摇摆剪力墙自复位摩擦耗能连接件

1.本发明涉及一种摇摆剪力墙自复位摩擦耗能连接件，属于土木工程消能减震、可恢复功能防震韧性结构技术领域。


背景技术：

2.我国是地震多发国家之一，传统的建筑结构体系通过材料延性和结构变形来抵抗地震作用，地震后结构虽未倒塌，但修复困难，耗费大量的人力物力。可恢复功能防震韧性结构体系在地震后无损伤或损伤很小，无需修复或稍加修复即可快速恢复使用。摇摆剪力墙是可恢复功能结构体系之一，其通过放松与基础交界面的约束，使该交界面仅有受压能力而无受拉能力，地震发生时，在水平倾覆力矩的作用下，墙体发生一定的抬升，形成摇摆结构。
3.目前，大多数研究和工程实践通过在摇摆剪力墙中施加预应力形成自复位机制，但存在预应力损失大、钢束不均匀受力断丝、更换难度大、抗倒塌能力不足等问题。
4.针对上述问题，本发明提出一种利用碟簧提供自复位机制、利用摩擦板提供耗能机制的自复位摩擦耗能连接件，有效减轻剪力墙的震后损伤，提高修复效率，可望实现小震中震保持弹性、大震少残余可恢复、巨震不倒塌的防震韧性目标。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的摇摆剪力墙震后残余变形大，且耗能能力有限的问题，本发明提出了一种摇摆剪力墙自复位摩擦耗能连接件，通过本装置的摩擦组件耗散输入结构体系的地震能量，通过本装置的碟簧组件提供自复位能力，减小或消除震后残余变形；大大提升了摇摆剪力墙的抗震性能和震后功能可恢复性能。
6.本发明所述的包括摩擦组件，以及安装于摩擦组件上的碟簧组件，其中：
7.摩擦组件包括内钢板、外钢板、摩擦材料、钢板螺栓、衬板螺栓和衬板，其中：
8.内钢板、外钢板由钢板螺栓连接，并在内外钢板间嵌入摩擦材料；
9.外钢板通过衬板螺栓与衬板连接，衬板与顶板焊接；
10.碟簧组件包括复合组合碟簧、锚杆、锚板、限位板、限位螺母、顶板、耳板和铰接螺栓，其中：
11.复合组合碟簧由锚杆、限位板和限位螺母固定，穿入上下锚板，其中：
12.限位板的内孔径需小于限位螺母的外径；
13.锚板的内孔径大于限位螺母的外径且小于限位板外径；
14.所述锚杆通过铰接螺栓与耳板连接，耳板与顶板焊接。
15.安装本发明的摇摆剪力墙的抗震工作机制为：在水平地震作用下，当侧向力较小时摩擦组件不激发，提供剪力墙较大的初始抗侧刚度；随着侧向力的增大，摩擦组件激发，剪力墙得到保护，作为刚体做摇摆运动，摩擦组件吸收地震能量，同时碟簧被压缩提供复位能力；当结构侧向变形进一步增大，钢板螺栓抵住长圆孔端部，本发明所述连接件不再提供
额外变形，与剪力墙共同工作，发挥更强的承载能力，防止结构倒塌。
16.优选地，所述内钢板设有长圆孔，其长度可根据剪力墙摇摆的位移限值决定。
17.优选地，所述摩擦组件通过改变钢板螺栓的扭矩调节内外钢板的压力水平，控制摩擦激发力，从而控制剪力墙的初始抗侧刚度。
18.优选地，所述碟簧组件通过改变复合组合碟簧的初始预压力，调节连接件的自复位性能。
19.优选地，所述锚杆与顶板采用铰接，可避免因顶板偏离水平而造成的锚杆与锚板自锁现象。
20.优选地，所述钢板螺栓、铰接螺栓、衬板螺栓均采用高强螺栓。
21.本发明的有益效果是：
22.(1)该摇摆剪力墙自复位摩擦耗能连接件，将耗能与自复位功能集成：由碟簧组件提供结构震后自复位能力，减小或消除震后残余变形，减轻震后修复工作，增加抗震韧性；与现有摇摆剪力墙的预应力自复位技术相比，可避免预应力筋设计及施工的复杂问题。
23.(2)该装置由摩擦组件提供耗能能力，将剪力墙在地震作用下的动能转化为装置摩擦，从而起到保护结构的作用，增强结构的抗震性能。
24.(3)该装置中碟簧组件的锚杆与顶板采用铰接，避免了实际工程中顶板无法保持水平而造成的锚杆与锚板自锁现象，从而克服了现有技术存在的装置失效问题。
25.(4)该装置的摩擦激发力，摩擦板行程(长圆孔长度)，碟簧的刚度均是可调的，可根据结构的抗震要求合理配置上述参数。
26.(5)该装置的组件结构巧妙，可工厂预制，现场装配。地震后摩擦板、摩擦材料等组件均可根据实际损伤情况拆卸、更换，减少修复成本和时间。
附图说明
27.图1是本发明的立体图。
28.图2是本发明摩擦组件的细节展示图
29.图3是本发明铰接构造的细节展示图。
30.图4是本发明实施例的摇摆剪力墙构造示意图。
31.图5(a)是本发明实施例中与剪力墙的可选连接构造正视图。
32.图5(b)是本发明实施例中与剪力墙的可选连接构造侧视图。
33.图6(a)是本发明工作原理-受压状态示意图。
34.图6(b)是本发明工作原理-受拉状态示意图。
35.图7是本发明安装的摇摆剪力墙在理想状态下的f-s曲线图。
36.图中：1、内钢板；2、外钢板；3、摩擦材料；4、钢板螺栓；5、复合组合碟簧；6、锚杆；7、锚板；8、限位板；9、限位螺母；10、顶板；11、耳板；12、铰接螺栓；13、衬板螺栓；14、衬板；20、正交胶合木剪力墙墙体；21、自复位摩擦耗能连接件；22、基础；23、外伸钢板；24、螺栓。
具体实施方式
37.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
38.实施例1：
39.如图1至图3所示，本发明所述的包括摩擦组件，以及安装于摩擦组件上的碟簧组件，其中：
40.摩擦组件包括内钢板1、外钢板2、摩擦材料3、钢板螺栓4、衬板螺栓13和衬板14，其中：
41.内钢板1、外钢板2由钢板螺栓4连接，并在内外钢板2间嵌入摩擦材料3；
42.外钢板2通过衬板螺栓13与衬板14连接，衬板14与顶板10焊接；
43.碟簧组件包括复合组合碟簧5、锚杆6、锚板7、限位板8、限位螺母9、顶板10、耳板11和铰接螺栓12，其中：
44.复合组合碟簧5由锚杆6、限位板8和限位螺母9固定，穿入上下锚板7，其中：
45.限位板8的内孔径需小于限位螺母9的外径；
46.锚板7的内孔径大于限位螺母9的外径且小于限位板8外径；
47.所述锚杆6通过铰接螺栓12与耳板11连接，耳板11与顶板10焊接。
48.安装本发明的摇摆剪力墙的抗震工作机制为：在水平地震作用下，当侧向力较小时摩擦组件不激发，提供剪力墙较大的初始抗侧刚度；随着侧向力的增大，摩擦组件激发，剪力墙得到保护，作为刚体做摇摆运动，摩擦组件吸收地震能量，同时碟簧被压缩提供复位能力；当结构侧向变形进一步增大，钢板螺栓4抵住长圆孔端部，本发明所述连接件不再提供额外变形，与剪力墙共同工作，发挥更强的承载能力，防止结构倒塌。
49.优选地，所述内钢板1设有长圆孔，其长度可根据剪力墙摇摆的位移限值决定。
50.优选地，所述摩擦组件通过改变钢板螺栓4的扭矩调节内外钢板2的压力水平，控制摩擦激发力，从而控制剪力墙的初始抗侧刚度。
51.优选地，所述碟簧组件通过改变复合组合碟簧5的初始预压力，调节连接件的自复位性能。
52.优选地，所述锚杆6与顶板10采用铰接，可避免因顶板10偏离水平而造成的锚杆6与锚板7自锁现象。
53.优选地，所述钢板螺栓4、铰接螺栓12、衬板螺栓13均采用高强螺栓24。
54.本发明的有益效果是：
55.(1)该摇摆剪力墙自复位摩擦耗能连接件，将耗能与自复位功能集成：由碟簧组件提供结构震后自复位能力，减小或消除震后残余变形，减轻震后修复工作，增加抗震韧性；与现有摇摆剪力墙的预应力自复位技术相比，可避免预应力筋设计及施工的复杂问题。
56.(2)该装置由摩擦组件提供耗能能力，将剪力墙在地震作用下的动能转化为装置摩擦，从而起到保护结构的作用，增强结构的抗震性能。
57.(3)该装置中碟簧组件的锚杆6与顶板10采用铰接，避免了实际工程中顶板10无法保持水平而造成的锚杆6与锚板7自锁现象，从而克服了现有技术存在的装置失效问题。
58.(4)该装置的摩擦激发力，摩擦板行程(长圆孔长度)，碟簧的刚度均是可调的，可根据结构的抗震要求合理配置上述参数。
59.(5)该装置的组件结构巧妙，可工厂预制，现场装配。地震后摩擦板、摩擦材料3等组件均可根据实际损伤情况拆卸、更换，减少修复成本和时间。
60.实施例2：
61.如图4所示，将所述自复位摩擦耗能连接件应用于某正交胶合木剪力墙墙趾部位，剪力墙与本发明的可选连接方式如图5(a)和5(b)所示，包括外伸钢板23、螺栓24。
62.所述的自复位摩擦耗能连接件包括内钢板1、外钢板2、摩擦材料3、钢板螺栓4、衬板14、复合组合碟簧5、锚杆6、锚板7、限位板8、限位螺母9、顶板10、耳板11、铰接螺栓12、衬板螺栓13。
63.根据正交胶合木剪力墙的期望变形范围，设置长圆孔长度为100mm,摩擦组件内板选用屈服强度为1200mpa的高强钢，外板选用350mpa的低碳钢，内板和外板通过8.8级m16高强螺栓24连接，摩擦材料3选为无石棉有机材料nao-780。
64.根据正交胶合木剪力墙的运动规律，当一侧墙趾受压时，带动本发明所述装置受压，如图6(a)所示，顶板10、锚杆6、限位螺母9同时向下移动，由此带动复合组合碟簧5受压产生恢复力。与此同时，另一侧墙趾受拉，带动本发明所述装置受拉，如图6(b)所示，顶板10、锚杆6、限位螺母9同时向上移动，同样带动符合组合碟簧受压产生恢复力。
65.当剪力墙受到的侧向地震力较小时，所述装置的摩擦组件不激发，为剪力墙提供必要的初始刚度。当摩擦组件被激发，产生摩擦耗能，保护墙体结构免受地震损伤。当墙体侧向位移过大时，钢板螺母抵达长圆孔边缘，所述装置不再产生位移，与墙体共同抵抗侧向力，防止结构倒塌。当地震侧向力停止作用时，碟簧组件产生的恢复力可使墙体恢复到初始位置，消除残余变形。地震作用下，安装本发明的摇摆剪力墙的力-位移曲线如图7所示。
66.以上所述仅为本发明的优选实施例，不能被认为用于限定对本发明的实施例范围。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的实质范围之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
67.本发明可广泛运用于土木工程消能减震、可恢复功能防震韧性结构场合。