本實(shí)用新型屬于工程結(jié)構(gòu)消能減震技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種新型的消能減震墩柱，這種結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)墩柱，也可以應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)中，比如框架結(jié)構(gòu)、框架-支撐結(jié)構(gòu)和框架-核心筒結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)通常只能靠提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和延性以滿足其抗震性能要求，這種方法不僅嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性，也難以顯著改善其抗震性能。

如圖1所示，傳統(tǒng)的混凝土空心薄壁柱，其承載力特性如圖2所示，其初始彈性段剛度較大，但是在柱頂位移角1/150后，尤其是位移角超過1/100后，由于混凝土開裂，滯回曲線捏攏現(xiàn)象十分嚴(yán)重，結(jié)構(gòu)耗能能力較差，等效粘滯阻尼系數(shù)僅有0.1左右。并且，柱頂位移角1/80后，墩柱的承載力逐漸降低，表現(xiàn)出顯著的承載力退化現(xiàn)象。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

試驗(yàn)和理論研究表明，若腹板寬高比設(shè)計(jì)和加勁布置合理，剪切型消能連梁具有良好的強(qiáng)度、剛度以及穩(wěn)定的耗能能力和較大的變形能力。而將軟鋼或高建鋼等延性較好的鋼材應(yīng)用于這種連梁之后，連梁的耗能能力和變形能力將得到明顯提升，可作為消能減震構(gòu)件使用。

以往研究和工程實(shí)踐表明，鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)兼?zhèn)滗摻Y(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的力學(xué)性能和施工性能。鋼管混凝土承載力高、塑性和韌性好且施工方便，具有良好的壓(拉)-彎-扭-剪復(fù)合受力性能，其滯回性能和抗震性能也十分優(yōu)秀，是一種理想的豎向承重構(gòu)件。此外，鋼管混凝土兼?zhèn)滗摻Y(jié)構(gòu)的安裝與連接優(yōu)勢(shì)，與其他鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接十分方便，可以采用高強(qiáng)螺栓連接形成便捷的裝配式結(jié)構(gòu)。

本實(shí)用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)新穎獨(dú)特，施工便捷，彈性剛度大，耗能能力強(qiáng)，位移延性好，并且承載力退化小的裝配式消能減震墩柱；具體技術(shù)方案為：

一種消能減震墩柱，包括若干根平行成束設(shè)置的由鋼管制成的柱肢，每根所述柱肢上均對(duì)應(yīng)設(shè)置有若干翼緣貫通式節(jié)點(diǎn)，所述翼緣貫通式節(jié)點(diǎn)上設(shè)置有牛腿梁；柱肢之間設(shè)置有消能連梁，通過螺栓將所述牛腿梁與所述消能連梁固定連接。

進(jìn)一步，所述翼緣貫通式節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度不低于牛腿梁的強(qiáng)度的1.2倍且不低于柱肢強(qiáng)度的1.2倍，所述牛腿梁的強(qiáng)度不低于消能連梁強(qiáng)度的1.2倍。

進(jìn)一步，所述柱肢為鋼管混凝土柱肢，所述柱肢強(qiáng)度不低于牛腿梁強(qiáng)度，且不低于消能連梁強(qiáng)度的1.2倍。

進(jìn)一步，所述翼緣貫通式節(jié)點(diǎn)由節(jié)點(diǎn)隔板、側(cè)壁構(gòu)成；所述節(jié)點(diǎn)隔板與牛腿梁翼緣板一體化設(shè)計(jì)；所述側(cè)壁圍成澆筑腔，所述節(jié)點(diǎn)隔板設(shè)置在所述澆筑腔的上下端面上。

進(jìn)一步，所述節(jié)點(diǎn)隔板設(shè)置有澆注口，所述澆注口設(shè)置在澆筑腔的中央，上下貫通。

進(jìn)一步，所述節(jié)點(diǎn)隔板設(shè)置有排氣口。

進(jìn)一步，所述排氣口設(shè)置在所述澆筑腔的角部，上下貫通。

進(jìn)一步，所述消能連梁由兩端的連接端板和中間的連梁腹板、連梁翼緣板焊接制成。

進(jìn)一步，所述連梁腹板與連梁翼緣板構(gòu)成為工字型結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步，所述連梁腹板上設(shè)置有與所述連接端板平行的連梁加勁肋，或者將連梁腹板設(shè)置為波紋板。

本實(shí)用新型消能減震墩柱通過在柱肢之間布置消能構(gòu)件，消耗地震輸入能量，從而增大結(jié)構(gòu)阻尼，減小結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)，可以保護(hù)柱肢結(jié)構(gòu)的安全。該結(jié)構(gòu)由鋼管混凝土柱肢和剪切型消能連梁裝配而成，采用高強(qiáng)螺栓拼接，具有高效的施工便捷性。并且，消能連梁可以實(shí)現(xiàn)快速更換，實(shí)現(xiàn)消能減震墩柱的震后快速修復(fù)能力。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中混凝土薄壁墩柱結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中混凝土薄壁墩柱滯回曲線圖；

圖3為本實(shí)用新型消能減震墩柱結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為底座A-A剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為底座B-B剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為Ⅰ局部放大焊接示意圖；

圖7為Ⅱ局部放大焊接示意圖；

圖8為Ⅲ局部放大焊接示意圖；

圖9為消能連梁主視圖；

圖10為消能連梁俯視圖；

圖11為消能連梁左視圖；

圖12為消能連梁C-C剖面示意圖；

圖13為圖3消能減震墩柱滯回曲線圖；

圖14為消能減震墩柱在橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)用的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖15為消能減震墩柱在框架結(jié)構(gòu)應(yīng)用的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、柱肢；2、翼緣貫通式節(jié)點(diǎn)；2-1、節(jié)點(diǎn)隔板；2-2、澆注口；2-3、排氣口；2-4、側(cè)壁；3、頂面板；4、牛腿梁；4-1、牛腿腹板；4-2、牛腿連接端板；4-3、牛腿翼緣板；5、加勁肋；6、底腳；6-1、底腳孔；7、消能連梁；7-1、連梁連接端板；7-2、連梁腹板；7-3、連梁加勁肋；7-4、 連梁翼緣板；8、框架梁； 9、箱型梁。

具體實(shí)施方式

下面利用實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行更全面的說明。本實(shí)用新型可以體現(xiàn)為多種不同形式，并不應(yīng)理解為局限于這里敘述的示例性實(shí)施例。

為了易于說明，在這里可以使用諸如“上”、“下”“左”“右”等空間相對(duì)術(shù)語，用于說明圖中示出的一個(gè)元件或特征相對(duì)于另一個(gè)元件或特征的關(guān)系。應(yīng)該理解的是，除了圖中示出的方位之外，空間術(shù)語意在于包括裝置在使用或操作中的不同方位。例如，如果圖中的裝置被倒置，被敘述為位于其他元件或特征“下”的元件將定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性術(shù)語“下”可以包含上和下方位兩者。裝置可以以其他方式定位（旋轉(zhuǎn)90度或位于其他方位），這里所用的空間相對(duì)說明可相應(yīng)地解釋。

如圖3所示，本實(shí)施例中的消能減震墩柱，包括2根鋼管制成的柱肢1，每根柱肢1上均對(duì)應(yīng)設(shè)置有3個(gè)節(jié)點(diǎn)；牛腿翼緣板4-3伸入柱肢1的鋼管的內(nèi)部，稱為翼緣貫通式節(jié)點(diǎn)2；翼緣貫通式節(jié)點(diǎn)2上設(shè)置有牛腿梁4；柱肢1之間設(shè)置有消能連梁7，通過螺栓將翼緣貫通式節(jié)點(diǎn)2上的牛腿梁4與消能連梁7固定連接。

當(dāng)然，柱肢1的數(shù)量不限于為2根；可以是3根、4根或更多根平行成束設(shè)置。平行成束設(shè)置指墩柱的所有柱肢1均平行設(shè)置，整體作為一個(gè)墩柱；例如，如圖3中兩根柱肢1成對(duì)平行設(shè)置，或者3根柱肢1呈等邊三角形排布；或者4根柱肢1呈矩形排布；或者更多根柱肢1在圓周內(nèi)排布等形式，作為一個(gè)墩柱；而且柱肢1之間有間隔，柱肢1之間通過消能連梁7連接。

柱肢1上的翼緣貫通式節(jié)點(diǎn)2的數(shù)量可以根據(jù)柱肢1的高度調(diào)整，可以是2件、3件或更多件。

如圖4所示，柱肢1的底腳6為鉆有底腳孔6-1的鋼板，與柱肢1下端面焊接，沿柱肢1的外側(cè)壁焊接有與底腳6和柱肢1的外側(cè)壁均垂直的加勁肋5。

柱肢1可以采用鋼管混凝土柱肢；通過澆筑混凝土提高柱肢1的承載力；而且鋼管混凝土柱肢塑性和韌性好且施工方便，具有良好的壓(拉)-彎-扭-剪復(fù)合受力性能。柱肢1強(qiáng)度不低于牛腿梁4的強(qiáng)度，且保證柱肢1強(qiáng)度不低于消能連梁7強(qiáng)度的1.2倍。

如圖5所示，翼緣貫通式節(jié)點(diǎn)2由節(jié)點(diǎn)隔板2-1和側(cè)壁2-4構(gòu)成；側(cè)壁2-4圍成澆筑腔，節(jié)點(diǎn)隔板設(shè)置在澆筑腔的上下端面上。牛腿連接端板4-2設(shè)置在牛腿梁的伸出端，與柱肢1平行。本實(shí)施例中將上下牛腿翼緣板4-3與上下兩塊節(jié)點(diǎn)隔板2-1一體化設(shè)計(jì)，提高翼緣貫通式節(jié)點(diǎn)2的強(qiáng)度，避免節(jié)點(diǎn)側(cè)壁2-4在地震荷載下被牛腿梁翼緣板拉裂。牛腿翼緣板4-3和牛腿連接端板4-2之間也設(shè)置有牛腿腹板4-1，牛腿腹板4-1與上下兩塊牛腿翼緣板4-3和牛腿連接端板4-2均垂直。

翼緣貫通式節(jié)點(diǎn)2的強(qiáng)度不應(yīng)低于牛腿梁4強(qiáng)度的1.2倍，牛腿梁4強(qiáng)度不應(yīng)低于消能連梁7強(qiáng)度的1.2倍，可以保證在地震力作用下消能連梁7通過屈服變形吸收地震能量，避免翼緣貫通式節(jié)點(diǎn)2、牛腿梁4和柱肢1發(fā)生破壞，保證結(jié)構(gòu)的安全性，且有利于結(jié)構(gòu)的災(zāi)后修復(fù)。

節(jié)點(diǎn)隔板2-1設(shè)置有澆注口2-2，澆注口2-2設(shè)置在澆筑腔的中央，上下貫通。通過在節(jié)點(diǎn)隔板2-1設(shè)置澆注口2-2，可以使混凝土從柱頂澆筑到柱底。

節(jié)點(diǎn)隔板2-1設(shè)置有排氣孔2-3。排氣孔2-3設(shè)置在澆筑腔的角部，上下貫通，以排出混凝土澆筑和振搗時(shí)產(chǎn)生的氣泡。

在柱肢1的頂部也可以焊接頂面板3,頂面板3上也應(yīng)該設(shè)置澆注口和排氣口。在柱肢1的頂部焊接頂面板3,對(duì)柱肢1中的混凝土進(jìn)行封固，提高柱肢1的強(qiáng)度。

如圖6至圖8所示，柱肢1和翼緣貫通式節(jié)點(diǎn)2的側(cè)壁2-4均可以用鋼板焊接圍成。當(dāng)然，也可以用鋼管截成。柱肢1的焊接面應(yīng)盡可能設(shè)置在外表面，以方便焊接操作，有利于提高焊接質(zhì)量。柱肢1由鋼管與翼緣貫通式節(jié)點(diǎn)2焊接連接。

如圖9至圖12所示，消能連梁7由兩端的連接端板7-1和中間的腹板7-2、連梁翼緣板7-4焊接制成。作為消能減震構(gòu)件，消能連梁7由軟鋼或高建鋼等延性較好的鋼材制成，有利于提高消能連梁7變形能力和耗能能力；消能連梁屈服后可以降低消能減震墩柱的整體剛度，減小地震力輸入，避免柱肢1發(fā)生破壞。牛腿連接端板4-2和連梁連接端板7-1上排布螺栓安裝孔，螺栓安裝孔的數(shù)量和排布可以根據(jù)具體受力需要設(shè)計(jì)，滿足消能連梁7和牛腿梁4之間的連接強(qiáng)度要求，避免牛腿連接端板4-2和連梁連接端板7-1變形，且應(yīng)有利于消能連梁7的更換。

連梁腹板7-2和連梁翼緣板7-4構(gòu)成為工字型結(jié)構(gòu)；可以是型鋼或者鋼板焊接而成。為了改善消能連梁腹板的屈曲性能，增大連梁變形能力，還可以在連梁腹板7-2上設(shè)置與連接端板7-1平行的連梁加勁肋7-3。消能連梁7的腹板也可以采用波紋腹板。

本實(shí)用新型提出的消能減震墩柱結(jié)構(gòu)，采用新型的快速組合裝配方式；該結(jié)構(gòu)由鋼管混凝土柱肢和剪切型消能連梁裝配而成，采用高強(qiáng)螺栓拼接，具有高效的施工便捷性。并且，消能連梁可以實(shí)現(xiàn)快速更換，實(shí)現(xiàn)消能減震墩柱的震后快速修復(fù)能力。這種結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)墩柱，也可以應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)中，比如框架結(jié)構(gòu)、框架-支撐結(jié)構(gòu)和框架-核心筒結(jié)構(gòu)。

本實(shí)施例的墩柱有效高度為4000mm；每根柱肢1設(shè)置有3件翼緣貫通式節(jié)點(diǎn)2，沿柱高等間距布置；鋼管為邊長250mm方管，壁厚8mm，內(nèi)部填充C50混凝土；牛腿梁4高250mm,節(jié)點(diǎn)隔板2-1寬250mm，板厚10mm；牛腿翼緣板4-3為等腰梯形，底邊寬度為250mm，頂邊寬度為180mm，板厚10mm；牛腿腹板4-1板厚10mm；消能連梁7的長度為400mm，梁高210mm，連梁翼緣板7-4板厚10mm，寬度130mm，連梁腹板7-3板厚8mm；牛腿連接端板4-2和連梁連接端板7-1板厚25mm,寬240mm,高400mm；所有鋼板強(qiáng)度等級(jí)均為Q345；其力學(xué)測(cè)試結(jié)果如圖13所示，本實(shí)施例中裝配式消能減震墩柱具有良好的強(qiáng)度、剛度以及穩(wěn)定的耗能能力和較大的變形能力。

本實(shí)用新型的消能減震墩柱可以作為一種橋梁墩柱，應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)中，例如：圖14示出一種橋梁結(jié)構(gòu)，將連續(xù)箱型梁9采用橡膠支座或其他形式與消能減震墩柱連接形成連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)或連續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)。

另外，本實(shí)用新型的消能減震墩柱也可以作為一種雙肢柱應(yīng)用于鋼框架結(jié)構(gòu)，例如：圖15示出一種鋼框架結(jié)構(gòu)，將橫梁8與消能減震柱在縱橫向連接形成框架結(jié)構(gòu)。

上述示例只是用于說明本實(shí)用新型，除此之外，還有多種不同的實(shí)施方式，而這些實(shí)施方式都是本領(lǐng)域技術(shù)人員在領(lǐng)悟本實(shí)用新型思想后能夠想到的，故，在此不再一一列舉。