專(zhuān)利名稱(chēng)：消能減震裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于建筑領(lǐng)域，涉及一種框架結(jié)構(gòu)的消能減震裝置，可用于減輕或避免框架結(jié)構(gòu) 底層柱的地震反應(yīng)，從而減小或避免框架結(jié)構(gòu)底層柱震害。
背景技術(shù)：
由于框架結(jié)構(gòu)以剪切型變形為主，所以結(jié)構(gòu)的底層柱側(cè)移變形最大，因此，在地震作用 下，框架結(jié)構(gòu)底層柱更容易發(fā)生破壞。從2008年5月12日的四川汶川大地震中框架結(jié)構(gòu)的 破壞情況看，很多框架結(jié)構(gòu)底層柱柱端發(fā)生破壞，而且震后修復(fù)也很困難。因此，改善框架 結(jié)構(gòu)底層柱的抗震性能成為一個(gè)迫切需要解決的問(wèn)題。
形狀記憶合金材料(shape memory alloys,簡(jiǎn)稱(chēng)SMA)是一種新型的機(jī)敏材料，它具有很 好的超彈性性能，即SMA在奧氏體狀態(tài)下由于應(yīng)力作用產(chǎn)生超彈性變形， 一旦應(yīng)力解除， 即使不加熱，SMA也會(huì)恢復(fù)原狀。SMA的超彈性應(yīng)變可達(dá)到6% 8%。本發(fā)明利用SMA的 超彈性變形能力和較大的阻尼特性制成耗能索，耗散地震輸入結(jié)構(gòu)的能量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種消能減震裝置，通過(guò)把抗力索和耗能索錨固在底層框架柱反 彎點(diǎn)的下方附近，利用抗力索施加的反力矩減小梁柱的彎矩，利用耗能索的反復(fù)變形耗散地 震輸入結(jié)構(gòu)的能量，減輕或避免框架結(jié)構(gòu)底層柱在地震作用下的破壞。
為達(dá)到以上目的，本發(fā)明所采用的解決方案是
一種消能減震裝置，其包括錨固板、抗力索、耗能索，錨固板設(shè)于底層框架柱反彎點(diǎn)下 方，抗力索和耗能索的上端連接固定于錨固板上，下端錨固于地下。
所述的抗力索和耗能索在框架柱的四邊對(duì)稱(chēng)設(shè)置，框架柱每邊設(shè)置的抗力索和耗能索的 位置和數(shù)量均相同。
所述的抗力索設(shè)置于錨固板的四個(gè)角處，則耗能索設(shè)置于錨固板各邊的中心位置處；所 述的抗力索設(shè)置于錨固板各邊的中心位置處，則耗能索設(shè)置于錨固板的四個(gè)角處。
所述的抗力索包括兩段鋼絲繩和一段鋼筋，鋼筋設(shè)置于兩段鋼絲繩中間；所述的耗能索 包括兩段鋼絲繩和一段SMA束，SMA束設(shè)置于兩段鋼絲繩中間。
所述的抗力索安裝時(shí)張拉至其鋼筋最大彈性應(yīng)變的3% 7%，耗能索安裝時(shí)張拉至其SMA 束最大彈性應(yīng)變的45%-55%。
所述抗力索的鋼絲繩與鋼筋通過(guò)帶套環(huán)的套筒連接，套筒內(nèi)側(cè)有螺紋，鋼筋端部設(shè)有螺
3通過(guò)繩卡或鋼絲固定；所述的耗能索的鋼絲繩與SMA 束可以通過(guò)套環(huán)連接，即鋼絲繩與SMA束分別穿入套環(huán)內(nèi)綁扎固定，或者鋼絲繩與SMA束 直接通過(guò)鋼絲綁住固定。
所述的錨固板為中間開(kāi)洞的錨固板，洞的大小與底層框架柱相對(duì)應(yīng)，錨固板的寬度挑出 底層框架柱的柱邊20-60cm,其四周還開(kāi)設(shè)有連接抗力索和耗能索的小孔；錨固板設(shè)置于底 層框架柱反彎點(diǎn)下方10-60cm。
所述的錨固板上開(kāi)設(shè)的小孔穿設(shè)有帶套環(huán)的螺桿并固定，抗力索和耗能索上端鋼絲繩穿 過(guò)套環(huán)用繩卡或鋼絲固定而與錨固板相連。
其還包括加勁肋，其兩垂直邊與錨固板及底層框架柱連接固定。
所述底層框架柱為鋼管混凝土柱、鋼柱或者鋼筋混凝土柱，鋼筋混凝土柱內(nèi)預(yù)埋有連接 用預(yù)埋件。
具體的， 一種減輕或避免框架結(jié)構(gòu)底層柱在地震作用下破壞的消能減震裝置，其包括錨 固板、錨板與鋼絲繩連接件、螺母、彈簧墊片、鋼板加勁肋、預(yù)埋件(若為鋼筋混凝土柱則 有，鋼管混凝土柱和鋼柱則無(wú))、抗力索和耗能索。錨固板固定在底層框架柱反彎點(diǎn)下方 10cm 60cm位置，鋼板加勁肋的設(shè)置要確保錨固板保持足夠的剛度，抗力索和耗能索的上 端通過(guò)錨板與鋼絲繩連接件、螺母、彈簧墊片與錨固板連接在一起，下端錨固在地下。
錨固板挑出柱邊的寬度建議取20cm 60cm，錨固板的厚度必須保證其不發(fā)生破壞而且 變形足夠小，同時(shí)還可以設(shè)置鋼板加勁肋給錨固板提供足夠的剛度，使其與框架柱變形協(xié)調(diào)， 錨固板上設(shè)有供抗力索和耗能索穿過(guò)的小孔。
抗力索由兩段鋼絲繩和一段鋼筋通過(guò)鋼絲繩與鋼筋連接件組成，鋼筋設(shè)置在中間，使抗 力索的變形主要集中在鋼筋段，由抗力索最大可能伸長(zhǎng)變形值和鋼筋的極限伸長(zhǎng)率確定鋼筋 段的長(zhǎng)度。
耗能索由兩段鋼絲繩和一段SMA束通過(guò)鋼絲繩與SMA束連接件組成，SMA束設(shè)置在
中間，使耗能索的變形集中在SMA束，由耗能索的最大可能伸長(zhǎng)變形值和SMA束的彈性應(yīng)
變最大值確定SMA束的長(zhǎng)度。
抗力索和耗能索的鋼絲繩段的強(qiáng)度均需高于鋼筋段和SMA束的強(qiáng)度。 抗力索在安裝時(shí)要張拉至其鋼筋段最大彈性應(yīng)變的3%-7%左右，耗能索在安裝時(shí)要張拉
至其SMA束最大彈性應(yīng)變的45%-55%，其中張拉至SMA束最大彈性應(yīng)變的一半時(shí)效果是最好的。
抗力索和耗能索均需在框架柱的四邊對(duì)稱(chēng)設(shè)置，即框架柱每邊設(shè)置的抗力索和耗能索的 位置和數(shù)量均相同。
在地震作用下，底層框架柱反彎點(diǎn)的下方主要發(fā)生反復(fù)的單向彎曲變形，抗力索能夠有 效減輕框架底層梁柱的彎矩作用，耗能索則能夠有效耗散地震輸入結(jié)構(gòu)的能量，使結(jié)構(gòu)的地 震反應(yīng)大大減小，減輕或避免框架結(jié)構(gòu)底層柱在地震作用下的破壞。
由于采用了上述方案，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)
1.基于框架結(jié)構(gòu)的柱子在地震作用時(shí)反彎點(diǎn)的下方主要發(fā)生單向彎曲變形的原理，在層框架柱的反彎點(diǎn)下方附近設(shè)置抗力索和耗能索，通過(guò)抗力索施加的反力矩減小梁柱的彎矩， 耗能索的耗能作用減小地震輸入結(jié)構(gòu)的能量。
2. 抗力索由兩段鋼絲繩和一段鋼筋通過(guò)鋼絲繩與鋼筋連接件組成，很大的提高了抗力索
的延性變形，同時(shí)使抗力索的變形主要集中在鋼筋段，便于震后更換受損的鋼筋段，從而使 本發(fā)明具有震后易于更換的優(yōu)點(diǎn)。
3. 耗能索由兩段鋼絲繩和一段SMA束通過(guò)鋼絲繩與SMA束連接件組成，提高了 SMA束的 耗能效果，而且也具有震后易于更換的優(yōu)點(diǎn)。
4. 與框架結(jié)構(gòu)底層柱連接簡(jiǎn)單、施工方便、傳力可靠。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)主視圖。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)俯視圖。
圖3為本發(fā)明抗力索的示意圖。
圖4為本發(fā)明耗能索的示意圖。
圖5為本發(fā)明錨板與鋼絲繩連接件示意圖。
圖6為本發(fā)明鋼絲繩與鋼筋連接件示意圖。
圖7為本發(fā)明鋼絲繩與SMA束連接件示意圖。
附圖標(biāo)記l-框架柱；2-錨固板；3-鋼絲繩；4-鋼筋；5- SMA束(數(shù)根SMA絲組成)；
6-第一連接件；7-螺栓；8-彈簧墊片；9-鋼板加勁肋；10-第二連接件；ll-第三連接件；12-地 基基礎(chǔ)
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖所示實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
本發(fā)明的原理是，基于框架結(jié)構(gòu)的柱子在地震作用時(shí)反彎點(diǎn)的下方主要發(fā)生單向彎曲變 形的原理，通過(guò)在框架結(jié)構(gòu)底層柱反彎點(diǎn)下方設(shè)置抗力索和耗能索，主要利用抗力索給底層 框架柱施加反力矩來(lái)減小框架結(jié)構(gòu)底層柱和梁的彎矩，利用耗能索的反復(fù)變形來(lái)耗散地震輸 入結(jié)構(gòu)的能量。
具體講，本發(fā)明包括錨固板2、第一連接件6、螺栓7、彈簧墊片8、鋼板加勁肋9、預(yù) 埋件(若為鋼筋混凝土柱則有，鋼管混凝土柱和鋼柱則無(wú))、抗力索和耗能索。如圖3、圖4 所示，抗力索由兩段鋼絲繩3和一段鋼筋4通過(guò)第二連接件10組成，耗能索由兩段鋼絲繩3 和一段SMA束5通過(guò)第三連接件11組成。使抗力索的變形主要集中在鋼筋段4,使耗能索 的變形集中在SMA束5。因此，在地震作用下，抗力索的鋼筋段4要發(fā)生屈服，震后更換方 便，耗能索的SMA束5則可震后恢復(fù)原狀。
首先需要確定錨固板2距離框架底層柱1柱底的高度丄，丄同時(shí)也為抗力索和耗能索的 長(zhǎng)度， 一般情況下，當(dāng)?shù)讓訖M梁與柱的線(xiàn)剛度比值大于3時(shí)，可取丄=/7/2 — /,當(dāng)?shù)讓訖M梁與柱的線(xiàn)剛度比值小于3時(shí)，可取= 2/z / 3 — Z ，其中/z為底層柱柱高，/可取10cm 60cm 為宜。其次，考慮抗力索的最大可能伸長(zhǎng)變形值和鋼筋4的極限伸長(zhǎng)率，以及耗能索的最大 可能伸長(zhǎng)變形值和SMA束5的彈性應(yīng)變最大值，得到抗力索鋼筋段4的長(zhǎng)度Z^和耗能索 SMA束5的長(zhǎng)度Z^，進(jìn)一步可得抗力索的鋼絲繩3的總長(zhǎng)度為Z^ —"，耗能索的鋼絲繩 3的總長(zhǎng)度為丄一Z^，抗力索和耗能索鋼絲繩3的強(qiáng)度必須高于鋼筋4和SMA束5的強(qiáng) 度。
最佳方案為在柱子1的每側(cè)分別設(shè)置2根抗力索和1根耗能索或者1根抗力索和2根耗 能索，若每邊設(shè)置2根抗力索和1根耗能索，則一共設(shè)置了 4根抗力索和4根耗能索，4根 抗力索布置在錨固板2的4個(gè)角部，4根耗能索布置在錨固板2外側(cè)4條邊的中部；若每邊 設(shè)置1根抗力索和2根耗能索，則一共仍然設(shè)置了4根抗力索和4根耗能索，不同的是4根 耗能索布置在錨固板2的4個(gè)角部，4根抗力索布置在錨固板2外側(cè)4條邊的中部。
施工時(shí)，抗力索和耗能索在工廠(chǎng)里進(jìn)行加工預(yù)制，抗力索由兩段鋼絲繩3和一段鋼筋4 通過(guò)第二連接件10構(gòu)成，第二連接件10如圖6所示是一個(gè)帶套環(huán)的套筒，套筒內(nèi)側(cè)有螺紋； 耗能索由兩段鋼絲繩3和一段SMA束5通過(guò)第三連接件11構(gòu)成，第三連接件11如圖7所示 是一個(gè)橢圓環(huán)。制作時(shí)，抗力索的鋼筋4的端頭打磨成螺紋狀，鋼筋4的兩端頭分別旋入第 二連接件10的套筒，抗力索的鋼絲繩3的一頭穿過(guò)第二連接件10的套環(huán)后用繩卡或鋼絲固 定，抗力索就制成了；耗能索的鋼絲繩3和SMA束5分別穿過(guò)第三連接件11后用鋼絲固定 即可，耗能索的鋼絲繩3和SMA束5還可以直接用鋼絲綁扎在一起，耗能索就制成了。錨 固板2的形狀是一塊開(kāi)洞的方形鋼板，洞的截面形狀也就是柱子1的截面形狀，錨固板2的 外側(cè)挑出柱邊的寬度可取20cm 60cm，厚度必須保證其不發(fā)生破壞而且變形足夠小，錨固 板2在對(duì)應(yīng)抗力索和耗能索的位置應(yīng)留設(shè)小孔，鋼板加勁肋9要確保給錨固板2提供足夠的 剛度。連接時(shí)，待錨固板2和鋼板加勁肋9在柱子1上焊接好后，第一連接件6的螺桿穿過(guò) 錨固板2上開(kāi)設(shè)的小孔，螺母7和彈簧墊片8套入第一連接件6的螺桿，并把螺母7旋緊， 然后抗力索和耗能索上端鋼絲繩3穿過(guò)第一連接件6的套環(huán)用繩卡或鋼絲固定，對(duì)抗力索和 耗能索下端進(jìn)行張拉，抗力索可張拉至其鋼筋4最大彈性應(yīng)變的3% 7%，耗能索可張拉至其 SMA束5最大彈性應(yīng)變的45% 55%即可，張拉完成后，將抗力索和耗能索錨固在地基基礎(chǔ) 12。
本發(fā)明主要可用于需要進(jìn)行抗震設(shè)防的框架結(jié)構(gòu)底層柱，既可用于新建建筑，也可用于 既有建筑的加固改造，在地震發(fā)生時(shí)，減小框架結(jié)構(gòu)底層柱的地震反應(yīng)，達(dá)到改善框架結(jié)構(gòu) 底層柱抗震性能的目的，從而避免或減小框架結(jié)構(gòu)底層在地震作用下的破壞。
上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為了便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟 悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說(shuō)明的一般原理 應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域 技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對(duì)于本發(fā)明做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種消能減震裝置，其特征在于其包括錨固板、抗力索、耗能索，錨固板設(shè)于底層框架柱反彎點(diǎn)下方，抗力索和耗能索的上端連接固定于錨固板上，下端錨固于地下。
2、 如權(quán)利要求1所述的消能減震裝置，其特征在于所述的抗力索和耗能索在框架柱的 四邊對(duì)稱(chēng)設(shè)置，框架柱每邊設(shè)置的抗力索和耗能索的位置和數(shù)量均相同。
3、 如權(quán)利要求2所述的消能減震裝置，其特征在于所述的抗力索設(shè)置于錨固板的四個(gè) 角處，則耗能索設(shè)置于錨固板各邊的中心位置處；所述的抗力索設(shè)置于錨固板各邊的中心位 置處，則耗能索設(shè)置于錨固板的四個(gè)角處。
4、 如權(quán)利要求1所述的消能減震裝置，其特征在于所述的抗力索包括兩段鋼絲繩和一 段鋼筋，鋼筋設(shè)置于兩段鋼絲繩中間；所述的耗能索包括兩段鋼絲繩和一段SMA束，SMA 束設(shè)置于兩段鋼絲繩中間。
5、 如權(quán)利要求4所述的消能減震裝置，其特征在于所述的抗力索安裝時(shí)張拉至其鋼筋 最大彈性應(yīng)變的3% 7%，耗能索安裝時(shí)張拉至其SMA束最大彈性應(yīng)變的45%-55%。
6、 如權(quán)利要求4所述的消能減震裝置，其特征在于所述抗力索的鋼絲繩與鋼筋通過(guò)帶 套環(huán)的套筒連接，套筒內(nèi)側(cè)有螺紋，鋼筋端部設(shè)有螺紋與套筒旋緊固定，鋼絲繩穿入套環(huán)通 過(guò)繩卡或鋼絲固定；所述的耗能索的鋼絲繩與SMA束通過(guò)套環(huán)連接，即鋼絲繩與SMA束分 別穿入套環(huán)內(nèi)綁扎固定或者耗能索的鋼絲繩與SMA束直接通過(guò)鋼絲綁住固定。
7、 如權(quán)利要求1所述的消能減震裝置，其特征在于所述的錨固板為中間開(kāi)洞的錨固板， 洞的大小與底層框架柱相對(duì)應(yīng)，錨固板的寬度挑出底層框架柱的柱邊20-60cm，其四周還開(kāi) 設(shè)有連接抗力索和耗能索的小孔；錨固板設(shè)置于底層框架柱反彎點(diǎn)下方10-60cm。
8、 如權(quán)利要求7所述的消能減震裝置，其特征在于所述的錨固板上開(kāi)設(shè)的小孔穿設(shè)有 帶套環(huán)的螺桿并固定，抗力索和耗能索上端鋼絲繩穿過(guò)套環(huán)用繩卡或鋼絲固定而與錨固板相 連。
9、 如權(quán)利要求1所述的消能減震裝置，其特征在于其還包括加勁肋，其兩垂直邊與錨 固板及底層框架柱連接固定。
10、 如權(quán)利要求1所述的消能減震裝置，其特征在于所述底層框架柱為鋼管混凝土柱、鋼柱或者鋼筋混凝土柱，鋼筋混凝土柱內(nèi)預(yù)埋有連接用預(yù)埋件。
全文摘要
本發(fā)明一種消能減震裝置，屬于建筑領(lǐng)域。本裝置主要包括錨固板、抗力索和耗能索，錨固板焊接在底層框架柱反彎點(diǎn)的下方附近，抗力索和耗能索的上端通過(guò)錨固板與鋼絲繩連接件等構(gòu)件連接在錨固板上，下端錨固在地下。本發(fā)明構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工方便，傳力可靠，且一旦在地震作用下遭到破壞，更換、維護(hù)簡(jiǎn)單，可用于減小框架結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，避免或減小框架結(jié)構(gòu)底層柱在地震作用下的破壞。
文檔編號(hào)E04B1/98GK101575883SQ200910052360
公開(kāi)日2009年11月11日 申請(qǐng)日期2009年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月2日
發(fā)明者呂西林, 蔣歡軍, 云 陳 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)