一种具有双向摩擦耗能节点的底层摇摆型连接结构

本发明属于建筑和桥梁结构减隔震，尤其涉及一种具有双向摩擦耗能节点的底层摇摆型连接结构。

背景技术：

1、近些年自然灾害频繁发生，传统抗震设计思想中基于强度和延性设计的结构震后不仅残余变形较大，而且损伤较为严重，即使房屋不发生倒塌，也会难以修复，从而造成经济成本的增加，因此研究应用减隔震技术，对于提高结构韧性具有很重要的意义。

2、目前，既有研究中摇摆结构具有良好的滞回性能，而且摇摆体系中主体结构内力小，延性高，自复位性能良好，震后残余变形小，同时也可以通过添加消能减震装置耗能，减少结构的损伤变形，并且可以将损伤集中在消能减震装置处，通过快速更换损伤部件，满足“可快速恢复功能城市”的要求。

3、但既有研究中基底摇摆结构受高阶模态效应影响较大，无法适用于高层建筑，多重摇摆结构节点制作复杂，安装要求高、成本高，而且以预应力筋、摩擦支撑为主的耗能装置突出主体结构之外，安装复杂且不美观。因此，如何提出一种既能降低结构内力、减少结构损伤、保证结构韧性，又能综合实际工程降低施工难度、减少施工成本的摇摆结构体系是本领域技术人员亟待解决的难题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种具有双向摩擦耗能节点的底层摇摆型连接结构，用于结构底层的摇摆柱与顶部的框架梁和底部的底梁之间形成的四处连接节点，其特征在于，用于该四处连接节点的底层摇摆型连接机构的结构设置相同，包括设于框架梁与摇摆柱连接处底部和底梁与摇摆柱连接处顶部的连接底板、设于连接底板上表面，且分别于位于摇摆柱翼缘两侧和腹板任意一侧的连接竖板、设于连接竖板的相对两侧，具体为设于连接竖板背侧的第二摩擦材料层和设于连接竖板前侧的第一摩擦材料层、设于第一摩擦材料层前侧的盖板；

2、摇摆柱通过高强度螺栓依次连接盖板、第一摩擦材料层、连接竖板、第二摩擦材料层和摇摆柱翼缘两侧的翼缘；

3、摇摆柱通过高强度螺栓依次连接盖板、第一摩擦材料层、连接竖板、第二摩擦材料层和摇摆柱腹板；

4、位于摇摆柱翼缘两侧，连接底板上表面还设有与连接竖板前侧侧面相连接的靴梁板。

5、进一步地，框架梁和底梁的腹板表面设有与其两侧翼缘相连接的加劲肋，该加劲肋与该连接节点的摇摆柱的两侧翼缘同竖直方向设置。

6、进一步地，通过高强度螺栓分别依次连接摇摆柱翼缘两侧的盖板、第一摩擦材料层、连接竖板、第二摩擦材料层和摇摆柱翼缘两侧翼缘、通过高强度螺栓依次连接摇摆柱腹板任意一侧的盖板、第一摩擦材料层、连接竖板、第二摩擦材料层和摇摆柱的腹板以及通过加劲肋连接框架梁、底梁的腹板及其两侧翼缘实现该连接节点具有双向摩擦耗能的功能。

7、进一步地，具有双向耗能的连接节点中，高强度螺栓依次穿过盖板、第一摩擦材料层、连接竖板、第二摩擦材料层和摇摆柱的腹板后，通过螺母进行固定，该连接节点通过调节高强度螺栓的预紧力调整摩擦阻尼，从而保证摇摆柱沿强轴方向发生摇摆。

8、进一步地，具有双向耗能的连接节点中，高强度螺栓依次穿过盖板、第一摩擦材料层、连接竖板、第二摩擦材料层和摇摆柱翼缘两侧翼缘后，通过螺母进行固定，该连接节点通过调节高强度螺栓的预紧力调整摩擦阻尼，从而保证摇摆柱沿弱轴方向发生摇摆。

9、进一步地，当发明摇摆响应时，底层摇摆型连接结构通过摩擦节点耗散地震能量，并通过其自重实现自复位，从而达到减小连接结构残余位移，降低连接结构整体变形的目的。

10、进一步地，连接底板通过普通螺栓与框架梁底部的两侧翼缘以及底梁顶部的两侧翼缘相固定。

11、进一步地，通过调节摩擦阻尼大小，使摇摆柱在风荷载下保持固接并在震动作用下柱脚发生抬起；

12、多个连接竖板皆于高强度螺栓连接处设有圆孔，圆孔的直径大于高强度螺栓的外径，从而保证摇摆柱脚发生抬起时连接结构进行滑动，并通过摩擦耗能。

13、进一步地，摩擦材料层为耐磨材料层，耐磨材料为高硬度钢、黄铜、陶瓷或复合材料。

14、进一步地，底层摇摆型连接结构的主体结构的材料为工程材料，具体为普通钢、高强钢、不锈钢、铝合金、玻璃、钢筋混凝土或复合材料。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：

16、1、本发明体系中，底层所有摇摆柱与底梁、二层框架梁均采用底层摇摆型连接节点进行连接，二层及以上构造采用传统框架，本发明连接节点结构简单，造型美观，且预制程度高，对施工要求低。

17、2、本发明提供的连接节点在风荷载下保持固接，小中大震下摇摆柱脚发生抬起。起摆弯矩由重力以及腹板处摩擦力构成，结构发生摇摆后，主体结构内力减小，结构呈现低损伤特性，最终节点滞回呈旗帜形。

18、3、本发明提供的连接节点通过放松底层梁柱约束增大底层层间位移，从而减小上部结构内力，使上部结构基本处于弹性或弹塑性范围内。地震作用下，该连接节点通过摇摆变形将损伤集中在摇摆界面处，通过重新拧紧螺栓可快速满足正常使用功能达到“可恢复功能城市”的要求，整个修复过程方便快捷、经济高效。

技术特征：

1.一种具有双向摩擦耗能节点的底层摇摆型连接结构，用于结构底层的摇摆柱与顶部的框架梁和底部的底梁之间形成的四处连接节点，其特征在于，用于该四处连接节点的所述底层摇摆型连接机构的结构设置相同，包括设于框架梁与摇摆柱连接处底部和底梁与摇摆柱连接处顶部的连接底板、设于所述连接底板上表面，且分别于位于摇摆柱翼缘两侧和腹板任意一侧的连接竖板、设于连接竖板的相对两侧，具体为设于连接竖板背侧的第二摩擦材料层和设于连接竖板前侧的第一摩擦材料层、设于所述第一摩擦材料层前侧的盖板；

2.根据权利要求1所述的具有双向摩擦耗能节点的底层摇摆型连接结构，其特征在于，所述框架梁和底梁的腹板表面设有与其两侧翼缘相连接的加劲肋，该加劲肋与该连接节点的摇摆柱的两侧翼缘同竖直方向设置。

3.根据权利要求2所述的具有双向摩擦耗能节点的底层摇摆型连接结构，其特征在于，通过高强度螺栓分别依次连接摇摆柱翼缘两侧的盖板、第一摩擦材料层、连接竖板、第二摩擦材料层和摇摆柱翼缘两侧翼缘、通过高强度螺栓依次连接摇摆柱腹板任意一侧的盖板、第一摩擦材料层、连接竖板、第二摩擦材料层和摇摆柱的腹板以及通过加劲肋连接框架梁、底梁的腹板及其两侧翼缘实现该连接节点具有双向摩擦耗能的功能。

4.根据权利要求3所述的具有双向摩擦耗能节点的底层摇摆型连接结构，其特征在于，具有双向耗能的连接节点中，高强度螺栓依次穿过盖板、第一摩擦材料层、连接竖板、第二摩擦材料层和摇摆柱的腹板后，通过螺母进行固定，该连接节点通过调节高强度螺栓的预紧力调整摩擦阻尼，从而保证摇摆柱沿强轴方向发生摇摆。

5.根据权利要求3所述的具有双向摩擦耗能节点的底层摇摆型连接结构，其特征在于，具有双向耗能的连接节点中，高强度螺栓依次穿过盖板、第一摩擦材料层、连接竖板、第二摩擦材料层和摇摆柱翼缘两侧翼缘后，通过螺母进行固定，该连接节点通过调节高强度螺栓的预紧力调整摩擦阻尼，从而保证摇摆柱沿弱轴方向发生摇摆。

6.根据权利要求1所述的具有双向摩擦耗能节点的底层摇摆型连接结构，其特征在于，当发生摇摆响应时，所述底层摇摆型连接结构通过摩擦节点耗散地震能量，并通过其自重实现自复位，从而达到减小连接结构残余位移，降低连接结构整体变形的目的。

7.根据权利要求1所述的具有双向摩擦耗能节点的底层摇摆型连接结构，其特征在于，所述连接底板通过普通螺栓与框架梁底部的两侧翼缘以及底梁顶部的两侧翼缘相固定。

8.根据权利要求1所述的具有双向摩擦耗能节点的底层摇摆型连接结构，其特征在于，通过调节摩擦阻尼大小，使摇摆柱在风荷载下保持固接并在震动作用下柱脚发生抬起；

9.根据权利要求1所述的具有双向摩擦耗能节点的底层摇摆型连接结构，其特征在于，所述摩擦材料层为耐磨材料层，耐磨材料为高硬度钢、黄铜、陶瓷或复合材料。

10.根据权利要求1所述的具有双向摩擦耗能节点的底层摇摆型连接结构，其特征在于，所述底层摇摆型连接结构的主体结构的材料为工程材料，具体为普通钢、高强钢、不锈钢、铝合金、玻璃、钢筋混凝土或复合材料。

技术总结
本发明提供一种具有双向摩擦耗能节点的底层摇摆型连接结构，属于建筑和桥梁结构减隔震技术领域，包括框架梁、底梁、框架柱、摇摆柱、连接底板、盖板、摩擦材料层、梁柱腹板处的连接竖板、高强度螺栓、普通螺栓、加劲肋、靴梁板、梁柱翼缘处的连接竖板、大圆孔，摇摆柱适用于结构底层，二层框架梁呈贯通状，摇摆柱上下两端通过连接底板、梁柱腹板处的连接竖板、梁柱翼缘处的连接竖板、摩擦材料层以及盖板构成的双向摩擦耗能节点与底梁、二层框架梁连接，建筑主体二层及其以上连接方式同传统固接。本发明通过放松底层梁柱节点约束，使结构在风载荷下保持固接，摇摆柱在小中大震下可以抬起，实现结构震后低损伤的特征。

技术研发人员：贾良玖,项平,罗旭亮
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17