一种具有多阶刚度和竖向减震功能的摇摆钢柱脚制造技术

一种具有多阶刚度和竖向减震功能的摇摆钢柱脚，包括钢柱

【技术实现步骤摘要】
一种具有多阶刚度和竖向减震功能的摇摆钢柱脚


[0001]本专利技术涉及钢结构消能减震领域，具体涉及一种具有多阶刚度和竖向减震功能的摇摆钢柱脚
。

技术介绍

[0002]在传统的框架结构中，框架柱与基础固定连接的方式会导致柱端承受较大的弯矩，进而出现不可恢复的损伤
。
近年来，随着韧性城市概念的提出及结构抗震设计理念的转变，摇摆结构得到了广泛的关注
。
摇摆结构通过释放结构与基础连接的部分约束，使结构在地震作用下发生可控的转动或抬升以减轻结构的破坏，同时设置相应的耗能构件以控制结构的损伤并耗散地震能量，震后可通过预应力等方式复位，已被证实具有优越的抗震性能
。
[0003]然而，摇摆结构的核心和关键部分在于摇摆柱脚的构造形式
。
在结构产生转动或抬升后，为了降低约束的释放对结构整体刚度的影响，通常做法是在柱脚处设置耗能构件
。
但在结构出现较大位移
、
耗能构件发生屈服后，结构刚度将出现显著的下降，甚至面临倾覆的风险，进而严重影响结构的安全性能
。
此外，历次震害调查表明，地震是多维的随机振动，地震动的竖向分量同样对结构有着明显的影响，竖向地震作用将导致框架柱轴力急剧变化，从而使得结构破坏模式变得复杂
。
在较高的地震烈度下，竖向地震作用甚至对结构破坏起到了决定性作用，如在日本阪神
7.3
级地震中，部分强震仪记录到的竖向加速度峰值和水平加速度峰值之比超过
1.6
，震中大量框架柱出现混凝土压碎
、
纵筋鼓曲的破坏现象
。
但现有抗震设计主要针对水平地震作用，竖向地震作用仅在高烈度区的大跨度或高耸结构等特殊结构设计中考虑，为其它结构在大震下的安全性埋下了巨大隐患
。
[0004]因此，现有的摇摆柱脚构造形式仍然存在一些不足，为了解决起摆后耗能构件屈服使结构抗侧刚度显著下降的问题，同时减少竖向地震作用对结构造成的影响，本专利技术人在对上述问题进行深入研究后，提出的一种具有多阶刚度和竖向减震功能的摇摆钢柱脚能够解决上述问题，从而有效提高摇摆柱脚的耗能能力和起摆后刚度，减少柱脚的损伤和竖向地震作用对结构产生的影响，有利于进一步推动摇摆结构的工程应用
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种具有多阶刚度和竖向减震功能的摇摆钢柱脚，以在一定程度上解决现有技术中存在的摇摆结构起摆后刚度下降及竖向地震作用下结构安全性无法得到保障的问题
。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：一种具有多阶刚度和竖向减震功能的摇摆钢柱脚，包括钢柱
、
多阶耗能钢板组
、
柱底钢板
、
预应力减震螺杆
、
基础钢板和转动阻尼装置；所述钢柱与所述柱底钢板焊接为一整体，柱端两侧设有所述圆柱体紧固件和所述外伸螺杆，柱底设有所述垫板和两个所述耳板，所述基础钢板上设置有所述铰支座及四个所述摩擦板，通过四角设置的所述预应力减震螺杆及中部的所述摩擦板与所述柱底钢板连接，所述多阶耗能钢板组由多个开孔高度不同的
钢板叠合而成，穿过所述柱底钢板的预留孔洞分别与所述柱端外伸螺杆及所述基础钢板的铰支座连接，所述转动阻尼装置包括所述基础钢板上设置的四个所述摩擦板和所述柱底钢板的垫板及两个耳板，中部通过螺栓连接并施加预紧力，所述预应力减震螺杆包括所述限位块
、
环形气囊减震装置及预应力钢棒，穿过所述柱底钢板及基础钢板的预留孔洞进行连接
。
[0007]所述多阶耗能钢板组由多个所述耗能钢板叠合而成，所述耗能钢板两侧开有中部为矩形，端部为半圆形的长条形孔洞，下端开有所述圆形孔洞
,
所述长条形孔洞上端距离钢板上边缘的距离由外至内依次减小，以保证耗能钢板在不同变形下分阶段受力，所述耗能钢板之间涂有无粘结材料以保证其轴向变形性能
。
[0008]所述柱底钢板与所述钢柱焊接为一整体，所述柱底钢板两侧开有宽度略大于所述多阶耗能钢板组厚度的矩形孔洞，所述柱底钢板四角设有四个所述螺栓孔以连接所述预应力减震螺杆，且所述螺栓孔的孔径略大于所述预应力减震螺杆的直径，所述柱底钢板底部设置有所述垫板及两个所述耳板，所述耳板两侧涂有碳纤维摩擦材料
。
[0009]所述基础钢板上设置有四个所述摩擦板及两个所述铰支座，所述基础钢板四角开有四个所述螺栓孔以穿过所述预应力减震螺杆，所述摩擦板内壁涂有碳纤维摩擦材料，所述铰支座两个耳板之间的空隙略大于所述耗能钢板组厚度
。
[0010]所述转动阻尼装置由所述基础钢板上固定的四个所述摩擦板及柱底钢板的两个所述耳板叠合而成，两端由螺栓施加预紧力，所述转动阻尼装置中心开有中部为矩形，两端为半圆形的孔洞，在限制螺栓杆水平方向发生滑移的同时保证螺栓杆具有一定的竖向位移空间，同时在螺栓孔内部设置有橡胶缓震垫圈
。
[0011]所述预应力减震螺杆由所述限位块
、
环形气囊减震装置和预应力钢棒组成，所述预应力减震螺杆穿过所述柱底钢板和所述基础钢板的预留孔洞，通过螺栓分别进行锚固
。
[0012]所述预应力减震螺杆中的所述限位块为薄壁铝管包裹泡沫钢的空心圆柱体，穿过所述预应力钢棒固定在所述柱底钢板与螺栓之间，所述预应力减震螺杆中的所述环形气囊减震装置为内部充有惰性气体或压缩空气的环形橡胶密封装置，穿过所述预应力钢棒固定在所述柱底钢板与所述基础钢板之间
。
[0013]相比于现有产品，本专利技术有以下有益效果：
(1)
传统的摇摆柱脚在起摆并超过一定位移限值后，耗能构件易出现屈服进而导致结构侧向刚度下降
。
本专利技术中提出的耗能钢板组可实现依次分阶段受力，为结构提供多阶刚度的同时可避免钢板的受压屈曲，并实现震后的快速更换，可有效提高结构的震后功能可恢复性
。
[0014](2)
本专利技术中的环形气囊减震装置
、
转动阻尼装置中的预留孔洞及橡胶缓震垫圈可协同工作以实现竖向减震功能，在竖向地震作用下环形气囊减震装置先于上部结构变形耗能，并可在震后通过二次充排气进行气压调整，进而有效提高结构在竖向地震作用下的安全性
。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对
范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图
。
[0016]图1为本专利技术实施例提供的一种具有多阶刚度和竖向减震功能的摇摆钢柱脚整体构造示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种具有多阶刚度和竖向减震功能的摇摆钢柱脚分解构造示意图；图3为本专利技术实施例提供的钢柱
、<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种具有多阶刚度和竖向减震功能的摇摆钢柱脚，包括钢柱
(1)、
多阶耗能钢板组
(2)、
柱底钢板
(3)、
预应力减震螺杆
(4)、
基础钢板
(5)
和转动阻尼装置，其特征在于，所述钢柱
(1)
与所述柱底钢板
(3)
焊接为一整体，柱端两侧设有所述圆柱体紧固件
(101)
和所述外伸螺杆
(102)
，柱底设有所述垫板
(305)
和两个所述耳板
(301)
；所述基础钢板
(5)
上设置有所述铰支座
(503)
及四个所述摩擦板
(502)
，通过四角设置的所述预应力减震螺杆
(4)
及中部的所述摩擦板
(502)
与所述柱底钢板
(3)
连接；所述多阶耗能钢板组
(2)
由多个开孔高度不同的钢板
(201)
叠合而成，穿过所述柱底钢板
(3)
的预留孔洞分别与所述柱端外伸螺杆
(102)
及所述基础钢板
(5)
的铰支座
(503)
连接；所述转动阻尼装置包括所述基础钢板
(5)
上设置的四个所述摩擦板
(502)
和所述柱底钢板
(3)
的垫板
(305)
及两个耳板
(301)
，中部通过螺栓
(501)
连接并施加预紧力；所述预应力减震螺杆
(4)
包括所述限位块
(402)、
环形气囊减震装置
(403)
及预应力钢棒
(404)
，穿过所述柱底钢板
(3)
及基础钢板
(5)
的预留孔洞进行连接
。2.
根据权利要求1所述的一种具有多阶刚度和竖向减震功能的摇摆钢柱脚，其特征在于，所述多阶耗能钢板组
(2)
由多个所述耗能钢板
(201)
叠合而成；所述耗能钢板
(201)
两侧开有中部为矩形，端部为半圆形的长条形孔洞
(202)
，下端开有所述圆形孔洞
(203)
；所述长条形孔洞
(202)
上端距离钢板上边缘的距离由外至内依次减小，以保证耗能钢板在不同变形下分阶段受力；所述耗能钢板
(201)
之间涂有无粘结材料以保证其轴向变形性能
。3.
根据权利要求1所述的一种具有多阶刚度和竖向减震功能的摇摆钢柱脚，其特征在于，所述柱底钢板
(3)
与所述钢柱
(1)
焊接为一整体；所述柱底钢板
(3)
两侧开有宽度略大于所述多阶耗能钢板组
(2)
厚度的矩形孔
(303)
；所述柱底钢板
(3)
四...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国伟，刘世阳，秦昌安，王啸辰，杨天航，
申请(专利权)人：北京建筑大学，
类型：发明
国别省市：