本技術(shù)涉及鋼結(jié)構(gòu)抗震領(lǐng)域，具體涉及一種震后可快速恢復(fù)的裝配式自復(fù)位鋼柱腳。

背景技術(shù)：

1、以往強(qiáng)烈地震發(fā)生時(shí)，大量的鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了脆性斷裂破壞現(xiàn)象，鋼結(jié)構(gòu)連接點(diǎn)未能發(fā)揮其預(yù)期的耗能能力和延性，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)造成巨大的損失，而想要震后重新建設(shè)城市功能，關(guān)鍵也在于震后建筑結(jié)構(gòu)的快速恢復(fù)及再利用。故研究高性能的可恢復(fù)結(jié)構(gòu)和自復(fù)位結(jié)構(gòu)，是推進(jìn)裝配式建筑發(fā)展的重要途徑。

2、與傳統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)在地震中通過構(gòu)件進(jìn)入塑性來耗散能量不同，自復(fù)位結(jié)構(gòu)可通過耗能組件耗散地震中的能量，保證結(jié)構(gòu)主體不受損傷或僅受輕微損傷，復(fù)位組件可減少結(jié)構(gòu)在地震后的殘余變形。在地震結(jié)束后，僅需通過更換耗能組件結(jié)構(gòu)便可使結(jié)構(gòu)能夠快速再次投入使用。自復(fù)位結(jié)構(gòu)因其良好的震后表現(xiàn)已成為近年來很有前景的一種抗震結(jié)構(gòu)體系。

3、鋼柱腳是鋼框架中十分重要的組成部分，其破壞易引起鋼結(jié)構(gòu)的整體倒塌，抗震規(guī)范中提出“強(qiáng)柱弱梁”、“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的要求，故提高柱腳節(jié)點(diǎn)的韌性是鋼框架抗震研究的重點(diǎn)之一。目前市面上已有一些自復(fù)位鋼柱腳的設(shè)計(jì)方案，但是大多研究都停留在減小柱腳的殘余變形上，缺少對(duì)震后可快速修復(fù)、更換部件的設(shè)計(jì)。

4、現(xiàn)有技術(shù)中的鋼柱腳有的通過給碟形彈簧施加預(yù)壓力使鋼柱具備自復(fù)位能力。強(qiáng)震時(shí)鋼柱發(fā)生搖擺減輕地震損傷，震后通過碟形彈簧實(shí)現(xiàn)自復(fù)位，雖然可減小鋼柱震后的殘余變形，但大量使用蝶形彈簧需要對(duì)柱腳施加較大的預(yù)應(yīng)力，對(duì)柱腳的承載能力不利。

5、另外的鋼柱腳由h型鋼柱、底座、摩擦耗能裝置、自復(fù)位裝置和高強(qiáng)螺栓組成，摩擦耗能裝置分布在h型鋼柱翼緣及腹板處。該種鋼柱腳雖然安裝方便，但是其預(yù)應(yīng)力筋安裝在柱中心，在搖擺過程中柱中轉(zhuǎn)動(dòng)很小，難發(fā)揮其自復(fù)位的功能，柱腳兩側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)較大的部分仍會(huì)出現(xiàn)明顯的塑性破壞。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本實(shí)用新型提供的一種震后可快速恢復(fù)的裝配式自復(fù)位鋼柱腳解決了現(xiàn)有技術(shù)中鋼柱大量使用蝶形彈簧對(duì)柱腳的承載能力不利和預(yù)應(yīng)力筋安裝在柱中心導(dǎo)致柱腳兩側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)較大的部分出現(xiàn)塑性破壞的問題。

2、為了達(dá)到上述實(shí)用新型目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為：一種震后可快速恢復(fù)的裝配式自復(fù)位鋼柱腳，包括基底和設(shè)置在基底上的型鋼柱，型鋼柱包括翼板和設(shè)置在翼板中間的腹板，型鋼柱的翼板端部設(shè)置懸挑板，懸挑板上設(shè)置阻尼器，阻尼器連接懸挑板和基底；腹板與基底接觸部分設(shè)置抗剪板，翼板與基底接觸部分設(shè)置異形角鋼，翼板遠(yuǎn)離異形角鋼的一面設(shè)置摩擦板，抗剪板和異形角鋼上設(shè)置可供螺栓插入的孔洞；

3、阻尼器包括柱體和設(shè)置在柱體端部的第一底座，柱體的內(nèi)部設(shè)置中空腔體，腔體內(nèi)靠近第一底座的一端設(shè)置彈簧，彈簧的下方設(shè)置第二底座，第二底座貫穿柱體，第二底座和柱體內(nèi)壁之間的空間設(shè)置形狀記憶合金。

4、本實(shí)用新型的有益效果為：本鋼柱腳采用能減震并提供恢復(fù)力的阻尼器、耗能的摩擦板和易損耗且可更換的異形角鋼，在地震作用下，可通過搖擺進(jìn)行耗能，依靠阻尼器提供的恢復(fù)力實(shí)現(xiàn)自復(fù)位，易損耗的部件均可快速更換，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的自復(fù)位能力和震后可快速恢復(fù)的功能。抗剪板可允許鋼柱左右搖擺耗能；阻尼器能提供足夠的恢復(fù)力減少鋼柱的殘余變形；異形角鋼和摩擦板的組合實(shí)現(xiàn)了鋼柱在搖擺過程中的摩擦耗能，塑性變形也只會(huì)先出現(xiàn)在異形角鋼上，不會(huì)對(duì)柱腳產(chǎn)生損傷。兩端的懸挑板放大了柱腳處轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的位移，能更好發(fā)揮阻尼器的作用。

5、進(jìn)一步地，上述震后可快速恢復(fù)的裝配式自復(fù)位鋼柱腳，第一底座和第二底座上設(shè)置固定插片，固定插片上設(shè)置凹槽，第一底座和第二底座與固定插片通過螺栓連接。

6、采用上述進(jìn)一步方案的有益效果為：將阻尼器安裝好后，將插片的凹槽插入第一底座和第二底座，用螺栓將插片固定，即可完成阻尼器的固定。

7、進(jìn)一步地，上述震后可快速恢復(fù)的裝配式自復(fù)位鋼柱腳，抗剪板包括底板和設(shè)置在底板上的兩個(gè)豎板，兩個(gè)豎板中間為可供腹板插入的空腔。

8、進(jìn)一步地，上述震后可快速恢復(fù)的裝配式自復(fù)位鋼柱腳，抗剪板的底板和基底通過高強(qiáng)螺栓連接。

9、進(jìn)一步地，上述震后可快速恢復(fù)的裝配式自復(fù)位鋼柱腳，孔洞直徑均比螺栓直徑大2mm，所述孔洞均為橢圓形。

10、采用上述進(jìn)一步方案的有益效果為：孔洞直徑均比螺栓直徑大2mm，保證震后維修時(shí)，能順利將螺栓拆卸下來。

11、進(jìn)一步地，上述震后可快速恢復(fù)的裝配式自復(fù)位鋼柱腳，異形角鋼的厚度為8mm-12mm。

12、采用上述進(jìn)一步方案的有益效果為：異形角鋼的厚度不宜過大或過小，在8mm-12mm之間可防止其過早發(fā)生塑性變形或者在鋼柱破壞后才發(fā)生塑性變形。

13、進(jìn)一步地，上述震后可快速恢復(fù)的裝配式自復(fù)位鋼柱腳，彈簧和形狀記憶合金的高度大于50mm。

14、采用上述進(jìn)一步方案的有益效果為：彈簧和形狀記憶合金的高度大于50mm，能在鋼柱搖擺過程中提供足夠的空間。

15、進(jìn)一步地，上述震后可快速恢復(fù)的裝配式自復(fù)位鋼柱腳，抗剪板的厚度小于腹板的厚度。

16、采用上述進(jìn)一步方案的有益效果為：抗剪板的厚度小于腹板的厚度，防止在地震過程中腹板提前出現(xiàn)塑性變形。

17、進(jìn)一步地，上述震后可快速恢復(fù)的裝配式自復(fù)位鋼柱腳，摩擦板為黃銅摩擦板。

18、采用上述進(jìn)一步方案的有益效果為：黃銅與鋼材摩擦系數(shù)較大，摩擦?xí)r能消耗更多能量，且材料成本低。

19、本實(shí)用新型的有益效果為：

20、(1)本鋼柱腳采用全裝配式，所有部件均可在工廠預(yù)制然后運(yùn)送到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼裝，安裝方便，工期短，能節(jié)省大量人工費(fèi)。部件的制作規(guī)范統(tǒng)一，成品的質(zhì)量有保障。施工過程中不會(huì)使用水泥砂漿，不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染；

21、(2)本鋼柱腳在型鋼柱的翼板端部設(shè)置懸挑板，并在懸挑板上設(shè)置阻尼器，可以在地震作用下起到緩沖耗能、防止柱腳產(chǎn)生塑性變形的作用，同時(shí)阻尼器提供的恢復(fù)力還能讓柱子實(shí)現(xiàn)自復(fù)位。懸挑板兩端放大了柱腳處轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的位移，能更好發(fā)揮阻尼器的作用；

22、(3)連接板和異形角鋼的開孔均為橢圓形，允許柱子在搖擺的過程中螺栓產(chǎn)生一定滑移，并在此過程中通過摩擦力耗能，再結(jié)合翼緣處摩擦板的設(shè)置，大大減少了地震對(duì)鋼柱的破壞；

23、(4)通過合理的部件設(shè)置，在罕遇地震下，塑性變形會(huì)首先出現(xiàn)在剛度相對(duì)小、相對(duì)易耗損的異形角鋼上，從而保護(hù)的鋼柱的主體結(jié)構(gòu)不會(huì)受到損傷，規(guī)避了鋼柱直接破壞而導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)傾覆的風(fēng)險(xiǎn)；

24、(5)易損耗的異形角鋼和阻尼器均可在震后快速更換，該功能實(shí)現(xiàn)了建筑結(jié)構(gòu)在震后的快速恢復(fù)并繼續(xù)投入使用。在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行維護(hù)檢修的過程中，也不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性產(chǎn)生影響。

技術(shù)特征：

1.一種震后可快速恢復(fù)的裝配式自復(fù)位鋼柱腳，其特征在于，包括基底(1)和設(shè)置在基底(1)上的型鋼柱(2)，所述型鋼柱(2)包括翼板(8)和設(shè)置在翼板(8)中間的腹板(9)，所述型鋼柱(2)的翼板(8)端部設(shè)置懸挑板(3)，所述懸挑板(3)上設(shè)置阻尼器(6)，所述阻尼器(6)連接懸挑板(3)和基底(1)；所述腹板(9)與基底(1)接觸部分設(shè)置抗剪板(5)，所述翼板(8)與基底(1)接觸部分設(shè)置異形角鋼(4)，所述翼板(8)遠(yuǎn)離異形角鋼(4)的一面設(shè)置摩擦板(10)，所述型鋼柱(2)、基底(1)、抗剪板(5)和異形角鋼(4)上設(shè)置可供螺栓插入的孔洞；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的震后可快速恢復(fù)的裝配式自復(fù)位鋼柱腳，其特征在于，所述第一底座(604)和第二底座(605)上設(shè)置固定插片(7)，所述固定插片(7)上設(shè)置凹槽(12)，所述第一底座(604)和第二底座(605)與固定插片(7)通過螺栓連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的震后可快速恢復(fù)的裝配式自復(fù)位鋼柱腳，其特征在于，所述抗剪板(5)包括底板(13)和設(shè)置在底板(13)上的兩個(gè)豎板(14)，所述兩個(gè)豎板(14)中間為可供腹板(9)插入的空腔。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的震后可快速恢復(fù)的裝配式自復(fù)位鋼柱腳，其特征在于，所述抗剪板(5)的底板(13)和基底(1)通過高強(qiáng)螺栓連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的震后可快速恢復(fù)的裝配式自復(fù)位鋼柱腳，其特征在于，所述孔洞直徑均比螺栓直徑大2mm，所述孔洞均為橢圓形。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的震后可快速恢復(fù)的裝配式自復(fù)位鋼柱腳，其特征在于，所述異形角鋼(4)的厚度為8mm-12mm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的震后可快速恢復(fù)的裝配式自復(fù)位鋼柱腳，其特征在于，所述彈簧(602)和形狀記憶合金(603)的高度大于50mm。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的震后可快速恢復(fù)的裝配式自復(fù)位鋼柱腳，其特征在于，所述抗剪板(5)的厚度小于腹板(9)的厚度。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的震后可快速恢復(fù)的裝配式自復(fù)位鋼柱腳，其特征在于，所述摩擦板(10)為黃銅摩擦板(10)。

技術(shù)總結(jié)
本技術(shù)涉及鋼結(jié)構(gòu)抗震領(lǐng)域，公開了一種震后可快速恢復(fù)的裝配式自復(fù)位鋼柱腳，包括基底和設(shè)置在基底上的型鋼柱，型鋼柱包括翼板和設(shè)置在翼板中間的腹板，型鋼柱的翼板端部設(shè)置懸挑板，懸挑板上設(shè)置阻尼器，阻尼器連接懸挑板和基底；腹板與基底接觸部分設(shè)置抗剪板，翼板與基底接觸部分設(shè)置異形角鋼，翼板遠(yuǎn)離異形角鋼的一面設(shè)置摩擦板，抗剪板和異形角鋼上設(shè)置可供螺栓插入的孔洞；阻尼器包括柱體和設(shè)置在柱體端部的第一底座，柱體的內(nèi)部設(shè)置中空腔體，腔體內(nèi)靠近第一底座的一端設(shè)置彈簧，彈簧的下方設(shè)置第二底座，第二底座貫穿柱體，第二底座和柱體內(nèi)壁之間的空間設(shè)置形狀記憶合金。本鋼柱腳的抗震性能強(qiáng)、震中自復(fù)位、震后可快速恢復(fù)。

技術(shù)研發(fā)人員：褚云朋,夏琿,肖雅鑫,江天勇,張春濤,張兆強(qiáng),任松波,劉德貴,王鑫,蒲冠宇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西南科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：20240515
技術(shù)公布日：2025/1/2