一种小型化抗震耗能装置及其在木结构建筑中的应用方法与流程
1.本发明涉及建筑结构的改造、加固以及新建技术领域，具体为一种小型化抗震耗能装置及其在木结构建筑中的应用方法。
背景技术：
2.木结构建筑的刚度、承载力、延性与耗能能力较弱，抗震效果较弱。所以一些具有重要功能旧木结构建筑、优秀历史木结构建筑以及特种要求的新建木结构建筑在地震中容易被损坏。
技术实现要素：
3.(一)解决的技术问题
4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种小型化抗震耗能装置及其在木结构建筑中的应用方法，可以使得木结构体系具有良好的抗震耗能功能，可以进一步综合提高木结构体系的刚度、承载力、延性与耗能能力，为木结构增加一道抗震安全储备防线，解决了背景技术提出的问题。
5.(二)技术方案
6.为实现上述；而且本发明提供的测试装置底部为锥形，在各种被测面均能快速架设的目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种小型化抗震耗能装置，包括钢围套、圆形刻丝套管、花兰螺丝、圆形耗能钢材，防屈曲约束套管、支座和钢弹簧；
8.所述圆形刻丝套管与钢围套固定连接，圆形耗能钢材上套设有防屈曲约束套管，圆形耗能钢材一端与圆形刻丝套管固定连接，圆形耗能钢材另一端与花兰螺丝固定连接；相邻所述钢围套通过钢弹簧一端固定连接；套设于柱基上的钢围套内部设置有若干根弹簧，弹簧的一端固定连接于钢围套内壁上，弹簧的另一端固定连接于柱基外侧壁上。
9.作为本发明的一种优选技术方案，上述钢围套为o字形钢围套或者口字形钢围套。
10.作为本发明的一种优选技术方案，上述若干所述钢弹簧沿钢围套径向等角度间隔分布。
11.本发明还提供了一种小型化抗震耗能装置在木结构建筑中的应用方法，所述应用方法包括如下步骤：
12.步骤一：将多个支座螺杆按照要求提前焊接在钢围套的支座上；
13.步骤二：将钢围套固定于木柱和木梁的设计处；
14.步骤三：将圆形耗能钢材一端拧上圆形刻丝套管，从另一端套上防屈曲约束套管，再通过花兰螺丝把另一根圆形耗能钢材拧紧连接，形成由两段或多段圆形耗能钢材组成的一根完整的小型拉压消能部件；
15.步骤四：在榫卯节点处，通过钢弹簧把木柱和木梁的钢钢围套的支座连接起来；
16.步骤五：根据设计要求的位置，重复以上四个步骤，于是完成了木结构体系的消能
部件布置。
17.作为本发明的一种优选技术方案，上述步骤五中设计要求中有效阻尼比计算如下：
18.根据整体设计要求，按照以上步骤赋予木结构体系的抗震耗能能力，这些小型拉压消能装置为体系提供附加的有效阻尼比
19.有效阻尼比计算如下：
[0020][0021]
式中：w
cj
——第j个消能部件在结构预期层间位移δuj下往复循环一周所消耗的能量，w
cj
＝aj[0022]ws
——设置消能部件的结构在预期位移下的总应变能；忽略扭转影响时，ws＝(1/2)∑fiui[0023]
由公式12.3.4-1展开计算出附加的有效阻尼比后，就可以预估出木结构体系所增加的定量化抗震耗能能力，最终使木结构体系具有在中震和大震情形下主动性地抵抗地震破坏的能力。
[0024]
(三)有益效果
[0025]
与现有技术对比，本发明具备以下有益效果：
[0026]
本发明可以使得木结构体系具有良好的抗震耗能功能，可以进一步综合提高木结构体系的刚度、承载力、延性与耗能能力，为木结构增加一道抗震安全储备防线。通过本发明中的方法及其装置应用，可以使得木结构体系具构件有良好的抗震耗能功能。既可以对木结构节点和整体进行加强，也可以形成木柱木梁及榫卯节点的拉压消能器，保证木结构体系在小震、中震甚至大震下能分阶段进入屈服耗能状态，从而进一步综合提高了木结构体系的刚度、承载力、延性与耗能能力，具有屈服时机可控，震后可更换等优点，为木结构增加一道抗震安全储备防线。
[0027]
本发明的研究成果既可以应用于一些具有重要功能旧木结构建筑以及优秀历史木结构建筑等，也可以应用于有特种要求的新建木结构建筑，有着现实需求意义。
附图说明
[0028]
图1为本发明结构示意图；
[0029]
图2为图1中a处结构放大示意图；
[0030]
图3为图1中b处结构放大示意图；
[0031]
图4为本发明中钢围套、圆形刻丝套管、柱基、钢弹簧等部件连接结构示意图；
[0032]
图5为本发明中圆形耗能钢材、防屈曲约束套管连接结构示意图。
[0033]
图中：1、钢围套；2、圆形刻丝套管；3、花兰螺丝；4、圆形耗能钢材；5、防屈曲约束套管；6、支座；7、钢弹簧；8、柱基；9、第一木梁；10、第二木梁；11、木柱。
具体实施方式
[0034]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0035]
请参阅图1-5，一种小型化抗震耗能装置：包括钢围套1、圆形刻丝套管2、花兰螺丝3、圆形耗能钢材4，防屈曲约束套管5、支座6和钢弹簧7；
[0036]
所述圆形刻丝套管2与钢围套1固定连接，圆形耗能钢材4上套设有防屈曲约束套管5，圆形耗能钢材4一端与圆形刻丝套管2固定连接，圆形耗能钢材4另一端与花兰螺丝3固定连接；相邻所述钢围套1通过钢弹簧7一端固定连接；套设于柱基8上的钢围套1内部设置有若干根弹簧，弹簧的一端固定连接于钢围套1内壁上，弹簧的另一端固定连接于柱基8外侧壁上。进一步地，若干所述钢弹簧7沿钢围套1径向等角度间隔分布，若干所述钢弹簧7等角度间隔分布时，钢弹簧7的作用力均匀，抗震耗能效果更佳。
[0037]
该小型化抗震耗能装置应用于木制建筑结构中。下面结合具体的木制结构对本实施例提供的抗震耗能装置进行说明：
[0038]
木制建筑结构包括沿着x方向的第一木梁9、沿着y方向的第二木梁10和沿着z方向的木柱11；
[0039]
第一木梁9、第二木梁10和木柱11通过卯榫结构固定连接；
[0040]
第一木梁9、第二木梁10和木柱11上均固定套接有钢围套1，钢围套1可以为o字形钢围套1或者口字形钢围套1；
[0041]
每个钢围套1的外侧壁上均固定焊接有圆形刻丝套管2，圆形耗能钢材4的一端螺纹固定连接于圆形刻丝套管2上，圆形耗能钢材4的另一端与花兰螺丝3固定连接；
[0042]
一个花兰螺丝3同时与两根圆形耗能钢材4固定连接；
[0043]
第一木梁9、第二木梁10和木柱11上可以同时安装有若干根圆形耗能钢材4，具体数量根据第一木梁9、第二木梁10和木柱11上位于两个卯榫连接处之间的长度而定；
[0044]
与第一木梁9、第二木梁10和木柱11的铆接处相邻的钢围套1上固定连接有支座6，相邻两个钢围套1上的支座6通过钢弹簧7固定连接；所以每个铆接处有6根钢弹簧7，每三个钢弹簧7形成一个抗震耗能的钢弹簧7面，有利于保护卯榫处。
[0045]
固定套设于柱基8处的钢围套1内部设置有若干根钢弹簧7，若干根弹簧沿钢围套1径向分布，每根钢弹簧7的一端与钢围套1内壁固定连接且每根钢弹簧7的另一端与柱基8外壁固定连接；
[0046]
该弹簧能够对对柱基8的晃动起到缓冲的作用，有利于保护柱基8。
[0047]
本实施例还提供了一种小型化抗震耗能装置在木结构建筑中的应用方法，所述应用方法包括如下步骤：
[0048]
步骤一：将多个支座6螺杆按照要求提前焊接在钢围套1的支座6上；
[0049]
步骤二：将钢围套1固定于木柱11和木梁的设计处；
[0050]
步骤三：将圆形耗能钢材4一端拧上圆形刻丝套管2，从另一端套上防屈曲约束套管5，再通过花兰螺丝3把另一根圆形耗能钢材4拧紧连接，形成由两段或多段圆形耗能钢材4组成的一根完整的小型拉压消能部件；
[0051]
步骤四：在榫卯节点处，通过钢弹簧7把木柱11和木梁的钢钢围套1的支座6连接起来；
[0052]
步骤五：根据设计要求的位置，重复以上四个步骤，于是完成了木结构体系的消能部件布置；
[0053]
所述步骤五中设计要求中有效阻尼比计算如下：
[0054]
根据整体设计要求，按照以上步骤赋予木结构体系的抗震耗能能力，这些小型拉压消能装置为体系提供附加的有效阻尼比
[0055]
有效阻尼比计算如下：
[0056][0057]
式中：w
cj
——第j个消能部件在结构预期层间位移δuj下往复循环一周所消耗的能量，w
cj
＝aj[0058]ws
——设置消能部件的结构在预期位移下的总应变能；忽略扭转影响时，ws＝(1/2)∑fiui[0059]
由公式12.3.4-1展开计算出附加的有效阻尼比后，就可以预估出木结构体系所增加的定量化抗震耗能能力，最终使木结构体系具有在中震和大震情形下主动性地抵抗地震破坏的能力。
[0060]
本实施例可以使得木结构体系具有良好的抗震耗能功能，可以进一步综合提高木结构体系的刚度、承载力、延性与耗能能力，为木结构增加一道抗震安全储备防线。通过本实施例中的方法及其装置应用，可以使得木结构体系具构件有良好的抗震耗能功能。既可以对木结构节点和整体进行加强，也可以形成木柱11木梁及榫卯节点的拉压消能器，保证木结构体系在小震、中震甚至大震下能分阶段进入屈服耗能状态，从而进一步综合提高了木结构体系的刚度、承载力、延性与耗能能力，具有屈服时机可控，震后可更换等优点，为木结构增加一道抗震安全储备防线。
[0061]
本实施例的研究成果既可以应用于一些具有重要功能旧木结构建筑以及优秀历史木结构建筑等，也可以应用于有特种要求的新建木结构建筑，有着现实需求意义。
[0062]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
技术特征：
1.一种小型化抗震耗能装置，其特征在于：包括钢围套、圆形刻丝套管、花兰螺丝、圆形耗能钢材，防屈曲约束套管、支座和钢弹簧；所述圆形刻丝套管与钢围套固定连接，圆形耗能钢材上套设有防屈曲约束套管，圆形耗能钢材一端与圆形刻丝套管固定连接，圆形耗能钢材另一端与花兰螺丝固定连接；相邻所述钢围套通过钢弹簧一端固定连接；套设于柱基上的钢围套内部设置有若干根弹簧，弹簧的一端固定连接于钢围套内壁上，弹簧的另一端固定连接于柱基外侧壁上。2.根据权利要求1所述的一种小型化抗震耗能装置，其特征在于：所述钢围套为o字形钢围套或者口字形钢围套。3.根据权利要求1所述的一种小型化抗震耗能装置，其特征在于：若干所述钢弹簧沿钢围套径向等角度间隔分布。4.一种小型化抗震耗能装置在木结构建筑中的应用方法，其特征在于：所述应用方法包括如下步骤：步骤一：将多个支座螺杆按照要求提前焊接在钢围套的支座上；步骤二：将钢围套固定于木柱和木梁的设计处；步骤三：将圆形耗能钢材一端拧上圆形刻丝套管，从另一端套上防屈曲约束套管，再通过花兰螺丝把另一根圆形耗能钢材拧紧连接，形成由两段或多段圆形耗能钢材组成的一根完整的小型拉压消能部件；步骤四：在榫卯节点处，通过钢弹簧把木柱和木梁的钢钢围套的支座连接起来；步骤五：根据设计要求的位置，重复以上四个步骤，于是完成了木结构体系的消能部件布置。5.根据权利要求4所述的一种小型化抗震耗能装置在木结构建筑中的应用方法，其特征在于：所述步骤五中设计要求中有效阻尼比计算如下：根据整体设计要求，按照以上步骤赋予木结构体系的抗震耗能能力，这些小型拉压消能装置为体系提供附加的有效阻尼比有效阻尼比计算如下：式中：w
cj
——第j个消能部件在结构预期层间位移δu
j
下往复循环一周所消耗的能量，w
cj
＝a
j
w
s
——设置消能部件的结构在预期位移下的总应变能；忽略扭转影响时，w
s
＝(1/2)∑f
i
u
i
由公式12.3.4-1展开计算出附加的有效阻尼比后，就可以预估出木结构体系所增加的定量化抗震耗能能力，最终使木结构体系具有在中震和大震情形下主动性地抵抗地震破坏的能力。
技术总结
本发明涉及建筑结构的改造、加固以及新建技术领域，且公开了一种小型化抗震耗能装置及其在木结构建筑中的应用方法，圆形刻丝套管与钢围套固定连接，圆形耗能钢材上套设有防屈曲约束套管，圆形耗能钢材一端与圆形刻丝套管固定连接，圆形耗能钢材另一端与花兰螺丝固定连接；相邻钢围套通过钢弹簧一端固定连接；套设于柱基上的钢围套内部设置有若干根弹簧，弹簧的一端固定连接于钢围套内壁上，弹簧的另一端固定连接于柱基外侧壁上；可以使得木结构体系具有良好的抗震耗能功能，可以进一步综合提高木结构体系的刚度、承载力、延性与耗能能力，为木结构增加一道抗震安全储备防线。木结构增加一道抗震安全储备防线。木结构增加一道抗震安全储备防线。
