[发明专利]消能减震装置

说明书

技术领域

本发明属于建筑领域，涉及一种框架结构的消能减震装置，可用于减轻或避免框架结构底层柱的地震反应，从而减小或避免框架结构底层柱震害。 

背景技术

由于框架结构以剪切型变形为主，所以结构的底层柱侧移变形最大，因此，在地震作用下，框架结构底层柱更容易发生破坏。从2008年5月12日的四川汶川大地震中框架结构的破坏情况看，很多框架结构底层柱柱端发生破坏，而且震后修复也很困难。因此，改善框架结构底层柱的抗震性能成为一个迫切需要解决的问题。 

形状记忆合金材料(shape memory alloys，简称SMA)是一种新型的机敏材料，它具有很好的超弹性性能，即SMA在奥氏体状态下由于应力作用产生超弹性变形，一旦应力解除，即使不加热，SMA也会恢复原状。SMA的超弹性应变可达到6％～8％。本发明利用SMA的超弹性变形能力和较大的阻尼特性制成耗能索，耗散地震输入结构的能量。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种消能减震装置，通过把抗力索和耗能索锚固在底层框架柱反弯点的下方附近，利用抗力索施加的反力矩减小梁柱的弯矩，利用耗能索的反复变形耗散地震输入结构的能量，减轻或避免框架结构底层柱在地震作用下的破坏。 

为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是： 

 一种消能减震装置，其包括锚固板、抗力索、耗能索，锚固板设于底层框架柱反弯点下方，抗力索和耗能索的上端连接固定于锚固板上，下端锚固于地下，所述的抗力索包括两段钢丝绳和一段钢筋，钢筋设置于两段钢丝绳中间；所述的耗能索包括两段钢丝绳和一段SMA束，SMA束设置于两段钢丝绳中间。 

所述的抗力索和耗能索在框架柱的四边对称设置，框架柱每边设置的抗力索和耗能索的位置和数量均相同。 

所述的抗力索设置于锚固板的四个角处，则耗能索设置于锚固板各边的中心位置处；所述的抗力索设置于锚固板各边的中心位置处，则耗能索设置于锚固板的四个角处。 

所述的抗力索安装时张拉至其钢筋最大弹性应变的3％～7％，耗能索安装时张拉至其SMA束最大弹性应变的45％-55％。 

所述抗力索的钢丝绳与钢筋通过带套环的套筒连接，套筒内侧有螺纹，钢筋端部设有螺 纹与套筒旋紧固定，钢丝绳穿入套环通过绳卡或钢丝固定；所述的耗能索的钢丝绳与SMA束可以通过套环连接，即钢丝绳与SMA束分别穿入套环内绑扎固定，或者钢丝绳与SMA束直接通过钢丝绑住固定。 

所述的锚固板为中间开洞的锚固板，洞的大小与底层框架柱相对应，锚固板的宽度挑出底层框架柱的柱边20-60cm，其四周还开设有连接抗力索和耗能索的小孔；锚固板设置于底层框架柱反弯点下方10-60cm。 

所述的锚固板上开设的小孔穿设有带套环的螺杆并固定，抗力索和耗能索上端钢丝绳穿过套环用绳卡或钢丝固定而与锚固板相连。 

其还包括加劲肋，其两垂直边与锚固板及底层框架柱连接固定。 

所述底层框架柱为钢管混凝土柱、钢柱或者钢筋混凝土柱，钢筋混凝土柱内预埋有连接用预埋件。 

具体的，一种减轻或避免框架结构底层柱在地震作用下破坏的消能减震装置，其包括锚固板、锚板与钢丝绳连接件、螺母、弹簧垫片、钢板加劲肋、预埋件(若为钢筋混凝土柱则有，钢管混凝土柱和钢柱则无)、抗力索和耗能索。锚固板固定在底层框架柱反弯点下方10cm～60cm位置，钢板加劲肋的设置要确保锚固板保持足够的刚度，抗力索和耗能索的上端通过锚板与钢丝绳连接件、螺母、弹簧垫片与锚固板连接在一起，下端锚固在地下。 

锚固板挑出柱边的宽度建议取20cm～60cm，锚固板的厚度必须保证其不发生破坏而且变形足够小，同时还可以设置钢板加劲肋给锚固板提供足够的刚度，使其与框架柱变形协调，锚固板上设有供抗力索和耗能索穿过的小孔。 

抗力索由两段钢丝绳和一段钢筋通过钢丝绳与钢筋连接件组成，钢筋设置在中间，使抗力索的变形主要集中在钢筋段，由抗力索最大可能伸长变形值和钢筋的极限伸长率确定钢筋段的长度。 

耗能索由两段钢丝绳和一段SMA束通过钢丝绳与SMA束连接件组成，SMA束设置在中间，使耗能索的变形集中在SMA束，由耗能索的最大可能伸长变形值和SMA束的弹性应变最大值确定SMA束的长度。 

抗力索和耗能索的钢丝绳段的强度均需高于钢筋段和SMA束的强度。 

抗力索在安装时要张拉至其钢筋段最大弹性应变的3％-7％左右，耗能索在安装时要张拉至其SMA束最大弹性应变的45％-55％，其中张拉至SMA束最大弹性应变的一半时效果是最好的。