一种自定心系统端部连接装置的制作方法

技术领域

本发明属于土木工程领域，涉及一种用于减小工程结构地震灾害的自定心系统端部连接装置。

背景技术：

地震给人类带来极其严重的灾难。传统的抗震设计采用的是延性设计方法，即在地震作用下，通过结构部分构件（例如耗能支撑）的提前屈服和破坏，但整体不至于丧失功能，依靠构件的塑性变形来耗散大部分的地震能量，从而达到保证主体结构安全的目的。但由于塑性变形的出现，导致结构在震后易于产生较大的残余变形，从而大幅提高了结构的修复难度和费用。

为控制结构的残余变形，可将由预拉杆、双重套管和端板组成的自定心系统引入结构中。地震时，自定心系统凭借施加在预拉杆中的预张力能有效克服耗能部件的塑性变形，从而显著减小结构的残余变形，使其达到自定心的效果。但传统自定心系统初始刚度很大，会导致地震时结构产生较大的基底剪力。此外受套管长度加工误差的影响，传统自定心系统的初始刚度难以确定，使得结构的基本周期无法精确估计，从而影响结构的设计。由于传统预拉杆材料极限弹性应变较小，在产生较大变形后会引起不可恢复的塑性应变，甚至发生预拉杆的断裂，从而导致预张力的损失，不但影响结构的自定心效果，还会形成薄弱层效应。

技术实现要素：

技术问题：本发明针对已有自定心系统初始刚度大，受套管长度加工误差的影响显著和发生较大变形时易出现预拉杆断裂的缺陷，提供一种既能减小自定心系统的初始刚度，降低套管长度加工误差影响，而且还能有效避免预拉杆断裂的自定心系统端部连接装置。

技术方案：本发明的自定心系统端部连接装置，包括两根平行放置的连接板、连接所述两根连接板无约束端的摩擦内板、连接在所述摩擦内板两侧的摩擦外板、位于所述两根连接板之间并将二者连为一体的夹层橡胶端板。夹层橡胶端板包括橡胶垫、设置在所述橡胶垫朝向摩擦内板一侧的端板、设置在所述橡胶垫另一侧的内垫板和两块外垫板，所述两块外垫板相对设置于内垫板的两侧，通过螺栓将所述端板、橡胶垫和内垫板相互固定，通过钢卡将所述端板、橡胶垫和外垫板相互固定。摩擦内板与摩擦外板的连接方式为：在所述摩擦内板上设置有槽孔，在摩擦外板上设有螺栓孔，将槽孔沿连接板的纵向布设，将螺栓穿过螺栓孔和槽孔使摩擦内板和摩擦外板连为一体。

进一步的，本发明端部连接装置中，夹层橡胶端板上设置有与两根连接板相匹配的缺口，两根连接板的无约束端穿过夹层橡胶端板的缺口。

本发明的自定心系统端部连接装置与自定心系统的连接方式为：两根连接板的约束端与自定心系统的外套管焊接、外垫板与自定心系统的外套管接触、内垫板与自定心系统的内套管接触、设置在内套管中的预拉杆在施加预应力后通过锚具锚固在端板上。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

（1）本技术方案能有效减小自定心系统的初始刚度。传统的自定心体系统初始刚度等于内、外套管和预拉杆的轴向刚度之和，为避免内、外套管发生整体或局部屈曲，套管通常具有很大的轴向刚度，导致自定心系统的初始刚度较大。而本技术方案采用了夹层橡胶端板，使得端板中的橡胶垫与内、外套管串联在一起。由于橡胶的弹性模量很低，从而能显著降低自定心系统的初始刚度，既能有效控制结构地震时的基底剪力，降低建造费用，又能降低结构地震时的最大楼层加速度，减小了建筑中的非结构构件和设备损伤程度。

（2）本技术方案能有效降低套管长度加工误差对自定心系统初始刚度的影响。在传统的自定心体系统中，由于套管长度加工误差的存在，在施加预张力后长度较短的套管两端无法与两侧端板同时接触，使得自定心系统的初始刚度与理论值相差较大，从而导致结构的基本周期难以确定，对结构的设计造成影响。而本技术方案采用了夹层橡胶端板，并且夹层橡胶端板分别通过外垫板和内垫板与外套管和内套管接触。由于橡胶的弹性模量较低，使得长度较短的套管也能与两侧端板同时接触，从而有效降低了套管长度加工误差对自定心系统初始刚度的影响。

（3）本技术方案能有效避免预拉杆的断裂。与传统的自定心系统端部连接相比，本技术方案由于带有摩擦保险装置，当自定心系统轴力达到其滑动摩擦力时，摩擦保险装置便启动，而自定心系统主体不再继续变形。因此在结构设计时，只需计算出预拉杆断裂时对应的自定心系统轴力限值，并取摩擦保险装置的滑动摩擦力小于该值，便能防止预拉杆的断裂，从而保证在控制结构残余变形的同时，避免由于预拉杆断裂引起的结构薄弱层效应。

（4）本技术方案能有效的控制自定心系统的最大轴力。由于传统自定心系统端部连接仅起到连接自定心系统与主体结构并传递内力的作用，而不能控制自定心系统轴力。在大震作用下，由于结构出现较大变形，而引起自定心系统轴力过大，会对相邻节点和构件产生不利影响，甚至引起结构的局部破坏。而本技术方案由于带有摩擦保险装置，当摩擦保险装置启动后，自定心系统的轴力便不再增加，从而避免相邻构件的破坏，有利于保证大震下结构的整体性。

附图说明

图1为本发明装置的正视图；

图2为本发明装置与自定心系统连接后的构造示意图；

图3为图2的A-A剖面图；

图4为图2的B-B剖面图；

图5为图2的C-C剖面图；

图6为摩擦内板的正视图；

图7为摩擦内板的侧视图；

图8为摩擦外板的正视图；

图9为摩擦外板的侧视图；

图10为夹层橡胶端板正视图；

图11为夹层橡胶端板后视图；

图12为夹层橡胶端板侧视图；

图13为橡胶垫正视图；

图14为橡胶垫侧视图；

图15为连接板正视图；

图16为连接板侧视图；

图17为本发明的原位示意图；

图18为本发明装置受拉的工作示意图；

图19为本发明装置受压的工作示意图。

图中有：连接板1、摩擦内板2、槽孔21、摩擦外板3、螺栓孔31、夹层橡胶端板4、端板41、橡胶垫42、内垫板43、外垫板44、钢卡45、缺口46、自定心系统外套管5、自定心系统内套管6、预拉杆7、锚具8。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的技术方案进行详细的说明。

如图1~图5和图10~图16所示，本发明的自定心系统端部连接装置，包括两根平行放置的连接板1，连接两根连接板1无约束端的摩擦内板2，连接在摩擦内板2两侧的摩擦外板3，位于两根连接板1之间并将二者连为一体的夹层橡胶端板4。夹层橡胶端板4包括橡胶垫42，设置在橡胶垫42朝向摩擦内板2一侧的端板41，设置在橡胶垫42另一侧的内垫板43和两块外垫板44，两块外垫板44相对设置于内垫板43的两侧，并保证两块外垫板44与内垫板43之间存在间隙，通过螺栓将端板41、橡胶垫42和内垫板43相互固定，通过钢卡45将端板41、橡胶垫42和外垫板44相互固定。夹层橡胶端板4上设置有与两根连接板1相匹配的缺口46，以保证连接板1的无约束端能穿过夹层橡胶端板4的缺口46，且连接板1能沿自定心系统的轴向与夹层橡胶端板4相对滑移。

如图1~图9所示，摩擦内板2与摩擦外板3的连接方式为：在摩擦内板2上设有槽孔21，在摩擦外板3上设有螺栓孔31，将槽孔21沿连接板1的纵向布设，将螺栓穿过螺栓孔31和槽孔21使摩擦内板2和摩擦外板3连为一体。螺栓可在槽孔21中滑动，拧紧螺丝后在摩擦内板2和摩擦外板3之间可以产生摩擦力，当外力大于摩擦内板2和摩擦外板3之间的最大静摩擦力后，摩擦内板2和摩擦外板3可沿着槽孔21相对滑移，形成摩擦保险装置。基于支撑自定心系统中预拉杆的极限弹性应力和截面面积，得到预拉杆断裂时自定心系统的轴向荷载，然后通过改变施加在螺栓上的扭矩使摩擦内板2和摩擦外板3之间的摩擦力小于该轴力，以避免由于内力过大而引起预拉杆的断裂。

如图2~图5所示，本发明的自定心系统端部连接装置与自定心系统的连接方式为：两根连接板1的约束端与自定心系统的外套管5焊接，外垫板44与自定心系统的外套管5接触，内垫板43与自定心系统的内套管6接触，设置在内套管6中的预拉杆7在施加预应力后通过锚具8锚固在端板41上。自定心系统另一端既可采用传统的自定心系统端部连接装置，也可采用本发明的自定心系统端部连接装置，但自定心系统另一端的连接板需与内套管6焊接，以保证随着结构的变形，自定心系统两端连接能分别带动外套管5和内套管6产生相互错动，使自定心系统启动，为结构提供刚度和自定心恢复力。

本发明的自定心系统端部连接装置的工作原理如图17~图19所示，当自定心系统未承受外荷载时（见图17），由于对预拉杆7施加了初始预张力，通过橡胶垫42的变形，可使存在套管长度加工误差的外套管5和内套管6都能与夹层橡胶端板4接触。当自定心系统受拉时（见图18），本发明的自定心系统端部连接装置会带动外套管5向右移动并顶推夹层橡胶端板4，而另一端的自定心系统端部连接装置会带动内套管6向左移动并与夹层橡胶端板4脱离，外垫板44在外套管5的顶推下会挤压其下部的橡胶垫42，而内套管6与内垫板43脱离后，内垫板43下部的橡胶垫42会松弛。当自定心系统受压时（见图19），本发明的自定心系统端部连接装置会带动外套管5向左移动并与夹层橡胶端板4脱离，而另一端的自定心系统端部连接装置会带动内套管6向右移动并顶推夹层橡胶端板4，内垫板43在内套管6的顶推下会挤压其下部的橡胶垫42，而外套管5与外垫板44脱离后，外垫板44下部的橡胶垫42会松弛。无论自定心系统受拉或受压，橡胶垫42均有局部受压和松弛，从而使得橡胶垫42的刚度能串联到自定心系统中。摩擦保险装置工作原理为：当地震作用下结构变形较小时，变形完全集中于自定心系统，而摩擦保险装置不启动；当地震作用下结构变形较大时，变形首先集中于自定心系统，当自定心系统轴力达到摩擦内板2和摩擦外板3之间的最大静摩擦力后，摩擦内板2和摩擦外板3便产生相对滑移，自定心系统轴力不再增加，变形集中于摩擦保险装置，一方面避免了预拉杆的断裂，另一方面控制了自定心系统的最大轴力，防止对相邻节点和构件产生不利的影响。

上述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。