[发明专利]一种双向变形协同和多阶段工作的摩擦消能柱

说明书

本发明提供的一种双向变形协同和多阶段工作的摩擦消能柱，包括两个悬臂段工字形钢柱、一个中间段工字形钢柱，中间段工字形钢柱位于两悬臂段工字形钢柱之间，且中间段工字形钢柱与两悬臂段工字形钢柱之间通过销轴连接件以及摩擦耗能组件可拆卸连接。摩擦消能柱的上端以及下端腹板通过连接板与框梁连接，且两侧翼缘设有加腋撑。本发明提供的一种双向变形协同和多阶段工作的摩擦消能柱，具有能够避免上下柱段发生面外破坏、面内工作时无变形集中问题、可实现分阶段耗能、不影响建筑使用功能等优点。

技术领域

本发明涉及建筑结构抗震领域，具体涉及一种双向变形协同和多阶段工作的摩擦消能柱。

背景技术

消能减震技术是指在结构的某些部位设置阻尼器，通过合理的设计使得阻尼器先于主体结构发生屈服，从而吸收地震输入结构的能量，并达到保护主体结构的一种有效抗震手段。常见的阻尼器类型有：金属阻尼器、摩擦阻尼器、粘滞阻尼器、粘弹性阻尼器等等，其于结构中的常见布置方式有斜撑式布置、人字型布置、肘节型布置、支墩型布置，分别如图1中的A、B、C、D所示。这几种常见布置方式中，支墩型具有以下优点：1)对建筑使用功能影响较小，在装有阻尼器的子结构两侧均留有一定的空间，能够满足门、窗布置需求；2)相对斜撑型、人字型、肘节型布置，其造价低，利于推广应用；3)适用性广，可用于包括金属阻尼器、摩擦阻尼器、粘弹性阻尼器等安装。

支墩型连接节省建筑使用空间，适用范围广的优点对于建筑使用功能具有重要意义，将是未来实际工程应用的一个重要方向。但是目前对于支墩型阻尼器，设计时往往只考虑了阻尼器平面内方向受力，但实际地震作用是双向的，阻尼器本身不仅发生平面内的变形，而且在平面外也会发生变形。如图2所示，当阻尼器具有足够的平面外刚度时，阻尼器主要发生刚体转动，此时面外变形主要发生在支墩和框架梁上，当阻尼器平面外刚度不足时，支墩、阻尼器以及框架梁均发生面外弯曲变形。无论阻尼器平面外刚度是否充足，支墩均发生平面外变形，当其平面外变形过大时将发生面外破坏，提前退出工作，使得阻尼器消能作用失效，不利于消能减震的有效发挥。

金属阻尼器因其耗能能力强、耐久性好、价格相对低廉以及安装替换较为方便，常常作为支墩型阻尼器的消能元件。值得注意的是，当楼层发生较大层间位移时，金属阻尼器也会发生较大的弯曲或者剪切变形，这将导致金属阻尼器存在明显的变形集中现象，从而局部应力过大，不利于其低周疲劳性能的有效发挥。

张超等人提出了一种调节式消能预制墙柱(申请号CN202110822197.7)包括预制下支墩构件、预制上支墩构件、阻尼器构件和竖向调节构件。但这种支墩型阻尼器均未考虑平面外变形的不利影响，上下支墩容易发生面外弯曲破坏，同时上下支墩间的金属阻尼器在大的往复位移下易发生变形集中现象。

发明内容

为解决支墩式阻尼器实际地震作用下上下支墩双向受力时容易发生面外破坏失效、采用金属消能技术存在应变集中等问题，本发明提出一种既节省建筑使用空间又能有效发挥消能减震作用的双向变形协同和多阶段工作的摩擦消能柱。

为了实现本发明目的，本发明提供的一种双向变形协同和多阶段工作的摩擦消能柱，包括悬臂段工字形钢柱、中间段工字形钢柱、摩擦耗能组件和销轴连接件；

所述中间段工字形钢柱位于两悬臂段工字形钢柱之间，且两悬臂段工字形钢柱与中间段工字形钢柱的中轴线对齐；

每个所述悬臂段工字形钢柱与中间段工字形钢柱之间均通过摩擦耗能组件以及销轴连接件可拆卸连接；

所述摩擦耗能组件分别对称布置于悬臂段工字形钢柱与中间段工字形钢柱的腹板两侧。

进一步地，所述上悬臂段工字形钢柱腹板与框架梁通过上连接板进行连接，所述上悬臂段工字形钢柱与所述上连接板均开设一一对应的圆孔，所述上悬臂段工字形钢柱与上连接板通过螺栓进行紧固连接，所述上悬臂段工字形钢柱腹板与框架梁腹板位于同一平面；