装配式防屈曲多阶耗能自复位柱脚结构

1.本发明涉及建筑结构防震减灾技术领域，特别是涉及装配式防屈曲多阶耗能自复位柱脚结构。


背景技术：

2.作为可恢复功能结构实现的一种形式，自复位结构在摇摆耗能的基础上引入能够提供结构恢复力的复位部件，以此来减小甚至消除结构在震后的残余变形，进而使其快速恢复使用功能。在节点处引入自复位的概念是自复位结构最典型的形式之一，相比于研究比较成熟的自复位梁柱节点，近年来自复位柱脚节点的研究开始受到研究者的广泛关注。
3.公告号为cn112081305a的专利，公开了一种带摩擦式锚固装置的自复位方钢管混凝土柱脚节点的专利，该专利缺陷在于预应力筋裸露在外面，当在高强度地震作用下，预应力容易断裂，造成人员受伤，同时该装置基础部分需要与方钢管柱浇筑于一体，不易运输，不符合现阶段装配式发展的要求。因此亟需装配式防屈曲多阶耗能自复位柱脚结构来解决。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供装配式防屈曲多阶耗能自复位柱脚结构，以解决上述问题。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：装配式防屈曲多阶耗能自复位柱脚结构，包括：防屈曲多阶段耗能装置；竖直设置的钢管混凝土柱组件，外侧设置有所述防屈曲多阶段耗能装置，所述防屈曲多阶段耗能装置位于所述钢管混凝土柱组件的底端；支撑组件，固定在地面上，所述支撑组件的顶面设置有所述钢管混凝土柱组件，所述支撑组件的顶面与所述防屈曲多阶段耗能装置连接；无黏结预应力筋，用于连接所述钢管混凝土柱组件与所述支撑组件，所述无黏结预应力筋位于所述钢管混凝土柱组件内。
6.优选的，所述防屈曲多阶段耗能装置包括若干安装套，若干所述安装套分别位于所述钢管混凝土柱组件的两侧且对称设置，所述安装套内设置有核心板件，所述核心板件的顶端穿出所述安装套且连接在所述钢管混凝土柱组件的外侧，所述核心板件的底端穿出所述安装套且与所述支撑组件的顶面连接。
7.优选的，所述安装套包括对称设置的第一约束板和第二约束板，所述第一约束板与所述第二约束板固接，所述第一约束板与所述第二约束板之间开设有空腔，所述核心板件位于所述空腔内，所述核心板件与所述空腔的外侧壁之间留有第一间隙。
8.优选的，所述核心板件包括耗能内芯，所述耗能内芯位于所述空腔内，所述耗能内芯的形状与所述空腔的形状相适配，所述耗能内芯的外缘与所述空腔的外侧壁之间留有所述第一间隙，所述耗能内芯的两端均伸出所述空腔且固接有连接板件，所述耗能内芯通过
两个所述连接板件与所述钢管混凝土柱组件以及所述支撑组件连接。
9.优选的，所述连接板件上开设有若干第一椭圆孔，若干所述第一椭圆孔阵列设置，所述连接板件相对的两侧均通过螺栓固定安装有外连接板，两个所述外连接板均固接在所述钢管混凝土柱组件的外侧，所述外连接板上开设有若干第二椭圆孔，与同一所述连接板件固定连接的两个所述外连接板上的所述第二椭圆孔均与所述连接板件的所述第一椭圆孔一一对应设置，所述螺栓的直径小于所述第一椭圆孔以及所述第二椭圆孔的短直径，相连的所述外连接板与所述连接板件之间设置有摩擦组件。
10.优选的，所述摩擦组件包括nao摩擦片，所述nao摩擦片固接在安装槽内，所述安装槽开设在所述外连接板靠近所述连接板件的一侧，所述nao摩擦片伸出所述安装槽且与所述连接板件摩擦接触，所述nao摩擦片开设有若干第三椭圆孔，所述第三椭圆孔与所述第二椭圆孔一一对应设置。
11.优选的，所述钢管混凝土柱组件包括外钢管，所述外钢管内同轴设置有内钢管，所述外钢管的顶端固接有柱顶封板，所述外钢管的底端固接有柱底封板，所述柱底封板与所述支撑组件抵接，所述内钢管与所述柱底封板固接，所述内钢管与所述柱顶封板之间留有距离，所述内钢管与所述外钢管之间留有间隙，所述间隙内灌注有混凝土；与同一所述耗能内芯两端的两个所述连接板件连接的四个所述外连接板分别固接在所述外钢管的外侧壁上以及所述支撑组件的顶面上。
12.优选的，所述无黏结预应力筋同轴穿设在所述内钢管内且与所述内钢管的内侧壁无接触，所述无黏结预应力筋的顶端通过锚具与所述柱顶封板固接，所述无黏结预应力筋的底端穿出所述柱底封板且与所述支撑组件固接。
13.优选的，所述支撑组件相对的两侧设置有填充腔，两个所述填充腔之间留有中间腔，所述填充腔内填充有混凝土，所述柱底封板位于所述中间腔的正上方。
14.本发明具有如下技术效果：本发明中，钢管混凝土柱组件竖直设置在支撑组件的顶面上，钢管混凝土柱组件与支撑组件之间设置有防屈曲多阶段耗能装置以及无黏结预应力筋，防屈曲多阶段耗能装置位于钢管混凝土柱组件的外侧且与钢管混凝土柱组件以及支撑组件固接，在小震作用下，防屈曲多阶段耗能装置与钢管混凝土柱组件、支撑组件因接触面产生相对位移，利用接触面之间摩擦来实现节点耗能；在中、大震的作用下，防屈曲多阶段耗能装置屈服耗能；无黏结预应力筋设置在钢管混凝土柱组件内部，避免了无黏结预应力筋裸露在外面，在高强度地震作用下，无黏结预应力筋容易断裂，造成人员受伤，同时保证了钢管混凝土柱的柱脚在地震作用下可以发生转动，地震作用下承担部分弯矩作用；本发明中的各部件均在工厂制作完成，运输到现场后按顺序拼装，无需到现场进行焊接工作，安装步骤简单明确，对施工人员的要求不高，全部结构构件在受损够均可快速拆卸并重新安装修复，能够践行自复位结构可修复的发展理念。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获
得其他的附图。
16.图1为本发明的整体示意图；图2为本发明中钢管混凝土柱组件的示意图；图3为本发明的结构示意图；图4为本发明中外钢管的内部结构示意图；图5为本发明中防屈曲多阶段耗能装置的示意图；图6为本发明中防屈曲多阶段耗能装置的结构示意图；图7为本发明中支撑组件的示意图；图8为本发明中支撑组件的结构示意图；图9为本发明中外连接板的示意图；其中，1、外钢管；2、外连接板；3、内加劲肋；4、内钢管；5、柱底封板；6、柱顶封板；7、支撑组件；8、防屈曲多阶段耗能装置；8-1、安装套；8-2、核心板件；8-1-1、第一约束板；8-1-2、第二约束板；8-2-1、连接板件；8-2-2、耗能内芯；10、锚具；11、无黏结预应力筋；12、nao摩擦片。
具体实施方式
17.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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
18.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
19.参照图1-图9，本发明提供装配式防屈曲多阶耗能自复位柱脚结构，包括：防屈曲多阶段耗能装置8；竖直设置的钢管混凝土柱组件，外侧设置有防屈曲多阶段耗能装置8，防屈曲多阶段耗能装置8位于钢管混凝土柱组件的底端；支撑组件7，固定在地面上，支撑组件7的顶面设置有钢管混凝土柱组件，支撑组件7的顶面与防屈曲多阶段耗能装置8连接；无黏结预应力筋11，用于连接钢管混凝土柱组件与支撑组件7，无黏结预应力筋11位于钢管混凝土柱组件内。
20.本发明中，钢管混凝土柱组件竖直设置在支撑组件7的顶面上，钢管混凝土柱组件与支撑组件7之间设置有防屈曲多阶段耗能装置8以及无黏结预应力筋11，防屈曲多阶段耗能装置8位于钢管混凝土柱组件的外侧且与钢管混凝土柱组件以及支撑组件7固接，在小震作用下，防屈曲多阶段耗能装置8与钢管混凝土柱组件、支撑组件因接触面产生相对位移，利用接触面之间摩擦来实现节点耗能；在中、大震的作用下，防屈曲多阶段耗能装置8屈服耗能；无黏结预应力筋11设置在钢管混凝土柱组件内部，避免了无黏结预应力筋11裸露在外面，在高强度地震作用下，无黏结预应力筋11容易断裂，造成人员受伤，同时保证了钢管混凝土柱的柱脚在地震作用下可以发生转动，地震作用下承担部分弯矩作用。
21.进一步优化方案，防屈曲多阶段耗能装置8包括若干安装套8-1，若干安装套8-1分别位于钢管混凝土柱组件的两侧且对称设置，安装套8-1内设置有核心板件8-2，核心板件8-2的顶端穿出安装套8-1且连接在钢管混凝土柱组件的外侧，核心板件8-2的底端穿出安装套8-1且与支撑组件7的顶面连接。
22.核心板件8-2的底端穿出安装套8-1且与支撑组件7的顶面连接，核心板件8-2的顶端穿出安装套8-1且连接在钢管混凝土柱组件的外侧，当核心板件8-2在钢管混凝土柱组件的作用下发生屈服变形时，安装套8-1约束限制核心板件8-2，避免核心板件8-2发生侧向变形，使核心板件8-2具有屈服耗能但不屈曲的效果，从而实现自适应减震耗能的目的。
23.进一步优化方案，安装套8-1包括对称设置的第一约束板8-1-1和第二约束板8-1-2，第一约束板8-1-1与第二约束板8-1-2固接，第一约束板8-1-1与第二约束板8-1-2之间开设有空腔，核心板件8-2位于空腔内，核心板件8-2与空腔的外侧壁之间留有第一间隙。
24.安装套8-1由第一约束板8-1-1以及第二约束板8-1-2对接拼合组成，方便核心板件8-2的安装。第一约束板8-1-1以及第二约束板8-1-2的材质优选为玻璃纤维增强复合塑料（gfrp）。
25.进一步优化方案，核心板件8-2包括耗能内芯8-2-2，耗能内芯8-2-2位于空腔内，耗能内芯8-2-2的形状与空腔的形状相适配，耗能内芯8-2-2的外缘与空腔的外侧壁之间留有第一间隙，耗能内芯8-2-2的两端均伸出空腔且固接有连接板件8-2-1，耗能内芯8-2-2通过两个连接板件8-2-1与钢管混凝土柱组件以及支撑组件7连接。
26.参照图6，耗能内芯8-2-2上开设有若干溃缩孔，当遇见地震时，有利于耗能内芯8-2-2发生形变，吸收能量。
27.进一步优化方案，连接板件8-2-1上开设有若干第一椭圆孔，若干第一椭圆孔阵列设置，连接板件8-2-1相对的两侧均通过螺栓固定安装有外连接板2，两个外连接板2均固接在钢管混凝土柱组件的外侧，外连接板2上开设有若干第二椭圆孔，与同一连接板件8-2-1固定连接的两个外连接板2上的第二椭圆孔均与连接板件8-2-1的第一椭圆孔一一对应设置，螺栓的直径小于第一椭圆孔以及第二椭圆孔的短直径，相连的外连接板2与连接板件8-2-1之间设置有摩擦组件。
28.连接板件8-2-1与外连接板2之间通过螺栓连接，螺栓的直径小于第一椭圆孔以及第二椭圆孔的短直径，且相连的外连接板2与连接板件8-2-1之间设置有摩擦组件，如此设置，当发生地震时，连接板件8-2-1与外连接板2之间产生相对位移，此时摩擦组件与连接板件8-2-1之间产生摩擦，从而达到耗能的目的。
29.进一步优化方案，摩擦组件包括nao摩擦片12，nao摩擦片12固接在安装槽内，安装槽开设在外连接板2靠近连接板件8-2-1的一侧，nao摩擦片12伸出安装槽且与连接板件8-2-1摩擦接触，nao摩擦片12开设有若干第三椭圆孔，第三椭圆孔与第二椭圆孔一一对应设置。通过nao摩擦片12与连接板件8-2-1摩擦从而起到耗能作用。
30.进一步优化方案，钢管混凝土柱组件包括外钢管1，外钢管1内同轴设置有内钢管4，外钢管1的顶端固接有柱顶封板6，外钢管1的底端固接有柱底封板5，柱底封板5与支撑组件7抵接，内钢管4与柱底封板5固接，内钢管4与柱顶封板6之间留有距离，内钢管4与外钢管1之间留有间隙，间隙内灌注有混凝土；与同一耗能内芯8-2-2两端的两个连接板件8-2-1连接的四个外连接板2分别固接
在外钢管1的外侧壁上以及支撑组件7的顶面上。
31.外钢管1的外侧壁上固接有四组第一外连接板组，四组第一外连接板组分别位于外钢管1相对的两侧且对称设置，每组第一外连接板组包括两外连接板2，耗能内芯8-2-2顶端的连接板件8-2-1位于同一第一外连接板组的两外连接板2之间；支撑组件7的顶面上固接有四个第二外连接板组，四个第二外连接板组与四个第一外连接板组一一对应设置，每组第二外连接板组包括两外连接板2，耗能内芯8-2-2底端的连接板件8-2-1位于同一第二外连接板组的两外连接板2之间。
32.参照图4，外钢管1的内侧壁上固接有若干内加劲肋3，若干内加劲肋3分别位于外钢管1相对的两内侧壁上，所述内加劲肋3与外连接板2对应设置，能够更好的传递外连接板2的力到外钢管1，并避免外钢管1与外连接板2的连接处由于受力过大出现撕裂现象。
33.进一步优化方案，无黏结预应力筋11同轴穿设在内钢管4内且与内钢管4的内侧壁无接触，无黏结预应力筋11的顶端通过锚具10与柱顶封板6固接，无黏结预应力筋11的底端穿出柱底封板5且与支撑组件7固接。
34.无黏结预应力筋11与内钢管4的内侧壁无接触，无黏结预应力筋11与内钢管4顶端的混凝土无接触，无黏结预应力筋11的顶端通过锚具10与柱顶封板6固接，底端穿过柱底封板5与支撑组件7固接。
35.进一步优化方案，支撑组件7相对的两侧设置有填充腔，两个填充腔之间留有中间腔，填充腔内填充有混凝土，柱底封板5位于中间腔的正上方。支撑组件7主要由钢构件组成，仅在填充腔内填充混凝土，避免无黏结预应力筋11拉锚固端直接接触混凝土，防止支撑组件7与柱底封板5的接触面处因相对转动过大产生混凝土压碎剥落现象，破坏结构的整体性，同时起到与钢管混凝土柱组件连接作用，可直接在预制厂制作，避免现场浇筑混凝土基础。
36.本装置的工作原理：在地震作用下，支撑组件7保持固定不动，钢管混凝土柱组件产生适度摇摆，带动外连接板2转动，由于螺栓与外连接板2、防屈曲多阶段耗能装置8上的第一椭圆孔、第二椭圆孔以及nao摩擦片12上的第三椭圆孔之间留有间隙，因此外连接板2和连接板件8-2-1的平面在地震作用下可相互错开，防屈曲多阶段耗能装置8内的连接板件8-2-1与nao摩擦片12相互摩擦；当摆动幅度超过防屈曲多阶段耗能装置8处的连接板件8-2-1与钢管混凝土柱组件上外连接板2的转动限制时，（即螺栓处于限制两个平面转动位置），在外力作用下，防屈曲多阶段耗能装置8处的连接板件8-2-1发生位移，此时支撑组件7上的外连接板2中的nao摩擦片12与防屈曲多阶段耗能装置8另一端的连接板件8-2-1开始相互摩擦，将建筑物的振动能量转化成热能，当地震作用逐渐增大，其运动幅度大于耗能内芯8-2-2的限位时，此时耗能内芯8-2-2开始屈服，耗散能量，同时耗能内芯8-2-2将会发生横向位移，而玻璃纤维增强复合塑料（gfrp）制成的安装套8-1可约束限制耗能内芯8-2-2的侧向变形，使耗能内芯8-2-2具有屈服耗能但不屈曲的效果，从而实现自适应分阶减震耗能的目的，同时无黏结预应力筋11，具有自复位能力，在预应力的作用下，能够减少结构的残余变形，使预制的钢管混凝土柱组件在震后恢复至原来的初始状态，无黏结预应力筋11也可根据实际需求进行震后的修复和更换。在多遇地震、设防地震、罕遇地震，甚至极罕遇地震作用下该柱脚都具有较好的减震效果。
37.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
38.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。