摩擦型有限跷动减震柱制造技术

本发明专利技术属于结构工程技术领域，具体涉及一种摩擦型有限跷动减震柱。该装置的上、下柱采用拼接连接，柱与拼接板通过高强螺栓连接，另在型钢柱翼缘外侧的拼接板上设置加劲肋。型钢柱提供竖向承载力和回复力，在大震时克服型钢柱与拼接板间的摩擦力产生滑动，使上部结构发生跷动。长圆孔的设置使结构跷动受到限制，从而使结构侧移不致过大，避免结构发生倾覆。型钢柱与拼接板间通过摩擦来耗散地震能量，摩擦片可增加摩擦效应，同时在柱固定时通过摩擦传递竖向力。本发具有限制结构侧移，残余变形小，拥有良好的抗震性能、延性和滞回耗能能力等优点，且便于安装和更换，并可安装在不同楼层处，实现局部楼层的跷动，是一种优越的减震耗能构件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于结构工程
，具体涉及一种摩擦型有限跷动减震柱。
技术介绍
跷动(rocking)减震是一种新颖的减震设计概念。传统的抗震设计概念中，上部结构与 下部基础紧固，结构不能上下跷动松脱下部基础，地震力主要靠抗侧力构件(支撑，剪力墙 等)来抵抗。传统的隔震技术则是通过在建筑物中某层设置侧向刚度较小但变形能力大的隔 震装置，来减小地震对上部楼层的能量输入，从而减少上部楼层的地震反应。跷动结构在小震和中震的情况下和常规结构的地震反应基本相同。而在大震情况下，跷 动减震技术允许结构的上部和基础脱离，利用结构上部的抬起来耗散地震能量，并且可以隔 断强烈地震在上部结构中的传递，保证上部结构处于弹性，从而可以大大减少上部结构的抗 侧力构件和上部结构构件的冗余度，此举可以节省材料，降低造价。另一方面，结构和基础 的脱离使得结构的边柱和墙体不会产生竖向的拔力，从而防止基础和底层结构在大震情况下 发生严重破坏，并可以简化基础构造，节省基础造价，经济效益明显。现有跷动结构的不足主要在于，没有合理的跷动支座。已有的跷动支座耗能能力较弱， 且对跷动的幅度没有限制，在大震情况下，结构整体耗能能力不足，跷动结构上部的抬起将 引起结构产生侧移，侧移过大时，结构整体将发生倾覆。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种摩擦型有限跷动减震柱，使其具备传统跷动减震结构的性能 和优点，即中小震下和常规结构地震反应相同，大震下允许上部结构和基础产生相对位移， 耗散地震能量，并具有自回复性能等等。同时主要克服巳有跷动支座存在的两种不足，即支 座抬起后结构侧移过大以致结构整体倾覆和支座耗能能力较弱。另外支座回落时的冲击效应， 支座抬起后产生较大的残余变形等不足也得到了很好地解决。本专利技术提出的摩擦型有限跷动减震柱，由H型钢柱上柱1、 H型钢柱下柱2、拼接板3、加劲 肋4组成，其中，H型钢柱上柱l下部的翼缘和腹板上沿轴向对称设有长圆孔7， H型钢柱下柱2 上部的翼缘和腹板上沿轴向对称开设有长圆孔7，H型钢柱上柱1的下部与H型钢柱下柱2的上部 通过拼接板3连接，高强螺栓5穿过H型钢柱上柱的下部的长圆孔7与拼接板3连接，H型钢柱上 柱1的下部与拼接板3连接处设有摩擦片8，高强螺栓5穿过H型钢柱下柱2的上部的长圆孔7与拼 接板3连接，H型钢柱下柱2的上部与拼接板3连接处设有摩擦片8，加劲肋4分别位于H型钢柱上柱1翼缘外侧和H型钢柱下柱2翼缘外侧的拼接板3上。本专利技术中，H型钢柱上柱1与H型钢柱下柱2的高度比为2: 1。 本专利技术中，所述摩擦片8选用铜片、石棉或橡胶中任一种。本专利技术中，H型钢柱上柱1与H型钢柱下柱2之间设有橡胶垫。橡胶垫截面大小与型钢柱截 面相同。橡胶垫紧贴H型钢柱下柱2顶端。本专利技术中，钢框架型钢柱分为上柱、下柱两部分，在离柱底约l/3层高处通过拼接板拼接 而成，型钢柱承受竖向荷载。在靠近型钢柱上下两部分连接处的柱翼缘和腹板上对称开设长 圆孔。在型钢柱与拼接板之间夹设摩擦片(可选用铜片、石棉、橡胶等)，可通过摩擦传递竖 向力，型钢柱与拼接板之间用高强螺栓连接。在正常使用状态或者中小地震下，通过此构造 形成的柱和普通型钢柱一样，为结构提供足够的承载力和刚度。而在大震作用下，型钢柱与 拼接板之间的摩擦力被克服，型钢柱相对拼接板产生滑动，从而使整体结构发生跷动；由于 长圆孔的孔长有限，型钢柱与拼接板之间的相对滑动将受到限制，因而结构的侧移将受到限 制，结构不会因侧移过大而发生倾覆；通过型钢柱、摩擦片和拼接板之间的摩擦可有效耗散 地震能量，从而整柱达到限位跷动减震的目的。摩擦型有限跷动减震柱由上、下两部分型钢柱拼接而成，上、下两部分型钢柱分别称为 上柱和下柱。型钢柱、摩擦片和拼接板通过高强螺栓连接，相互之间具有足够的紧固力。在 正常使用情况状态下，竖向力不足以克服上述三者相互之间的最大静摩擦力，主体结构处于 弹性状态。因此该柱与普通型钢柱一样承载，并为结构提供足够的刚度。当较大地震发生时， 水平地震力使各柱产生较大的竖向拉、压力，从而克服连接处的摩擦力产生滑动，整体结构呈 现跷动效应。结构发生跷动后，由于摩擦连接处一旦开始起滑，其刚度即变为零，使结构刚 度软化，从而延长结构的自振周期。因此在滑动过程中改变了原结构的自振频率和基本振型， 减小了结构的振幅，避免了结构的共振或准共振效应，进一步避免结构产生严重破坏。在正常使用情况下，高强螺栓紧固于上、下柱长圆孔的底端，连接型钢柱、摩擦片和拼 接板。此时柱的竖向力在拼接处主要依靠摩擦片与型钢柱、摩擦片与拼接板之间的摩擦来传 递。由于预先对高强螺栓施加预拉力，因此连接后接触面间足够紧固，从而为摩擦面提供强 大的摩擦力。此时高强螺栓不承受剪力，因此对高强螺栓有利。当结构发生跷动时，受拉侧 型钢柱上柱向上移动，其上的长圆孔相对孔内的高强螺栓向上移动。高强螺栓初始时位于长 圆孔底端，由于相对运动趋势使螺栓受剪，带动拼接板向上移动，从而带动拼接板下端高强 螺栓在下柱的长圆孔内向上滑动。下柱固接于基础底板上。在向上运动的过程中，上柱的长 圆孔与高强螺栓没有相对位移，高强螺栓始终位于长圆孔底端；下柱固定，高强螺栓在长圆 孔内向上滑动。由于长圆孔长度有限，当下柱长圆孔内的螺栓滑动至长圆孔顶时，滑动受到限制，螺栓连同拼接板不能继续向上滑动，从而使上柱不能继续向上滑动，结构跷动受到限 制，结构侧移也将不再增大。当结构发生跷动时，受压侧型钢柱上柱向下移动，其上的长圆 孔相对孔内的高强螺栓向下移动。由于型钢柱与拼接板之间有滑动摩擦力，使拼接板也有向 下运动的趋势。高强螺栓初始时均位于长圆孔底端，位于下柱长圆孔内的螺栓不能向下移动。 因此，在向下运动的过程中，拼接板、高强螺栓和下柱固定不动，上柱向下移动。同样受到 孔长的限制，当上柱长圆孔孔顶滑移至螺栓处后，上柱不能继续向下滑动。上柱在向下滑动 时，为了防止其对下柱的冲击，可在上、下柱截面间隙夹设橡胶材料，以起到缓冲作用；同 时也可以减小上柱内螺栓与孔壁的冲击。长圆孔的有效滑动长度为3ctn左右，由此滑动引起的 结构侧移符合侧移限值的规定，结构不会发生倾覆。因此此减震结构能达到限位即有限跷动 的目的。当型钢柱上长圆孔孔壁与高强螺栓接触并发生挤压时，螺栓受到冲切和剪力作用。由于 连接处有足够大摩擦面积，能够分担一部分螺栓受到的剪力，因此设置强度和螺栓直径较大 的高强螺栓即可保证其抗剪能力。在抗剪承载力方面，由于在型钢柱翼缘和腹板的两侧均设置 拼接板，受剪截面积增大，抗剪承载力也得到加强。在型钢柱的翼缘和腹板上，由于长圆孔孔径 不是很大，截面削弱不是很多，仍可提供足够的抗剪能力。在翼缘外侧的拼接板上设置加劲肋， 可以保证柱在拼接处的抗弯能力。结构发生跷动后，通过型钢柱与拼接板的摩擦可以耗散地震能量，两者之间夹设的摩擦 片增加了结构的摩擦耗能能力。因此与传统的跷动减震结构相比，除了通过结构的整体跷动 减震之外，还可以通过摩擦耗能耗散相当一部分地震输入能量，结构总体耗能能力大为增加。总之，本专利技术在轴向、抗剪和抗弯承载力没有大幅下降的情况下，允许跷动的发生，通 过摩擦耗能并提供稳定的滞回耗能性能，限制了结构的侧移，起到防止结构倾覆的作用；同 时，把跷动部位从支座移到柱上，柱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种摩擦型有限跷动减震柱，由Ｈ型钢柱上柱（１）、Ｈ型钢柱下柱（２）、拼接板（３）、加劲肋（４）组成，其特征在于Ｈ型钢柱上柱（１）下部的翼缘和腹板上沿轴向对称开设有长圆孔（７），Ｈ型钢柱下柱（２）上部的翼缘和腹板上沿轴向对称开设有长圆孔（７），Ｈ型钢柱上柱（１）的下部与Ｈ型钢柱下柱（２）的上部通过拼接板（３）连接，高强螺栓（５）穿过Ｈ型钢柱下柱（１）的上部的长圆孔（７）与拼接板（３）连接，Ｈ型钢柱上柱（１）的下部与拼接板（３）连接处设有摩擦片（８），高强螺栓（５）穿过Ｈ型钢柱上柱（１）的下部的长圆孔（７）与拼接板（３）连接，Ｈ型钢柱下柱（２）的上部与拼接板（３）连接处设有摩擦片（８），加劲肋（４）分别位于Ｈ型钢柱上柱（１）翼缘外侧和Ｈ型钢柱下柱（２）翼缘外侧的拼接板（３）上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙飞飞，陈素文，李国强，曹鹄，何亚楣，刘猛，王佳玉，林袁袁，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]