本發(fā)明屬于建筑結構防震減震技術領域，特別涉及一種具有閾值屈曲卸載自復位功能的c型薄殼層間隔震裝置與體系。

背景技術：

可恢復功能結構是一種新型的減震控制結構，它不僅能在地震時保護人們的生命財產安全，也能幫助人們在大地震之后，盡快恢復正常生活，是結構抗震設計的一個理想的新方向。我國現(xiàn)階段的抗震思想是“小震不壞，中震可修，大震不倒”。但由于地震的不確定性和復雜性，結構有可能遭受比抗震設防烈度更大的地震作用，從而使結構構件嚴重損傷。另外，結構在遭受設防烈度的地震后雖然沒有倒塌，但有部分構件因破壞位置的特殊性以及破壞嚴重性使其難以加固修復，最后整個結構只能被推倒重建，造成巨大的浪費，也影響了人們的正常生活。

技術實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種具有閾值屈曲卸載自復位功能的c型薄殼層間隔震裝置與體系，裝置具有很大豎向承載力及剛度，可有效地支撐建筑物的重量，并且隔震支座水平方向可發(fā)生大變形彈性位移，配合阻尼系統(tǒng)及支撐防護系統(tǒng)，可有效地隔離地震能量，避免地震能量向上部結構傳輸，有效地減少建筑物的地震反應，使建筑物主體結構在強震作用下不損壞或倒塌，使得建筑結構在中震、大震的作用下達到抗震設防的預期目標，并且能夠在強震后快速恢復其正常使用功能，從而實現(xiàn)“大震可修”的設防目標。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是：

一種具有閾值屈曲卸載自復位功能的c型薄殼層間隔震裝置，包括：

上鋼板1；

下鋼板3，設置在鋼筋混凝土柱4的頂部；

以及

連接在上鋼板1和下鋼板3之間的c形開口圓柱殼2。

所述上鋼板1和下鋼板3大小、形狀均一致。

所述c形開口圓柱殼2有多個，呈多層均勻分布，每一層上的c形開口圓柱殼2位于同一個圓周上，且開口均朝向圓心位置。

所述上鋼板1和下鋼板3均為矩形，所述c形開口圓柱殼2有多個，各c形開口圓柱殼2的開口均朝向矩形的短邊均勻布置，每排c形開口圓柱殼2開口方向一致，且相鄰兩排開口方向相反。

所述c形開口圓柱殼2的殼厚為1-3mm，開口角度為30°-90°，曲率半徑為100-200mm，高為300-500mm。。

所述c形開口圓柱殼2采用過火后的高強度優(yōu)質彈簧鋼或高強優(yōu)質碳素結構鋼制成。

所述c形開口圓柱殼2高強度優(yōu)質彈簧鋼或高強優(yōu)質碳素結構鋼的具體過火工藝為：第一步構件進入660°的井式高溫爐中，隨后緩慢加熱到860°保持溫度，30分鐘后出爐空冷，待試件完全冷卻，進入200°的爐中進行回火1小時，然后出爐空冷，第二步再次進入860°爐中進行保溫，15分鐘后，沾油極冷，隨后放入460°爐中回火保溫半小時，最后出爐在空氣中冷卻。

所述c形開口圓柱殼2與上下鋼板通過高強螺栓連接固定，且其軸線垂直于上下鋼板。

所述鋼筋混凝土柱4采用矩形截面，與下鋼板3通過高強螺栓5連接固定。

本發(fā)明還提供了一種利用所述具有閾值屈曲卸載自復位功能的c型薄殼層間隔震裝置的結構體系，包括隔震層，隔震層包括上下框架，在上下框架之間設置一定數(shù)量的具有閾值屈曲卸載自復位功能的c型薄殼層間隔震裝置6、預制可替換混凝土框架第一防線支撐柱9、預制可替換混凝土框架第二防線支撐柱8以及耗能減震裝置7。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：

1.本發(fā)明具有可復位功能的隔震支座中的c形開口圓柱殼采用過火后的高強度優(yōu)質彈簧鋼或高強優(yōu)質碳素結構鋼制成，所用過火后的高強度優(yōu)質彈簧鋼或高強優(yōu)質碳素結構鋼具有優(yōu)良的綜合性能，如力學性能(特別是彈性極限、強度極限、屈強比)、抗彈減性能(即抗彈性減退性能，又稱抗松弛性能)、疲勞性能等。在規(guī)定的范圍之內，該種彈簧鋼彈性變形的能力使其承受一定的載荷，在載荷去除之后不出現(xiàn)永久變形，故這種材料制成的c形開口圓柱殼不僅自重輕，承載力高，能夠承擔上部建筑物的重量。

2.本發(fā)明具有可復位功能的隔震支座中的c形開口圓柱殼采用過火后的高強度優(yōu)質彈簧鋼或高強優(yōu)質碳素結構鋼制成，由于“卷尺效應”這種c形開口圓柱殼還具有很好的變形能力和自復位能力。和設置在結構中的耗能器、阻尼器配合，可形成結構有效耗能隔震層，能有效的發(fā)揮耗能層耗能減震的作用，以減少地震能量向上部結構的傳遞，保證了上部結構不會損壞。

3.在大震作用后，在設有可復位功能的隔震支座的隔震層，可通過千斤頂?shù)仍O備，利用c形開口圓柱殼的“卷尺效應”實現(xiàn)本層間結構的復位。另外，該構件的自復位功能能夠避免隔震裝置在震后產生塑性變形，從而使結構在地震后能恢復初始彈性狀態(tài)，恢復大部分承載力而繼續(xù)使用。

4.與同樣截面大小的矩形柱相比，具有更高的穩(wěn)定性和承載力。

5.本發(fā)明的具有可復位功能的隔震支座構造簡單，加工制作方便，造價較低，可在短時間內完成大規(guī)模生產。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1結構示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例1中c形開口圓柱殼分布平面圖。

圖3為本發(fā)明實施例2結構示意圖。

圖4為本發(fā)明實施例2中c形開口圓柱殼分布平面圖。

圖5為本發(fā)明配合阻尼系統(tǒng)及支撐防護系統(tǒng)運用于結構體系中的使用示意圖。

圖6為本發(fā)明運用于結構體系中的震后修復工作置示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例詳細說明本發(fā)明的實施方式。

實施例1

如圖1和圖2所示，本發(fā)明隔震裝置包括：上鋼板1，下鋼板3，c形開口圓柱殼2，其中上鋼板1與下鋼板3大小形狀完全相等，均采用矩形形式，下鋼板3通過高強螺栓5設置在鋼筋混凝土柱4的頂部。上鋼板1與下鋼板3上均設置螺栓孔，c形開口圓柱殼2有多個，朝向矩形的短邊均勻布置，每排c形開口圓柱殼開口方向一致，且相鄰兩排開口方向相反。c形開口圓柱殼2通過拼接件由高強螺栓分別與上鋼板1和下鋼板3連接固定，且其軸線垂直于上下鋼板。

本實施例中，c形開口圓柱殼2的殼厚為2mm，開口角度為30°，曲率半徑為150mm，高為400mm。

實施例2

如圖3和圖4所示，本發(fā)明隔震裝置包括：上鋼板1，下鋼板3，c形開口圓柱殼2，其中上鋼板1與下鋼板3大小相等，均采用矩形形式，下鋼板3通過高強螺栓5設置在鋼筋混凝土柱4的頂部。上鋼板1與下鋼板3上均設置螺栓孔。c形開口圓柱殼2呈多層均勻分布，每一層上的c形開口圓柱殼2位于一個圓周上，開口均朝向矩形中心位置。c形開口圓柱殼2通過拼接件由高強螺栓分別與上鋼板1和下鋼板3連接固定，且其軸線垂直于上下鋼板。

本實施例中，c形開口圓柱殼2的殼厚為3mm，開口角度為90°，曲率半徑為200mm，高為500mm。

本發(fā)明的具體調節(jié)方法如下：

本發(fā)明提出的結構形式在小震與中震作用下，預制可替換混凝土框架第一防線支撐柱9，與具有閾值屈曲卸載自復位功能的c型薄殼層間隔震裝置6一起承擔豎向與水平荷載，如圖5所示。該結構中，隔震層包括上下框架，在上下框架之間設置一定數(shù)量的具有閾值屈曲卸載自復位功能的c型薄殼層間隔震裝置6、預制可替換混凝土框架第一防線支撐柱9、預制可替換混凝土框架第二防線支撐柱8以及耗能減震裝置7。

在大震作用下，具有閾值屈曲卸載自復位功能的c型薄殼層間隔震裝置6可發(fā)生大變形彈性位移，一方面隔震層作為結構薄弱層，可吸收大部分地震能量，保證其他各層結構不破壞；另一方面，預制可替換混凝土框架第一防線支撐柱9被壓壞可耗散一部分地震能量，耗能減震裝置亦可耗散大部分地震能量，大震結束時，結構由預制可替換混凝土框架第二防線支撐柱8承擔豎向荷載。具有閾值屈曲卸載自復位功能的c型薄殼層間隔震裝置6由于“卷尺效應”在達到臨界荷載時會發(fā)生彈性屈曲，如圖6所示，預制可替換混凝土框架第一防線支撐柱9由于耗能損壞可替換、具有閾值屈曲卸載自復位功能的c型薄殼層間隔震裝置在液壓千斤頂?shù)膸椭峦耆謴透粽鹧b置承載功能、可替換混凝土框架第二防線支撐柱8作為大震后得支撐，如損傷嚴重，也可替換，耗能減震裝置7在大震后如損傷嚴重，也可替換。大震結束后，由液壓千斤頂與具有閾值屈曲卸載自復位功能的c型薄殼層間隔震裝置6一起進行隔震層復位，復位后，具有閾值屈曲卸載自復位功能的c型薄殼層間隔震裝置6可以恢復成原來的狀態(tài)，并恢復原有承載能力，可在短時間內獨立承受結構豎向荷載。因此，在大震結束后應及時替換掉已損壞的預制可替換混凝土框架第一防線柱9、第二防線支撐柱8以及耗能減震裝置7，結構恢復原狀，達到“大震亦可修”的預期目標。

本發(fā)明具有可復位功能的隔震支座中的c形開口圓柱殼2采用過火后的高強度優(yōu)質彈簧鋼或高強優(yōu)質碳素結構鋼制成，具體過火工藝為：第一步構件進入660°的井式高溫爐中，隨后緩慢加熱到860°保持溫度，30分鐘后出爐空冷，待試件完全冷卻，進入200°的爐中進行回火1小時，然后出爐空冷，第二步再次進入860°爐中進行保溫，15分鐘后，沾油極冷，隨后放入460°爐中回火保溫半小時，最后出爐在空氣中冷卻。其軸向承載力高，變形能力強和自復位能力好，當發(fā)生地震時，可有效發(fā)揮其減震作用，減少地震能量向上部結構的傳遞，保證了上部結構不會損壞。

本發(fā)明具有可復位功能的隔震支座中下部的鋼筋混凝土柱4與下鋼板3通過高強螺栓5連接固定，便于構件的安裝、拆卸和更換。

本發(fā)明具有可復位功能的隔震支座不僅自重輕，承載力高，而且由于具備“卷尺效應”還具有很好的變形能力和自復位能力，具有傳統(tǒng)結隔振支座無可比擬的良好受力性能，可使建筑物具備在強震后快速恢復其正常使用功能，實現(xiàn)建筑物“大震可修”的自復位目標。這種薄殼結構在屈曲荷載作用下發(fā)生大變形折疊后，不發(fā)生材料屈服，而僅發(fā)生彈性變形；在屈服荷載卸載后，結構能恢復原狀的變形性能，且恢復大部分承載力。

對于陣列形開口圓柱薄殼層間隔震裝置，受到朝向截面長邊方向的地震作用時，上部的c狀圓柱薄殼隔震支座可以發(fā)生較大的彈性變形，有效的消耗了地震能量，且震后可借助液壓千斤頂實現(xiàn)裝置的復位。

對于環(huán)形開口圓柱薄殼層間隔震裝置，可有效地對任意水平方向和扭轉地震反應進行有效地控制。

使用時，將具有可復位功能的隔震支座下鋼板3與下部結構連接，連接方式為螺栓連接，將具有可復位功能的隔震支座上鋼板1與上部結構連接，連接方式為螺栓連接。