本發(fā)明涉及工程結(jié)構(gòu)防震減災(zāi)技術(shù)領(lǐng)域的耗能減震裝置,尤其適用于梁柱節(jié)點或柱與基礎(chǔ)連接節(jié)點。
背景技術(shù):
目前,國內(nèi)外所研發(fā)的耗能裝置/部件大致可分為三類:位移相關(guān)型(率無關(guān)),如金屬屈服或摩擦阻尼器;速度相關(guān)型(率相關(guān)),如線性粘滯或粘彈性阻尼器;調(diào)諧吸振型,如調(diào)諧質(zhì)量阻尼器或調(diào)諧液體阻尼器。金屬屈服阻尼器作為目前應(yīng)用較為廣泛的一種耗能裝置/部件,具有較好的耗能能力和工作穩(wěn)定性。金屬阻尼器的構(gòu)造形式主要為軸向拉壓屈服型阻尼器如屈曲約束支撐(brb)等,彎曲屈服型阻尼器如三角形阻尼器等,剪切屈服型阻尼器如剪切板阻尼器等。
在鋼筋混凝土或者鋼結(jié)構(gòu)建筑及橋梁工程中,地震作用下梁柱連接節(jié)點、柱與基礎(chǔ)連接節(jié)點常會發(fā)生轉(zhuǎn)角位移,轉(zhuǎn)角位移過大將會對結(jié)構(gòu)節(jié)點產(chǎn)生比較嚴(yán)重的破壞,降低結(jié)構(gòu)承載能力。因此,應(yīng)用于梁柱節(jié)點、柱與基礎(chǔ)節(jié)點的轉(zhuǎn)角阻尼器對于減小節(jié)點轉(zhuǎn)動損傷和提高結(jié)構(gòu)耗能能力方面具有顯著優(yōu)勢,有必要研發(fā)構(gòu)造合理、性能穩(wěn)定有效的轉(zhuǎn)角阻尼器。另一方面,近年來在基于性能抗震設(shè)計方法的框架內(nèi),美國、日本和新西蘭等國家越來越多地著眼于提升結(jié)構(gòu)的震后恢復(fù)能力,期望通過結(jié)構(gòu)的巧妙設(shè)計,最大限度地減少地震損失。具有損傷可控和自復(fù)位能力的搖擺結(jié)構(gòu)作為一種新興的結(jié)構(gòu)體系受到廣泛研究,并已在國內(nèi)外部分工程中得到應(yīng)用。搖擺結(jié)構(gòu)中很重要的一部分是搖擺節(jié)點,結(jié)構(gòu)構(gòu)件在節(jié)點處斷開形成搖擺界面,通過預(yù)應(yīng)力軸向連接提供承載能力和自恢復(fù)能力;地震作用下?lián)u擺界面發(fā)生接縫開合,在搖擺界面處布置轉(zhuǎn)角阻尼器可有效提高搖擺結(jié)構(gòu)的耗能能力,轉(zhuǎn)角阻尼器在震后可以進(jìn)行快速替換。目前,國內(nèi)外所提出的轉(zhuǎn)角阻尼器較少,在結(jié)構(gòu)構(gòu)造上及穩(wěn)定性能方面存在一定的不足,往往不能充分發(fā)揮耗能減震作用。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
為克服上述缺陷,本發(fā)明提出一種金屬屈服摩擦轉(zhuǎn)角阻尼器,應(yīng)用于結(jié)構(gòu)節(jié)點處,對原結(jié)構(gòu)的節(jié)點轉(zhuǎn)動剛度影響較小,在盡量少改變原結(jié)構(gòu)構(gòu)造的條件下,提高節(jié)點的耗能能力,同時設(shè)計合理構(gòu)造,易于在震后進(jìn)行更換。
為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種金屬屈服摩擦轉(zhuǎn)角阻尼器,該阻尼器包括固定連接板(3)、位移放大板(4)、金屬屈服耗能段(5)、限位摩擦結(jié)構(gòu),固定連接板(3)、位移放大板(4)相互垂直組成l型,金屬屈服耗能段(5)設(shè)置在位移放大板(4)上,各個金屬屈服耗能段(5)均勻等間距布置;
限位摩擦結(jié)構(gòu)包括限位錨栓(8)、摩擦片(9)和限位摩擦板(6),限位摩擦板(6)通過限位錨栓(8)與建筑基礎(chǔ)連接,限位錨栓(8)與建筑基礎(chǔ)表面之間設(shè)有摩擦片(9),建筑基礎(chǔ)為梁柱節(jié)點或柱與基礎(chǔ)節(jié)點。
位移放大板(4)、耗能段(5)、限位摩擦板(6)采用整塊金屬板加工成型;整塊金屬板與固定連接板(3)采用全滲透焊縫連接,或整塊金屬板與固定連接板(3)采用整體l型金屬型材直接加工而成。
位移放大板(4)、金屬屈服耗能段(5)和限位摩擦板(6)的底面與工程結(jié)構(gòu)節(jié)點的水平構(gòu)件(2)頂面之間留有空隙,空隙的尺寸為摩擦板(9)的厚度與限位螺栓(8)的螺母厚度之和,保證位移放大板(4)、金屬屈服耗能段(5)、限位摩擦板(6)為水平放置,在角度增大和縮小時,金屬屈服耗能段(5)都能發(fā)揮耗能作用。
所述的位移放大板(4)橫截面面積不小于金屬屈服耗能段(5)橫截面面積的兩倍,保證在節(jié)點轉(zhuǎn)角變化過程中位移放大板(4)不發(fā)生屈服,同時起到放大金屬屈服耗能段(5)變形作用。
所述限位摩擦板(6)設(shè)有一排螺栓孔,用來與限位錨栓(8)相連,螺栓孔為長圓孔;當(dāng)阻尼器的金屬屈服耗能段(5)受到超過預(yù)設(shè)的軸力時,限位摩擦板(6)、限位錨栓(8)和摩擦片(9)均發(fā)生相對滑動,由此產(chǎn)生滑動摩擦進(jìn)行耗能。
摩擦片(9)上設(shè)有與限位錨栓(8)同等直徑的螺栓孔,固定在限位錨栓上,在限位摩擦板(6)上下布置摩擦片(9)。節(jié)點轉(zhuǎn)動時,金屬耗能段(5)帶動限位摩擦板(6)移動,與限位錨栓(8)和摩擦片(9)發(fā)生相對滑動,限位錨栓(8)施加預(yù)緊力,相對滑動過程中摩擦片(9)與限位摩擦板(6)之間摩擦耗能。為提高摩擦耗能能力,限位摩擦板(6)上下表面采用磨砂處理。通過控制限位摩擦板(6)與摩擦片(9)的摩擦系數(shù)及限位錨栓(8)的預(yù)緊力來控制限位摩擦板(6)與限位錨栓(8)發(fā)生相對滑動的臨界力。
所述固定連接板(3)留有兩排螺栓孔,通過固定螺栓(7)將固定連接板(3)固定到節(jié)點豎向構(gòu)件(1)上,防止固定連接板(3)在豎向構(gòu)件搖擺過程中底部受拉過大發(fā)生變形,第一排螺栓孔和第二排螺栓孔相平行,第一排螺栓孔設(shè)置在固定連接板(3)的頂部,第二排螺栓孔設(shè)置在靠近固定連接板(3)的底部位置。
所述固定螺栓(7)采用預(yù)留螺栓孔的方式在節(jié)點豎向構(gòu)件(1)相應(yīng)位置留有孔道,安裝時,采用穿心螺桿穿過孔道兩端固定或在結(jié)構(gòu)澆筑過程中直接預(yù)埋螺栓澆筑在豎向構(gòu)件內(nèi)形成固定螺栓(7)。限位螺栓(8)預(yù)先埋入水平構(gòu)件。
本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明公開一種金屬屈服摩擦轉(zhuǎn)角阻尼器,具有構(gòu)造簡單,性能穩(wěn)定等特點,并且可以在震后快速更換。主要效果體現(xiàn)在:
1、由于耗能金屬板設(shè)置削弱截面的耗能段,使損傷位置更加集中在耗能段,耗能部位確定,耗能機(jī)理更加明確,耗能效果顯著。設(shè)置了位移放大裝置可以把節(jié)點轉(zhuǎn)角的開口位移放大,提高阻尼器的耗能效率。
2、耗能阻尼器底部與水平構(gòu)件/基礎(chǔ)頂面之間留有空隙,使節(jié)點在轉(zhuǎn)動過程中無論轉(zhuǎn)角變大還是變小,金屬屈服耗能段都可以自由發(fā)生變小,提高耗能效率。同時,在節(jié)點角度減小時,阻尼器位移放大板不會擠壓水平構(gòu)件上表面,對原結(jié)構(gòu)節(jié)點的轉(zhuǎn)動剛度影響較小。
3、當(dāng)阻尼器受到較大轉(zhuǎn)角時,限位摩擦板和限位螺栓發(fā)生相對滑動保護(hù)阻尼器不被拉斷,金屬屈服耗能段主要為彎曲變形,部分減小金屬屈服耗能段的軸力對耗能的影響。
4、通過限位摩擦板與摩擦片發(fā)生相對滑動產(chǎn)生摩擦力,可提高阻尼器的耗能能力,通過調(diào)節(jié)摩擦片及限位摩擦板表面的摩擦系數(shù)和螺栓預(yù)緊力,可調(diào)節(jié)金屬耗能段的軸向拉力和摩擦片與限位摩擦板之間的摩擦力。
附圖說明
圖1金屬屈服摩擦轉(zhuǎn)角阻尼器應(yīng)用;
圖2金屬屈服摩擦轉(zhuǎn)角阻尼器俯視圖;
圖3摩擦片;
圖4金屬屈服摩擦轉(zhuǎn)角阻尼器三維立體圖。
圖中:1—節(jié)點豎向構(gòu)件;2—節(jié)點水平構(gòu)件;3—固定連接板;4—位移放大板;5—金屬屈服耗能段;6—限位摩擦板;7—固定螺栓;8—限位錨栓;9—摩擦片。