一种带可更换金属圆棒消能阻尼器的钢结构柱脚，其特征在于，包括柱体、托座顶板、外部加劲肋、金属圆棒消能阻尼器、托座底板、球支座、锚定装置、内部加劲肋、辅助配件组成；辅助配件包括螺栓、方形垫片、双螺母。柱体为钢结构，托座顶板和托座地板安装于柱体外部，并分别与柱体在一定高度处焊接接触；金属圆棒消能阻尼器上端通过螺栓与托座顶板连接，下端通过金属套筒与锚杆连接；锚定装置底部埋设入混凝土中，上端通过金属套筒与金属圆棒消能阻尼器连接，为金属圆棒消能阻尼器提供抗拔力；该装置能耗散地震能量、减少结构地震响应与损伤，具有施工方便、成本低、震后可快速恢复的优点。
【技术实现步骤摘要】
带可更换金属圆棒消能阻尼器的钢结构柱脚
本专利技术属于土木工程结构工程
技术介绍
近年来，随着可恢复功能结构、韧性结构与韧性城市等概念的提出，工程结构的可修复性得到了广泛关注，这不仅仅要求工程结构在地震中具有良好的性能表现，而且要求结构在震后能够快速修复并投入正常使用。现有结构设计遵循“强柱弱梁”的基本设计原则，通过框架梁端塑性铰来耗散地震能量；这虽然保证了结构的延性，但是震后的可恢复性差，更换承担重力荷载的结构构件往往工序复杂，需要投入大量的人力与物力。地震损伤保险丝技术将结构地震损伤集中于保险丝上，保证主要结构构件处于弹性状态，震后仅仅通过更换保险丝就可以实现结构功能的低成本快速恢复。钢材由于其具有强度高、延性好的优点，被广泛应用于工程结构之中；轻质高强的钢结构构件可以减少上部结构质量，从而减少水平地震作用；但同时纤细的构件截面使得钢结构构件非常容易出现失稳问题，且钢材强度越高，稳定越对结构设计起控制作用。在工程结构中，首层柱轴压比往往较高，而且通常采用刚接柱脚，当结构遭受水平地震作用时，首层柱还将承担相当一部分弯矩；在压弯复合作用下，柱下端截面非常容易出现板件的局部屈曲和柱截面过早出现塑性铰的问题，进而大幅度削减结构整体的塑性耗能能力，这一现象违背了现有的“强柱弱梁”设计理论。此外由于柱子中内力较大，一旦发生损伤其修复工作也相当困难。虽然可以通过采用铰接柱脚来避免上述问题，但同时也削减了首层的抗侧刚度，需要在首层设置必要的支撑以满足规范规定的层间位移要求。
技术实现思路
本专利技术旨在解决现有柱脚存在的上述问题。为此，本专利技术提出一种可用于钢结构房屋中的带可更换金属圆棒消能阻尼器的钢结构柱脚。该带可更换金属圆棒消能阻尼器的钢结构柱脚引入损伤保险丝技术，能在不显著削减首层抗侧移刚度的条件下有效避免柱下端局部屈曲或提前屈服的现象，还能耗散地震能量、减少结构地震响应与损伤，具有施工方便、成本低、震后可快速恢复的优点。为实现上述目的，本专利技术给出的技术方案为：一种带可更换金属圆棒消能阻尼器的钢结构柱脚，其特征在于，包括柱体(1)、托座顶板(2)、外部加劲肋(3)、金属圆棒消能阻尼器(4)、托座底板(6)、球支座、锚定装置(9)、球支座包括凹入部件(7)和凸起部件(8)；所述柱体(1)为钢结构；所述托座顶板(2)安装于柱体(1)外部，并与柱体(1)焊接接触，托座顶板(2)位置在托座底板(6)上方，两者间距根据现场金属圆棒消能阻尼器(4)长度决定；所述托座底板(6)安装于柱体(1)底部，并与柱体(1)焊接接触；所述托座底板(6)为一方形板材，其周边开有若干边圆弧形缺口(601)和角圆弧形缺口(602)；在环绕柱体(1)外部，且托座顶板(2)、托座底板(6)之间焊接外部加劲肋(3)，用于增强托座顶板(2)和托座底板(6)受力稳定性；所述金属圆棒消能阻尼器(4)上端通过螺栓与托座顶板(2)连接，下端与锚定装置(9)连接，为柱体(1)提供一定的抗弯承载力，该装置增加节点的转动能力与耗能能力，抗震性能好且便于拆卸更换；所述球支座包括凹入部件(7)和凸起部件(8)；凹入部件(7)带有球面凹槽，所述凸起部件(8)带有球形表面，凹入部件(7)与凸起部件(8)可相互配合；所述锚定装置(9)底部埋设入混凝土中，上端通过与金属圆棒消能阻尼器(4)连接，为金属圆棒消能阻尼器(4)提供抗拔力。所述金属圆棒消能阻尼器(4)为圆形钢管结构，金属圆棒消能阻尼器(4)包括金属圆棒芯杆(4-1)、金属套管(4-2)、两块填充护瓣(4-4)、阻尼器螺栓(4-3)；所述金属圆棒芯杆(4-1)为圆形钢棒，包括端部螺纹区(4-101)、端部扩大区(4-102)、中间消能区(4-103)与中部凸肋(4-105)；金属套管(4-2)为一圆形钢管，其内径与金属圆棒芯杆(4-1)端部扩大区相同，外径根据稳定要求确定，并在中部开有若干带螺纹的孔洞(4-201)；所述阻尼器螺栓(4-3)拧入螺纹孔洞(4-201)，并顶紧填充护瓣(4-4)外表面，实现各个组件之间位置的相对固定；所述填充护瓣(4-4)为一弧形的钢板，其内表面半径略大于所述金属圆棒芯杆(4-1)的中间消能区(4-103)的外径，圆心角略小于180度，在填充护瓣(4-4)中部挖有凹槽(4-401)；填充护瓣(4-4)填充了中间消能区(4-103)与金属套管(4-2)之间的空间，约束了金属圆棒芯杆(4-1)的侧向变形。金属圆棒芯杆(4-1)由低屈服点钢材制成，并切削成具有中间消能区(4-103)与凸肋(4-105)的形状，中间消能区(4-103)受到力的作用会首先屈服，利用外部金属套管(4-2)约束金属圆棒芯杆(4-1)，以防止金属圆棒芯杆(4-1)受压时可能出现的失稳问题。在柱体内部空间，安装有内部加劲肋，该内部加劲肋下端与底板(6)上表面齐平并焊接，上端与托座顶板(2)上表面齐平。上述技术方案带来的有益效果是：柱脚各部分功能明确，球支座为柱脚提供抗剪承载力，同时让柱脚有一定的转动能力；金属圆棒消能阻尼器上下端均是可拆卸的连接设计,为柱脚提供抗弯承载力，通过控制金属圆棒消能阻尼器的屈服力便可控制住柱端的最大弯矩，从而有效保证柱体不发展塑性或出现局部屈曲的现象。金属圆棒消能阻尼器是钢柱脚的预期损伤部位，在地震作用下，金属圆棒消能阻尼器通过发展塑性变形耗散地震能量，能有效减轻地震反应与结构损伤，震后通过更换金属圆棒消能阻尼器可快速恢复钢柱脚功能。金属圆棒消能阻尼器增加节点的转动能力与耗能能力，抗震性能好且便于拆卸更换。附图说明图1是本专利技术钢结构柱脚的正视图示意图；图2是本专利技术钢结构柱脚的俯视图示意图；图3是本专利技术钢结构柱脚在A-A处的剖视图示意图；图4是本专利技术的托座底板示意图；图5是本专利技术的托座顶板2示意图；图6是本专利技术的锚定装置9示意图；图7是本专利技术的金属圆棒消能阻尼器4外观构造示意图；图8是本专利技术的金属套管4-2的正视图(a)与俯视图(b)；图9是本专利技术的金属圆棒芯杆4-1正视图(a)和填充护瓣4-4的正视图(b)；图10是本专利技术的球支座部件示意图；图11是本专利技术的外部加劲肋3示意图；图12是本专利技术H形截面柱与托座底板连接的构造示意图；图13是本专利技术球支座节点可选的两种安装图。数字标记：柱体(1)、外部加劲肋(3)；托座顶板(2)：圆孔(501)、柱体孔(502)；托座底板(6)：圆弧形缺口(601)、角圆弧形缺口(602)；球支座：凹入部件(7)、凸起部件(8)；辅助配件：螺栓(401)、方形垫片(402)、双螺母(403)；锚定装置(9)：金属套筒(901)、锚定螺栓(902)、锚板(903)与螺母(904)；金属圆棒消能阻尼器(4)：金属圆棒芯杆(4-1)、金属套管(4-2)、两块填充护瓣(4本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种带可更换金属圆棒消能阻尼器的钢结构柱脚，其特征在于，包括柱体(1)、托座顶板(2)、外部加劲肋(3)、金属圆棒消能阻尼器(4)、托座底板(6)、球支座、锚定装置(9)、球支座包括凹入部件(7)和凸起部件(8)；/n所述柱体(1)为钢结构；/n所述托座顶板(2)安装于柱体(1)外部，并与柱体(1)焊接接触，托座顶板(2)位置在托座底板(6)上方，两者间距根据现场金属圆棒消能阻尼器(4)长度决定；/n所述托座底板(6)安装于柱体(1)底部，并与柱体(1)焊接接触；所述托座底板(6)为一方形板材，其周边开有若干边圆弧形缺口(601)和角圆弧形缺口(602)；/n在环绕柱体(1)外部，且托座顶板(2)、托座底板(6)之间焊接外部加劲肋(3)，用于增强托座顶板(2)和托座底板(6)受力稳定性；/n所述金属圆棒消能阻尼器(4)上端通过螺栓与托座顶板(2)连接，下端与锚定装置(9)连接，为柱体(1)提供一定的抗弯承载力，该装置增加节点的转动能力与耗能能力，抗震性能好且便于拆卸更换；/n所述球支座包括凹入部件(7)和凸起部件(8)；凹入部件(7)带有球面凹槽，所述凸起部件(8)带有球形表面，凹入部件(7)与凸起部件(8)可相互配合；/n所述锚定装置(9)底部埋设入混凝土中，上端通过与金属圆棒消能阻尼器(4)连接，为金属圆棒消能阻尼器(4)提供抗拔力。/n...
【技术特征摘要】
1.一种带可更换金属圆棒消能阻尼器的钢结构柱脚，其特征在于，包括柱体(1)、托座顶板(2)、外部加劲肋(3)、金属圆棒消能阻尼器(4)、托座底板(6)、球支座、锚定装置(9)、球支座包括凹入部件(7)和凸起部件(8)；
所述柱体(1)为钢结构；
所述托座顶板(2)安装于柱体(1)外部，并与柱体(1)焊接接触，托座顶板(2)位置在托座底板(6)上方，两者间距根据现场金属圆棒消能阻尼器(4)长度决定；
所述托座底板(6)安装于柱体(1)底部，并与柱体(1)焊接接触；所述托座底板(6)为一方形板材，其周边开有若干边圆弧形缺口(601)和角圆弧形缺口(602)；
在环绕柱体(1)外部，且托座顶板(2)、托座底板(6)之间焊接外部加劲肋(3)，用于增强托座顶板(2)和托座底板(6)受力稳定性；
所述金属圆棒消能阻尼器(4)上端通过螺栓与托座顶板(2)连接，下端与锚定装置(9)连接，为柱体(1)提供一定的抗弯承载力，该装置增加节点的转动能力与耗能能力，抗震性能好且便于拆卸更换；
所述球支座包括凹入部件(7)和凸起部件(8)；凹入部件(7)带有球面凹槽，所述凸起部件(8)带有球形表面，凹入部件(7)与凸起部件(8)可相互配合；
所述锚定装置(9)底部埋设入混凝土中，上端通过与金属圆棒消能阻尼器(4)连接，为金属圆棒消能阻尼器(4)提供抗拔力。
2.如权利要求1所述的一种带...
【专利技术属性】
技术研发人员：李国强，钟云龙，王彦博，金华建，孙飞飞，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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