自复位耗能拉索支撑制造技术

本发明专利技术公开了一种自复位耗能拉索支撑，包括滑轮、滑轮底座、预应力复位筋、锚具、限位板、滑动框、底板、高强钢索、摩擦板、钢垫板和连接板；所述滑轮固定在滑轮底座上，滑轮底座通过螺栓与主体结构固定；所述预应力复位筋的一端通过锚具锚固在限位板上，另一端绕过滑轮后，使用后张法建立预应力并与滑动框连接。本发明专利技术解决的技术问题：(1)成倍增强支撑的自复位能力或成倍拓宽复位筋材料的选择范围，同时简化支撑的构造复杂程度，保证支撑的工作性能；(2)减小支撑截面积，从而有效降低地震作用；(3)赋予支撑“屈服刚度”的可设计性。

【技术实现步骤摘要】
自复位耗能拉索支撑
本专利技术属于土木工程领域，涉及一种自复位耗能拉索支撑。
技术介绍
支撑框架体系作为一类高效的抗侧力体系被广泛应用于工程抗震领域，其中支撑的性能直接决定了体系的抗震性能。普通中心支撑在弹性阶段抗侧刚度大，具有良好的位移控制效果；但在强震作用下支撑屈曲会导致刚度和承载力迅速下降，延性和滞回性能较弱。特殊中心支撑、偏心支撑以及屈曲约束支撑利用节点板、耗能梁端或耗能内芯的屈服机制耗散地震能量，具有较强的非线性变形能力，但在震后会产生很大的残余变形。现有的研究结果表明，当残余层间位移角超过0.5％时，结构的修复成本将超过重建成本，即不具有修复价值。此外，由残余变形引起的重力——变形二阶效应将加剧结构的倒塌风险，对结构安全造成严重威胁。自复位支撑是近年来新提出的支撑形式，通过对复位筋施加预应力达到消除支撑残余变形的目的。传统的自复位支撑的变形能力受到复位筋材料的弹性伸长率的制约，使得材料的选择面较为狭窄，限制了推广应用。已有专利提出了通过串联复位筋的方法解决这一问题，但构造十分复杂。研究结果表明，当自复位支撑主要的内、外传力板材部件的长度制造误差达到三千分之一时，就将显著影响支撑的受力性能。因此这种支撑目前只停留在实验室阶段，难于推广应用。现有的自复位支撑为了保证自身受压时的稳定性，支撑的横截面积非常大，从而加大了地震作用，对于结构受力也非常不利。此外，现有支撑形式都存在屈服刚度较低的问题，结构变形倾向于向率先屈服的楼层扩展，限制了抗侧刚度沿结构高度方向的重分布，残余变形问题也更加突出。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述传统支撑、尤其是自复位支撑的不足，提供一种自复位耗能拉索支撑，该支撑可以：(1)成倍增加支撑的自复位能力或大幅拓宽复位筋材料的选择范围，同时简化支撑的构造复杂程度，保证支撑的工作性能；(2)减小支撑截面积，从而有效降低地震作用；(3)赋予支撑“屈服刚度”的可设计性，从而优化结构的整体抗侧性能。本专利技术采用的技术方案为：一种自复位耗能拉索支撑，包括滑轮、滑轮底座、预应力复位筋、锚具、限位板、滑动框、底板、高强钢索、摩擦板、钢垫板和连接板；所述滑轮固定在滑轮底座上，滑轮底座通过螺栓与主体结构固定；所述预应力复位筋的一端通过锚具锚固在限位板上，另一端绕过滑轮后，使用后张法建立预应力并与滑动框连接；所述限位板通过焊接固定在底板上，所述滑动框由滑动板一、滑动板二、滑动板三和滑动板四围成箱形截面，其中滑动板一、滑动板三与预应力复位筋长度方向垂直，滑动板二、滑动板四与预应力复位筋长度方向平行，滑动板一与预应力复位筋通过锚具锚固，滑动板三通过锚具与高强钢索的一端锚固，高强钢索的另一端与主体结构连接，滑动板二、滑动板四的两侧分别设置有摩擦板，摩擦板的外侧设置有钢垫板，钢垫板的外侧设置有连接板，连接板的横截面为L形，其两个肢板上开设有螺栓孔，与该螺栓孔相应位置的摩擦板、钢垫板上也设有螺栓孔以及滑动板二、滑动板四上设有长形孔槽，通过旋紧螺栓在滑动板二、滑动板四和摩擦板的接触面上建立预压力，所述连接板通过螺栓固定在底板上，底板固定在主体结构上。作为优选，所述预应力复位筋采用具有高抗拉强度和低弹性模量的材料制成。作为优选，所述高强钢索采用高强度等级的钢绞线制作，从而降低了钢索的横截面积，进而减小主体结构的抗侧刚度，降低地震作用。作为优选，所述限位板与底板之间设置有加劲肋，加强限位板的刚度。本专利技术通过设置滑轮可以将预应力复位筋的长度增加一倍，从而当预应力复位筋发生同等长度的变形时，应变率减小为不设置滑轮时的一半。这样一方面可以将自复位变形能力提高一倍；另一方面还可以降低预应力复位筋材料的弹性伸长率要求，从而拓宽了材料的选择范围。限位板用来限制预应力复位筋的两个端头向左运动，滑动板二和滑动板四上开设一定数量的长形孔槽，可以沿着孔槽长度方向发生滑动，通过滑动板二或滑动板四和摩擦板的滑动摩擦耗散输入的地震能量。小震条件下，高强钢索的拉力不足以克服摩擦板提供的摩擦力和预应力复位筋的预拉力之和，因此高强钢索与滑动框相连的一端相当于固定端。这种条件下，只有高强钢索发挥支撑作用，并且没有耗能能力。在中-大震条件下，高强钢索的拉力克服摩擦板提供的摩擦力和预应力复位筋的预拉力之和，因此高强钢索将拉动滑动框向右运动。这时高强钢索和预应力复位筋为串联关系，自复位耗能拉索支撑的整体刚度相对于高强钢索的刚度显著下降，抑制地震力的快速增长，从而实现对主体结构的保护作用。与此同时，利用滑动框和摩擦板之间的相对滑动耗散地震能量。地震后，预应力复位筋的拉力始终大于最大静摩擦力，因此将拉动滑动框向左运动，直至接触限位板静止，实现自复位功能。自复位耗能拉索支撑的整体刚度可以通过改变预应力复位筋的材料和长度灵活调整，从而优化抗侧刚度沿结构高度方向的分布，使主体结构在地震作用下的受力更加合理。本专利技术相比现有技术有如下优点：1.具有优异的自复位功能，解决主体结构在地震后的残余变形问题。在中-大震条件下，高强钢索的拉力克服摩擦板提供的摩擦力和预应力复位筋的预拉力之和，因此高强钢索将拉动滑动框向右运动。地震后，预应力复位筋的拉力始终大于最大静摩擦力，因此将拉动滑动框向左运动，直至接触限位板静止，实现自复位，从而消除了主体结构的残余变形。此外，通过设置滑轮可以将预应力复位筋的长度增加一倍，从而当预应力复位筋发生同等长度的变形时，应变率减小为不设置滑轮时的一半。因此在理论上，当预应力复位筋达到弹性极限时，设置滑轮的自复位耗能拉索支撑可比不设置滑轮时的自复位能力提高一倍。2.拓宽了预应力复位筋的材料的选择范围。通过设置滑轮可以将预应力复位筋的长度增加一倍，从而当预应力复位筋发生同等长度的变形时，应变率减小为不设置滑轮时的一半。因此在理论上，当达到同样的自复位能力时，设置滑轮的自复位耗能拉索支撑可比不设置滑轮时对于预应力复位筋的材料的弹性伸长率要求降低一半，从而扩宽了预应力复位筋的材料的选择范围，使选用合适的工程材料更加容易。3.具有良好的耗能能力，实现对主体结构的有效保护。本专利技术利用滑动框和摩擦板之间的滑动摩擦耗散地震能量，具有性能稳定、构造简单、安装方便的优点。利用金属摩擦耗散地震能量，能够减少对主体结构的能量输入，达到保护主体结构的目的。4.有效减小地震作用。本专利技术所述的自复位耗能拉索支撑是一套拉力工作系统，不存在传统支撑和现有自复位支撑的受压屈曲问题。采用高强钢索可以充分发挥高强钢的抗拉强度、减小高强钢索的横截面积，从而减小支撑的刚度，有效减小地震作用。5.中-大震下自动降低支撑刚度，抑制地震力快速增长，实现对主体结构的有效保护。在中-大震条件下，滑动框被高强钢索拉动后，高强钢索和预应力复位筋为串联关系，自复位耗能拉索支撑的整体刚度相对于高强钢索的刚度显著下降，能够抑制地震力的快速增长，从而实现对主体结构的保护作用。6.中-大震下所述的自复位耗能拉索支撑的刚度可设计。高强钢索和预应力复位筋串联后的刚度对于结构主体的抗侧性能影响很大：如果这一刚度过大，则地震力不能够得到有效地抑制，会危害结构安全、增加结构造价；如果这一刚度过小，则结构变形倾向于向率先屈服的楼层扩展，同样会危害结构安全。本专利提出的技术方案可以通过改变预应力复位筋的长度和材料控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自复位耗能拉索支撑，其特征在于：包括滑轮、滑轮底座、预应力复位筋、锚具、限位板、滑动框、底板、高强钢索、摩擦板、钢垫板和连接板；所述滑轮固定在滑轮底座上，滑轮底座通过螺栓与主体结构固定；所述预应力复位筋的一端通过锚具锚固在限位板上，另一端绕过滑轮后，使用后张法建立预应力并与滑动框连接；所述限位板通过焊接固定在底板上，所述滑动框由滑动板一、滑动板二、滑动板三和滑动板四围成箱形截面，其中滑动板一、滑动板三与预应力复位筋长度方向垂直，滑动板二、滑动板四与预应力复位筋长度方向平行，滑动板一与预应力复位筋通过锚具锚固，滑动板三通过锚具与高强钢索的一端锚固，高强钢索的另一端与主体结构连接，滑动板二、滑动板四的两侧分别设置有摩擦板，摩擦板的外侧设置有钢垫板，钢垫板的外侧设置有连接板，连接板的横截面为L形，其两个肢板上开设有螺栓孔，与该螺栓孔相应位置的摩擦板、钢垫板上也设有螺栓孔以及滑动板二、滑动板四上设有长形孔槽，通过旋紧螺栓在滑动板二、滑动板四和摩擦板的接触面上建立预压力，所述连接板通过螺栓固定在底板上，底板固定在主体结构上。

【技术特征摘要】
1.一种自复位耗能拉索支撑，其特征在于：包括滑轮、滑轮底座、预应力复位筋、锚具、限位板、滑动框、底板、高强钢索、摩擦板、钢垫板和连接板；所述滑轮固定在滑轮底座上，滑轮底座通过螺栓与主体结构固定；所述预应力复位筋的一端通过锚具锚固在限位板上，另一端绕过滑轮后，使用后张法建立预应力并与滑动框连接；所述限位板通过焊接固定在底板上，所述滑动框由滑动板一、滑动板二、滑动板三和滑动板四围成箱形截面，其中滑动板一、滑动板三与预应力复位筋长度方向垂直，滑动板二、滑动板四与预应力复位筋长度方向平行，滑动板一与预应力复位筋通过锚具锚固，滑动板三通过锚具与高强钢索的一端锚固，高强钢索的...

【专利技术属性】
技术研发人员：董军，池沛，彭洋，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32