【技术实现步骤摘要】
本专利技术用于装配式建筑、新建建筑抗震设计和既有建筑抗震加固。
技术介绍
1、耗能抗剪装置目前有很多应用场景，如安装在剪力墙-柱之间、框架不同跨间和连梁跨中反弯点处等。该类型装置根据抗震设计的延性要求，先于主体结构发生屈服，将变形和耗能同时集中在该类型装置中，起到保护主体结构的作用。
2、根据不同的耗能原理，已存在很多耗能抗剪装置，如黏弹性型、软钢型、摩擦型、铅-橡胶型、软钢-黏弹性复合型、铅-橡胶型等。这些传统耗能抗剪装置有很强的耗能能力，但震后残余位移大，导致结构震后使用功能恢复速度慢。自复位耗能抗剪装置在具备高效耗能能力的同时，能自动将结构恢复到正常状态，解决传统耗能抗剪装置震后残余位移大的难题。
3、既有自复位耗能抗剪装置的相关研究还比较少；且已知的自复位耗能抗剪装置都需要施加较高的预应力，以克服其自身耗能系统抵抗复位的摩阻力实现装置的自复位；但需施加高水平的预应力的需求增加了施工难度，且长期作用下存在预应力损失等问题。
技术实现思路
1、针对现有自复位耗能装置的缺乏和不足，本专利技术提出一种单向传力低预应力需求自复位抗剪装置的设计方法。该设计方法流程简单，且设计出来的抗剪装置能够通过单向传力系统在装置复位过程发生相对滑移，消除耗能系统抵抗复位的摩阻力、实现装置施加少许预应力即可完全复位的目标。
2、该新型装置在发生剪切变形时既能提供耗能能力，又能提供自复位能力；且仅需施加少许预应力即能实现装置完全复位；具备变形能力强，造价低廉，性能可靠
3、为了实现上述目标，本专利技术提供了如下设计方案：
4、步骤一：根据装置安装处的抗剪需求，设计单向传力低预应力需求自复位抗剪装置中单向传力耗能系统；
5、步骤二：确定单向传力耗能系统中耗能系统的布置形式、数量和横截面积；
6、步骤三：设计装置预应力需求自复位抗剪装置中的自复位预应力系统
7、步骤四：设计用于连接单向传力耗能系统、自复位预应力系统的支架及传动机构
8、步骤一所述的单向传力耗能系统，采用单向传力系统与耗能系统串联的方式组合；当单向传力耗能系统受拉时，单向传力系统传递拉力，让耗能系统耗散输入装置的能量；当单向传力耗能系统受压时，单向传力系统的内部产生相对滑移但不传递力，此时耗能系统不受力。
9、步骤二所述的单向传力耗能系统中耗能系统，一般采用耗能金属棒屈服变形耗能。随装置安装处抗剪强度需求的增加，可增加耗能金属棒的数量以满足装置的耗能需求。装置中的耗能金属棒一般由连接段和核心耗能段两部分组成。连接段用于固定耗能金属棒，需确保专利技术正常工作时一直处于弹性状态，即耗能金属棒核心耗能段达最大拉应力时不屈服：as,c·fy≥as,ed·fu；其中as,c为单根耗能金属棒连接段有效横截面积，as,ed为单根耗能金属棒核心耗能段横截面积，fy、fu分别为选取金属材料的屈服强度和抗拉强度。装置中单根耗能金属棒核心耗能段的横截面积可估算为：其中fy为单向传力低预应力需求自复位抗剪装置的设计屈服强度，ns为耗能金属棒的数量。
10、步骤三所述的自复位预应力系统，一般采用预应力螺杆与碟簧组串联组成。当发生剪切变形时，自复位预应力系统中的碟簧组产生弹性变形，并通过其弹性变形储存的能量完成装置复位。同时需确保在达到最大变形前，碟簧组不会压平，即；nspr·δspr,eff≥δult；其中nspr为碟簧组中碟簧的数量；δspr,eff为自复位预应力系统施加预应力后碟簧组单片碟簧的有效变形量：δspr,eff＝δspr,ult-δspr,pre,δspr,ult和δspr,pre分别为单片碟簧的极限变形量和自复位预应力系统施加预应力后单片碟簧的初始变形量；δult为单向传力低预应力需求自复位抗剪装置设计的极限变形量。预应力螺杆仅用于组装单向传力低预应力需求自复位抗剪装置时施加少许预应力，需确保预应力螺杆在抗剪装置工作时一直处于弹性状态。
11、步骤四所述的支架及传动机构的支架及传动机构，用于传递外界发生剪切变形时输入装置的能量，同时连接单向传力的耗能系统和自复位预应力系统。设计装置的支架及传动机构时，需确保其在承受最大抗震需求时依旧处于弹性状态且不产生较大形变，以确保装置能够始终正常工作。
12、本专利技术的有益效果是：
13、(1)广泛使用的工程元件实现自复位装置低预应力的特性，无需构件精加工，造价低廉，性能稳定可靠；
14、(2)解决了自复位耗能装置变形能力受限的问题；
15、(3)仅需施加少许预应力即能实现装置的完全自复位；
16、(4)装置的耗能元件在震后易于更换，使装置能够快速修复。
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1.一种单向传力低预应力需求自复位抗剪装置设计方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤一所述的单向传力耗能系统，采用单向传力系统与耗能系统串联的方式组合；当单向传力耗能系统受拉时，单向传力系统传递拉力，让耗能系统耗散输入装置的能量；当单向传力耗能系统受压时，单向传力系统的内部产生相对滑移但不传递力，此时耗能系统不受力。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤二所述的单向传力耗能系统中耗能系统，采用耗能金属棒屈服变形耗能；随装置安装处抗剪强度需求的增加，增加耗能金属棒的数量以满足装置的耗能需求；装置中的耗能金属棒由连接段和核心耗能段两部分组成；连接段用于固定耗能金属棒，需确保正常工作时一直处于弹性状态，即耗能金属棒核心耗能段达最大拉应力时不屈服：As,C·fy≥As,ED·fu；其中As,C为单根耗能金属棒连接段有效横截面积，As,ED为单根耗能金属棒核心耗能段横截面积，fy、fu分别为选取金属材料的屈服强度和抗拉强度；装置中单根耗能金属棒核心耗能段的横截面积估算为：其中Fy为单向传力低预应力需求自复位抗剪装置的设计屈服强
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤三所述的自复位预应力系统，采用预应力螺杆与碟簧组串联组成；当发生剪切变形时，自复位预应力系统中的碟簧组产生弹性变形，并通过其弹性变形储存的能量完成装置复位；同时需确保在达到最大变形前，碟簧组不会压平，即；nspr·δspr,eff≥δult；其中nspr为碟簧组中碟簧的数量；δspr,eff为自复位预应力系统施加预应力后碟簧组单片碟簧的有效变形量：δspr,eff＝δspr,ult-δspr,pre,δspr,ult和δspr,pre分别为单片碟簧的极限变形量和自复位预应力系统施加预应力后单片碟簧的初始变形量；δult为单向传力低预应力需求自复位抗剪装置设计的极限变形量；预应力螺杆仅用于组装单向传力低预应力需求自复位抗剪装置时施加少许预应力，控制预应力螺杆在单向传力低预应力需求自复位抗剪装置工作时一直处于弹性状态。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤四所述的支架及传动机构的支架及传动机构，用于传递外界发生剪切变形时输入装置的能量，同时连接单向传力的耗能系统和自复位预应力系统；设计装置的支架及传动机构时，控制其在承受最大抗震需求时依旧处于弹性状态且不产生较大形变，以确保装置能够始终正常工作。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，设计出的单向夹具传力低预应力需求自复位抗剪装置包括：单向传力耗能系统，自复位预应力系统，和用于安装单向传力耗能系统、自复位预应力系统的支架及传动机构；三者形成集成体，通过支架及传动机构连接外部导入能量；在功能关系上，当装置发生剪切变形时，其中的单向传力耗能系统受拉屈服变形，同时自复位预应力系统中预应力螺杆受拉弹性变形、碟簧组受压弹性变形，并通过剪切变形过程中自复位预应力系统变形产生的恢复力完成复位。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，
...【技术特征摘要】
1.一种单向传力低预应力需求自复位抗剪装置设计方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤一所述的单向传力耗能系统，采用单向传力系统与耗能系统串联的方式组合；当单向传力耗能系统受拉时，单向传力系统传递拉力，让耗能系统耗散输入装置的能量；当单向传力耗能系统受压时，单向传力系统的内部产生相对滑移但不传递力，此时耗能系统不受力。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤二所述的单向传力耗能系统中耗能系统，采用耗能金属棒屈服变形耗能；随装置安装处抗剪强度需求的增加，增加耗能金属棒的数量以满足装置的耗能需求；装置中的耗能金属棒由连接段和核心耗能段两部分组成；连接段用于固定耗能金属棒，需确保正常工作时一直处于弹性状态，即耗能金属棒核心耗能段达最大拉应力时不屈服：as,c·fy≥as,ed·fu；其中as,c为单根耗能金属棒连接段有效横截面积，as,ed为单根耗能金属棒核心耗能段横截面积，fy、fu分别为选取金属材料的屈服强度和抗拉强度；装置中单根耗能金属棒核心耗能段的横截面积估算为：其中fy为单向传力低预应力需求自复位抗剪装置的设计屈服强度，ns为耗能金属棒的数量。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤三所述的自复位预应力系统，采用预应力螺杆与碟簧组串联组成；当发生剪切变形时，自复位预应力系统中的碟簧组产生弹性变形，并通过其弹性变形储存的能量完成装置复位；同时需确保在达到最大变形前，碟簧组不会压平，即；nspr·δspr,eff≥δult；其中nspr为碟簧组中碟簧的数量；δsp...
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