肢，每根所述柱肢上均对应设置有若干翼缘贯通式节点，所述翼缘贯通式节点上设置有牛腿梁；柱肢之间设置有消能连梁，通过螺栓将所述牛腿梁与所述消能连梁固定连接。本实用新型消能减震墩柱通过在柱肢之间布置消能构件，消耗地震输入能量，从而增大结构阻尼，减小结构地震响应，可以保护柱肢结构的安全。该结构由钢管混凝土柱肢和剪切型消能连梁装配而成，采用高强螺栓拼接，具有高效的施工便捷性。并且，消能连梁可以实现快速更换，实现消能减震墩柱的震后快速修复能力。
Description
技术领域
本实用新型属于工程结构消能减震技术领域，涉及一种新型的消能减震墩柱，这种结构可以应用于桥梁结构墩柱，也可以应用于建筑结构中，比如框架结构、框架-支撑结构和框架-核心筒结构。
背景技术
传统的结构通常只能靠提高结构的强度、刚度和延性以满足其抗震性能要求，这种方法不仅严重影响结构的经济性，也难以显著改善其抗震性能。
如图1所示，传统的混凝土空心薄壁柱，其承载力特性如图2所示，其初始弹性段刚度较大，但是在柱顶位移角1/150后，尤其是位移角超过1/100后，由于混凝土开裂，滞回曲线捏拢现象十分严重，结构耗能能力较差，等效粘滞阻尼系数仅有0.1左右。并且，柱顶位移角1/80后，墩柱的承载力逐渐降低，表现出显著的承载力退化现象。
实用新型内容
试验和理论研究表明，若腹板宽高比设计和加劲布置合理，剪切型消能连梁具有良好的强度、刚度以及稳定的耗能能力和较大的变形能力。而将软钢或高建钢等延性较好的钢材应用于这种连梁之后，连梁的耗能能力和变形能力将得到明显提升，可作为消能减震构件使用。
以往研究和工程实践表明，钢-混凝土组合结构兼备钢结构和混凝土结构的优点，具有良好的力学性能和施工性能。钢管混凝土承载力高、塑性和韧性好且施工方便，具有良好的压(拉)-弯-扭-剪复合受力性能，其滞回性能和抗震性能也十分优秀，是一种理想的竖向承重构件。此外，钢管混凝土兼备钢结构的安装与连接优势，与其他钢结构构件的连接十分方便，可以采用高强螺栓连接形成便捷的装配式结构。
本实用新型的目的是提供一种结构新颖独特，施工便捷，弹性刚度大，耗能能力强，位移延性好，并且承载力退化小的装配式消能减震墩柱；具体技术方案为：
一种消能减震墩柱，包括若干根平行成束设置的由钢管制成的柱肢，每根所述柱肢上均对应设置有若干翼缘贯通式节点，所述翼缘贯通式节点上设置有牛腿梁；柱肢之间设置有消能连梁，通过螺栓将所述牛腿梁与所述消能连梁固定连接。
进一步，所述翼缘贯通式节点的强度不低于牛腿梁的强度的1.2倍且不低于柱肢强度的1.2倍，所述牛腿梁的强度不低于消能连梁强度的1.2倍。
进一步，所述柱肢为钢管混凝土柱肢，所述柱肢强度不低于牛腿梁强度，且不低于消能连梁强度的1.2倍。
进一步，所述翼缘贯通式节点由节点隔板、侧壁构成；所述节点隔板与牛腿梁翼缘板一体化设计；所述侧壁围成浇筑腔，所述节点隔板设置在所述浇筑腔的上下端面上。
进一步，所述节点隔板设置有浇注口，所述浇注口设置在浇筑腔的中央，上下贯通。
进一步，所述节点隔板设置有排气口。
进一步，所述排气口设置在所述浇筑腔的角部，上下贯通。
进一步，所述消能连梁由两端的连接端板和中间的连梁腹板、连梁翼缘板焊接制成。
进一步，所述连梁腹板与连梁翼缘板构成为工字型结构。
进一步，所述连梁腹板上设置有与所述连接端板平行的连梁加劲肋，或者将连梁腹板设置为波纹板。
本实用新型消能减震墩柱通过在柱肢之间布置消能构件，消耗地震输入能量，从而增大结构阻尼，减小结构地震响应，可以保护柱肢结构的安全。该结构由钢管混凝土柱肢和剪切型消能连梁装配而成，采用高强螺栓拼接，具有高效的施工便捷性。并且，消能连梁可以实现快速更换，实现消能减震墩柱的震后快速修复能力。
附图说明
图1为现有技术中混凝土薄壁墩柱结构示意图；
图2为现有技术中混凝土薄壁墩柱滞回曲线图；
图3为本实用新型消能减震墩柱结构示意图；
图4为底座A-A剖面结构示意图；
图5为底座B-B剖面结构示意图；
图6为Ⅰ局部放大焊接示意图；
图7为Ⅱ局部放大焊接示意图；
图8为Ⅲ局部放大焊接示意图；
图9为消能连梁主视图；
图10为消能连梁俯视图；
图11为消能连梁左视图；
图12为消能连梁C-C剖面示意图；
图13为图3消能减震墩柱滞回曲线图；
图14为消能减震墩柱在桥梁结构应用的结构示意图；
图15为消能减震墩柱在框架结构应用的结构示意图。
图中：1、柱肢；2、翼缘贯通式节点；2-1、节点隔板；2-2、浇注口；2-3、排气口；2-4、侧壁；3、顶面板；4、牛腿梁；4-1、牛腿腹板；4-2、牛腿连接端板；4-3、牛腿翼缘板；5、加劲肋；6、底脚；6-1、底脚孔；7、消能连梁；7-1、连梁连接端板；7-2、连梁腹板；7-3、连梁加劲肋；7-4、 连梁翼缘板；8、框架梁； 9、箱型梁。
具体实施方式
下面利用实施例对本实用新型进行更全面的说明。本实用新型可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。
为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”“左”“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位（旋转90度或位于其他方位），这里所用的空间相对说明可相应地解释。
如图3所示，本实施例中的消能减震墩柱，包括2根钢管制成的柱肢1，每根柱肢1上均对应设置有3个节点；牛腿翼缘板4-3伸入柱肢1的钢管的内部，称为翼缘贯通式节点2；翼缘贯通式节点2上设置有牛腿梁4；柱肢1之间设置有消能连梁7，通过螺栓将翼缘贯通式节点2上的牛腿梁4与消能连梁7固定连接。
当然，柱肢1的数量不限于为2根；可以是3根、4根或更多根平行成束设置。平行成束设置指墩柱的所有柱肢1均平行设置，整体作为一个墩柱；例如，如图3中两根柱肢1成对平行设置，或者3根柱肢1呈等边三角形排布；或者4根柱肢1呈矩形排布；或者更多根柱肢1在圆周内排布等形式，作为一个墩柱；而且柱肢1之间有间隔，柱肢1之间通过消能连梁7连接。
柱肢1上的翼缘贯通式节点2的数量可以根据柱肢1的高度调整，可以是2件、3件或更多件。
如图4所示，柱肢1的底脚6为钻有底脚孔6-1的钢板，与柱肢1下端面焊接，沿柱肢1的外侧壁焊接有与底脚6和柱肢1的外侧壁均垂直的加劲肋5。
柱肢1可以采用钢管混凝土柱肢；通过浇筑混凝土提高柱肢1的承载力；而且钢管混凝土柱肢塑性和韧性好且施工方便，具有良好的压(拉)-弯-扭-剪复合受力性能。柱肢1强度不低于牛腿梁4的强度，且保证柱肢1强度不低于消能连梁7强度的1.2倍。
如图5所示，翼缘贯通式节点2由节点隔板2-1和侧壁2-4构成；侧壁2-4围成浇筑腔，节点隔板设置在浇筑腔的上下端面上。牛腿连接端板4-2设置在牛腿梁的伸出端，与柱肢1平行。本实施例中将上下牛腿翼缘板4-3与上下两块节点隔板2-1一体化设计，提高翼缘贯通式节点2的强度，避免节点侧壁2-4在地震荷载下被牛腿梁翼缘板拉裂。牛腿翼缘板4-3和牛腿连接端板4-2之间也设置有牛腿腹板4-1，牛腿腹板4-1与上下两块牛腿翼缘板4-3和牛腿连接端板4-2均垂直。
翼缘贯通式节点2的强度不应低于牛腿梁4强度的1.2倍，牛腿梁4强度不应低于消能连梁7强度的1.2倍，可以保证在地震力作用下消能连梁7通过屈服变形吸收地震能量，避免翼缘贯通式节点2、牛腿梁4和柱肢1发生破坏，保证结构的安全性，且有利于结构的灾后修复。
节点隔板2-1设置有浇注口2-2，浇注口2-2设置在浇筑腔的中央，上下贯通。通过在节点隔板2-1设置浇注口2-2，可以使混凝土从柱顶浇筑到柱底。
节点隔板2-1设置有排气孔2-3。排气孔2-3设置在浇筑腔的角部，上下贯通，以排出混凝土浇筑和振捣时产生的气泡。
在柱肢1的顶部也可以焊接顶面板3,顶面板3上也应该设置浇注口和排气口。在柱肢1的顶部焊接顶面板3,对柱肢1中的混凝土进行封固，提高柱肢1的强度。
如图6至图8所示，柱肢1和翼缘贯通式节点2的侧壁2-4均可以用钢板焊接围成。当然，也可以用钢管截成。柱肢1的焊接面应尽可能设置在外表面，以方便焊接操作，有利于提高焊接质量。柱肢1由钢管与翼缘贯通式节点2焊接连接。
如图9至图12所示，消能连梁7由两端的连接端板7-1和中间的腹板7-2、连梁翼缘板7-4焊接制成。作为消能减震构件，消能连梁7由软钢或高建钢等延性较好的钢材制成，有利于提高消能连梁7变形能力和耗能能力；消能连梁屈服后可以降低消能减震墩柱的整体刚度，减小地震力输入，避免柱肢1发生破坏。牛腿连接端板4-2和连梁连接端板7-1上排布螺栓安装孔，螺栓安装孔的数量和排布可以根据具体受力需要设计，满足消能连梁7和牛腿梁4之间的连接强度要求，避免牛腿连接端板4-2和连梁连接端板7-1变形，且应有利于消能连梁7的更换。
连梁腹板7-2和连梁翼缘板7-4构成为工字型结构；可以是型钢或者钢板焊接而成。为了改善消能连梁腹板的屈曲性能，增大连梁变形能力，还可以在连梁腹板7-2上设置与连接端板7-1平行的连梁加劲肋7-3。消能连梁7的腹板也可以采用波纹腹板。
本实用新型提出的消能减震墩柱结构，采用新型的快速组合装配方式；该结构由钢管混凝土柱肢和剪切型消能连梁装配而成，采用高强螺栓拼接，具有高效的施工便捷性。并且，消能连梁可以实现快速更换，实现消能减震墩柱的震后快速修复能力。这种结构可以应用于桥梁结构墩柱，也可以应用于建筑结构中，比如框架结构、框架-支撑结构和框架-核心筒结构。
本实施例的墩柱有效高度为4000mm；每根柱肢1设置有3件翼缘贯通式节点2，沿柱高等间距布置；钢管为边长250mm方管，壁厚8mm，内部填充C50混凝土；牛腿梁4高250mm,节点隔板2-1宽250mm，板厚10mm；牛腿翼缘板4-3为等腰梯形，底边宽度为250mm，顶边宽度为180mm，板厚10mm；牛腿腹板4-1板厚10mm；消能连梁7的长度为400mm，梁高210mm，连梁翼缘板7-4板厚10mm，宽度130mm，连梁腹板7-3板厚8mm；牛腿连接端板4-2和连梁连接端板7-1板厚25mm,宽240mm,高400mm；所有钢板强度等级均为Q345；其力学测试结果如图13所示，本实施例中装配式消能减震墩柱具有良好的强度、刚度以及稳定的耗能能力和较大的变形能力。
本实用新型的消能减震墩柱可以作为一种桥梁墩柱，应用于桥梁结构中，例如：图14示出一种桥梁结构，将连续箱型梁9采用橡胶支座或其他形式与消能减震墩柱连接形成连续梁桥结构或连续刚构桥结构。
另外，本实用新型的消能减震墩柱也可以作为一种双肢柱应用于钢框架结构，例如：图15示出一种钢框架结构，将横梁8与消能减震柱在纵横向连接形成框架结构。
上述示例只是用于说明本实用新型，除此之外，还有多种不同的实施方式，而这些实施方式都是本领域技术人员在领悟本实用新型思想后能够想到的，故，在此不再一一列举。
Claims (10)
1.一种消能减震墩柱，其特征在于，包括若干根平行成束设置的由钢管制成的柱肢，每根所述柱肢上均对应设置有若干翼缘贯通式节点，所述翼缘贯通式节点上设置有牛腿梁；柱肢之间设置有消能连梁，通过螺栓将所述牛腿梁与所述消能连梁固定连接。
2.如权利要求1所述的消能减震墩柱，其特征在于，所述翼缘贯通式节点的强度不低于所述牛腿梁的强度的1.2倍，所述牛腿梁的强度不低于消能连梁强度的1.2倍。
3.如权利要求1所述的消能减震墩柱，其特征在于，所述柱肢为钢管混凝土柱肢，所述柱肢强度不低于牛腿梁强度，且不低于消能连梁强度的1.2倍。
4.如权利要求1所述的消能减震墩柱，其特征在于，所述翼缘贯通式节点由节点隔板、侧壁构成；所述侧壁围成浇筑腔，所述节点隔板设置在所述浇筑腔的上下端面上。
5.如权利要求4所述的消能减震墩柱，其特征在于，所述节点隔板设置有浇注口，所述浇注口设置在浇筑腔的中央，上下贯通。
6.如权利要求4所述的消能减震墩柱，其特征在于，所述节点隔板设置有排气口。
7.如权利要求6所述的消能减震墩柱，其特征在于，所述排气口设置在所述浇筑腔的角部，上下贯通。
8.如权利要求1所述的消能减震墩柱，其特征在于，所述消能连梁由两端的连接端板和中间的连梁腹板、连梁翼缘板焊接制成。
9.如权利要求8所述的消能减震墩柱，其特征在于，所述连梁腹板与连梁翼缘板构成为工字型结构。
10.如权利要求8所述的消能减震墩柱，其特征在于，所述连梁腹板上设置有与所述连接端板平行的连梁加劲肋，或者将连梁腹板设置为波纹板。
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| CN110306424A (zh) * | 2018-03-20 | 2019-10-08 | 比亚迪股份有限公司 | 用于支撑轨道梁的支撑柱及其制作方法、具有其的轨道 |
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