带斜撑的装配式钢结构预应力自复位耗能支撑

摘要

本发明公开了一种带斜撑的装配式钢结构预应力自复位耗能支撑，包括：耗能系统、自复位系统和底座；立柱的下端与横撑的上翼缘板相焊接，上盖板设置于横撑的上翼缘板两端，立撑钢板焊接于立柱上部的两侧翼缘板之间，内撑钢板焊接于横撑两端的上下翼缘板之间，外撑钢板焊接于横撑的上下翼缘板和上、下盖板之间，自复位系统包括套头、钢索和锚具，钢索穿过横撑的腹板两侧、上下翼缘板之间，钢索两端分别通过锚具固定。本发明的技术方案，通过转动机制的杠杆作用放大支撑底部钢索的微小变形，使支撑顶部可以产生足够的满足抗震规范要求的水平位移，从而为结构提供耗能和自复位功能，减少震后修复费用及其间接经济损失。

权利要求

1.一种带斜撑的装配式钢结构预应力自复位耗能支撑，其特征在于，包括：耗能系统、自复位系统和底座；

所述耗能系统包括立柱、斜撑、立撑钢板、销轴、耗能系统内核和耗能系统外壳，所述耗能系统内核包括横撑和内撑钢板，所述耗能系统外壳包括外撑钢板、上盖板和下盖板；

所述立柱的截面为H形，所述横撑为工字型，所述立柱的下端与所述横撑的上翼缘板相焊接，所述斜撑的上端与所述立柱的两侧翼缘板相焊接，所述斜撑的下端分别设置于所述横撑的上翼缘板的两侧相焊接，所述上盖板设置于所述横撑的上翼缘板上靠近所述斜撑下端的两端，所述下盖板设置于所述横撑的下翼缘板上对应所述上盖板处，所述立撑钢板焊接于所述立柱上部的两侧翼缘板之间，所述内撑钢板焊接于所述横撑两端的上下翼缘板之间，所述外撑钢板焊接于所述横撑的上下翼缘板和上、下盖板之间，所述销轴贯穿安装于所述横撑和所述外撑钢板中心的销轴孔中；

所述自复位系统包括套头、钢索和锚具，所述钢索穿过所述横撑的腹板两侧、上下翼缘板之间，所述套头紧挨两侧的所述横撑的外侧，所述钢索两端分别穿过所述套头并通过所述锚具固定；

所述套头与所述上盖板、所述下盖板和所述耗能系统外壳的端面相接触的上下两端为突出的半圆柱体，所述套头在被耗能系统内核挤压时以所述半圆柱体为轴发生转动；

所述底座包括钢梁和肋板，所述肋板焊接于所述钢梁的上下板之间，所述外撑钢板的下端和所述下盖板与所述钢梁的上表面相焊接；

其中，所述套头为包括内外两层套板的框架，两层所述套板之间设置有多层加劲肋；或者，所述套头为一预留有孔洞的钢板，所述钢索两端分别穿过所述套头的孔洞并通过所述锚具固定。

2.根据权利要求1所述的带斜撑的装配式钢结构预应力自复位耗能支撑，其特征在于，所述套头与所述横撑、所述外撑钢板、所述内撑钢板、所述上盖板和所述下盖板的端部之间紧挨但不进行焊接固定。

3.根据权利要求1所述的带斜撑的装配式钢结构预应力自复位耗能支撑，其特征在于，两侧的所述套头在被所述耗能系统内核挤压而向外偏转时，所述钢索伸长而其拉力增加，在水平剪切力消失后，所述钢索拉力作为弹性恢复力使得所述耗能系统复位。

4.根据权利要求1所述的带斜撑的装配式钢结构预应力自复位耗能支撑，其特征在于，所述立柱的截面为H形或箱型，所述斜撑为空心方钢管或槽钢。

5.根据权利要求1所述的带斜撑的装配式钢结构预应力自复位耗能支撑，其特征在于，所述立柱的上端与框架上梁相连接，所述底座与框架下梁相连接；或者，所述立柱的上端与所述框架下梁相连接，所述底座与所述框架上梁相连接。

6.根据权利要求1所述的带斜撑的装配式钢结构预应力自复位耗能支撑，其特征在于，所述立撑钢板和所述外撑钢板相对所述立柱前后对称设置，所述上盖板、所述下盖板和所述斜撑相对所述立柱左右对称设置。

7.根据权利要求1所述的带斜撑的装配式钢结构预应力自复位耗能支撑，其特征在于，所述钢索的变形通过杠杆原理放大使得所述立柱顶部产生水平位移，放大的倍数通过所述立柱的支撑高度和所述钢索的位置来调整。

8.根据权利要求1所述的带斜撑的装配式钢结构预应力自复位耗能支撑，其特征在于，所述耗能系统还包括螺栓，所述螺栓安装于所述外撑钢板和所述内撑钢板预留的长螺栓孔中，所述螺栓在所述外撑钢板和所述内撑钢板中拧紧后，随着所述耗能系统外壳的转动，通过所述螺栓与所述外撑钢板和所述内撑钢板之间的摩擦增加耗能性能，需要自复位时，松开所述螺栓。

说明书

带斜撑的装配式钢结构预应力自复位耗能支撑

技术领域

[0001] 本发明涉及结构工程技术领域，尤其涉及一种带斜撑的装配式钢结构预应力自复位耗能支撑。

背景技术

[0002] 我国位于环太平洋火山地震带西部，是世界上地震灾害最严重的国家之一，同时地震作为自然灾害之一，给人类的生存和发展造成了极大的威胁，并造成了极大的经济损失，因此有必要重视对建筑结构的抗震减灾工作。钢框架—支撑结构体系是常用的双重抗侧力结构体系之一，在水平地震作用下，支撑结构可以承担大部分水平剪力，减少整体结构的水平位移。传统的中心支撑结构在地震作用下易发生屈曲，造成脆性断裂影响整体结构的承载能力；传统的偏心支撑结构体系，耗能梁端在强震中破环严重，震后修复困难；斜隅支撑的设计通常借鉴偏心支撑的研究成果，缺乏相应的试验及理论依据；防屈曲支撑制作工艺复杂，造价较高，在大震作用后残余变形较大，相应的整体结构残余变形也较大，震后难以修复；自复位防屈曲支撑在震后，支撑耗能内核发生破坏时，需要更换整根支撑，不能实现只更换起耗能作用的内核机构来修复支撑的目的，浪费钢材，修复成本较高，而且支撑的布置影响门窗的布置；传统的索支撑结构中索的变形太大，使得索力增量大，结构不能产生足够的水平位移以满足抗震规范对延性结构的要求。

发明内容

[0003] 针对上述问题中的至少之一，本发明提供了一种带斜撑的装配式钢结构预应力自复位耗能支撑，其目的在于克服上述背景技术中的缺陷，减小或避免主体结构损伤，耗散地震能量和减小地震作用，最小化结构残余变形，减少震后修复费用及其间接经济损失，使结构在地震作用下，通过转动机制的杠杆作用放大支撑底部钢索的微小变形，使支撑顶部可以产生足够的满足抗震规范要求的水平位移，从而为结构提供耗能和自复位功能。

[0004] 为实现上述目的，本发明提供了一种带斜撑的装配式钢结构预应力自复位耗能支撑，包括：耗能系统、自复位系统和底座；所述耗能系统包括立柱、斜撑、立撑钢板、销轴、耗能系统内核和耗能系统外壳，所述耗能系统内核包括横撑和内撑钢板，所述耗能系统外壳包括外撑钢板、上盖板和下盖板；所述立柱的截面为H形，所述横撑为工字型，所述立柱的下端与所述横撑的上翼缘板相焊接，所述斜撑的上端与所述立柱的两侧翼缘板相焊接，所述斜撑的下端分别设置于所述横撑的上翼缘板的两侧相焊接，所述上盖板设置于所述横撑的上翼缘板上靠近所述斜撑下端的两端，所述下盖板设置于所述横撑的下翼缘板上对应所述上盖板处，所述立撑钢板焊接于所述立柱上部的两侧翼缘板之间，所述内撑钢板焊接于所述横撑两端的上下翼缘板之间，所述外撑钢板焊接于所述横撑的上下翼缘板和上、下盖板之间，所述销轴贯穿安装于所述横撑和所述外撑钢板中心的销轴孔中；所述自复位系统包括套头、钢索和锚具，所述钢索穿过所述横撑的腹板两侧、上下翼缘板之间，所述套头紧挨两侧的所述横撑的外侧，所述钢索两端分别穿过所述套头并通过所述锚具固定；所述底座包括钢梁和肋板，所述肋板焊接于所述钢梁的上下板之间，所述外撑钢板的下端和所述下盖板与所述钢梁的上表面相焊接。

[0005] 在上述技术方案中，优选地，所述套头为包括内外两层套板的框架，两层所述套板之间设置有多层加劲肋；或者，所述套头为一预留有孔洞的钢板，所述钢索两端分别穿过所述套头的孔洞并通过所述锚具固定。

[0006] 在上述技术方案中，优选地，所述套头与所述横撑、所述外撑钢板、所述内撑钢板、所述上盖板和所述下盖板的端部之间紧挨但不进行焊接固定。

[0007] 在上述技术方案中，优选地，所述套头与所述上盖板、所述下盖板和所述耗能系统外壳的端面相接触的上下两端为突出的半圆柱体，所述套头在被耗能系统内核挤压时以所述半圆柱体为轴发生转动。

[0008] 在上述技术方案中，优选地，两侧的所述套头在被所述耗能系统内核挤压而向外偏转时，所述钢索伸长而其拉力增加，在水平剪切力消失后，所述钢索拉力作为弹性恢复力使得所述耗能系统复位。

[0009] 在上述技术方案中，优选地，所述立柱的截面为H形或箱型，所述斜撑为空心方钢管或槽钢。

[0010] 在上述技术方案中，优选地，所述立柱的上端与框架上梁相连接，所述底座与框架下梁相连接；或者，所述立柱的上端与所述框架下梁相连接，所述底座与所述框架上梁相连接。

[0011] 在上述技术方案中，优选地，所述立撑钢板和所述外撑钢板相对所述立柱前后对称设置，所述上盖板、所述下盖板和所述斜撑相对所述立柱左右对称设置。

[0012] 在上述技术方案中，优选地，所述钢索的变形通过杠杆原理放大使得所述立柱顶部产生水平位移，放大的倍数通过所述立柱的支撑高度和所述钢索的位置来调整。

[0013] 在上述技术方案中，优选地，所述耗能系统还包括螺栓，所述螺栓安装于所述外撑钢板和所述内撑钢板预留的长螺栓孔中，所述螺栓在所述外撑钢板和所述内撑钢板中拧紧后，随着所述耗能系统外壳的转动，通过所述螺栓与所述外撑钢板和所述内撑钢板之间的摩擦增加耗能性能，需要自复位时，松开所述螺栓。

[0014] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明在立柱柱顶受到水平力作用时，耗能系统转动，其两侧的套头被内核挤压而向外偏转，使支撑底部的钢索产生微小变形，通过转动机制的杠杆原理将此变形放大，使立柱顶部可产生足够的水平位移以满足抗震规范对延性结构最大层间位移角的要求，而放大倍数可以根据实际需要调整支撑高度和钢索位置来实现。

[0015] 本发明的竖向支撑不影响门窗的布置，而且安装方便，降低现场施工的工作量，减少施工工期。本发明加入斜撑之后，使立柱的尺寸变小，节省了钢材；同时增强了结构的整体刚度，进而使得结构耗能能力和承载能力有很大提升。本发明在拧紧螺栓后，耗能能力会增加，当自复位时，只需将螺栓松开；而且在地震中，耗能系统的螺栓破坏易于更换来进行结构的修复。

附图说明

[0016] 图1为本发明一种实施例公开的带斜撑的装配式钢结构预应力自复位耗能支撑的整体装配图；

[0017] 图2为本发明又一种实施例公开的带斜撑的装配式钢结构预应力自复位耗能支撑的整体装配图；

[0018] 图3为本发明一种实施例公开的带斜撑的装配式钢结构预应力自复位耗能支撑的结构分解图；

[0019] 图4为本发明一种实施例公开的带斜撑的装配式钢结构预应力自复位耗能支撑的耗能系统示意图；

[0020] 图5为本发明一种实施例公开的带斜撑的装配式钢结构预应力自复位耗能支撑的耗能系统分解图；

[0021] 图6为本发明一种实施例公开的带斜撑的装配式钢结构预应力自复位耗能支撑的自复位系统示意图；

[0022] 图7为本发明一种实施例公开的带斜撑的装配式钢结构预应力自复位耗能支撑的自复位系统分解图；

[0023] 图8为本发明一种实施例公开的带斜撑的装配式钢结构预应力自复位耗能支撑的另一种钢板套头示意图。

[0024] 图中，各组件与附图标记之间的对应关系为：

[0025] 1.立柱，2.斜撑，3.立撑钢板，4.外撑钢板，5.内撑钢板，6.上盖板，7.下盖板，8.横撑，9.销轴，10.套头，11.锚具，12.钢索，13.钢梁，14.肋板，15.螺栓，16.钢板套头。

具体实施方式

[0026] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0027] 下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

[0028] 如图1所示，根据本发明提供的一种带斜撑的装配式钢结构预应力自复位耗能支撑，包括：耗能系统、自复位系统和底座；耗能系统包括立柱1、斜撑2、立撑钢板3、销轴9、耗能系统内核和耗能系统外壳，耗能系统内核包括横撑8和内撑钢板5，耗能系统外壳包括外撑钢板4、上盖板6和下盖板7；立柱1的截面为H形，横撑8为工字型，立柱1的下端与横撑8的上翼缘板相焊接，斜撑2的上端与立柱1的两侧翼缘板相焊接，斜撑2的下端分别设置于横撑8的上翼缘板的两侧相焊接，上盖板6设置于横撑8的上翼缘板上靠近斜撑2下端的两端，下盖板7设置于横撑8的下翼缘板上对应上盖板6处，立撑钢板3焊接于立柱1上部的两侧翼缘板之间，内撑钢板5焊接于横撑8两端的上下翼缘板之间，外撑钢板4焊接于横撑8的上下翼缘板和上、下盖板之间，销轴9贯穿安装于横撑8和外撑钢板4中心的销轴孔中；自复位系统包括套头10、钢索12和锚具11，钢索12穿过横撑8的腹板两侧、上下翼缘板之间，套头10紧挨两侧的横撑8的外侧，钢索12两端分别穿过套头10并通过锚具11固定；底座包括钢梁13和肋板14，肋板14焊接于钢梁13的上下板之间，外撑钢板4的下端和下盖板7与钢梁13的上表面相焊接。

[0029] 在该实施例中，带斜撑的装配式钢结构预应力自复位耗能支撑的拼装过程可以在工厂完成，在工厂先将耗能系统拼接完成，然后将其焊接于底座钢梁13上，自复位系统拼装于耗能系统中，张紧钢索12并用锚具11锚固后，完成该支撑的加工。现场只需将支撑和框架梁连接。

[0030] 具体地，耗能系统在拼接过程在工厂完成，立柱1截面为H形，其下端与横撑8的上翼缘板焊接，立撑钢板3焊接于立柱1上部翼缘板之间；斜撑2为空心方钢管，其上端与立柱1两侧的翼缘板焊接，其下端与横撑8的上翼缘板焊接；横撑8的截面为工字形，其预设有销轴孔，内撑钢板5上预设有长螺栓孔，其焊接于横撑8两端的上下翼缘板之间；外撑钢板4预设有销轴孔和长螺栓孔，其上部与上盖板6焊接，其下部先与下盖板7焊接，再与底座钢梁13焊接。

[0031] 如图2至图8所示，在上述实施例中，优选地，耗能系统还包括螺栓15，内撑钢板5上预设有长螺栓孔，外撑钢板4预设有长螺栓孔，螺栓15安装于外撑钢板4与内撑钢板5之间的长螺栓孔中，拧紧螺栓15之后，随着耗能系统外壳的转动，通过外撑钢板4与内撑钢板5之间的摩擦又增加了耗能能力。

[0032] 在上述实施例中，优选的，套头10包括两种设置方式，其一为：套头10为包括内外两层套板的框架，两层套板之间设置有多层加劲肋，钢索12两端分别穿过套头10的框架并通过锚具11固定，钢索12穿过多层加劲肋的空隙；

[0033] 其二为：套头10为一预留有孔洞的钢板，即为钢板套头16，钢索12两端分别穿过钢板套头16的孔洞并通过锚具11固定。

[0034] 在上述实施例中，优选地，套头10与横撑8、外撑钢板4、内撑钢板5、上盖板6和下盖板7的端部之间紧挨但不进行焊接固定。

[0035] 在上述实施例中，优选地，套头10与上盖板6、下盖板7和耗能系统外壳的端面相接触的上下两端为突出的半圆柱体，套头10在被耗能系统内核挤压时以半圆柱体为轴发生转动。销轴9在横撑8、外撑钢板4的中心位置，外撑钢板4固定于底座，使得横撑8、内撑钢板5在内的耗能系统内核以销轴9为中心转动，形成转动机制；耗能系统两侧套头10在钢索12预紧力的作用下被压紧在内核和外壳两侧的端面上，在支撑顶部水平荷载作用下，立柱1和耗能系统内核绕着销轴9在耗能系统外壳中转动，其两侧套头10被耗能系统内核挤压而以套头10上下两端的半圆柱体为轴向外偏转，耗能系统内核以销轴9为中心转动，内核两端端面有向上和向下的弧线运动，从而通过与紧挨的套头10的接触面的摩擦来耗能。

[0036] 在上述实施例中，优选地，钢索12在横撑8的腹板两侧、上下翼缘板之间通过，端部穿过套头10并通过锚具11施加预紧力使其固定并能调节结构刚度；松开螺栓15，在立柱1柱顶的水平力作用下，耗能系统转动，其两侧的套头10被挤压而向外偏转，使钢索12伸长，钢索12拉力增加，水平力消失后，钢索12拉力作为弹性恢复力使耗能系统恢复到原来的位置，从而使结构具有自复位功能。

[0037] 根据上述实施例，有螺栓15时，拧紧螺栓15，耗能增加，松开螺栓15，实现自复位；无螺栓15时，利用套头10与内核的挤压摩擦耗能，水平力消失后，钢索12拉力作为弹性恢复力使耗能系统恢复到原来的位置，使其复位。

[0038] 该支撑装置的底部钢索12变形通过杠杆原理放大，使立柱1顶部产生足够的水平位移以满足抗震规范对延性结构最大层间位移角的要求，而放大倍数通过调整支撑高度和钢索12位置来实现。

[0039] 所述的立柱1的上部与框架的上梁连接，底座与下梁连接，也可以将支撑结构反过来使用，将底座与框架梁连接而立柱1与下梁连接，均可构成框架—支撑结构体系，并且不影响框架空间门窗的设置。

[0040] 在上述实施例中，优选地，斜撑2为空心方钢管或槽钢。

[0041] 在上述实施例中，优选地，立撑钢板3和外撑钢板4相对立柱1前后对称设置，上盖板6、下盖板7和斜撑2相对立柱1左右对称设置。

[0042] 以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。