[发明专利]转动型自复位耗能装置

说明书

本发明提供一种转动型自复位耗能装置，属于减震技术领域。所述转动型自复位耗能装置包括自复位部件、耗能部件和连接部件。其中，自复位部件包括带刻齿的剪切钢板，环形弹簧和高强螺栓；耗能部件采用剪切型阻尼器；连接部件包括连接板和高强螺栓；通过自复位部件实现震后自复位，消除残余变形；通过耗能部件耗散地震能量；通过连接部件使本发明与结构构件连接，并约束节点区混凝土，提升节点抗震能力。本发明可以安装在梁柱节点或柱脚节点，不影响建筑使用功能，既能提供自复位能力，又能提供耗能能力，地震作用后无残余位移；具有耗散地震能量、消除残余位移和不影响建筑使用功能的突出优势，可广泛用于新建建筑抗震设计和既有建筑抗震加固。

技术领域

本发明属于减震技术领域，尤其涉及一种转动型自复位耗能装置，可用于新建建筑抗震设计和既有建筑抗震加固。与自复位钢筋混凝土框架节点联合使用，可以使结构在震后无损伤和残余变形，极大减少结构损伤，修复成本和修复时间。

背景技术

我国新建建筑结构在进行抗震设计时，采用“三水准”的设防目标，即在多遇地震下结构保持弹性；在设防地震下建筑可能损坏，但经一般修理后可继续使用；在罕遇地震下建筑不倒塌。

近年的地震震害结果表明，传统抗震结构建筑满足罕遇地震下不倒塌的设计要求，但是由于结构的损伤导致的间接损失非常巨大。随着社会经济的发展，城市化进程加快，资源在有限的区域内高度集中，人们迫切地需要结构在强震后迅速恢复使用功能，即可恢复功能性。研究表明，地震后结构残余位移是评价结构损伤、结构修复成本和修复时间的重要指标。为了提升结构的抗震能力，目前使用较多的是结构减震技术和结构隔震技术。

结构减震技术是通过在结构中增加阻尼构件来耗散地震能量，然而其不具有自复位能力，在强震作用下仍会产生较大的残余位移。

结构隔震技术是通过在基础、柱间等处设计隔震单元以减少上部结构地震作用，但需预设隔震沟等措施，增加工程量。

对于既有建筑的抗震加固，以钢筋混凝土结构为例，现阶段比较成熟并被广泛应用的传统加固方法有：(1)增设支撑加固法；(2)框架梁柱加固法；(3)增设抗震墙加固法。随着消能减震技术的发展，减震阻尼构件被越来越多地用于结构加固，例如屈曲约束支撑、黏弹性阻尼器等。这些减震阻尼构件往往设于结构跨间，影响建筑使用功能。基于此，近年来出现了安装在梁柱节点的阻尼构件，但其无法提供消除残余位移的自复位能力。

为减少结构震后残余位移，近年来研究者提出了自复位框架节点。自复位框架节点允许节点的开合，将材料非线性转化为几何非线性，设置后张拉预应力筋以提供自复位能力，设置软钢等耗能元件消耗地震能量。但在框架梁柱中大量使用后张拉预应力筋，将使其配筋更为复杂，且结构生命周期中预应力质量难以保证，结构在长期荷载和环境作用下可靠度差。

发明内容

本发明的目的是，为了解决消能减震技术震后残余变形大、布置影响建筑使用功能的问题，而提出一种转动型自复位耗能装置，布置在梁柱节点或柱脚节点，在不影响建筑使用功能的前提下对既有建筑进行抗震加固，且消除加固后建筑的震后残余位移。

为了实现上述目标，本发明提供了如下技术方案：

原理设计：

其包括自复位部件、耗能部件和连接部件。其原理是：自复位部件通过相互叠加的带刻齿剪切钢板将平面内转动相对运动转化为平面外轴向运动，在平面外轴向方向设置高强螺栓和环形弹簧，通过高强螺栓预应力和环形弹簧轴向变形刚度提供装置自复位能力。带刻齿剪切钢板间的摩擦耗散一部分能量。耗能部件设计为剪切型阻尼器，例如黏弹性阻尼器，提供装置耗能能力。自复位部件与耗能部件分离的设计可以使装置设计具有很好的灵活性。连接部件将本发明装置与框架节点可靠连接，并约束节点混凝土，提升节点抗震能力。

具体的结构设计：

本发明提出的转动型自复位耗能装置包括自复位部件，耗能部件，连接部件。