基于受拉屈服变形控制的耗能装置

1.本实用新型属于建筑工程结构抗震领域，涉及一种基于受拉屈服变形控制的耗能装置。


背景技术：

2.我国是世界上遭受地震灾害最严重的国家之一，除了地震次数多、分布范围广外的另一个特点是地震的多发区恰恰是一些经济发展较为落后的农村和集镇，而这些地区的房屋构造措施薄弱、抗震能力差，以及建造缺乏专业设计、施工指导等，导致结构的震害要明显高于城市，因此我国村镇地区的房屋已成为防震减灾事业最薄弱的环节。为了减少国家和社会在地震中的损失，研究村镇地区房屋的消能减震技术具有非常重要的意义。
3.木构架是由木圈梁和木构造柱通过一定方式连接而成，具有增强结构整体性、提高结构抗震性能等优势而被广泛地应用于现役村镇建筑结构中，比如生土结构、木结构、木框架
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填充墙等。在地震作用下木构架可作为墙体失效后的第二道防线，其抗倒塌能力至关重要，而木构架的抗倒塌能力往往取决于木构架梁柱连接节点的强弱，因此木构架梁柱连接节点是整个结构较为关键的部分。传统的木构架梁柱连接节点的连接方式主要为榫接连接和扒钉连接，连接强度有限，容易发生松脱；其次，施工难度较高，较为依赖工人的施工经验；再有，大多数结构具有不可恢复性和不可更换性，不符合目前提倡的可恢复功能减震结构的理念。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种基于受拉屈服变形控制的耗能装置，以解决木构架梁柱连接节点的传统连接方式存在的不足。
5.为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
6.基于受拉屈服变形控制的耗能装置，包括壳体、设于壳体内的活塞、连接于活塞一侧并伸出壳体外的推拉杆、连接于活塞另一侧的复位机构，以及连接于活塞两侧并与壳体相连的耗能元件；在地震时，耗能元件能够受拉屈服以减少输入至木构架的地震作用，复位机构能够产生拉力或压力使耗能元件复位。
7.进一步，推拉杆焊接在活塞的一侧。
8.进一步，耗能元件为圆钢杆，活塞每侧的圆钢杆相对推拉杆对称分布。
9.进一步，耗能元件的两端分别设有外螺纹，活塞两侧对应设有相适配的内螺纹以连接相应耗能元件的一端；活塞一侧的耗能元件的另一端穿过壳体，并通过配套的螺母来紧固；活塞另一侧的耗能元件的另一端穿过固连于壳体内的上限位挡板，并通过配套的螺母来紧固。
10.进一步，上限位挡板焊接于壳体内。
11.进一步，复位机构包括复位弹簧，复位弹簧的一端连接在固连于活塞上的弹簧连接件上，另一端连接在固连于壳体内侧的弹簧连接件上。
12.进一步，复位弹簧的两端的弹簧连接件分别通过螺钉固定在活塞和壳体上。
13.进一步，壳体、活塞、推拉杆和复位机构同轴线布置。
14.进一步，壳体采用钢制，包括筒状的外壳及分别可拆卸连接于外壳两端的端盖；外壳的两端设有外螺纹，端盖上对应设有相适配的内螺纹以连接外壳。
15.进一步，推拉杆伸出壳体的一端设有铰链，以与木构架的木构造柱铰接；与推拉杆相对端的壳体上设有铰链，以与木构架的木圈梁铰接，以此形成木构架耗能节点。
16.本实用新型的有益效果在于：
17.1、本实用新型公开的耗能装置，安装在木构架梁柱连接节点夹角处，木圈梁、木构造柱采用钢制夹板通过紧固螺栓进行紧固连接，防止节点受力及变形过程中发生相对滑移。木圈梁夹板与木构造柱夹板在转角处采用铰链连接，可保证木构架梁柱连接节点的转动能力。木构架梁柱连接节点是整个结构较为关键的部分，木构架的抗倒塌能力往往取决于木构架梁柱连接节点的强弱，针对木构架重要且薄弱环节处梁柱连接节点设置耗能装置，相比于传统榫接、扒钉连接节点，可增强节点的强度，降低了节点被破坏的风险，解决了木构架梁柱连接节点受震害的问题。同时传统的木构架梁柱节点连接方式施工难度较高，较为依赖工人的施工经验，该耗能装置可实现装配式，加工、施工、安装等较为简单，尤其适用于人工素质低、技术力量短缺的边远村镇地区。
18.2、本实用新型公开的耗能装置，依靠耗能元件屈服强度到抗拉强度这一阶段来实现。在小震作用下，耗能装置与木构架形成具有较大抗侧刚度的框架结构，结构依靠自身抗震，圆钢杆不屈服，整体处于弹性状态；在中震作用下，推拉杆在外力下作用于活塞，活塞运动瞬间带动圆钢杆受拉开始屈服；在大震作用下，圆钢杆未进入颈缩阶段，保证整个地震作用下耗能装置可以发挥耗能的作用，防止木构架大变形甚至倒塌。同时可提高木构架的抗侧承载力，有效减少木构架侧移量，延长木构架的自振周期，达到消能减震、提高结构抗震性能。
19.3、本实用新型公开的耗能装置，具有可更换性，在耗能元件圆钢杆失去耗能能力后，可以更换新的耗能元件，可以预防下次突发地震的来临，从选材方面看，该耗能装置是由常见的钢材、螺栓组成，材料来源广泛，造价低廉，比较适用于经济较为落后的村镇地区。
20.本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
21.为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作优选的详细描述，其中：
22.图1为本实用新型耗能装置的结构示意图；
23.图2为图1中的i
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i视图；
24.图3为本实用新型耗能装置的安装示意图。
25.附图标记：木构造柱1、木构造柱夹板2、木圈梁3、木圈梁夹板4、铰链5、铰链6、螺栓7、耗能装置8、铰链801、推拉杆802、下端盖803、螺母804、圆钢杆805、外壳806、活塞807、螺
钉808、上限位挡板809、弹簧连接件810、复位弹簧811、上端盖812、铰链813。
具体实施方式
26.以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
27.其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本实用新型的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
28.本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
29.请参阅图1～图2，为一种基于受拉屈服变形控制的耗能装置8，该耗能装置8包括壳体，壳体采用钢制，由圆筒状的外壳806、上端盖812和下端盖803构成；外壳806的上端和下端分别设有外螺纹，上端盖812和下端盖803上对应设有相适配的内螺纹，分别用于连接外壳806的上端和下端。上端盖812外侧的轴线位置设有铰链813，以与木构架的木圈梁3铰接。
30.外壳806内设置与其同轴线的圆形的活塞807，活塞807的下侧垂直焊接与其同轴线的推拉杆802的一端，推拉杆802的另一端通过下端盖803轴线上设置的预留孔伸出壳体外，该端还设有铰链801，以与木构架的木构造柱1铰接。
31.活塞807的上侧设置与其同轴线的复位机构，复位机构包括复位弹簧811，复位弹簧811的两端分别与弹簧连接件810相连，两个弹簧连接件810分别通过四颗均布的螺钉808固定在活塞807上侧和上端盖812内侧。
32.活塞807的上侧和下侧各自连接有两个轴对称分布的耗能元件，本实施例中，耗能元件采用圆钢杆805。圆钢杆805的两端分别设有外螺纹，相应地，活塞807的上侧和下侧分别设有两个轴对称的内螺纹，以连接圆钢杆805的一端；活塞807下侧的圆钢杆805的另一端穿过下端盖803上对应设置的预留孔，并通过配套的螺母804来紧固；活塞807上侧的圆钢杆805的另一端穿过焊接在外壳806内的上限位挡板809上对应设置的预留孔，并通过配套的螺母804来紧固。上限位挡板809的轴线上设有通孔，以供复位弹簧811穿过，避免产生干涉。下端盖803相当于下限位挡板，同上限位挡板809一样，可对圆钢杆805产生限位作用，以使圆钢杆805产生受拉屈服变形。
33.如图3所示，一种基于受拉屈服变形控制的耗能装置的工作方法，采用了本实施例
提供的耗能装置8。其中，木圈梁3和木构造柱1分别采用木圈梁夹板4和木构造柱夹板2并通过螺栓7进行紧固连接，防止木构架梁柱连接节点受力及变形过程中发生相对滑移。木构架梁柱连接节点处的木圈梁夹板4和木构造柱夹板2分别采用铰链5和铰链6连接，保证木构架梁柱连接节点的转动能力。
34.该工作方法包括以下步骤：
35.s1.将耗能装置8的推拉杆802与木构架的木构造柱1铰接，上端盖812与木构架的木圈梁3铰接，从而将耗能装置8安装在木构架梁柱连接节点夹角处；
36.s2.根据设计目标，当耗能装置8处于小震时，即层间位移角为1/350时，耗能装置中作为耗能元件的圆钢杆805不发生形变，耗能装置8未耗能；
37.当处于中震时，即层间位移角为1/150时，由于木构架梁柱连接节点夹角受地震作用变大或变小，从而推拉杆802发生移动带动活塞807，使得圆钢杆805开始发生轴向拉伸变形，也即受拉屈服变形，进入塑性阶段，耗能装置8开始耗能；
38.当处于大震时，即层间位移角为1/50时，圆钢杆805已受拉屈服但还未进入颈缩阶段，圆钢杆805不会被拉断，从而保证木构架在整个地震作用中不发生倒塌，同时保证其在大震时仍具有竖向支撑的作用；
39.s3.地震结束后，活塞807在复位弹簧811提供的弹性力作用下发生移动，其移动方向与地震作用下的移动方向相反，从而使得圆钢杆805快速复位。
40.该耗能装置8的各个部件可更换，加工、施工、安装等较为简单；材料来源广泛，造价低廉，比较适用于经济较为落后的村镇地区。
41.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。