[发明专利]预应力消能索撑装置以及其计算方法

说明书

本发明提供一种预应力消能索撑装置以及其计算方法，预应力消能索撑装置包括第一盖板、第二盖板、金属消能器、第一索撑系统、第二索撑系统，金属消能器位于第一盖板与第二盖板之间；第一索撑系统由四根第一拉索组成，其中每两根第一拉索分别交叉布置于第一盖板的两侧且与第一盖板相连；第二索撑系统由四根第二拉索组成，四根第二拉索成发散布置且与第二盖板相连。本发明在索撑上加入金属消能器，克服了索撑系统滞回曲线不饱满的缺点；施加的预应力使得索撑在结构变形时始终保持受拉状态，无失稳问题。

技术领域

本发明涉及一种预应力消能索撑装置以及其计算方法，属于建筑领域。

背景技术

结构的抗侧力构件是结构的重要组成，承担着抵抗风荷载以及地震作用的重要作用。而消能减震思想是近二十年来在我国逐渐受到重视的技术方法，这一思想的核心在于在结构中设置消能装置来耗散外部作用输入给结构的能量，从而保护主体结构、减小主体结构损伤。消能减震装置按照机理，可以划分为粘滞阻尼器装置、金属滞回耗能装置、摩擦耗能装置、粘弹性耗能装置等。而金属滞回耗能装置一方面为结构提供刚度，另一方面在结构受到较大外部作用时通过自身的滞回耗能消耗外部输入能量，减小主体结构损伤。在建筑领域，金属滞回耗能装置因为其机理易于接受、造价便宜、设计易于设计师理解、性能相对稳定等特性而有相对较多的应用。

目前常用的金属消能装置包括有剪切板阻尼器SPD(shear panel damper，剪切板阻尼器)、屈曲约束支撑(Buckling Restrained Brace，BRB)、ADAS(Additionnal DamperAnd Stiffness，附加阻尼和刚度)。这些装置通过金属的拉压、剪切、弯曲塑形变形消耗地震能量。然而这些装置任然有一些缺陷，不能完全适应实际工程的需要。为了实现屈曲约束支撑拉压一致的功能往往需要在其轴向受力芯材外包裹约束材料(钢材或者钢与混凝土等)；而剪切型阻尼器或ADAS安装于框架中需要配合设置支撑才能发挥效益，而所配合的支撑按照刚度进行设计，因此尺寸较大。这些原因导致虽然这类耗能部件虽然性能远远高于普通支撑，但是造价较高，阻碍了消能减震技术的推广。因此，开发一种较小尺寸，却具有稳定抗侧力性能、能够实现良好耗能特性的减震构件具有非常明显的现实意义。

索撑系统是一种常用的建筑结构抗侧力构件，常用于较轻的建筑结构，具有安装方便快捷的特点，能够有效提高结构抗侧刚度。但是传统的索撑抗侧力系统拉压性质截然不同，耗能能力差，不具备消能建筑构件诸如屈曲约束支撑、剪切型阻尼器的饱满滞回曲线特征。

发明内容

为了克服传统金属耗能装置尺寸较大，造价较贵的缺陷；同时为了克服传统索撑系统滞回曲线不饱满，耗能能力差的缺陷，本发明提出了一种预应力消能索撑装置以及其计算方法，该装置兼有金属消能的功能和索撑轻巧的优点，抗侧性能稳定，材质便宜加工方便，并同时提出了这种装置的设计计算方法，该方法可以计算预应力索撑系统的各项力学参数，进而校 核目标是否满足。

为解决上述技术问题本发明的构思是：一种预应力消能索撑装置，其特征在于，其包括第一盖板、第二盖板、金属消能器、第一索撑系统、第二索撑系统，金属消能器位于第一盖板与第二盖板之间；第一索撑系统由四根第一拉索组成，其中每两根第一拉索分别交叉布置于第一盖板的两侧且与第一盖板相连；第二索撑系统由四根第二拉索组成，四根第二拉索成发散布置且与第二盖板相连。

优选地，所述第一索撑系统、第二索撑系统都需要预拉适当的拉力。

优选地，所述第一盖板上设有第一圆形孔，第二盖板上设有第二圆形孔，第二圆形孔的直径大于第一圆形孔的直径。

优选地，所述金属消能器采用环形的均匀厚度金属板。

优选地，所述金属消能器采用环形的不等厚度金属板。

本发明还提供一种预应力消能索撑装置的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

环形剪切板的剪切变形如下式：