CN105507443A - 一种土木工程减震装置和减震方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土木工程减震装置，包括上柱段和下柱段，所述上柱段和下柱段均设置有连接座；所述上柱段的连接座上设置有上缓冲孔，所述下柱段的连接座上设置有下缓冲孔；所述上缓冲孔与所述下缓冲孔均为长条孔，且上缓冲孔与下缓冲孔的夹角在80°至100°之间。本发明土木工程减震装置。该装置具有受力明确、构造简单、性能稳定、可靠性高；施工速度快等等诸多优点，可以作为减隔震支座或者减隔震节点，应用于新建和既有高层建筑、大跨建筑和桥梁结构等领域中，具有较好的推广应用前景。

Description

一种土木工程减震装置和减震方法

技术领域

本发明涉及土木工程及建筑结构减震技术领域，尤其涉及一种土木工程减震装置。

背景技术

传统结构抗震设计依靠结构自身的强度和变形来抵抗地震，在小震作用下保证结构处于弹性工作状态，在中震和大震作用下结构发生损伤，利用结构延性来耗散地震能量；同时结构损伤后，结构刚度和自振周期下降，输入的地震能量降低。传统的基于延性的抗震设计思想，充分利用了结构自身的承载能力和变形能力，经济性较好，在世界各国抗震规范中获得了广泛的应用。但在近年来的地震中，人们逐渐认识到传统的设计方法也存在震后结构不易修复，次要构件倒塌破坏带来严重的经济损失等问题，为了经济合理的解决该问题，各种减隔震技术应运而生。

目前，常用的土木工程减震装置，如减隔震支座主要包括：铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座、大摩擦系数抗震支座及双曲面球型减隔震支座等类型，但均存在一定不足，诸如（1）不能提供抗拔承载力；（2）耐久性差，橡胶易老化，需要定期更换维护；（3）加工制作精度要求高，成本高昂；（4）使用位置受限，只能作为支座使用，不能用于中间节点；（5）可控性差，难以实现分级抗震设计思想等，限制了减隔震支座的大范围推广应用。

因此，寻求性能优异、成本低廉、使用灵活的，既能作为减隔震支座，又可以作为减隔震节点的减震装置成为本领域技术人员亟需解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构新颖独特，使用方便，既能作为减隔震支座，又可以作为减隔震节点的减震装置。具体技术方案为：

一种土木工程减震装置，包括上柱段和下柱段，所述上柱段和下柱段均设置有连接座；所述上柱段的连接座上设置有上缓冲孔，所述下柱段的连接座上设置有下缓冲孔；所述上缓冲孔与所述下缓冲孔均为长条孔，且上缓冲孔与下缓冲孔的夹角在80°至100°之间。

进一步，所述夹角为90°。

进一步，所述上缓冲孔或所述下缓冲孔按缓冲孔的方向分为等数量的两组，两组所述缓冲孔方向相互垂直。

进一步，所述连接座与紧固件之间设置有摩擦片。

进一步，所述摩擦片由黄铜片、石棉、橡胶或橡胶与薄钢板组合或分层叠合制成。

进一步，所述上柱段与所述下柱段均设置有加劲肋，所述加劲肋与所述连接座的紧固面垂直。

进一步，所述上柱段的连接座和所述下柱段的连接座通过螺栓连接副连接。

进一步，所述螺栓连接副为高强度螺栓连接副。

进一步，所述上柱段或所述下柱段的柱状部为圆管、方管或H型等类型的构件中的一种。

本发明还公开了一种使用上述的土木工程减震装置的减震方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将所述上柱段的柱状一端与待固定的梁或柱固定连接；

2）将所述下柱段的柱状一端与另一根待固定的梁或柱固定连接；

3）在所述上柱段的连接座和所述下柱段的连接座之间设置有摩擦片；

4）用若干个所述螺栓连接副穿过所述上缓冲孔和所述下缓冲孔，将所述上柱段的连接座和所述下柱段的连接座紧固连接。

本发明土木工程减震装置。该装置具有受力明确、构造简单、性能稳定、可靠性高；施工速度快等等诸多优点，可以作为减隔震支座或者减隔震节点，应用于新建和既有高层建筑、大跨建筑和桥梁结构等领域中，具有较好的推广应用前景。

附图说明

图1是本发明实施例1中土木工程减震装置的结构示意图；

图2是本发明实施例2中土木工程减震装置的结构示意图；

图3是本发明实施例3中土木工程减震装置的结构示意图；

图4是图3的俯视图；

图5是图3的仰视图。

图中：1、上柱段；2、下柱段；3、螺栓连接副；4、上缓冲孔；5、下缓冲孔。

具体实施方式

下面利用实施例对本发明进行更全面的说明。本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。

为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”“左”“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位（旋转90度或位于其他方位），这里所用的空间相对说明可相应地解释。

实施例1

如图1所示，本实施例中的土木工程减震装置，包括上柱段1、下柱段2，上柱段1和下柱段2均为圆管状，端部均设置有连接座，连接座上设置有长通孔作为缓冲孔。其中，上柱段1上的上缓冲孔4的长度方向与圆管截面的圆周的径向垂直；下柱段2上的下缓冲孔5的长度方向与圆管截面的圆周的径向一致。上柱段1的连接座和下柱段2的连接座通过螺栓连接。

为了得到较高的连接强度，实施例中上柱段1的连接座和下柱段2的连接座通过8套螺栓连接副3连接。当然，根据工程所需要的连接强度，可以减少或增加螺栓连接副3的数量，以增大连接强度或者降低成本。

螺栓连接副3还可以采用高强度螺栓连接副3，来减少连接件的数量，减轻整个装置的重量。

为了提高连接强度，还可以如图1所示，在圆管与连接座之间焊接加劲肋；加劲肋的数量可以根据实际情况增减，不限于图中的8条。加劲肋的支撑方向应与连接座垂直，以得到更好的支撑效果。

为了提高减震装置的抗震强度，上柱段1的连接座和下柱段2的连接座相接的面设置为摩擦面，两个摩擦面均可以通过喷砂（丸）处理，提高摩擦面的表面硬度，并产生微坑以提高两个摩擦面之间的摩擦系数；还可以采用喷砂（丸）后涂无机富锌漆、喷砂（丸）后生赤锈、钢丝刷清除浮锈等方式处理。

螺栓连接副3包括螺杆、螺母和垫片；在上柱段1的连接座和下柱段2的连接座之间增设设置摩擦片便于调整摩擦力的大小。

摩擦片形状与连接座相同或相配；与缓冲孔对应的地方也开设有通孔。摩擦片可以用黄铜片，也可以是石棉片、橡胶片制成，或者由上述几种材料组合制成；也可以用橡胶与薄钢板组合或分层叠合制成。

采用本实施例中的减震装置，在遇到地震、泥石流等灾害时，减震机理如下所述：

A、小震时，减震装置所受剪切力较小，上柱段1和下柱段2通过弹性变形抵抗破坏能量；

B、中震和大震时，随着减震装置所受剪切力增大，上柱段1的连接座和下柱段2的连接座之间发生滑动，通过摩擦滑移耗散破坏能量；

C、由于上缓冲孔4与下缓冲孔5之间相互垂直，使得无论剪切力从哪个方向施加，都可以分解为沿上缓冲孔4与下缓冲孔5方向的分力，通过滑动将该分力耗散。通过调整缓冲孔的长度可以设置结构极限滑移位移的大小；以达到耗散破坏能量和降低永久变形的程度，便于灾后恢复；

D、通过调整高强度螺栓的数量和直径大小控制支座节点抗拔承载力的大小；

E、通过调整连接座的摩擦面形式、高强螺栓数量和预紧力大小、摩擦片材料和厚度改变减震装置滑移荷载和抗侧刚度的大小。

实施例2

如图2所示，本实施例中的减震装置与实施例1中的基本相同，区别为上柱段1和下柱段2均为方管。本实施例中的上缓冲孔4分为两组相互垂直的长通孔；相应地，下缓冲孔5也分为两组相互垂直的长通孔；当然，同一个螺栓连接副3对应的上缓冲孔4与下缓冲孔5也是相互垂直的。最好两组缓冲孔的数量相等，分布均匀，以便使减震装置在减震过程中受力均匀，避免局部应力过大造成损坏。

当然，为了加工方便，也可以将上缓冲孔4的方向设置为一致，统一将下缓冲孔5的方向设置为与上缓冲孔4的方向垂直。

实施例3

如图3至图5所示，本实施例中的减震装置与实施例2基本相同，区别为上柱段1和下柱段2均为H型钢。当然，也可以通过设置加劲肋增加上柱段1和下柱段2的强度。

上述实施例中图为示意图，上柱段1和下柱段2均为截断状态，该装置既可以设置在梁或柱的两端使用，也可以配备安装孔，作为支座或者节点固定在梁或柱的两端。减震装置的材料也不限于钢材，可以使合金铝，钢筋混凝土、钢管混凝土、玻璃钢或者其他具有结构强度的材料。减震材料连接的构件可以是方管、圆管、H型或者半球座等类型的结构构件。

本发明还公开了一种利用上述减震装置的减震方法，包括以下步骤：

1）将上柱段1的柱状一端与待固定的梁固定连接；

2）将下柱段2的柱状一端与另一根待固定的梁固定连接；

3）在上柱段1的连接座和下柱段2的连接座之间夹设摩擦片；

4）用若干个螺栓连接副3穿过缓冲孔，将上柱段1的连接座和下柱段2的连接座紧固连接。

采用上述减震方法组成的建筑或土木工程具有：

1）抗拔承载力高；

2）由于减震装置耐久性好，可达到与主体结构相同使用寿命，不需要定期维护；

3）加工制作精度要求低，成本低廉；

4）可控性好，抗拔承载力、滑移荷载、抗侧刚度、极限滑移位移可控制

5）受力明确、构造简单、性能稳定、可靠性高；

6）施工速度快等等诸多优点。

该减震装置使用灵活性强，即可作为支座使用也可作为中间节点使用；应用于新建和既有高层建筑、大跨建筑或桥梁结构等土木工程领域中，具有较好的推广应用前景。

上述示例只是用于说明本发明，除此之外，还有多种不同的实施方式，而这些实施方式都是本领域技术人员在领悟本发明思想后能够想到的，故，在此不再一一列举。

Claims (10)

1.一种土木工程减震装置，包括上柱段和下柱段，所述上柱段和下柱段均设置有连接座；其特征在于，所述上柱段的连接座上设置有上缓冲孔，所述下柱段的连接座上设置有下缓冲孔；所述上缓冲孔与所述下缓冲孔均为长条孔，且上缓冲孔与下缓冲孔的夹角在80°至100°之间。

2.如权利要求1所述的土木工程减震装置，其特征在于，所述夹角为90°。

3.如权利要求2所述的土木工程减震装置，其特征在于，所述上缓冲孔或所述下缓冲孔按缓冲孔的方向分为等数量的两组，两组所述缓冲孔方向相互垂直。

4.如权利要求1所述的土木工程减震装置，其特征在于，所述上柱段的连接座与所述下柱段的连接座之间可以设置摩擦片。

5.如权利要求4所述的土木工程减震装置，其特征在于，所述摩擦片由黄铜片、石棉片、橡胶片中的一种或几种材料组合制成或者由橡胶与薄钢板组合或分层叠合制成。

6.如权利要求1所述的土木工程减震装置，其特征在于，所述上柱段与所述下柱段均设置有加劲肋，所述加劲肋与所述连接座的紧固面垂直。

7.如权利要求1所述的土木工程减震装置，其特征在于，所述上柱段的连接座和所述下柱段的连接座通过螺栓连接副连接。

8.如权利要求7所述的土木工程减震装置，其特征在于，所述螺栓连接副为高强度螺栓连接副。

9.如权利要求1所述的土木工程减震装置，其特征在于，所述上柱段或所述下柱段的柱状部为圆管、方管、半球座或H型等类型的构件中的一种。

10.一种采用如权利要求1至9中任一项所述的土木工程减震装置的减震方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将所述上柱段的柱状一端与待固定的梁或柱固定连接；

2）将所述下柱段的柱状一端与另一根待固定的梁或柱固定连接；

3）在所述上柱段的连接座和所述下柱段的连接座之间夹设摩擦片；

4）用若干个所述螺栓连接副穿过所述上缓冲孔和所述下缓冲孔，将所述上柱段的连接座和所述下柱段的连接座紧固连接。