本發明專利技術提供了一種建筑弓形消能減震支撐裝置，屬于建筑裝置技術領域，包括:鋼柱、鋼梁及弓形消能減震支撐；所述鋼柱與鋼梁通過高強度螺栓或焊接方式形成框架結構；所述弓形消能減震支撐設置于所述框架結構內部，所述弓形消能減震支撐由兩根弓形的鋼管交叉焊接而成；結構簡單緊湊,安裝方便靈活。其次,弓形消能減震支撐具有良好的耗能性能,能夠有效消耗震動輸入能量,降低結構的動力響應。同時,該裝置采用低屈服點鋼材,具有較高的應變率敏感性和優異的疲勞性能。此外,弓形消能減震支撐可以與常規鋼柱鋼梁框架進行兼容,無需特殊的結構布置,更好地滿足建筑物的實際使用需求。本發明專利技術解決了當前消能減震裝置結構較為復雜的問題。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于建筑裝置，具體而言，涉及一種建筑弓形消能減震支撐裝置。
技術介紹
1、建筑物抗震設計是建筑工程中的重要組成部分。目前,鋼筋混凝土框架、鋼框架結構等是建筑物常用的抗震體系。在強震作用下,這些結構容易發生塑性變形和局部破壞,從而導致建筑物整體倒塌或嚴重損壞。為了提高建筑物的抗震性能,一種有效的方法是在框架結構中設置消能減震裝置。
2、建筑結構阻尼器主要分為速度相關型、位移相關型和其他類型。速度相關型阻尼器：這類阻尼器的耗能能力與速度大小相關，通常由黏滯或黏彈性材料組成。在地震作用下，利用黏滯和粘彈材料的特性來耗散地震能量，主要分為黏滯阻尼器和粘彈性阻尼器。位移相關型阻尼器：這類阻尼器的耗能能力與位移大小相關，通常由塑性變形性能好的材料組成。在地震往復作用下通過塑性滯回耗能來耗散地震能量，如軟鋼剪切阻尼器、金屬彎曲阻尼器、屈曲約束支撐和摩擦型阻尼器等。
3、通過在建筑結構的某些部位設置阻尼器，增加結構的阻尼，消耗地震下的振動能量，從而減小結構的震動反應和風致振動，提高了建筑的穩定性和舒適性。
4、但這些裝置也存在一些問題:阻尼器容易出現溫度敏感性和疲勞問題,且單個阻尼器耗能能力一般，烈度較高或者大型的建筑往往需要布置較多數量的阻尼器，造價高昂，甚至占用空間、影響使用。此外,這些裝置應用在加固改造建筑中時，往往對建筑外立面造成較大的破壞，并不能“修舊如舊”。因此,迫切需要一種結構簡單可靠、性能優越、安裝方便、適用性廣泛的新型消能減震裝置,以滿足現代建筑物抗震設計及城市更新的需求。
技術實現思路
1、有鑒于此，本專利技術提供一種建筑弓形消能減震支撐裝置，能夠解決當前消能減震裝置結構較為復雜的問題。
2、本專利技術是這樣實現的：
3、本專利技術提供一種建筑弓形消能減震支撐裝置，包括:鋼柱、鋼梁及弓形消能減震支撐；所述鋼柱與鋼梁通過高強度螺栓或焊接方式形成框架結構；所述弓形消能減震支撐設置于所述框架結構內部，所述弓形消能減震支撐由兩根弓形的鋼管交叉焊接而成。
4、其中,所述弓形消能減震支撐的曲率半徑r與支撐長度l之間滿足以下關系:
5、
6、式中,l為支撐端部之間的直線距離,單位為毫米；h為支撐中點至端部連線的最大垂直距離,單位為毫米；當支撐設計為對稱形式時,h的取值范圍為0.1l≤h≤0.2l。
7、其中,所述弓形消能減震支撐的橫截面尺寸滿足以下關系:
8、
9、式中,i為支撐的截面慣性矩,單位為毫米的四次方；pcr為支撐的臨界屈曲力,單位為牛頓；e為支撐材料的彈性模量,單位為帕斯卡；所述支撐的截面采用矩形鋼管或h型鋼,其翼緣寬度b與腹板高度h的比值滿足:
10、其中,所述弓形消能減震支撐的彈性變形能與外力的關系滿足:
11、
12、式中,u為彈性變形能,單位為焦耳；p為軸向力,單位為牛頓；a為支撐的截面面積,單位為平方毫米；m為彎矩,單位為牛頓·毫米；δ為軸向變形,單位為毫米；θ為轉角,單位為弧度。
13、其中,所述弓形消能減震支撐與鋼梁、鋼柱的連接節點采用鉸接方式,其連接螺栓的設計強度滿足:
14、
15、式中,nv.rd為螺栓的抗剪承載力設計值,單位為牛頓；αv為螺栓抗剪系數,當螺栓等級為8.8級時取0.6,當螺栓等級為10.9級時取0.5；fub為螺栓的極限強度,單位為兆帕；as為螺栓的受剪截面積,單位為平方毫米；ns為受剪截面數；γm2為螺栓連接的抗力分項系數,取1.25。
16、其中,所述弓形消能減震支撐的耗能性能滿足:
17、ed＝πσyεyvξ；
18、式中,ed為單循環耗能,單位為焦耳；σy為支撐材料的屈服強度,單位為兆帕；εy為支撐材料的屈服應變；v為支撐的有效體積,單位為立方毫米；ξ為等效阻尼比,其取值范圍為0.15≤ξ≤0.25。
19、其中,所述弓形消能減震支撐采用低屈服點鋼材制作,其材料性能滿足:
20、
21、式中,σy為動態屈服強度,單位為兆帕；σy0為靜態屈服強度,單位為兆帕；為應變率,單位為每秒；為參考應變率,取1×10-3/秒；x為應變率敏感指數,取值范圍為0.1≤n≤0.2。
22、其中,所述弓形消能減震支撐的疲勞性能滿足:
23、nf＝c(δε)-m；
24、式中,nf為疲勞壽命,單位為循環次數；δε為應變幅值；c為材料常數,取值范圍為1×1010≤c≤5×1010；m為斜率指數,取值范圍為3≤m≤4。
25、其中,所述弓形消能減震支撐的穩定性校核滿足:
26、φ＝0.5[1+α(λ-0.2)+λ2]；
27、
28、式中,φ為穩定系數的中間計算值；α為初始缺陷系數,取0.34；λ為無量綱化長細比；χ為穩定系數,其取值應滿足χ≤1.0。
29、其中,所述弓形消能減震支撐的設計位移響應滿足:
30、
31、式中,sd為設計位移響應譜,單位為毫米；為震動加速度時程,單位為毫米每平方秒；ξ為結構阻尼比；ω為圓頻率,單位為弧度每秒；tmax為震動持時,單位為秒。
32、與現有技術相比較，本專利技術提供的一種建筑弓形消能減震支撐裝置的有益效果是：
33、首先,該裝置由兩根交叉的弓形鋼管組成,結構簡單緊湊,安裝方便靈活。其次,弓形消能減震支撐具有良好的耗能性能,能夠有效消耗震動輸入能量,降低結構的動力響應。同時,該裝置采用低屈服點鋼材,具有較高的應變率敏感性和優異的疲勞性能。此外,弓形消能減震支撐可直接在現狀框架結構上附加，無需拆改平面內的墻體造型，快速便捷，更加適用于加固改造工程。
34、相比現有技術,本專利技術的建筑弓形消能減震支撐裝置具有以下優勢:
35、1.結構簡單,安裝方便:采用兩根交叉弓形鋼管組成,整體結構緊湊,可方便地安裝在鋼框架結構內部。
36、2.良好的消能性能:通過合理設計弓形支撐的幾何尺寸和材料性能,可以有效消耗震動輸入能量,降低結構動力響應。
37、3.適用性廣泛:可根據具體的設計意圖，選擇合適的剛度。彈性階段，
38、可為結構提供剛度；彈塑性階段，可變形耗能。能直接用于新建工程，也可用于加固改造工程。用于加固改造工程時，原結構拆改量小、附加的裝置少，成本低。
39、4.優異的疲勞性能:采用低屈服點鋼材,具有較高的應變率敏感性和良好的疲勞壽命,能夠承受反復的震動荷載作用。
40、綜上所述，本專利技術解決了當前消能減震裝置結構較為復雜問題。
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【技術保護點】
1.一種建筑弓形消能減震支撐裝置，其特征在于,包括:鋼柱、鋼梁及弓形消能減震支撐；所述鋼柱與鋼梁通過高強度螺栓或焊接方式形成框架結構；所述弓形消能減震支撐設置于所述框架結構內部，所述弓形消能減震支撐由兩根弓形的鋼管交叉焊接而成。
2.根據權利要求1所述的建筑弓形消能減震支撐裝置,其特征在于,所述弓形消能減震支撐的曲率半徑R與支撐長度L之間滿足以下關系:
3.根據權利要求2所述的建筑弓形消能減震支撐裝置,其特征在于,所述弓形消能減震支撐的橫截面尺寸滿足以下關系:
4.根據權利要求3所述的建筑弓形消能減震支撐裝置,其特征在于,所述弓形消能減震支撐的彈性變形能與外力的關系滿足:
5.根據權利要求4所述的建筑弓形消能減震支撐裝置,其特征在于,所述弓形消能減震支撐與鋼梁、鋼柱的連接節點采用鉸接方式,其連接螺栓的設計強度滿足:
6.根據權利要求5所述的建筑弓形消能減震支撐裝置,其特征在于,所述弓形消能減震支撐的耗能性能滿足:
7.根據權利要求6所述的建筑弓形消能減震支撐裝置,其特征在于,所述弓形消能減震支撐采用低屈服點鋼材制作,其材料性能滿足:
8.根據權利要求7所述的建筑弓形消能減震支撐裝置,其特征在于,所述弓形消能減震支撐的疲勞性能滿足:
9.根據權利要求8所述的建筑弓形消能減震支撐裝置,其特征在于,所述弓形消能減震支撐的穩定性校核滿足:
10.根據權利要求1所述的建筑弓形消能減震支撐裝置,其特征在于,所述弓形消能減震支撐的設計位移響應滿足:
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【技術特征摘要】
1.一種建筑弓形消能減震支撐裝置，其特征在于,包括:鋼柱、鋼梁及弓形消能減震支撐；所述鋼柱與鋼梁通過高強度螺栓或焊接方式形成框架結構；所述弓形消能減震支撐設置于所述框架結構內部，所述弓形消能減震支撐由兩根弓形的鋼管交叉焊接而成。
2.根據權利要求1所述的建筑弓形消能減震支撐裝置,其特征在于,所述弓形消能減震支撐的曲率半徑r與支撐長度l之間滿足以下關系:
3.根據權利要求2所述的建筑弓形消能減震支撐裝置,其特征在于,所述弓形消能減震支撐的橫截面尺寸滿足以下關系:
4.根據權利要求3所述的建筑弓形消能減震支撐裝置,其特征在于,所述弓形消能減震支撐的彈性變形能與外力的關系滿足:
5.根據權利要求4所述的建筑弓形消能減震支撐裝置,其特...
【專利技術屬性】
技術研發人員：楊勇，馬強強，蔡興彬，王琳，鞏亞，
申請(專利權)人：中建八局發展建設有限公司，
類型：發明
國別省市：
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