專利名稱：一種雙向搖擺筒體抗震結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙向搖擺筒體抗震結(jié)構(gòu)，屬于結(jié)構(gòu)工程抗震與減震技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，建筑結(jié)構(gòu)在地震荷載作用下一般通過控制結(jié)構(gòu)的變形來確保結(jié)構(gòu)的安全， 但在罕遇地震作用下同時也會產(chǎn)生較大的不能恢復(fù)的非線性塑性變形。一些震后建筑結(jié)構(gòu)和橋梁結(jié)構(gòu)表明，如果結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生倒塌，而是產(chǎn)生較大的塑性殘余變形，要修復(fù)這些結(jié)構(gòu)到原來的位置及其困難，并且其修復(fù)成本甚至?xí)^新建結(jié)構(gòu)。另外一方面，如果要提高結(jié)構(gòu)的抗震性能，結(jié)構(gòu)需有較好的耗能能力，這意味著結(jié)構(gòu)需要發(fā)生較大損傷，結(jié)構(gòu)最后的殘余變形必然很大。為了減小甚至消除結(jié)構(gòu)的損傷和殘余位移同時保證結(jié)構(gòu)的耗能能力，研究者們對搖擺結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，如有研究者對搖擺墻和搖擺柱等進(jìn)行了研究和分析，結(jié)果表明此類結(jié)構(gòu)損傷小，殘余變形小，但耗能能力降低。因此研究開發(fā)具有良好的耗能能力，同時殘余變形小甚至無損傷的結(jié)構(gòu)，對結(jié)構(gòu)抗震及震后結(jié)構(gòu)的快速修復(fù)具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種雙向搖擺筒體抗震結(jié)構(gòu)，通過在鋼筋混凝土矩形筒體結(jié)構(gòu)中雙向?qū)ΨQ設(shè)置斜向預(yù)拉索并串聯(lián)或并聯(lián)耗能裝置來保證結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和耗能能力，同時在矩形筒體中設(shè)置豎向預(yù)應(yīng)力筋來進(jìn)一步加強(qiáng)結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)的連接，從而提高結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度及自復(fù)位能力。本發(fā)明適用于抗震設(shè)防烈度為6度以上地區(qū)的高層工業(yè)和民用建筑結(jié)構(gòu)。 本發(fā)明構(gòu)造簡單，施工方便，不僅具有良好的耗能能力且能抵抗多維地震作用，同時結(jié)構(gòu)具有良好自復(fù)位特性，結(jié)構(gòu)殘余變形小，損傷小，損傷容易修復(fù)。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種雙向搖擺筒體抗震結(jié)構(gòu)，其特征在于包括鋼筋混凝土矩形筒體、斜向預(yù)拉索、耗能器、預(yù)應(yīng)力筋、錨固配件和基礎(chǔ)，鋼筋混凝土矩形筒體底部設(shè)置有基礎(chǔ)，矩形筒體底部與基礎(chǔ)斷開，在矩形筒體的四周對稱設(shè)置斜向預(yù)拉索，斜向預(yù)拉索一端與筒體頂部或筒體側(cè)邊不同高度的位置相連，另一端與基礎(chǔ)相連，斜向預(yù)拉索附加設(shè)置耗能器，矩形筒體內(nèi)部對稱布置預(yù)應(yīng)力筋，預(yù)應(yīng)力筋豎向貫穿鋼筋混凝土筒體和基礎(chǔ)，并通過錨固配件固定于鋼筋混凝土筒體頂部和基礎(chǔ)底部。預(yù)應(yīng)力筋采用后張法施加預(yù)應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力筋與矩形筒體之間無粘結(jié)。預(yù)應(yīng)力筋采用后張法施加預(yù)應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力筋與矩形筒體之間無粘結(jié)。斜向預(yù)拉索在矩形筒體同一面上的每側(cè)設(shè)置為一道或多道。同一面上兩側(cè)的斜向預(yù)拉索交叉布置或兩邊斜向?qū)ΨQ布置。附加耗能器與每道斜向預(yù)拉索的連接方式為串聯(lián)或并聯(lián)。耗能器為金屬耗能器或摩擦阻尼器。鋼筋混凝土矩形筒體中的預(yù)應(yīng)力筋為屈服強(qiáng)度在500MPa以上的預(yù)應(yīng)力鋼筋、鋼絞線或纖維復(fù)合材料筋。
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預(yù)應(yīng)力筋在矩形筒體中集中布置或分散布置。筒體四周可以連接混凝土框架或鋼框架形成雙向搖擺筒體框架結(jié)構(gòu)體系。與一般技術(shù)的筒體結(jié)構(gòu)或剪力墻結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明的優(yōu)點是(1)在正常使用情況下，雙向搖擺筒體結(jié)構(gòu)與一般筒體結(jié)構(gòu)相比可具有等效的剛度。(2)在地震發(fā)生時，筒體結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)連接處發(fā)生張開與合攏，筒體發(fā)生小幅搖擺時，雙向斜拉索的耗能器能快速提供阻尼并發(fā)揮耗能作用。(3)在罕遇地震時，筒體結(jié)構(gòu)可發(fā)生一定幅度的搖擺，由于預(yù)應(yīng)力筋與斜拉索可同時發(fā)揮作用，使得結(jié)構(gòu)能夠較快回到原位，使結(jié)構(gòu)具有良好的自復(fù)位能力，同時筒體結(jié)構(gòu)本身損傷較小或者沒有損傷。(4)結(jié)構(gòu)可以抵抗雙向地震作用，并且構(gòu)造簡單、抗震效果良好。


圖1是本發(fā)明雙向搖擺筒體抗震結(jié)構(gòu)三維圖；圖2是本發(fā)明雙向搖擺筒體抗震結(jié)構(gòu)正立面圖，預(yù)拉索為每邊一道交叉布置；圖3是本發(fā)明雙向搖擺筒體抗震結(jié)構(gòu)正立面圖，預(yù)拉索為每邊兩道交叉布置；圖4是本發(fā)明雙向搖擺筒體抗震結(jié)構(gòu)正立面圖，預(yù)拉索為每邊一道兩側(cè)對稱布置。圖5是本發(fā)明雙向搖擺筒體抗震結(jié)構(gòu)正立面圖，耗能器為并聯(lián)方式。圖6預(yù)應(yīng)力筋分散布置。圖7預(yù)應(yīng)力筋集中布置。圖8增加框架后的搖擺筒體結(jié)構(gòu)。圖9本發(fā)明實施例子圖。圖10本發(fā)明實施例子俯視圖。圖11本發(fā)明實施例水平力位移變化圖。圖12現(xiàn)有技術(shù)水平力位移變化圖。圖中1-鋼筋混凝土矩形筒體，2-斜向預(yù)拉索，3-耗能器，4-預(yù)應(yīng)力筋，5-錨固件，6-基礎(chǔ)。
具體實施例方式實施例1如圖1-2所示，本發(fā)明的一種雙向搖擺筒體抗震結(jié)構(gòu)，包括鋼筋混凝土矩形筒體 1、斜向預(yù)拉索2、耗能器3、預(yù)應(yīng)力筋4、錨固配件5和基礎(chǔ)6，雙向搖擺筒體結(jié)構(gòu)為矩形如圖 1，鋼筋混凝土矩形筒體1底部設(shè)置有基礎(chǔ)6，在鋼筋混凝土矩形筒體1的四周對稱設(shè)置斜向預(yù)拉索2，斜向預(yù)拉索2 —端與筒體頂部或不同高度的位置相連，另一端與基礎(chǔ)6相連，斜向預(yù)拉索2附加設(shè)置耗能器3，矩形筒體1中對稱布置預(yù)應(yīng)力筋4，預(yù)應(yīng)力筋4豎向貫穿鋼筋混凝土筒體1和基礎(chǔ)6，并通過錨固配件5固定于鋼筋混凝土筒體1頂部和基礎(chǔ)6底部。 預(yù)應(yīng)力筋采用無摩擦后張法施加預(yù)應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力筋與混凝土筒體1之間無粘結(jié)。矩形筒體1 每側(cè)同一方向的斜向預(yù)拉索2設(shè)置為一道或多道，同一面上的斜向預(yù)拉索2交叉布置。附加耗能器5與每道斜向預(yù)拉索2的連接方式為串聯(lián)或并聯(lián)。耗能器5為金屬耗能器或摩擦阻尼器。鋼筋混凝土矩形筒體1中的預(yù)應(yīng)力筋4為屈服強(qiáng)度在500MPa以上的預(yù)應(yīng)力鋼筋、 鋼絞線或纖維復(fù)合材料筋。預(yù)應(yīng)力筋4在矩形筒體中集中布置或分散布置。并且預(yù)應(yīng)力筋 4與混凝土筒體1之間無粘結(jié)，施工過程中，在矩形筒體1中預(yù)留預(yù)應(yīng)力索的孔道。另外矩形筒體四周可以連接混凝土框架或鋼框架形成搖擺筒體框架結(jié)構(gòu)體系。實施例2本發(fā)明的一種雙向搖擺筒體結(jié)構(gòu)如圖3，同一面上設(shè)置多道斜向斜拉索并且交叉布置。其余構(gòu)造同實施例1，在此不再詳述。實施例3本發(fā)明的一種雙向搖擺筒體結(jié)構(gòu)如圖4，同一面上設(shè)置一道斜向斜拉索并且分開對稱布置。其余構(gòu)造同實施例1，在此不再詳述。本發(fā)明的雙向搖擺筒體結(jié)構(gòu)斜拉索可以為一道或多道對稱布置或交叉布置，其余構(gòu)造同以上實施方法，在此不再詳述。以上是本發(fā)明的幾個典型實施例，本發(fā)明的實施不限于此。分析算例圖9為根據(jù)本發(fā)明設(shè)計的搖擺筒體結(jié)構(gòu)，其截面形狀及尺寸如圖10所示，筒體截面為正方形，3000X900XM0mm，每邊后張拉預(yù)應(yīng)力筋為4根，每根預(yù)應(yīng)力筋為4根直徑 12mm的鋼絞線，屈服強(qiáng)度為1600MPa，混凝土強(qiáng)度為C60，筒體底部設(shè)置了縱筋和箍筋約束底部混凝土提高其抗壓強(qiáng)度，兩邊斜向預(yù)拉索為兩根，耗能器采用鉛剪切屈服型金屬耗能器，鉛剪切面積取為452mm2，隨后進(jìn)行低周往復(fù)荷載分析，在結(jié)構(gòu)頂部施加往復(fù)水平位移， 得到結(jié)構(gòu)反應(yīng)如圖11所示，而根據(jù)一般筒體結(jié)構(gòu)不采用搖擺形式的相同筒體結(jié)構(gòu)的反應(yīng)如圖12所示，由圖中可知雙向搖擺筒體結(jié)構(gòu)與一般筒體結(jié)構(gòu)相比可具有等效的剛度；另外，搖擺筒體結(jié)構(gòu)，在水平力為零時，結(jié)構(gòu)幾乎恢復(fù)到原位，結(jié)構(gòu)的殘余變形較小，而一般筒體結(jié)構(gòu)的殘余變形較大，搖擺筒體結(jié)構(gòu)，由于預(yù)應(yīng)力筋與斜拉索可同時發(fā)揮作用，使得結(jié)構(gòu)能夠較快回到原位，使結(jié)構(gòu)具有良好的自復(fù)位能力，筒體結(jié)構(gòu)本身損傷較小。
權(quán)利要求
1.一種雙向搖擺筒體抗震結(jié)構(gòu)，其特征在于包括鋼筋混凝土矩形筒體(1)、斜向預(yù)拉索⑵、耗能器(3)、預(yù)應(yīng)力筋(4)、錨固配件(5)和基礎(chǔ)(6)，鋼筋混凝土矩形筒體(1)底部設(shè)置有基礎(chǔ)(6)，矩形筒體(1)底部與基礎(chǔ)(6)斷開，在矩形筒體(1)的四周對稱設(shè)置斜向預(yù)拉索O)，斜向預(yù)拉索( 一端與筒體頂部或筒體側(cè)邊不同高度的位置相連，另一端與基礎(chǔ)(6)相連，斜向預(yù)拉索O)附加設(shè)置耗能器(3)，矩形筒體(1)內(nèi)部對稱布置預(yù)應(yīng)力筋 G)，預(yù)應(yīng)力筋(4)豎向貫穿鋼筋混凝土筒體(1)和基礎(chǔ)(6)，并通過錨固配件(5)固定于鋼筋混凝土筒體(1)頂部和基礎(chǔ)(6)底部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙向搖擺筒體抗震結(jié)構(gòu)，其特征在于斜向預(yù)拉索(2) 在矩形筒體(1)同一面上的每側(cè)設(shè)置為一道或多道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙向搖擺筒體抗震結(jié)構(gòu)，其特征在于同一面上的斜向預(yù)拉索( 交叉布置或兩邊斜向?qū)ΨQ布置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙向搖擺筒體抗震結(jié)構(gòu)，其特征在于附加耗能器(3) 與每道斜向預(yù)拉索O)的連接方式為串聯(lián)或并聯(lián)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙向搖擺筒體抗震結(jié)構(gòu)，其特征在于附加耗能器(3) 為金屬耗能器或摩擦阻尼器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙向搖擺筒體抗震結(jié)構(gòu)，其特征在于鋼筋混凝土矩形筒體(1)中的預(yù)應(yīng)力筋(4)為屈服強(qiáng)度在500MPa以上的預(yù)應(yīng)力鋼筋、鋼絞線或纖維復(fù)合材料筋。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙向搖擺筒體抗震結(jié)構(gòu)，其特征在于預(yù)應(yīng)力筋(4)在矩形筒體(1)內(nèi)集中布置或分散布置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙向搖擺筒體抗震結(jié)構(gòu)，其特征在于矩形筒體(1)四周連接混凝土框架或鋼框架形成雙向搖擺筒體框架結(jié)構(gòu)體系。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙向搖擺筒體抗震結(jié)構(gòu)，屬于結(jié)構(gòu)工程抗震與減震技術(shù)領(lǐng)域。包括鋼筋混凝土筒體墻、斜向預(yù)拉索、耗能器、高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力筋、錨固配件和基礎(chǔ)，通過在混凝土矩形筒體結(jié)構(gòu)中設(shè)置斜向預(yù)拉索并連接耗能器來保證結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，同時增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的耗能能力和自復(fù)位能力，另外在筒體中布置豎向高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力筋來加強(qiáng)結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)的連接性能和進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)的剛度，從而雙向搖擺筒體抗震結(jié)構(gòu)，適用于抗震設(shè)防烈度為6度以上地區(qū)的中高層工業(yè)和民用建筑結(jié)構(gòu)。本發(fā)明構(gòu)造簡單，施工方便，不僅具有良好的耗能能力且能抵抗多維地震，同時結(jié)構(gòu)具有良好自復(fù)位特性，結(jié)構(gòu)殘余變形小、損傷小、損傷容易修復(fù)。
文檔編號E04B1/98GK102518229SQ20111040755
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月8日
發(fā)明者田相凱, 程少南, 閆維明, 陳適才 申請人:北京工業(yè)大學(xué)