CN220451202U - 可消除应变滞后的分机制加固结构、钢桁架及房屋 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可消除应变滞后的分机制加固结构、钢桁架及房屋，该加固结构包括：第一弦杆；第二弦杆；腹杆组件，至少包括多根直腹杆，直腹杆连接第一弦杆和第二弦杆；预应力绞线，两端分别设置在靠近第一弦杆端头的第一弦杆与腹杆组件的节点处，且中部设有撑杆；消能器，一端铰接在最外侧的直腹杆的端头处，另一端与至少两根支撑铰接，其中一根支撑与第二弦杆铰接，其余支撑铰接在直腹杆上。本实用新型通过设置预应力绞线，张拉调节后形成负刚度，消除既有结构与加固结构之间的应变滞后效应，并与第一弦杆、第二弦杆、腹杆组件配合提高既有结构的竖向承载力和刚度。设置消能器并配合运动放大机构，可有效减小水平荷载下和地震作用下结构基底剪力和侧向变形。

Description

可消除应变滞后的分机制加固结构、钢桁架及房屋

技术领域

本实用新型涉及建筑抗震加固技术领域，具体涉及一种可消除应变滞后的分机制加固结构、钢桁架及房屋。

背景技术

近年来随着工业现代化和城市更新建筑的快速发展，国内早期建造的一大批工业用刚架厂房结构普遍面临使用功能变化、园区更新、厂址迁移、结构构件再利用等问题。厂房建筑使用功能的改变，使得结构所受重力荷载有所增加，而有很大一部分厂房又采用了满应力设计；同时重力荷载的增加，使得结构所受地震作用也相应变大。近年来新颁布的法规和条例对抗震设防的要求也逐渐变高，这些规范都对结构的抗震性能目标提出了新的需求，现有的厂房存在的普遍问题导致原有结构不再满足现行规范的设计要求，需要进行加固。

目前常用的加固方案有加厚翼缘(粘钢法)、增加T型钢梁、增加钢支撑、预应力弦支刚架等方法，现有的加固方案多为刚性抗震，在地震作用下构件损伤程度高，而且损伤后需要进行整体修复，耗时耗力且成本高。此外，传统加固方案加固时无法考虑新、旧结构界面之间的变形协调，存在应变滞后效应，往往需要对原结构进行卸载，加固周期长影响新建筑再运营时间，经济效益差。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供了一种可消除应变滞后的分机制加固结构、钢桁架及房屋，该加固结构通过增设预应力绞线解决了新、旧结构无法变形协调，消除了应变滞后效应，无需对原结构进行卸载，大大缩短了加固周期，经济效益提升显著；设置消能器配合运动放大装置，解决了现有技术中的结构加固方案没有解决水平荷载增加导致抗侧刚度和承载力不足的问题，使得抗震性能满足新的设计要求；竖向和侧向分机制加固机理，具有良好的灵活性和可变性。

为了实现上述目的，本实用新型一方面提供一种可消除应变滞后的分机制加固结构，该加固结构包括：

第一弦杆；

第二弦杆，与所述第一弦杆相对设置；

腹杆组件，至少包括多根直腹杆，所述直腹杆设置在所述第一弦杆和所述第二弦杆之间并连接所述第一弦杆和所述第二弦杆；

预应力绞线，两端分别设置在靠近所述第一弦杆端头的所述第一弦杆与所述腹杆组件的节点处，且中部设有撑杆；和

位移运动放大机构，包括消能器和至少两根支撑，所述消能器一端铰接在最外侧的所述直腹杆的端头处，另一端与所述支撑铰接，其中一根所述支撑与所述第二弦杆铰接，其余所述支撑铰接在所述直腹杆上。

进一步地，所述腹杆组件还包括：多根斜腹杆，设在相邻所述直腹杆之间，且连接相邻所述直腹杆相对的端头。

更进一步地，所述预应力绞线设置在两端的跨上，多个所述斜腹杆设置在其余的所述跨上。

优选地，所述撑杆与所述直腹杆的位置对应。

优选地，所述消能器为位移有关型消能器、速度有关型消能器或复合型消能器。

作为一种优选实施例，所述加固结构包括：

第一弦杆；

第二弦杆，与所述第一弦杆相对设置，并短于所述第一弦杆；

n个直腹杆，竖直且均匀间隔固定在所述第一弦杆和所述第二弦杆之间，其中n≥3，所述直腹杆将所述第二弦杆分隔成 n-1个跨；

多个斜腹杆，设在相邻所述直腹杆之间，且连接相邻所述直腹杆相对的端头；

预应力绞线，端头设置在两端的跨上、所述第一弦杆端头与所述直腹杆的节点处，多个所述斜腹杆设置在其余的跨上，所述预应力绞线的中部设有与所述直腹杆对应的撑杆；和

两个位移运动放大机构，分别包括一个消能器和两根支撑，所述消能器一端铰接在最外侧的所述直腹杆的端头处，另一端与两根所述支撑铰接，其中一根所述支撑与所述第二弦杆铰接，另一根所述支撑铰接在所述直腹杆上。

本实用新型第二方面提供一种钢桁架，该钢桁架包括上述的可消除应变滞后的分机制加固结构。

本实用新型第三方面提供一种房屋，该房屋包括上述的钢桁架。

通过上述技术方案，本实用新型实现了以下有益效果：

本实用新型通过设置预应力绞线，张拉调节后形成负刚度，可以消除既有结构与加固结构之间的应变滞后效应，可在既有结构不卸载的前提下，使得新、旧组件相互变形协调，共同受力，提高结构的加固效能。第一弦杆、第二弦杆、腹杆组件与预应力绞线配合提高既有机构的竖向承载力和刚度。消能器与支撑配合为运动放大机构可可以起到位移运动放大效果，具有更优的减震效能，有效减小水平荷载下和地震作用下结构基底剪力和侧向变形，从而实现良好的损伤屈服机制，有效提高门式刚架结构抗震性能。本实用新型能够同时适应竖向和侧向不足的加固场景，且两者互不影响，具有良好的灵活性和可变性。本实用新型主体采用装配式钢结构，解决了现场焊接工作量大，高空作业无法保证施工质量的问题。

附图说明

图1是本实用新型所述分机制加固结构的一种实施方式的结构示意图；

图2是图1的应用示意图；

图3是图1所述分机制加固结构的安装示意图；

图4是图1所述分机制加固结构的竖向荷载下第二弦杆受力示意图；

图5是图1所述分机制加固结构的侧向荷载下第二弦杆受力示意图；

图6是本实用新型中消能器、支撑与水平方向或者竖直方向的夹角分布情况。

附图标记说明

1、水平构件；

2、竖向构件；

3、第一弦杆；

4、第二弦杆；401、撑杆；

5、直腹杆；

6、斜腹杆；

7、消能器；

8、预应力绞线；

9、支撑。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

首先需要说明的是，在下文的描述中为清楚地说明本实用新型的技术方案而涉及的一些方位词，例如“外”、“内”等均是按照分机制加固结构中零部件正常所指的方位类推所具有的含义，例如，靠近结构中心线位置为内部，与之相对的部位则为外部。仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量，因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括一个或更多个所述特征。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或者是一体连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1所示，本实用新型所述可消除应变滞后的分机制加固结构包括：

第一弦杆3；

第二弦杆4，与所述第一弦杆3相对设置；

腹杆组件，至少包括多根直腹杆5，所述直腹杆5设置在所述第一弦杆3和所述第二弦杆4之间并连接所述第一弦杆3和所述第二弦杆4；

预应力绞线8，两端分别设置在靠近所述第一弦杆3端头的所述第一弦杆3与所述腹杆组件的节点处，且中部设有撑杆401；和

位移运动放大机构，包括消能器7和至少两根支撑9，所述消能器7一端铰接在最外侧的所述直腹杆5的端头处，另一端与所述支撑9铰接，其中一根所述支撑9与所述第二弦杆4铰接，其余所述支撑9铰接在所述直腹杆5上。

上述技术方案中，预应力绞线8通过张拉调节形成负刚度，可以消除既有结构与加固结构之间的应变滞后效应，可在既有结构不卸载的前提下，使得新、旧组件相互变形协调，共同受力，提高结构的加固效能。第一弦杆3、第二弦杆4、腹杆组件与预应力绞线8（如图4所示）配合提高既有机构的竖向承载力和刚度。

而消能器7有效减小水平荷载下（如图5所示）和地震作用下结构基底剪力和侧向变形，可实现良好的损伤屈服机制，有效地提高结构的抗震性能。与支撑9配合的运动放大机构，可以起到位移放大效果，同等设计条件下，消能器的设计需求更小，达到事倍功半的效果。如图6所示，放大系数按如下公式计算。按照放大设计需求，设计机构空间布置位置。

作为本实用新型的一个优选实施方式，所述腹杆组件还包括：多根斜腹杆6，设在相邻所述直腹杆5之间，且连接相邻所述直腹杆5相对的端头。直腹杆5与斜腹杆6共同确保第一弦杆3和第二弦杆4的连接稳定性以及受力下的可靠性。

所述预应力绞线8设置在两端的跨上，多个所述斜腹杆6设置在其余的所述跨上。

预应力绞线8一端为锚固端，另一端为张拉端，通过张拉调节，能够缩小加固结构与既有结构之间的应力差值，使得两者变形协调， 消除应变滞后效应，促使原结构由一维梁式受力形式转变为平面桁架受力形式，能够做到无须在既有结构卸载的状态下就可进行集成安装，大大节约施工加固周期。

所述撑杆401与所述直腹杆5的位置对应，撑杆401将预应力绞线8的力向直腹杆5传递，使得受力处于同一直线上，避免撑杆401导致第二弦杆4受力变形。

所述消能器7为位移相关型消能器、速度相关型消能器或复合型消能器。

以下是本实用新型可消除应变滞后的分机制加固结构的一个优选实施例，如图1所示，该加固结构包括：

第一弦杆3，与既有结构水平构件1的轮廓一直，以能安装在既有结构的水平构件1上；

第二弦杆4，与第一弦杆3相对设置，并短于第一弦杆3；

n个直腹杆5，竖直且均匀间隔固定在第一弦杆3和第二弦杆4之间，其中n≥3，直腹杆5将第二弦杆4分隔成 n-1个跨；最外侧的直腹杆5案子在既有结构的竖向构件2上。

多个斜腹杆6，设在相邻直腹杆5之间，且连接相邻直腹杆5相对的端头；

预应力绞线8，端头设置在两端的跨上、第一弦杆3端头与直腹杆5的节点处，多个斜腹杆6设置在其余的跨上，预应力绞线8的中部设有与直腹杆5对应的撑杆401；和

两个位移运动放大机构，分别包括一个消能器7和两根支撑9，所述消能器7一端铰接在最外侧的所述直腹杆5的端头处，另一端与两根所述支撑9铰接，其中一根所述支撑9与所述第二弦杆4铰接，另一根所述支撑9铰接在所述直腹杆5上。消能器位于第二弦杆受荷载作用下轴力最小的跨上。

预应力绞线8为高强度钢绞线。

如图3所示，上述加固结构的安装过程如下：

S1：先将第一弦杆3、第二弦杆4、直腹杆5、斜腹杆6、撑杆401安装成一个整体，提升后将第一弦杆3案子在既有结构的水平构件1上，最外侧的两根直腹杆5安装在既有结构的竖向构件2上；

S2：然后安装预应力绞线8；

S3：调节预应力绞线8直至消除应变滞后；

S4：完成调节后，安装消能器7和支撑9；

S5：安装完毕构成如图2所示的钢桁架。

本实用新型还提供了一种房屋，该房屋包括上述的钢桁架。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。

Claims (8)

1.一种可消除应变滞后的分机制加固结构，其特征在于，包括：

第一弦杆（3）；

第二弦杆（4），与所述第一弦杆（3）相对设置；

腹杆组件，至少包括多根直腹杆（5），所述直腹杆（5）设置在所述第一弦杆（3）和所述第二弦杆（4）之间并连接所述第一弦杆（3）和所述第二弦杆（4）；

预应力绞线（8），两端分别设置在靠近所述第一弦杆（3）端头的所述第一弦杆（3）与所述腹杆组件的节点处，且中部设有撑杆（401）；和

位移运动放大机构，包括消能器（7）和至少两根支撑（9），所述消能器（7）一端铰接在最外侧的所述直腹杆（5）的端头处，另一端与所述支撑（9）铰接，其中一根所述支撑（9）与所述第二弦杆（4）铰接，其余所述支撑（9）铰接在所述直腹杆（5）上。

2.根据权利要求1所述的可消除应变滞后的分机制加固结构，其特征在于，所述腹杆组件还包括：多根斜腹杆（6），设在相邻所述直腹杆（5）之间，且连接相邻所述直腹杆（5）相对的端头。

3.根据权利要求2所述的可消除应变滞后的分机制加固结构，其特征在于，所述预应力绞线（8）设置在两端的跨上，多个所述斜腹杆（6）设置在其余的所述跨上。

4.根据权利要求1所述的可消除应变滞后的分机制加固结构，其特征在于，所述撑杆（401）与所述直腹杆（5）的位置对应。

5.根据权利要求1所述的可消除应变滞后的分机制加固结构，其特征在于，所述消能器（7）为速度相关型消能器、位移相关型消能器以及复合型消能器。

6.根据权利要求1所述的可消除应变滞后的分机制加固结构，其特征在于，包括：

第一弦杆（3）；

第二弦杆（4），与所述第一弦杆（3）相对设置，并短于所述第一弦杆（3）；

n个直腹杆（5），竖直且均匀间隔固定在所述第一弦杆（3）和所述第二弦杆（4）之间，其中n≥3，所述直腹杆（5）将所述第二弦杆（4）分隔成 n- 1个跨；

多个斜腹杆（6），设在相邻所述直腹杆（5）之间，且连接相邻所述直腹杆（5）相对的端头；

预应力绞线（8），端头设置在两端的跨上、所述第一弦杆（3）端头与所述直腹杆（5）的节点处，多个所述斜腹杆（6）设置在其余的跨上，所述预应力绞线（8）的中部设有与所述直腹杆（5）对应的撑杆（401）；和

两个位移运动放大机构，分别包括一个消能器（7）和两根支撑（9），所述消能器（7）一端铰接在最外侧的所述直腹杆（5）的端头处，另一端与两根所述支撑（9）铰接，其中一根所述支撑（9）与所述第二弦杆（4）铰接，另一根所述支撑（9）铰接在所述直腹杆（5）上。

7.一种钢桁架，其特征在于，包括权利要求1至6中任一项所述的可消除应变滞后的分机制加固结构。

8.一种房屋，其特征在于，包括权利要求7所述的钢桁架。