CN112814190A - 一种弯曲耗能型索系支撑 - Google Patents
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Abstract
一种弯曲耗能型索系支撑，包括钢索闭合环和4条钢索，钢索闭合环为矩形的钢索环，4条钢索位于同一平面上，钢索的一端与钢索闭合环固定连接，4条钢索分别连接在钢索闭合环的4个角上，钢索的另一端连接在建筑框架结构上。本发明在左右侧向力的作用下，4条钢索均处于受拉状态，具有更良好的抗震性能，属于建筑结构支撑领域。
Description
技术领域
本发明涉及建筑结构支撑领域，具体涉及一种弯曲耗能型索系支撑。
背景技术
支撑可以有效提高框架结构的抗侧刚度以及抗震能力。普通支撑在地震作用下易发生屈曲破坏，且破坏后修复与加固工程难度较大，而索系支撑的出现消除了支撑屈曲的问题，但传统的索系支撑，如图1-2，在大振动幅值下，仅有一根钢索在受拉状态提供抗侧刚度，另一根松弛状态下的钢索对结构抵御侧向力并没有贡献，且由于受拉钢索延性较低，在侧向力作用下钢索发生脆性破坏，导致结构崩塌的风险将加大，且延性较低的钢索本身对提升结构的耗能能力贡献较少或几乎无贡献。因此，如果能同时利用两条钢索的变形趋势，并结合耗能措施耗能，可进一步防止支撑和框架结构发生破坏。
现有的耗能措施，主要通过金属或不同类型的阻尼器来增强结构的耗能能力，根据耗能机制的不同，主要可分为轴向屈服耗能、剪切屈服耗能和弯曲屈服耗能，而对于弯曲屈服耗能的现多用于阻尼器领域，使之与支撑结合起来协同耗能的研究目前还比较缺乏，其屈服后优良的可视化损伤特性在建筑结构的加固与修复上拥有较大的潜力。
传统索系支撑还有在中心加装空心钢筒的方式，这样可使钢索以更大的倾斜度穿过空心钢筒，在侧向力作用下，通过空心钢筒的旋转限制让两边钢索保持拉力。试验指出加装中心钢筒的索系支撑能大大减小由于普通支撑作用下引起的柱压力的增加，将层间位移限制在一定范围内，但加装的空心钢筒并未为结构带来足够耗能能力，地震作用下无法耗散地震能量。
2018年Babak提出在索系支撑中心加装钢板，在侧向力作用下通过中间钢板的旋转，让钢索均始终处于张力状态，提高结构的侧向刚度。
2019年M.H.Mehrabi提出在传统索系支撑中心用预压弹簧将钢索在交点处相连在一起，在预压弹簧力的作用下，当每根钢索都处于受拉状态，框架结构发生侧向位移时，预压弹簧伸长，延迟了钢索的作用，当框架回到原来的位置时，弹簧被重新压缩，通过弹簧让***具有更强的自恢复能力，但弹簧的本身不准许发生塑形变形，弹性变形下耗能能力有限。且在单次侧向力作用后，弹簧的自恢复性仍会带动结构进行小周期的振荡，这种振荡对防止共振情况是不利的；强地震作用下，仅利用一个弹簧防止体系更大的响应，耗能能力有限，如果弹簧进入了塑形变形状态，体系则与传统索系支撑相差无异，弹簧的性能直接决定了此体系的性能。另外，带中心预压弹簧的索系支撑要求弹簧完全水平，否则会只放大一侧弹簧的应力而干扰了整体的平衡。且钢索通过弹簧有一定的偏角要求，这无疑给施工带来的较大的困难，需要较高的技术水平安装。除此之外，弹簧的预压程度也是难以在施工中较难把握的。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种具有更良好的抗震性能的弯曲耗能型索系支撑。
一种弯曲耗能型索系支撑，包括钢索闭合环和4条钢索，钢索闭合环为矩形的钢索环，4条钢索位于同一平面上，钢索的一端与钢索闭合环固定连接，4 条钢索分别连接在钢索闭合环的4个角上，钢索的另一端连接在建筑框架结构上。采用这种结构后，钢索处于拉直状态，在建筑框架结构受到左右侧向力时，钢索闭合环与钢索的协调作用让4条钢索均处于仅受拉状态，大大发挥了钢索这种柔性张力构件特性。
每条钢索上均连接有耗能元件，耗能元件包括耗能钢板，钢索贯穿耗能钢板并与耗能钢板固定连接，耗能钢板的两端均连接有稳定钢板；沿钢索闭合环的外周方向，稳定钢板位于钢索之间，每相邻的2条钢索之间的稳定钢板固定连接，从而4条钢索上的耗能元件连接形成闭合的钢板回环。采用这种结构后，结构受到左右侧向力时，钢索仅收拉的前提下，耗能钢板将钢索的拉力转移到钢板的弯曲上，通过钢板弯曲产生大阻尼，大量吸收地震能量，防止钢索在大侧向力下的松弛。
作为一种优选，沿钢索闭合环的外周方向，每相邻的2条钢索之间的稳定钢板通过肋板固定连接。
作为一种优选，耗能元件还包括高强钢管，高强钢管穿过耗能钢板并与耗能钢板固定连接，高强钢管套接于钢索上。
作为一种优选，钢索通过环氧树脂与高强钢管粘连，环氧树脂填充于高强钢管内。
作为一种优选，钢索闭合环为正方形结构。
作为一种优选，耗能钢板垂直于穿过该耗能钢板的钢索。
作为一种优选，耗能钢板两端的稳定钢板平行于穿过该耗能钢板的钢索。
作为一种优选，耗能钢板的两端与稳定钢板焊接或通过螺栓连接。
作为一种优选，稳定钢板与肋板焊接或通过螺栓连接。
使用时，将上述一种弯曲耗能型索系支撑用于矩形的建筑框架结构上，钢索闭合环处于建筑框架结构的中心，4条钢索的另一端与建筑框架结构上的4个角节点连接，并使4条钢索均处于拉直状态。
本发明具有如下优点：
(1)耗能能力强。现有普通的索系支撑在大侧向力下仅有一根钢索处于受拉状态并提供抗侧刚度，另一根松弛状态下的钢索对结构抵御抗侧力并没有贡献，且由于钢索延性较低，受拉钢索在侧向力下断裂导致结构崩塌的风险将加大。而本项目利用中心绳索与中心钢索闭合环的协调作用，在左右侧向力下，4 条钢索保持受拉状态，利用耗能钢板与钢索的协同作用，利用钢板的弯曲产生大阻尼耗散地震的能量，结构中的四块耗能钢板共同组成的钢板回环，大大提升了建筑结构的耗能能力。
(2)适用性强。现有支撑多利用支撑屈曲或屈服来为建筑结构耗能，复杂笨重的支撑或关键技术节点为施工带来较大的难度，且支撑的损伤与破坏往往在内部出现，或出现了但难以修复与加固，本发明利用的钢索作为一种仅受拉力的柔性元件，完美的解决了支撑屈曲的问题，同时预拉力钢索的安装与加固并不需要重型设备，对环境造成的影响和噪音最小，提供了一定施工的便利性，同时耗能钢板组成的钢板回环给建筑结构提供的可视化损伤程度，在损伤过后可直接更换钢板回环部分，经济高效，为建筑结构提供了充足的加固与修复功能，适用性高。
总的来说，当建筑结构受到地震、***和台风等突发性灾害荷载作用时，本发明的弯曲耗能型索系支撑能够起到更好的调节作用，并为灾后的修复或加固提供了较大的便利，大大减少了结构倒塌的风险。
附图说明
图1为传统的索系支撑。
图2为传统的索系支撑在侧向力作用下的变形图。
图3为实施例一中钢索闭合环与钢索连接的结构示意图。
图4为实施例一中的钢索闭合环在侧向力作用下的变形图。
图5为实施例一中的一种弯曲耗能型索系支撑的结构示意图。
图6为实施例一中的钢索、高强钢管和耗能钢板的连接示意图。
图7为实施例一中的一种弯曲耗能型索系支撑在侧向力作用下的变形图。
图8为实施例一中的一种弯曲耗能型索系支撑与建筑框架结构连接示意图。
其中，1为钢索，2为钢索闭合环，3为稳定钢板，4为耗能钢板，5为肋板， 6为高强钢管，7为环氧树脂，8为建筑框架结构，F为侧向力。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。
实施例一
如图3-8所示，一种弯曲耗能型索系支撑，包括钢索闭合环和4条钢索，钢索闭合环为矩形的钢索环，4条钢索位于同一平面上，钢索的一端与钢索闭合环固定连接，4条钢索分别连接在钢索闭合环的4个角上，钢索的另一端连接在建筑框架结构上。
每条钢索上均连接有耗能元件，耗能元件包括耗能钢板，钢索贯穿耗能钢板并与耗能钢板固定连接，耗能钢板的两端均连接有稳定钢板；
沿钢索闭合环的外周方向，稳定钢板位于钢索之间，每相邻的2条钢索之间的稳定钢板固定连接，从而4条钢索上的耗能元件连接形成闭合的钢板回环。
沿钢索闭合环的外周方向，每相邻的2条钢索之间的稳定钢板通过肋板固定连接。
耗能元件还包括高强钢管，高强钢管穿过耗能钢板并与耗能钢板固定连接，高强钢管套接于钢索上。
钢索通过环氧树脂与高强钢管粘连，环氧树脂填充于高强钢管内。
钢索闭合环为正方形结构。
耗能钢板垂直于穿过该耗能钢板的钢索。
耗能钢板两端的稳定钢板平行于穿过该耗能钢板的钢索。
耗能钢板的两端与稳定钢板焊接。
稳定钢板与肋板焊接。
Ta和Tb均为钢索受到的拉力。
实施例二
本实施例中，耗能钢板与稳定钢板通过螺栓连接，稳定钢板与肋板通过螺栓连接。
本实施例未提及部份同实施例一。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种弯曲耗能型索系支撑，其特征在于：包括钢索闭合环和4条钢索，钢索闭合环为矩形的钢索环，4条钢索位于同一平面上，钢索的一端与钢索闭合环固定连接，4条钢索分别连接在钢索闭合环的4个角上，钢索的另一端连接在建筑框架结构上；
每条钢索上均连接有耗能元件，耗能元件包括耗能钢板，钢索贯穿耗能钢板并与耗能钢板固定连接，耗能钢板的两端均连接有稳定钢板；
沿钢索闭合环的外周方向，稳定钢板位于钢索之间，每相邻的2条钢索之间的稳定钢板固定连接，从而4条钢索上的耗能元件连接形成闭合的钢板回环。
2.按照权利要求1所述的一种弯曲耗能型索系支撑，其特征在于：沿钢索闭合环的外周方向，每相邻的2条钢索之间的稳定钢板通过肋板固定连接。
3.按照权利要求1所述的一种弯曲耗能型索系支撑，其特征在于：耗能元件还包括高强钢管，高强钢管穿过耗能钢板并与耗能钢板固定连接，高强钢管套接于钢索上。
4.按照权利要求3所述的一种弯曲耗能型索系支撑，其特征在于：钢索通过环氧树脂与高强钢管粘连，环氧树脂填充于高强钢管内。
5.按照权利要求1所述的一种弯曲耗能型索系支撑，其特征在于：钢索闭合环为正方形结构。
6.按照权利要求1所述的一种弯曲耗能型索系支撑，其特征在于：耗能钢板垂直于穿过该耗能钢板的钢索。
7.按照权利要求1所述的一种弯曲耗能型索系支撑，其特征在于：耗能钢板两端的稳定钢板平行于穿过该耗能钢板的钢索。
8.按照权利要求1所述的一种弯曲耗能型索系支撑，其特征在于：耗能钢板的两端与稳定钢板焊接或通过螺栓连接。
9.按照权利要求2所述的一种弯曲耗能型索系支撑，其特征在于：稳定钢板与肋板焊接或通过螺栓连接。
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