一种装配式耗能减震装置

1.本实用新型属于建筑减震技术领域，具体涉及一种装配式耗能减震装置。


背景技术：

2.建筑抗震主要分为减震和隔震两方面，其中减震是利用结构耗能减震技术，通过在结构物中设置耗能装置，在主体结构未进入非弹性状态前首先进入耗能状态，使得输入结构体系的总能量得以耗散减少，从而有效的保护主体结构的完整性。
3.减震主要从采用高延性构件、提高结构阻尼、设置节点耗能装置等方面进行。摩擦耗能器是根据摩擦做功而耗散能量的原理设计的，目前已经有很多种类型，其具有很好的滞回特性，滞回环呈矩形，耗能能力强，工作性能稳定的特点，但其内部材料会在长时间的使用过程中产生冷粘结和冷凝固，抽检后的器材也不能继续使用，有较高的维护费用；粘滞阻尼器主要是在桥梁方面得到了广泛的应用，但是其加工制作较难，价格较高，其性能尤其是粘滞阻尼器的速度指数和阻尼系数的变化规律及控制方法还有待进一步研究和讨论，且粘滞液体阻尼器还容易发生渗漏现象，在小震时其耗能效果不明显；粘弹性阻尼器是利用一系列高分子聚合物材料制成的粘弹性材料替代橡胶制成的仿叠层橡胶产品，不仅具有抵抗剪切变形的能力还具有一定的支撑能力，但受温度影响较大，温度升高时，其耗能能力明显减弱。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的是提供一种装配式耗能减震装置，解决现有的耗能装置减隔震效果不理想、生产复杂、造价昂贵等问题。
5.为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案予以实现：
6.一种装配式耗能减震装置，包括外钢管柱、内钢管柱、加劲肋、上端板、下端板和连接杆；所述上端板和下端板分别连接在外钢管柱的两端，所述内钢管柱设置在外钢管柱内，且内钢管柱两端也分别与上端板和下端板连接，所述内钢管柱和外钢管柱之间设置有环形间隙；所述加劲肋连接在内钢管柱的外壁上；所述外钢管柱的强度低于内钢管柱的强度；所述上端板和下端板上分别设置有用于连接所述连接杆的通孔。
7.可选的，所述内钢管柱包括方形钢管柱和设置在方形钢管柱内呈纵横交错分布的钢板，所述钢板与方形钢管柱的内壁连接，所述加劲肋连接在方形钢管柱的外壁上，且加劲肋的连接位置与内壁处的钢板的连接位置对应。
8.可选的，所述内钢管柱为圆形钢管柱，所述加劲肋围绕圆形钢管柱外壁圆周均匀设置。
9.优选的，所述外钢管柱由多片弧形钢板拼接而成。
10.优选的，所述通孔位于环形间隙对应的位置处；所述通孔沿周向设置有多个，多个通孔呈同心圆分布，且相邻同心圆上的通孔间隔设置。
11.优选的，所述外钢管柱的横截面为圆形。
12.可选的，所述连接杆包括连接螺杆和螺栓，连接螺杆一端预埋在桥墩以及桥墩承台中，连接螺杆另一端穿过所述通孔后通过螺栓固定。
13.优选的，所述外钢管柱的厚度与桥墩直径比为1:30～1:35；所述内钢管柱的厚度与桥墩直径比为1:30～1:35；所述加劲肋厚度与桥墩的直径比为1:30～1:35，加劲肋沿径向的长度与桥墩直径比为1:10～1:15；所述内钢管柱的外径与桥墩直径比为1:3～1:3.5；所述外钢管柱的外径与桥墩的直径比为1:1。
14.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
15.本实用新型的耗能减震装置布置于独柱式桥墩下部，正常使用工况下由内芯(内钢管柱2+加劲肋3)承担100％竖向承载力，外钢管柱承担少部分竖向承载力，当发生地震时，上部结构较大的惯性力通过独柱式桥墩传递给本实用新型装置，桥墩承担力臂的角色，使得本实用新型装置变为以内芯为轴的受弯构件，通过外钢管柱的拉压变形，起到消能耗能作用。另外，本实用新型装置造价低、震后可修复。
16.本实用新型的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
17.图1是本实用新型实施例记载的耗能减震装置整体结构示意图。
18.图2是图1的a
‑
a剖面示意图。
19.图3是图1的b
‑
b剖面示意图。
20.图4是实施例记载的耗能减震装置的滞回曲线。
21.图5是本实用新型实施例记载的外钢管柱拼接示意图。
22.图6是本实用新型另一实施例记载的外钢管柱拼接示意图。
23.图7是本实用新型实施例2记载的耗能减震装置的剖面图。
24.图中各标号表示为：
[0025]1‑
外钢管柱，2
‑
内钢管柱，3
‑
加劲肋，4
‑
上端板，5
‑
下端板，6
‑
连接杆，7
‑
环形间隙，8
‑
通孔，9
‑
桥墩，10
‑
桥墩承台；
[0026]
201
‑
方形钢管柱，202
‑
钢板，203
‑
圆形钢管柱；
[0027]
601
‑
螺栓。
[0028]
以下结合附图和具体实施方式对本实用新型的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
[0029]
以下给出本实用新型的具体实施例，需要说明的是本实用新型并不局限于以下具体实施例，凡在本技术技术方案基础上做的等同变换均落入本实用新型的保护范围。
[0030]
在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、水平、竖直、底、顶”通常是指以相应附图的图面为基准定义的，“内、外”是指相应部件轮廓的内和外。
[0031]
本实用新型具体实施例中公开了一种装配式耗能减震装置，如图1所示该装置包括外钢管柱1、内钢管柱2、加劲肋3、上端板4、下端板5和连接杆6；上端板4和下端板5分别连接在外钢管柱1的两端，内钢管柱2设置在外钢管柱1内，且内钢管柱2两端也分别与上端板4和下端板5连接，内钢管柱2和外钢管柱1之间设置有环形间隙7；加劲肋3连接在内钢管柱2的外壁上；上端板4和下端板5上分别设置有用于连接所述连接杆6的通孔8。其中，外钢管柱
1为低强度钢材，内钢管柱2为高强度钢材，本实施例中外钢管柱1优选q235钢材，内钢管柱2优选q345钢材。
[0032]
本实用新型装置在使用时，连接杆6另一端与桥墩9以及桥墩承台10连接，本实用新型的耗能减震装置设置在桥墩9与桥墩承台10之间。
[0033]
本实用新型的耗能减震装置通过不同强度钢材的组合，在大震发生时外层钢管柱会进入非弹性阶段甚至屈曲破坏，内层钢管柱继续支撑主体结构的荷载，其外部结构损坏以后并不会对主体结构产生影响，但却消耗吸收了大部分地震能量，从而保证了主体结构免受地震的损坏。在正常使用阶段，上部桥墩的荷载由高强内钢管柱2和低强度外钢管柱1共同承担；在发生地震时外钢管柱1首先进入弹性阶段，在地震能量进一步增大时，构件达到屈服以后，进入屈曲阶段，直至本实用新型装置破坏。本实用新型的结构的耗能滞回曲线如图7所示。钢材在不发生断裂的情况，能够表现出饱满的纺锤形的滞回曲线，具有良好的耗能能力。
[0034]
如图3所示，本实施例的内钢管柱2包括方形钢管柱201和设置在方形钢管柱201内呈纵横交错分布的钢板202，其中方形钢管柱201是指横截面为方形的钢管柱。钢板202与方形钢管柱201的内壁连接具体通过焊接固定，各个钢板202交接处也通过焊接的方式连接；加劲肋3连接在方形钢管柱201的外壁上，且加劲肋3的连接位置与内壁处的钢板202的连接位置对应，优选的，钢板202的厚度与加劲肋3的厚度相同。本实施例的内钢管柱2整体横截面为“井”字形结构，方形钢管柱201的中心连接有至少一组交错连接的钢板202。“井”字形结构的内钢管柱能够承受较大的上部荷载，保证其受力均匀，多根钢柱分散受力，能够保证地震作用下结构的整体稳定，当其中一根钢材进入非弹性阶段，相邻钢柱可以继续承载，最大限度保证地震作用下结构的整体稳定，且此布置方式较为节省钢材。
[0035]
本实施例中内钢管柱2与上端板4、下端板5固定连接，具体为焊接，在工厂预制；外钢管柱1与上端板4、下端板5也焊接，但在现场进行焊接。
[0036]
为了方便安装，本实施例的外钢管柱1在现场进行安装，具体的，外钢管柱1由多片弧形钢板拼接而成。当桥墩直径在1m及以下时，采用两个半圆形钢板对接焊接形成外钢管柱，如图5所示；当桥墩9直径较大于1m时，采用三个弧形钢板焊接而成，如图6所示。
[0037]
在将内钢管柱2安装在桥墩9下方后，将两端的连接杆6穿过通孔8后紧固，使得连接杆6与上端板4、下端板5刚性连接，然后拼接外钢管柱1，外钢管柱1与上端板4、下端板5之间通过焊接方式固定。
[0038]
如图2所示，本实施例的连接杆6包括连接螺杆(图中未标出)和螺栓601，连接螺杆一端预埋在桥墩9以及桥墩承台10中，另一端穿过通孔8后通过螺栓601固定。
[0039]
如图3所示，本实施例的通孔8位于环形间隙7对应的位置处。通孔8沿周向设置有多个，优选的，多个通孔8呈同心圆分布，且相邻同心圆上的通孔8间隔设置，使得受力均匀。通孔8的这种布置方式孔距均匀，内外两层交错布置可使受力更均匀，可承受较大的轴向力和竖向压力，地震发生时可更好地保证两端板和内部钢柱的稳定性。
[0040]
作为本实用新型的另一可选方案，如图4所示，内钢管柱2为圆形钢管柱203即钢管柱的横截面为圆形，加劲肋3围绕圆形钢管柱203外壁圆周均匀设置。
[0041]
作为本实用新型的上述实施例的优选方案，外钢管柱1的横截面为圆形，一方面圆形柱体制作工艺相对简单，节省材料；另一方面径向受力性能良好，较其他形状耐压强度更
高。
[0042]
作为本实用新型的上述实施例的优选方案，外钢管柱1的厚度与桥墩9直径比为1:30～1:35，内钢管柱2的厚度与桥墩9直径比为1:30～1:35，加劲肋3厚度与桥墩9的直径比为1:30～1:35，加劲肋3沿径向的长度与桥墩9直径比为1:10～1:15，内钢管柱2的外径与桥墩9直径比为1:3～1:3.5，外钢管柱1的外径与桥墩9的直径比为1:1。具体的，对于直径1000mm的桥墩，本实用新型的装置的设计尺寸为：外钢管和内钢管壁厚均为28～33mm，加劲肋厚度为28～33mm，加劲肋厚度与钢管壁厚相同，加劲肋沿径向长度为70～100mm，内钢管外径为285～335mm，外钢管柱外径为1000mm，外钢管与内钢管或外钢管与井字形部件之间的环形空隙间距范围为665～715mm。
[0043]
经模拟得出，不同尺寸大小的本实用新型的耗能减震装置的m
y
/m
max
比值均在0.7以上，说明本实用新型的耗能减震装置具有良好的承载能力。
[0044]
本实用新型的耗能减震装置布置于独柱式桥墩下部，正常使用工况下由内芯(内钢管柱2+加劲肋3)承担100％竖向承载力，外钢管柱1承担20％竖向承载力，当发生地震时，上部结构较大的惯性力通过独柱式桥墩传递给本实用新型装置，桥墩承担力臂的角色，使得本实用新型装置变为以内芯为轴的受弯构件，通过外钢管柱1的拉压变形，起到消能耗能作用。
[0045]
而且，本实用新型装置主要有内芯、外钢管柱和两端端板构成，造价低，在外部的外钢管柱1损坏时可更换。
[0046]
在以上的描述中，除非另有明确的规定和限定，其中的“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是拆卸连接或成一体；可以是直接连接，也可以是间接连接等等。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术方案中的具体含义。
[0047]
在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，只要其不违背本实用新型的思想，同样应当视其为本实用新型所公开的内容。