本發(fā)明涉及一種多高層鋼框架結(jié)構(gòu)自復(fù)位耗能索支撐體系，屬于鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

鋼結(jié)構(gòu)具有材料強(qiáng)度高、工業(yè)化及產(chǎn)業(yè)化程度高、施工周期短、抗震性能好、鋼材可回收循環(huán)利用等諸多優(yōu)點(diǎn)，是有利于節(jié)能、節(jié)材、節(jié)水和節(jié)地的綠色建筑，而且推廣應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)是“藏鋼于民”的具有重要戰(zhàn)略意義的舉措。

鋼框架支撐結(jié)構(gòu)是適用于多高層鋼結(jié)構(gòu)的常用結(jié)構(gòu)形式之一。在水平地震作用下，支撐承擔(dān)大部分水平荷載，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移能力。傳統(tǒng)鋼支撐在拉壓往復(fù)荷載作用下易發(fā)生失穩(wěn)破壞而退出工作，影響結(jié)構(gòu)抗震性能。采用防屈曲支撐，雖能防止支撐發(fā)生失穩(wěn)破壞，但因防屈曲支撐無自復(fù)位功能，震后結(jié)構(gòu)殘余變形大，修復(fù)成本高，而有自復(fù)位功能的防屈曲支撐構(gòu)造復(fù)雜。采用預(yù)應(yīng)力索支撐，可利用高強(qiáng)索的彈性恢復(fù)力實(shí)現(xiàn)震后自復(fù)位，耗能發(fā)生在鋼框架主體結(jié)構(gòu)上，但主體結(jié)構(gòu)殘余變形不好處理，修復(fù)難度也很大。所以，如果在支撐本身不發(fā)生失穩(wěn)破壞而失效的前提下還能兼具耗能及自復(fù)位功能，即耗能和殘余變形主要發(fā)生在支撐上，而不是主體框架上，在震后只需替換支撐部件即可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)修復(fù)，這對結(jié)構(gòu)震后修復(fù)無疑是便捷的。

本發(fā)明提出的預(yù)應(yīng)力耗能索支撐，由耗能裝置與高強(qiáng)索有效組合而成。利用索支撐即能充當(dāng)支撐又能起自復(fù)位作用的特點(diǎn)，將耗能裝置附加在索支撐端部實(shí)現(xiàn)耗能。預(yù)應(yīng)力耗能索支撐由耗能段與鋼索段串聯(lián)而成，體系相對輕巧，耗能段采用摩擦耗能及材料耗能組合耗能技術(shù)，相比自復(fù)位防屈曲型支撐，結(jié)構(gòu)輕巧簡單，工作原理明確，修復(fù)成本降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種屬于鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域的多高層鋼框架結(jié)構(gòu)自復(fù)位耗能索支撐體系。其目的在于提高框架結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移能力同時(shí)，提供耗能和自復(fù)位功能，減小震災(zāi)并為震后結(jié)構(gòu)修復(fù)提供方便。該支撐體系在多遇地震作用下支撐各部件均處于彈性工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)主體結(jié)構(gòu)和支撐均不受損壞，可繼續(xù)正常使用的抗震設(shè)防目標(biāo)。在設(shè)防地震作用下，主要由耗能裝置的U型槽壁間的摩擦和 耗能鋼筋或耗能鋼棒的材料塑性變形來耗散能量，而主體結(jié)構(gòu)和高強(qiáng)索始終處于彈性工作狀態(tài)實(shí)現(xiàn)震后自復(fù)位。震后再替換支撐的耗能裝置，恢復(fù)整體結(jié)構(gòu)功能，實(shí)現(xiàn)經(jīng)一般性修復(fù)仍可繼續(xù)使用的抗震設(shè)防目標(biāo)。在罕遇地震作用下，除利用耗能裝置的U型槽壁間的摩擦和耗能鋼筋或耗能鋼棒的材料塑性變形來耗散能量之外，主體結(jié)構(gòu)次要部位發(fā)生塑性變形補(bǔ)充耗能，但支撐中的高強(qiáng)索始終處于彈性狀態(tài)，起到有效支撐作用，防止整體結(jié)構(gòu)發(fā)生倒塌，并在震后發(fā)揮自復(fù)位功能，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)自復(fù)位。在震后替換支撐的耗能裝置，就可實(shí)現(xiàn)支撐功能的修復(fù)，從而可以提高修復(fù)速度，降低修復(fù)成本。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種多高層鋼框架結(jié)構(gòu)自復(fù)位耗能索支撐體系，該自復(fù)位耗能支撐體系包括索支撐和支撐耗能器，索支撐與支撐耗能器串聯(lián)構(gòu)成自復(fù)位耗能支撐體系。

所述索支撐包括單根長索(1)和短索(2)；所述支撐耗能器包括大U型槽口(3)、小U型槽口(4)、兩側(cè)滑移高強(qiáng)螺栓群(5)、耗能鋼筋(6)、基座底板(7)、鋼筋和鋼索端頭的錨具(8)和基座錨固螺栓(9)。

所述大U型槽口(3)包括上側(cè)外板(10)、頂板(11)和下側(cè)外板(12)；小U型槽口(4)包括上側(cè)內(nèi)板(13)、底板(14)和下側(cè)內(nèi)板(15)。

大U型槽口(3)與小U型槽口(4)的凹面相對，頂板(11)與上側(cè)外板(10)和下側(cè)外板(12)的端部平齊，底板(14)相對于上側(cè)內(nèi)板(13)和下側(cè)內(nèi)板(15)的端部內(nèi)收一段距離，該距離用以保證底板(14)與基座底板(7)之間放置鋼筋和鋼索端頭的錨具(8)；上側(cè)外板(10)的底面與上側(cè)內(nèi)板(13)的頂面貼合在一起，大U型槽口的下側(cè)外板(12)的頂面和小U型槽口下側(cè)內(nèi)板(15)的底面貼合在一起；位于內(nèi)側(cè)的小U型槽口的上側(cè)內(nèi)板(13)和下側(cè)內(nèi)板(15)開有圓螺栓孔，位于外側(cè)的大U型槽口的上側(cè)外板(10)和下側(cè)外板(12)開有滑移螺栓孔；所述長索(1)的一端通過鋼筋和鋼索端頭的錨具(8)錨固于頂板(11)內(nèi)側(cè)面中心點(diǎn)處；短索(2)、耗能鋼筋(6)均安裝在頂板(11)和底板(14)之間，短索(2)與耗能鋼筋(6)相平行布置，短索(2)共有兩根且與耗能鋼筋(6)的截面為菱形面，兩根短索(2)分別為菱形面長對角線的頂點(diǎn)，耗能鋼筋(6)布置在菱形面的其它位置。

所述滑移螺栓群(5)布置方式為螺帽在內(nèi)側(cè)，螺母在外側(cè)，螺母與上側(cè)外 板(10)的頂面以及螺母和下側(cè)外板(12)的底面之間設(shè)置摩擦墊片。

所述基座錨固螺栓(9)分別布置在底板(14)的四角，基座錨固螺栓(9)的布置位置要滿足邊距和端距要求；基座錨固螺栓(9)的螺帽位于底板(14)的頂面，基座錨固螺栓(9)的螺母位于基座底板(7)的底面。

所述小U型槽口(4)為固定槽口，大U型槽口(3)為滑動槽口，二者的形式及位置能夠互換，當(dāng)大U型槽口(3)作為固定槽口時(shí)，大U型槽口(3)的底板形式為內(nèi)收結(jié)構(gòu)并為鋼筋和鋼索端頭的錨具(8)留足位置；螺栓滑移孔始終位于滑動槽口的側(cè)板上，圓螺栓孔始終位于固定槽口的側(cè)板上。

所述大U型槽口(3)的上側(cè)外板(10)、頂板(11)和下側(cè)外板(12)相互焊接組成槽口形狀，小U型槽口(4)的上側(cè)內(nèi)板(13)、底板(14)和下側(cè)內(nèi)板(15)相互焊接組成槽口形狀；大U型槽口(3)、小U型槽口(4)在大批量生產(chǎn)時(shí)采用軋制工藝直接成型，上側(cè)外板(10)和頂板(11)、下側(cè)外板(12)和頂板(11)、上側(cè)內(nèi)板(13)和底板(14)、下側(cè)內(nèi)板(13)和底板(14)的連接部位設(shè)計(jì)為圓弧狀，防止應(yīng)力集中。

所述耗能器(16)布置在框架四角，耗能器(16)通過基座底板(6)和三角鋼板(17)連接在主體結(jié)構(gòu)上，三角鋼板(17)的斜邊焊接于基座底板(6)底面中軸線上，二者互相垂直；三角鋼板(17)兩直角邊分別焊接于框架柱(18)和框架梁(19)上，梁柱節(jié)點(diǎn)處設(shè)置有加勁肋(20)；單根鋼索(1)和位于對角的兩個(gè)耗能器(16)串聯(lián)在一起，形成X型(交叉型)支撐體系。

為保證下側(cè)外板(12)的頂面和小U型槽口的下側(cè)內(nèi)板(15)的底面相貼合的摩擦面足夠的摩擦力，在下側(cè)外板(12)、下側(cè)內(nèi)板(15)相互接觸的表面做噴砂處理，或者在表面上設(shè)置摩擦銅片或其它可靠措施。

滑移螺栓孔的寬度與圓螺栓孔的直徑相等；耗能鋼筋按設(shè)計(jì)要求分為不同強(qiáng)度等級和粗細(xì)，工作時(shí)陸續(xù)進(jìn)入塑性工作狀態(tài)，受力機(jī)理明確，耗能鋼筋(6)亦可用耗能鋼棒替代；基座錨固螺栓(9)的布置個(gè)數(shù)根據(jù)承載力要求確定。

滑移螺栓群(5)布置形式為矩形并列布置，滑移螺栓群(5)的螺栓集中布置在上側(cè)外板(10)和下側(cè)外板(12)表面，保證滑移過程不產(chǎn)生偏心彎矩，螺栓的中距、邊距和端距均滿足結(jié)構(gòu)的安裝要求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體裝配圖。

圖2是本發(fā)明的整體機(jī)構(gòu)分解圖。

圖3是本發(fā)明的鋼筋及短索平面布置圖。

圖4是本發(fā)明的基座底板連接示意圖。

圖5是本發(fā)明的支撐整體布置圖。

圖6是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明：

如附圖1和附圖2所示，本發(fā)明的自復(fù)位耗能索支撐體系由各個(gè)部件裝配在一起，大量減少焊接工作。首先在各塊板材裁定后按照設(shè)計(jì)要求開設(shè)螺栓圓孔和滑移孔，孔的寬度略大于螺桿的直徑，但不宜過大，以免使螺栓預(yù)緊力降低過多，滑移孔的長度應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)側(cè)移量大小來確定。將大U型槽口的上側(cè)外板和下側(cè)外板分別焊接在頂板上下兩端，頂板與兩塊側(cè)板右端平齊，將小U型槽口的上側(cè)內(nèi)板和下側(cè)內(nèi)板分別焊接在底板上下兩端，底板相對于兩側(cè)板向左內(nèi)收一段距離以保證錨具錨固要求。大、小U型槽口安裝時(shí)，可在二者側(cè)板接觸面之間設(shè)置銅板摩擦片或其他摩擦材料，安裝完成后在上下側(cè)板上先安裝滑移螺栓，以起到定位作用，螺栓此時(shí)不施加預(yù)緊力，方便后期鋼筋和鋼索的安裝及錨固。

如附圖3所示，雙短索和鋼筋放置在大、小U型槽口之間，鋼筋兩端設(shè)置螺紋通過擰螺母錨固或其他方式錨固。安裝時(shí)先將鋼筋和鋼索左端用錨具錨固在小U型槽口底板左側(cè)面上，鋼筋右端暫不錨固，將帶有鋼筋和鋼索的大、小U型槽口安放在基座底板上，用錨固螺栓固定，錨固螺栓擰緊。將長索一端深入大U型槽口頂板內(nèi)，在頂板內(nèi)側(cè)將長索臨時(shí)錨固，長索處于松弛狀態(tài)。將大U型槽口移動至其滑移孔最左端與小U型槽口螺栓孔對齊并用高強(qiáng)螺栓擰緊，張拉短索施加微小預(yù)應(yīng)力并固定短索。擰松高強(qiáng)螺栓，將大U型槽口移動至其滑移孔最右端與小U型槽口螺栓孔對齊并將滑移高強(qiáng)螺栓擰緊至額定預(yù)緊力，短索處于松弛狀態(tài)。將多遇地震下參與受力的鋼筋右端與槽口頂板頂緊固定，設(shè)防地震及罕遇地震下再參與受力的鋼筋留出計(jì)算確定的長度富余量再固定。張拉長索 施加微小預(yù)應(yīng)力，使其處于張緊狀態(tài)。多遇地震下，部分鋼筋及長索共同工作起到彈性支撐作用。設(shè)防地震下，根據(jù)性能化設(shè)計(jì)要求，其余全部或部分鋼筋進(jìn)入工作狀態(tài)，隨支撐所受拉力的增加，鋼筋陸續(xù)受拉屈服進(jìn)入塑性狀態(tài)耗能，側(cè)板摩擦耗能，處于彈性狀態(tài)的鋼筋、短索及長索共同工作起支撐作用，短索與長索起震后自復(fù)位作用。罕遇地震下，全部鋼筋受拉屈服進(jìn)入塑性狀態(tài)，短索與長索仍處于彈性狀態(tài)，保證起到結(jié)構(gòu)震后自復(fù)位作用。

鋼筋或鋼棒根據(jù)設(shè)計(jì)需要，確定不同強(qiáng)度等級及粗細(xì)，在受拉過程中會先后屈服進(jìn)入塑性而耗能。

如附圖4和附圖5所示，為取得更好的耗能和自復(fù)位效果，耗能器應(yīng)在一榀框架的角部安置，基座底板可通過三角板拼接后焊接于框架結(jié)構(gòu)梁柱連接角部，耗能器通過錨固螺栓安裝在基座底板上，在耗能器經(jīng)地震或其他作用破損后可快速拆卸。用兩根X型布置的鋼索將處于對角的兩個(gè)耗能器連接在一起，在結(jié)構(gòu)受力變形過程中，兩組斜撐交替進(jìn)入工作狀態(tài)。由于鋼索只能受拉，因此本發(fā)明的自復(fù)位耗能索支撐主要是靠受拉來完成耗能，支撐體系在拉力去除后會通過鋼索的內(nèi)力將結(jié)構(gòu)拉回原位，從而實(shí)現(xiàn)自復(fù)位過程。在體系受拉力伸長過程中，耗能段采用側(cè)板摩擦、鋼筋或鋼棒受拉進(jìn)入塑性、大、小U型槽口的鋼板受力屈服進(jìn)入塑性等方式實(shí)現(xiàn)耗能。

為保證支撐體系各階段的耗能需求，耗能鋼筋或鋼棒應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)需要采用軟鋼和不同強(qiáng)度等級鋼材。大、小U型槽口應(yīng)采用高強(qiáng)度鋼材，從保證耗能器剛度的要求。鋼索應(yīng)采用低松弛高強(qiáng)度索材，錨具亦應(yīng)滿足強(qiáng)度和剛度的要求。側(cè)板摩擦面應(yīng)選用摩擦系數(shù)較大的填充材料，或采用其他措施增加摩擦面?zhèn)€數(shù)。