CN217176015U - 一种柱中可抬升的新型摇摆自复位结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种柱中可抬升的新型摇摆自复位结构，包括中柱和两根边柱；两根边柱分别设置在中柱两侧，三者之间采用多根横梁连接，边柱底部设置有下段柱，边柱底部与下段柱顶部接触，下段柱顶部在两根边柱前后及相背侧设置有限位装置，限位装置贴合边柱底部的侧面；中柱下方设置有连接件，中柱底部与连接件顶部铰接，铰接的转动方向均处于结构面上，连接件上设置有阻尼装置，阻尼装置的阻尼方向为竖直方向；下段柱底部和连接件底部均设置有基础，基础与地面固定，中柱上贯穿设置有钢绞线，钢绞线一端固定在中柱顶端，另一端与连接件底部的基础连接。能够减小柱脚抬升式摇摆核心摇摆变形和倾覆风险，提高自复位和耗能能力。
Description
技术领域
本实用新型属于建筑工程与结构抗震领域，涉及一种柱中可抬升的新型摇摆自复位结构。
背景技术
近年来研究表明，采用摇摆构件可以有效避免地震下结构损伤集中于“薄弱层”并减轻结构体系的损伤。柱脚可抬升摇摆钢框架是摇摆构件的一种常见实现形式，它通过放松基础与柱脚间的约束，放大了结构在地震作用下的摇摆，利用上部结构刚性摇摆和附加耗能装置耗散地震能量，使主体构件在震后无损伤或轻微损伤，有效提高了结构的抗震性能，实现震后快速恢复功能。这虽然能够有效降低结构的地震损伤，但同时也增大了结构由二阶效产生的倾覆力矩，当底层一侧柱脚抬升后，由于基础对柱脚的约束作用有限，倾覆力矩使未抬升一侧的底层柱呈单曲率受弯变形，从而降低了结构倾覆能力，不利于结构抗震性能的发挥。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种柱中可抬升的新型摇摆自复位结构，能够减小柱脚抬升式摇摆核心摇摆变形和倾覆风险，提高自复位和耗能能力。
为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：
一种柱中可抬升的新型摇摆自复位结构，包括中柱和两根边柱；
两根边柱分别设置在中柱两侧，三者共面为结构面，三者之间采用多根横梁连接，分为多层，每层边柱均与中柱之间设置有斜撑；边柱底部设置有下段柱，边柱底部与下段柱顶部接触，下段柱顶部在两根边柱前后及相背侧设置有限位装置，限位装置贴合边柱底部的侧面；
中柱下方设置有连接件，中柱底部与连接件顶部铰接，铰接的转动方向均处于结构面上，连接件上设置有阻尼装置，阻尼装置的阻尼方向为竖直方向；下段柱底部和连接件底部均设置有基础，基础与地面固定，中柱上贯穿设置有钢绞线，钢绞线一端固定在中柱顶端，另一端与连接件底部的基础连接。
优选的，下段柱顶部设置有预埋底板，边柱底部和底部相背侧分别设置有刚性底板和加固板。
进一步，刚性底板朝向边柱相背侧的一侧底部设置有倒圆角。
优选的，下段柱外层为方钢管，内部为混凝土。
优选的，边柱、中柱、横梁、斜撑和连接件均采用H型钢，边柱与下段柱之间设置有箱型截面柱。
进一步，边柱上设置有边柱加劲肋，中柱上设置有中柱加劲肋，横梁上设置有横梁加劲肋。
优选的，连接件在结构面上的两侧分别设置有一个阻尼装置，阻尼装置采用波纹钢板阻尼器，波纹钢板阻尼器竖直设置，波纹位于水平方向上，波纹钢板阻尼器一端与连接件固定，另一端通过L型连接件与基础固定。
进一步，波纹钢板阻尼器通过摩擦型高强螺栓与连接件和L型连接件连接。
优选的，斜撑一端连接每层中柱的顶部与横梁连接处，另一端连接该中柱相邻下方的边柱与横梁连接处。
优选的，最下层的边柱长度为其余层的二分之一。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型通过在下段柱上设置限位装置贴合边柱，在地震力作用下，摇摆架能绕一侧底层边柱的柱脚为转动支点产生刚体转动，实现摇摆和抬升，边柱与限位装置紧密接触传递剪力，边柱和下段柱之间的挤压可以传递竖向荷载，在底层边柱与下段柱接触处形成反弯点，使结构底层边柱和下段柱呈反向曲率受弯，从而减小上部结构的摇摆，降低结构倾覆力矩；利用预应力钢绞线为提供结构自复位能力，使结构在震后能够恢复到初始状态而不出现残余变形。
进一步，加固板与限位装置紧密接触传递剪力，边柱底部的刚性底板与预埋板之间的挤压可以传递竖向荷载。
进一步，刚性底板朝向边柱相背侧的一侧为刚性底板的旋转轴，在此处开圆弧倒角，能够避免摇摆过程中出现应力集中。
进一步，箱型截面柱的柱角相比H型钢柱脚具有更高的强度和刚度，改善摇摆节点构造复杂性。
进一步，利用波纹钢板阻尼器发生剪切变形时，波纹形状的耗能钢板可以有效控制面外变形，垂直波纹方向的剪切刚度较大，保证阻尼器整体耗能的稳定性，提高耗能能力。
附图说明
图1为本实用新型的新型摇摆自复位结构的主视图；
图2为本实用新型的新型摇摆自复位结构的立体图；
图3为本实用新型的柱中可抬升部分示意图；
图4为本实用新型的加固板结构示意图；
图5为本实用新型的下段柱截面图；
图6为本实用新型的耗能阻尼部分结构爆炸图；
图7为本实用新型的波纹钢板阻尼器结构示意图。
其中：1、基础，2、下段柱，201、方钢管，202、混凝土，3、预埋底板，4、刚性底板，5、面内限位装置，6、高强螺栓，7、面外限位装置，8、箱型截面柱，9、加固板，10、边柱加劲肋，11、边柱，12、横梁，13、横梁加劲肋，14、支撑连接件，15、斜撑，16、中柱，17、中柱加劲肋，18、钢绞线，19、锚固板、20、挤压拉索结构，21、铰接装置，22、连接件，23、摩擦型高强螺栓，24、波纹钢板阻尼器，241、上端板，242、下端板，243、腹板，25、L型连接件，26、地脚螺栓。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1和图2所示，为本实用新型所述的柱中可抬升的新型摇摆自复位结构，包括中柱16和两根边柱11。
两根边柱11分别设置在中柱16两侧，三者共面为结构面，三者之间采用多根横梁12连接，分为多层，最下层的边柱11长度为其余层的二分之一，每层边柱11均与中柱16之间设置有人字形的斜撑15。下段柱2底部和连接件22底部均设置有基础1，基础1与地面固定。
边柱11、中柱16、横梁12、斜撑15和连接件22均采用H型钢。
上段柱由箱形截面柱8、边柱11和刚性地板4构成，刚性底板4和加固板9焊接在箱型截面柱8底部和相背面的侧面。
边柱11焊接在箱型截面柱8顶部，边柱11上设置若干边柱加劲肋10，横梁12与边柱11和中柱13栓焊连接，横梁12上设置若干横梁加劲肋13，支撑连接件14焊接在梁柱节点，斜撑15焊接在支撑连接件14和箱型截面柱8上，中柱16上设置若干中柱加劲肋17。
如图3所示，下段柱2埋与基础1中，预埋底板3位于下段柱2端部，箱型截面柱8底部与下段柱2顶部接触，下段柱2顶部在箱型截面柱8前后设置有面内限位装置5，下段柱2顶部在箱型截面柱8相背侧设置有面外限位装置7，面内限位装置5和面外限位装置7通过高强螺栓6连接在预埋底板3上，面内限位装置5和面外限位装置7贴合箱型截面柱8的侧面。
整个摇摆节点由刚性底板4、箱型截面柱8、加固板9和边柱11组成，摇摆节点通过刚性底板4传递上部竖向荷载到下段柱2，如图5所示，下端柱2是由外层方钢管201和内填混凝土202构成的钢管混凝土柱。
如图4所示，刚性底板4朝向边柱相背侧的一侧为刚性底板4的旋转轴，在此处倒圆角弧度，刚性底板4在作为摇摆支点时，整个摇摆钢架绕倒角的水平线为摇摆轴，避免旋转过程中出现应力集中，摇摆节点摇摆过程中通过加固板9与面内限位装置5发生挤压受到滑动约束，并将将水平剪力一部分传递给面内限位装置5，加固板9和面内限位装置5之间的宽度依据建筑结构平面尺寸和抗震设防目标控制，箱型截面柱8设计应满足此条件下抗弯刚度需求。
如图6所示，中柱16下方设置有连接件22，中柱16底部与连接件22顶部铰接，铰接的转动方向均处于结构面上，连接件22在结构面上的两侧分别设置有一个阻尼装置，阻尼装置的阻尼方向为竖直方向，阻尼装置采用波纹钢板阻尼器24，波纹钢板阻尼器24竖直设置，波纹位于水平方向上；下段柱2底部和连接件22底部均设置有基础1，基础1与地面固定，中柱16上贯穿设置有钢绞线18，钢绞线18一端固定在中柱16顶端，另一端与连接件22底部的基础1连接。
中柱加劲肋17上预留若干孔道穿过钢绞线18，钢绞线18顶部通过挤压拉索结构20锚固于中柱16顶部的锚固板19上，底部与基础1相连，铰接装置21上端焊接与中柱16底部，下端焊接有连接件22，波纹钢板阻尼器24的上、下端板通过若干个摩擦型高强螺栓23连接在连接件22和L型连接件25上，L型连接件通过若干地脚螺栓26连接与基础1上。
摇摆核心的耗能装置包括铰接装置21、连接件22、摩擦型高强螺栓23、波纹钢板阻尼器24和L型连接件25构成，在摇摆架达到抬升弯矩后，开始进行摇摆抬升运动，此时固定在中柱16下的铰接装置21带动连接件22产生抬升位移，波纹钢板阻尼器24开始受力逐渐进入剪切塑性耗能，其面内刚度也为结构提供部分侧向刚度，面外刚度保证了受力过程中防止出现屈曲现象影响结构整体性能。
如图7所示，波纹钢板阻尼器24由上端板241、下端板242和波纹腹板243组成，波纹腹板243通过冷加工压制成型，与上端板241和下端板242焊接连接。具体波纹钢板腹板构件尺寸按照《波纹腹板钢结构技术规程》中规定的取值范围进行设计。
波纹钢板阻尼器24采用屈服点较低的钢材，为阻尼器提供更好的耗能能力和疲劳性能，低屈服点钢材良好的疲劳性能和焊接性能，保证在剧烈的往复塑性变形过程中不会提前断裂，为结构提供稳定的耗能能力；摇摆核心中主要构件边柱11、中柱16、横梁12、斜撑15和连接件22均采用Q460钢材，保证主要构件设计截面尺寸不会过大，且在摇摆抬升过程中处于弹性受力状态，震后仅需更换损伤的阻尼器即可快速恢复结构使用功能；钢绞线18具体挤压拉索结构参考《拉压锚固钢绞线拉索JT/T850-2013》相关要求。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主题内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的实用新型主题的一部分。
Claims (10)
1.一种柱中可抬升的新型摇摆自复位结构，其特征在于，包括中柱(16)和两根边柱(11)；
两根边柱(11)分别设置在中柱(16)两侧，三者共面为结构面，三者之间采用多根横梁(12)连接，分为多层，每层边柱(11)均与中柱(16)之间设置有斜撑(15)；边柱(11)底部设置有下段柱(2)，边柱(11)底部与下段柱(2)顶部接触，下段柱(2)顶部在两根边柱(11)前后及相背侧设置有限位装置，限位装置贴合边柱(11)底部的侧面；
中柱(16)下方设置有连接件(22)，中柱(16)底部与连接件(22)顶部铰接，铰接的转动方向均处于结构面上，连接件(22)上设置有阻尼装置，阻尼装置的阻尼方向为竖直方向；下段柱(2)底部和连接件(22)底部均设置有基础(1)，基础(1)与地面固定，中柱(16)上贯穿设置有钢绞线(18)，钢绞线(18)一端固定在中柱(16)顶端，另一端与连接件(22)底部的基础(1)连接。
2.根据权利要求1所述的柱中可抬升的新型摇摆自复位结构，其特征在于，下段柱(2)顶部设置有预埋底板(3)，边柱(11)底部和底部相背侧分别设置有刚性底板(4)和加固板(9)。
3.根据权利要求2所述的柱中可抬升的新型摇摆自复位结构，其特征在于，刚性底板(4)朝向边柱(11)相背侧的一侧底部设置有倒圆角。
4.根据权利要求1所述的柱中可抬升的新型摇摆自复位结构，其特征在于，下段柱(2)外层为方钢管(201)，内部为混凝土(202)。
5.根据权利要求1所述的柱中可抬升的新型摇摆自复位结构，其特征在于，边柱(11)、中柱(16)、横梁(12)、斜撑(15)和连接件(22)均采用H型钢，边柱(11)与下段柱(2)之间设置有箱型截面柱(8)。
6.根据权利要求5所述的柱中可抬升的新型摇摆自复位结构，其特征在于，边柱(11)上设置有边柱加劲肋(10)，中柱(16)上设置有中柱加劲肋(17)，横梁(12)上设置有横梁加劲肋(13)。
7.根据权利要求1所述的柱中可抬升的新型摇摆自复位结构，其特征在于，连接件(22)在结构面上的两侧分别设置有一个阻尼装置，阻尼装置采用波纹钢板阻尼器(24)，波纹钢板阻尼器(24)竖直设置，波纹位于水平方向上，波纹钢板阻尼器(24)一端与连接件(22)固定，另一端通过L型连接件(25)与基础(1)固定。
8.根据权利要求7所述的柱中可抬升的新型摇摆自复位结构，其特征在于，波纹钢板阻尼器(24)通过摩擦型高强螺栓(23)与连接件(22)和L型连接件(25)连接。
9.根据权利要求1所述的柱中可抬升的新型摇摆自复位结构，其特征在于，斜撑(15)一端连接每层中柱(16)的顶部与横梁(12)连接处，另一端连接该中柱(16)相邻下方的边柱(11)与横梁(12)连接处。
10.根据权利要求1所述的柱中可抬升的新型摇摆自复位结构，其特征在于，最下层的边柱(11)长度为其余层的二分之一。
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Cited By (2)
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| CN114790849A (zh) * | 2022-04-29 | 2022-07-26 | 西安建筑科技大学 | 一种柱中可抬升的新型摇摆自复位结构 |
| CN116427620A (zh) * | 2023-03-16 | 2023-07-14 | 西安建筑科技大学 | 一种带可更换波纹钢板阻尼器的自复位摇摆格构式柱 |
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