一种具有屈曲阈值受拉可大位移的C形壳装置

技术领域

本发明属于建筑结构技术领域，特别涉及一种具有屈曲阈值受拉可大位移的C形壳装置。

背景技术

C形壳具有承载力高，抗疲劳性能好，在大变形后仍然能够恢复原状且依然具有较大竖向承载力等优点，其材料采用高强优质碳素结构钢，质轻，高强。

弹簧是TMD(调谐质量阻尼)中不可或缺的部分，与质量块、阻尼系统共同工作，通过调节质量块的自振频率，使其与主结构的基本频率接近，主结构受激振而振动时，子结构就会产生一个与主结构振动方向相反的惯性力作用在主结构上，使主结构的反应衰减并受到控制，从而达到减震的目的。如图4、5所示为设有隔震层的类TMD结构，将隔震层以上楼层作为TMD的子结构，并在柱子侧向设置弹簧并支撑在核心筒剪力墙上。

对于设有隔震层的类TMD结构，其抗震能力有所提升，同时其抗风能力减弱。当其受到风荷载时，由于弹簧一受压就变形，从而不能有效控制楼层的水平位移。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有屈曲阈值受拉可大位移的C形壳装置，将弹簧与C形壳结合，使C形壳能够抵御风荷载的作用，在小风、小震作用下，变形集中于弹簧，弹簧起到缓冲作用。当结构所受风力较大时，压力由C形壳单独承受，由于其承载力高，此时受风侧框架受到C形壳的支撑，C形壳可以发生变形，但其刚度远大于弹簧，因此有效控制了上部结构的位移。大震作用下，一侧C形壳屈曲，另一侧弹簧受拉，C形壳起到阈值屈曲的作用，从而有效控制结构的振动。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种有屈曲阈值受拉可大位移的C形壳装置，包括：

上钢板1；

中间钢板3，其下表面带有墩台7；

下钢板2，所述墩台7置于其上表面；

连接于上钢板1与中间钢板3之间的C形壳4，C形壳4的长度方向为上下方向；

以及

连接于中间钢板3与下钢板2之间的若干个弹簧5。

所述上钢板1、中间钢板3和下钢板2的截面均为正方形，且截面尺寸、厚度相同。

所述墩台7与中间钢板3为一体构造，其位于中间钢板3下表面的中央，呈长方体形状，两端与中间钢板3平齐，两侧留有空间。

所述上钢板1的下表面和中间钢板3的上表面均焊接有拼接板6，拼接板6上开有螺孔，所述C形壳4通过拼接板6与上钢板1和钢板3用高强螺栓连接。

所述C形壳4采用高强碳素结构钢制成。

所述C形壳4的厚度为1-3mm，曲率半径为100-200mm，开口角度30-90°，高300-600mm。

所述弹簧5与中间钢板3和下钢板2通过焊接连接，均匀分布在墩台7的两侧，且弹簧5处于初始状态时，墩台7下表面与下钢板2的距离在2-3cm，使得装置在小风、小震下压力变形集中于弹簧5，大风、大震作用下压力主要由C形壳4承担。

所述上钢板1和下钢板2上均开有螺栓孔，并在楼板高度处的钢筋混凝土柱9和等高度处的核心筒剪力墙10处预埋有螺杆，通过高强螺栓将下钢板2与核心筒剪力墙10、上钢板1与钢筋混凝土柱9连接。

所述钢筋混凝土柱9、核心筒剪力墙10与C形壳隔震层11、钢筋混凝土半墙12、抗风装置8组成了类TMD体系。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明一种具有屈曲阈值受拉可大位移的C形壳装置构造简单，耐久性好，抗风能力强等优点。由于C形壳采用的是高强碳素结构钢制成，其力学性能好，如其弹性极限、强度极限、疲劳性能，承载能力高。当隔震层上部结构受到风荷载作用时，布置于钢筋混凝土柱与核心筒剪力墙之间的C形壳一端受压，一端受拉，有效地控制了楼层的位移。

附图说明

图1为本发明本构关系图。

图2为本发明的总体结构示意图。

图3为本发明运用的位置图(俯视图)。

图4为设有隔震层的类TMD结构立面图图。

图5为1-1剖面图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

如图1、图2所示，本发明一种具有屈曲阈值受拉可大位移的C形壳装置，包括上钢板1、中间钢板3、下钢板2、C形壳4以及若干个弹簧5，其中中间钢板3的下表面带有墩台7，且墩台7置于下钢板2的上表面，C形壳4连接于中间钢板3与下钢板2之间，其长度方向为上下方向，各弹簧5也连接于中间钢板3与下钢板2之间。

在本发明的一个实施例中，上钢板1、下钢板2、以及中间钢板3截面尺寸、厚度相同，截面都为正方形，但上钢板1、下钢板2要开有螺栓孔，中间钢板3不需要开孔，只在下方带有墩台7。

在本发明的一个实施例中，墩台7与中间钢板3为一体构造，具体位于中间钢板3下表面的中央，呈长方体形状，两端与中间钢板3平齐，两侧留有空间。

在本发明的一个实施例中，上钢板1的下表面和中间钢板3的上表面均焊接有拼接板6，拼接板6上开有螺孔，C形壳4通过拼接板6与上钢板1和钢板3用高强螺栓连接。

在本发明的一个实施例中，弹簧5与中间钢板3和下钢板2通过焊接连接，均匀分布在墩台7的两侧，且弹簧5处于初始状态时，墩台7下表面与下钢板2的距离在2-3cm，使得装置在小风、小震下压力变形集中于弹簧5，大风、大震作用下压力主要由C形壳4承担。

本发明能提供良好的抗压能力，并且在受拉时可产生大位移。

在本发明的一个实施例中，C形壳4采用高强碳素结构钢制成。C形壳4的曲率半径R与厚度t控制在一定范围内的话，能在屈曲荷载作用下发生大变形后，不会发生材料屈曲，只会发生弹性变形，并且在卸载后能恢复原状。示例地，其厚度一般为1-3mm，曲率半径一般为100-200mm，开口角度一般为30-90°，高一般为300-600mm。以厚度为2mm，曲率半径为100mm，开口角度60°，高600mm的C形壳4为例，通过轴压试验发现其承载力可达44kN，且多次加载无明显衰减。选用刚度远小于C形壳4受压刚度的弹簧5即可实现装置受拉时变形主要集中于弹簧5。

如图3所示，在本发明的一个实施例中，上钢板1和下钢板2上均开有螺栓孔，在使用时，在楼板高度处的钢筋混凝土柱9和等高度处的核心筒剪力墙10处预埋有螺杆，通过高强螺栓将下钢板2与核心筒剪力墙10、上钢板1与钢筋混凝土柱9连接。

如图4、图5所示分别为类TMD结构主体示意图及1-1剖面(俯视图)，该体系除了抗风装置8、钢筋混凝土柱9、核心筒剪力墙10外，还包括C形壳隔震层11，钢筋混凝土半墙12，它们共同组成类TMD结构体系。