Цельностальное, двухпластинчатое, самовозвратное, устойчивое к продольному изгибу распорное устройство и способ его изготовления
Изобретение относится к области строительства. Предложена цельностальная, двухпластинчатая, самовозвратная, устойчивая к продольному изгибу распорка и способ ее изготовления. Распорка содержит две рассеивающие энергию пластины сердечника, наружный рамный ограничивающий компонент, две стальные пластины передачи усилия, две концевые пластины, усиливающие пластины и множество возвратных стяжек. Вышеуказанные компоненты собраны путем соединения сваркой и заклепочного соединения. После деформации рассеивающих энергию пластин сердечника под действием давления относительное перемещение между стальной пластиной передачи усилия и наружным рамным ограничивающим компонентом вызывает увеличение относительного расстояния между двумя концевыми пластинами таким образом, что возвратные стяжки могут растягиваться под действием растяжения или сжатия и реализовывать свою функцию самовозврата. Таким образом, проблема, состоящая в том, что конструкция, в которой используется известная устойчивая к продольному изгибу распорка, имеет увеличенную остаточную деформацию после умеренного или сильного землетрясения, может быть решена, и стоимость ремонта и реконструкции после землетрясения может быть значительно уменьшена. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 10 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0001] Настоящее изобретение относится к цельностальному, двухпластинчатому, самовозвратному, устойчивому к продольному изгибу распорному устройству и способу, которые, в частности применимы к усилению цельностальными, двухпластинчатыми, самовозвратными, устойчивыми к продольному изгибу распорками в области строительства.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] После землетрясения в Ханшине (Япония) и землетрясения в Нортридже (США) стало понятно, что устойчивые к продольному изгибу распорки отличаются чрезвычайно высокими характеристиками рассеивания энергии и поглощения ударной нагрузки, и указанные распорки стали использоваться в различных проектах в Японии и США. В последние годы в Китае устойчивые к продольному изгибу системы раскосов используются во множестве зданий.
[0003] Устойчивая к продольному изгибу распорка обычно состоит из рассеивающего энергию сердечника, наружных ограничивающих элементов и несвязанного структурного слоя. Под воздействием слабых землетрясений рассеивающий энергию сердечник устойчивой к продольному изгибу распорки находится в упругом состоянии и обеспечивает поперечную жесткость основной конструкции; под воздействием средних или сильных землетрясений рассеивающий энергию сердечник устойчивой к продольному изгибу распорки первым переходит в состояние текучести и рассеивает значительную долю энергии, вызванной землетрясением. Таким образом, исходная модель рассеивания энергии посредством пластических шарниров на двух концах основной конструкции преобразуется в модель централизованного рассеивания энергии в устойчивой к продольному изгибу распорке, и, таким образом, основная конструкция становится хорошо защищенной.
[0004] Однако устойчивая к продольному изгибу распорка представляет собой металлический демпфер, который рассеивает энергию за счет текучести металла; следовательно, устойчивая к продольному изгибу распорка имеет значительную остаточную деформацию после умеренного или сильного землетрясения. Кроме того, в известных устойчивых к продольному изгибу распорках обычно используется железобетонный наружный ограничивающий поперечный профиль или сталежелезобетонный наружный ограничивающий поперечный профиль, что создает множество проблем, таких как трудности в контроле точности обработки, большой объем строительных работ с применением "мокрых" процессов и т.п.
[0005] В последние годы национальные и зарубежные исследователи редко проводили исследования относительно самовозвратных, устойчивых к продольному изгибу распорок на основе цельностальной сборки, а быстрое и интегрированное промышленное изготовление самовозвратных, устойчивых к продольному изгибу распорок на основе стальной конструкции не реализовано до сих пор.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0006] Ввиду вышеуказанных технических проблем настоящим изобретением предложено цельностальное, двухпластинчатое, самовозвратное, устойчивое к продольному изгибу распорное устройство, которое имеет простую цельностальную конструкцию, небольшую остаточную деформацию после умеренного или сильного землетрясения и низкую стоимость ремонта, а также предложен способ изготовления такого распорного устройства.
[0007] Для решения технической задачи, описанной выше, цельностальное, двухпластинчатое, самовозвратное, устойчивое к продольному изгибу распорное устройство, предложенное в настоящем изобретении, в основном содержит рассеивающие энергию пластины сердечника, наружный рамный ограничивающий компонент, стальные пластины передачи усилия, усиливающие пластины, возвратные стяжки, концевые пластины и резиновые пластины, причем наружный рамный ограничивающий компонент содержит стальную двутавровую балку и два стальных швеллера; рассеивающие энергию пластины сердечника содержат среднюю пластинчатую часть сердечника и две соединительные головные части, размещенные на двух концах, причем средняя пластинчатая часть каждой из рассеивающих энергию пластин сердечника снабжена резиновыми пластинами с левой и правой сторон, при этом средние пластинчатые части двух рассеивающих энергию пластин сердечника зажимают левую и правую стороны стенки стальной двутавровой балки соответственно и имеют ту же самую длину, что и стальная двутавровая балка; причем соединительные головные части на двух концах рассеивающих энергию пластин сердечника выступают из стальной двутавровой балки; усиливающие пластины размещены между соединительными головными частями двух рассеивающих энергию пластин сердечника соответственно; стальные пластины передачи усилия, имеющие ту же самую длину, что и стальная двутавровая балка, расположены на средних пластинчатых частях двух рассеивающих энергию пластин сердечника соответственно; левый и правый стальные швеллеры прикреплены к стальной двутавровой балке болтами, так что рассеивающие энергию пластины сердечника, стальные пластины передачи усилия и резиновые пластины плотно скреплены вместе; две концевые пластины вставлены через прямоугольные отверстия на рассеивающий энергию сердечник с двух сторон наружного рамного ограничивающего компонента и уплотняют две стороны наружного рамного ограничивающего компонента; причем между указанными двумя концевыми пластинами размещены множество возвратных стяжек.
[0008] Рассеивающая энергию пластина сердечника является прямолинейной одинарной стальной пластиной, или рассеивающая энергию пластина сердечника имеет ступенчатую и постепенно изменяющуюся форму «собачьей кости», причем поперечное сечение средней части пластины сердечника меньше, чем поперечное сечение каждой из двух соединительных головных частей на концах.
[0009] Резиновая пластина имеет толщину 1~2 мм.
[0010] Усиливающие пластины прикреплены и приварены между двумя соединительными головными частями двух рассеивающих энергию пластин сердечника; причем в головной части стенки наружной ограничивающей стальной двутавровой балки, соответствующей усиливающим пластинам, выполнены выемки для размещения усиливающих пластин; и между дном указанных выемок и концами усиливающих пластин расположены боковые ограничивающие элементы, которые вставлены друг в друга благодаря своей выпукло-вогнутой форме.
[0011] Концевые пластины имеют прямоугольное щелевое отверстие в середине соответственно и насажены вдоль соединительного участка, причем концевые пластины не соединены сваркой с наружным рамным ограничивающим компонентом или стальными пластинами передачи усилия и выполнены с возможностью свободного скольжения в направлении длины рассеивающего энергию сердечника.
[0012] Способ изготовления цельностального двухпластинчатого самовозвратного устойчивого к продольному изгибу распорного устройства, предложенный в настоящем изобретении, включает в себя следующие этапы:
[0013] а) размещение резиновых пластин, имеющих толщину 1~2 мм, с двух сторон стенки стальной двутавровой балки в наружном рамном ограничивающем компоненте;
[0014] b) размещение и центрирование двух рассеивающих энергию пластин сердечника с наружных сторон резиновых пластин на двух сторонах стенки стальной двутавровой балки и соединение сваркой левых сторон рассеивающих энергию пластин сердечника с левым концом стальной двутавровой балки в наружном рамном ограничивающем компоненте соответственно;
[0015] с) размещение усиливающих пластин между соединительными головными частями на концах двух рассеивающих энергию пластин сердечника, и соединение усиливающих пластин сваркой;
[0016] d) размещение резиновых пластин, имеющих толщину 1~2 мм, с наружных сторон двух рассеивающих энергию пластин сердечника соответственно;
[0017] е) размещение стальных пластин передачи усилия на резиновых пластинах, размещенных с наружных сторон двух рассеивающих энергию пластин сердечника соответственно, и соединение сваркой правых концов стальных пластин передачи усилия с правой стороной рассеивающих энергию пластин сердечника соответственно;
[0018] f) размещение двух наружных стальных швеллеров с двух сторон двух стальных пластин передачи усилия соответственно и соединение наружного стального швеллера со стальной двутавровой балкой болтами;
[0019] g) насаживание концевых пластин на два конца двух рассеивающих энергию пластин сердечника соответственно посредством прямоугольных щелевых отверстий до тех пор, пока указанные концевые пластины не достигнут наружного рамного ограничивающего компонента, и установка множества возвратных стяжек между указанными двумя концевыми пластинами.
[0020] Положительные результаты: по сравнению с известными устойчивыми к продольному изгибу распорками распорное устройство, предложенное в настоящем изобретении, имеет конструкцию, которая может быть восстановлена после сильного землетрясения или умеренного землетрясения, и значительно уменьшает остаточную деформацию; по сравнению с существующими самовозвратными распорками устойчивая к продольному изгибу распорка согласно настоящему изобретению заменяет фрикционное рассеивание энергии рассеиванием энергии за счет текучести пластины сердечника и, таким образом, устраняет расшатывание и старение болтов, разрушение и коррозию поверхностей трения и т.п. Распорное устройство, предложенное в настоящем изобретении, использует простую цельностальную конструкцию и позволяет значительно снизить стоимость изготовления.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0021] На фиг. 1 схематически показана общая конструкция распорного устройства согласно настоящему изобретению;
[0022] На фиг. 2 схематически показан рассеивающий энергию сердечник согласно настоящему изобретению;
[0023] На фиг. 3 схематически показан узел рассеивающего энергию сердечника и стальных пластин передачи усилия согласно настоящему изобретению;
[0024] На фиг. 4 схематически показан наружный рамный ограничивающий компонент согласно настоящему изобретению;
[0025] На фиг. 5 схематически показан вид сверху усиливающих пластин согласно настоящему изобретению;
[0026] На фиг. 6 схематически показана вид сверху концевых пластин согласно настоящему изобретению;
[0027] На фиг. 7 схематически показан узел усиливающих пластин, концевых пластин и возвратных стяжек согласно настоящему изобретению;
[0028] На фиг. 8 показан разрез по линии 1-1 распорного устройства согласно настоящему изобретению;
[0029] На фиг. 9 показан разрез по линии 2-2 распорного устройства согласно настоящему изобретению;
[0030] На фиг. 10 показан вариант реализации настоящего изобретения для случая технического применения.
[0031] Обозначения на чертежах:
1 - Рассеивающая энергию пластина сердечника;
2 - Наружный рамный ограничивающий компонент;
3 - Стальная пластина передачи усилия;
4 - Усиливающая пластина;
5 - Возвратная стяжка;
6 - Концевая пластина;
7 - Резиновая пластина.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0032] Настоящее изобретение подробно описано ниже на примерах, показанных в сопроводительных чертежах.
[0033] Как показано на фиг. 1, цельностальное, двухпластинчатое, самовозвратное, устойчивое к продольному изгибу распорное устройство согласно настоящему изобретению содержит рассеивающие энергию пластины 1 сердечника, наружный (периферийный) рамный ограничивающий компонент 2, стальные пластины 3 передачи усилия, усиливающие пластины 4, возвратные стяжки 5, концевые пластины 6 и резиновые пластины 7; как показано на фиг. 2 и 3, рассеивающая энергию пластина 1 сердечника является прямолинейной одинарной стальной пластиной, или рассеивающая энергию пластина 1 сердечника имеет ступенчатую и плавно изменяющуюся форму «собачьей кости», причем поперечное сечение средней части пластины сердечника меньше, чем поперечное сечение каждой из двух соединительных головных частей на концах.
[0034] Как показано на фиг. 4, наружный рамный ограничивающий компонент 2 содержит стальную двутавровую балку 2-1 и два стальных швеллера 2-2; рассеивающая энергию пластина 1 сердечника содержит среднюю пластинчатую часть сердечника и две соединительные головные части, расположенные на двух концах, причем средняя пластинчатая часть рассеивающей энергию пластины 1 сердечника снабжена резиновыми пластинами 7 толщиной 1~2 мм с левой и правой сторон, причем средние пластинчатые части двух рассеивающих энергию пластин 1 сердечника зажимают левую и правую стороны стенки стальной двутавровой балки 2-1 соответственно и имеют ту же самую длину, что и стальная двутавровая балка 2-1; причем соединительные головные части на двух концах рассеивающих энергию пластин 1 сердечника выступают из стальной двутавровой балки 2-1, причем один стальной швеллер 2-2 расположен с каждой стороны средней стенки стальной двутавровой балки 2-1 таким образом, что стенка стального швеллера 2-2 находится напротив стенки стальной двутавровой балки 2-1, при этом верхняя и нижняя полки стальной двутавровой балки 2-1 и полки стального швеллера 2-2 имеют отверстия в положениях, в которых полки входят в контакт друг с другом, и соединены болтом 8 для формирования наружного ограничивающего рамного компонента 2; в головных частях стенки стальной двутавровой балки 2-1 в наружном ограничивающем рамном компоненте выполнены выемки для размещения усиливающих пластин; наружный ограничивающий рамный компонент 2 имеет ту же самую длину, что и стальные пластины 3 передачи усилия; правый конец наружного рамного ограничивающего компонента 2 симметрично приварен к правой стороне рассеивающих энергию пластин 1 сердечника.
[0035] Как показано на фиг. 5, усиливающие пластины 4 расположены между соединительными головными частями двух рассеивающих энергию пластин 1 сердечника.
[0036] Как показано на фиг. 6 и 7, стальные пластины 3 передачи усилия, имеющие ту же самую длину, что и стальная двутавровая балка 2-1, расположены на средних пластинчатых частях двух рассеивающих энергию пластин 1 сердечника соответственно, и два стальных швеллера 2-2 прикреплены к левой и правой сторонам стальной двутавровой балки 2-1 болтами; как показано на фиг. 8 и 9, резиновые пластины 7 расположены между двумя стальными пластинами 3 передачи усилия и указанными двумя стальными швеллерами 2-2 соответственно таким образом, что рассеивающие энергию пластины 1 сердечника могут свободно растягиваться, когда они текут под действием давления, и рассеивающие энергию пластины 1 сердечника, стальные пластины 3 передачи усилия и резиновые пластины 7 плотно скреплены вместе; указанные две концевые пластины 6 имеют прямоугольное отверстие соответственно, и вставлены (насажены) вдоль соединительного участка; концевые пластины не соединены сваркой с наружным рамным ограничивающим компонентом 2 или со стальными пластинами 3 передачи усилия и выполнены с возможностью свободного скольжения в направлении длины рассеивающего энергию сердечника; усиливающие пластины 4 прикреплены и приварены между соединительными головными частями на двух концах двух рассеивающих энергию пластин 1 сердечника, в головной части стенки наружной ограничивающей стальной двутавровой балки 2-1 расположены соответствующие усиливающим пластинам 4 выемки для размещения усиливающих пластин, между дном указанных выемок и концами усиливающих пластин 4 расположены боковые ограничивающие элементы, которые вставлены друг в друга благодаря своей выпукло-вогнутой форме, и между указанными двумя концевыми пластинами 6 расположены множество возвратных стяжек 5.
[0037] Как показано на фиг. 10, согласно одному варианту реализации настоящего изобретения в случае конкретного технического применения соединительные головные части на двух концах рассеивающих энергию пластин 1 сердечника соединены посредством стержневых фиксаторов с косынками каркасной конструкции здания; таким образом, сборка завершена.
[0038] Способ изготовления цельностального двухпластинчатого самовозвратного устойчивого к продольному изгибу распорного устройства, предложенного настоящим изобретением, включает в себя следующие этапы:
[0039] а) размещение резиновых пластин 7, имеющих толщину 1~2 мм, с двух сторон стенки стальной двутавровой балки 2-1 в наружном рамном ограничивающем компоненте 2;
[0040] b) размещение и центрирование двух рассеивающих энергию пластин 1 сердечника с наружных сторон резиновых пластин 7 на двух сторонах стенки стальной двутавровой балки 2-1 и соединение сваркой левых сторон рассеивающих энергию пластин 1 сердечника с левым концом стальной двутавровой балки 2-1 в наружном рамном ограничивающем компоненте соответственно;
[0041] с) размещение усиливающих пластин 4 между соединительными головными частями на концах двух рассеивающих энергию пластин сердечника 1, и соединение усиливающих пластин 4 сваркой;
[0042] d) размещение резиновых пластин 7, имеющих толщину 1~2 мм, с наружных сторон двух рассеивающих энергию пластин 1 сердечника соответственно;
[0043] е) размещение стальных пластин 3 передачи усилия на резиновых пластинах 7, размещенных с наружных сторон двух рассеивающих энергию пластин 1 сердечника соответственно, и соединение сваркой правых концов стальных пластин 3 передачи усилия с правой стороной рассеивающих энергию пластин 1 сердечника соответственно;
[0044] f) размещение двух наружных стальных швеллеров 2-2 с двух сторон двух стальных пластин 3 передачи усилия соответственно, и соединение наружного стального швеллера 2-2 со стальной двутавровой балкой 2-1 болтами;
[0045] g) насаживание концевых пластин 6 на два конца двух рассеивающих энергию пластин 1 сердечника соответственно посредством прямоугольных щелевых отверстий до тех пор, пока указанные концевые пластины не достигнут наружного рамного ограничивающего компонента 2, и установка множества возвратных стяжек 5 между указанными двумя концевыми пластинами 6.
1. Цельностальное, двухпластинчатое, самовозвратное, устойчивое к продольному изгибу распорное устройство, содержащее: рассеивающие энергию пластины (1) сердечника, наружный рамный ограничивающий компонент (2), стальные пластины (3) передачи усилия, усиливающие пластины (4), возвратные стяжки (5), концевые пластины (6) и резиновые пластины (7); причем наружный рамный ограничивающий компонент (2) содержит стальную двутавровую балку (2-1) и два стальных швеллера (2-2); рассеивающая энергию пластина (1) сердечника содержит среднюю пластинчатую часть сердечника и две соединительные головные части, размещенные на двух концах, причем средняя пластинчатая часть рассеивающей энергию пластины (1) сердечника снабжена резиновыми пластинами (7) с левой и правой сторон, при этом средние пластинчатые части двух рассеивающих энергию пластин (1) сердечника зажимают левую и правую стороны стенки стальной двутавровой балки (2-1) соответственно и имеют ту же самую длину, что и стальная двутавровая балка (2-1); причем соединительные головные части на двух концах рассеивающих энергию пластин (1) сердечника выступают из стальной двутавровой балки (2-1); усиливающие пластины (4) размещены между соединительными головными частями двух рассеивающих энергию пластин (1) сердечника соответственно; стальные пластины (3) передачи усилия, имеющие ту же самую длину, что и стальная двутавровая балка (2-1), расположены на средних пластинчатых частях двух рассеивающих энергию пластин (1) сердечника соответственно; два стальных швеллера (2-2) прикреплены к стальной двутавровой балке (2-1) болтами, так что рассеивающие энергию пластины (1) сердечника, стальные пластины (3) передачи усилия и резиновые пластины (7) плотно скреплены вместе; две концевые пластины (6) вставлены через прямоугольные отверстия на рассеивающий энергию сердечник с двух сторон наружного рамного ограничивающего компонента (2) и уплотняют две стороны наружного рамного ограничивающего компонента (2); причем между указанными двумя концевыми пластинами (6) размещены множество возвратных стяжек (5).
2. Цельностальное, двухпластинчатое, самовозвратное, устойчивое к продольному изгибу распорное устройство по п. 1, в котором рассеивающая энергию пластина (1) сердечника является прямолинейной одинарной стальной пластиной или рассеивающая энергию пластина (1) сердечника имеет ступенчатую и постепенно изменяющуюся форму «собачьей кости», причем поперечное сечение средней пластинчатой части сердечника меньше, чем поперечное сечение каждой из двух соединительных головных частей на концах.
3. Цельностальное, двухпластинчатое, самовозвратное, устойчивое к продольному изгибу распорное устройство по п. 1, в котором резиновая пластина (7) имеет толщину 1~2 мм.
4. Цельностальное, двухпластинчатое, самовозвратное, устойчивое к продольному изгибу распорное устройство по п. 1, в котором: усиливающие пластины (4) прикреплены и приварены между двумя соединительными головными частями двух рассеивающих энергию пластин (1) сердечника; причем в головной части стенки наружной ограничивающей стальной двутавровой балки (2-1) выполнены соответствующие усиливающим пластинам (4) выемки для размещения усиливающих пластин и между дном указанных выемок и концами усиливающих пластин (4) расположены боковые ограничивающие элементы, которые вставлены друг в друга благодаря своей выпукло-вогнутой форме.
5. Цельностальное, двухпластинчатое, самовозвратное, устойчивое к продольному изгибу распорное устройство по п. 1, в котором концевые пластины имеют прямоугольное щелевое отверстие в середине соответственно и насажены вдоль соединительного участка, причем концевые пластины не соединены сваркой с наружным рамным ограничивающим компонентом или стальными пластинами передачи усилия и выполнены с возможностью свободного скольжения в направлении длины рассеивающего энергию сердечника.
6. Способ изготовления цельностального, двухпластинчатого, самовозвратного, устойчивого к продольному изгибу распорного устройства, включающий в себя следующие этапы:
a) размещение резиновых пластин (7), имеющих толщину 1~2 мм, с двух сторон стенки стальной двутавровой балки (2-1) в наружном рамном ограничивающем компоненте (2);
b) размещение и центрирование двух рассеивающих энергию пластин (1) сердечника с наружных сторон резиновых пластин (7) на двух сторонах стенки стальной двутавровой балки (2-1) и соединение сваркой левых сторон рассеивающих энергию пластин (1) сердечника с левым концом стальной двутавровой балки (2-1) в наружном рамном ограничивающем компоненте соответственно;
c) размещение усиливающих пластин (4) между соединительными головными частями на концах двух рассеивающих энергию пластин (1) сердечника и соединение усиливающих пластин (4) сваркой;
d) размещение резиновых пластин (7), имеющих толщину 1~2 мм, с наружных сторон двух рассеивающих энергию пластин (1) сердечника соответственно;
e) размещение стальных пластин (3) передачи усилия на резиновых пластинах (7), размещенных с наружных сторон двух рассеивающих энергию пластин (1) сердечника соответственно и соединение сваркой правых концов стальных пластин (3) передачи усилия с правой стороной рассеивающих энергию пластин (1) сердечника соответственно;
f) размещение двух наружных стальных швеллеров (2-2) с двух сторон двух стальных пластин (3) передачи усилия соответственно и соединение наружного стального швеллера (2-2) со стальной двутавровой балкой (2-1) болтами;
g) насаживание концевых пластин (6) на два конца двух рассеивающих энергию пластин (1) сердечника соответственно посредством прямоугольных щелевых отверстий до тех пор, пока указанные концевые пластины не достигнут наружного рамного ограничивающего компонента (2), и установка множества возвратных стяжек (5) между указанными двумя концевыми пластинами (6).
