一種搖擺自復(fù)位自立式高聳結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于土木工程抗震結(jié)構(gòu)體系技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種搖擺自復(fù)位自立式高聳結(jié)構(gòu)體系。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城鎮(zhèn)化的推進(jìn)，基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)過(guò)程中對(duì)各種自立式高聳結(jié)構(gòu)(風(fēng)力發(fā)電機(jī)、輸電塔、通信塔、煙囪、高桿燈等)的需求日益增加。在地震和風(fēng)荷載作用下，這類結(jié)構(gòu)發(fā)生劇烈的振動(dòng)，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的正常使用和安全性能。目前，較為常用的手段是采用調(diào)頻阻尼器來(lái)抑制這類結(jié)構(gòu)過(guò)大的振動(dòng)響應(yīng)，如調(diào)頻質(zhì)量阻尼器(TunedMass Damper，TMD)、調(diào)頻液體阻尼器(Tuned Liquid Damper，TMD)和調(diào)頻液柱阻尼器(Tuned Liquid Column Damper，TMD)。然而，當(dāng)結(jié)構(gòu)由于局部疲勞或塑性發(fā)生不可逆變形時(shí)，調(diào)頻阻尼器的作用大大降低，且無(wú)法使結(jié)構(gòu)復(fù)位，給后期的維護(hù)和加固帶來(lái)了不便。
[0003]—般的搖擺結(jié)構(gòu)及自復(fù)位結(jié)構(gòu)是指放松結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)間約束或構(gòu)件間約束，使結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)或構(gòu)件間接觸面處僅有受壓能力而無(wú)受拉能力，則結(jié)構(gòu)在地震作用下發(fā)生搖擺，通過(guò)自重或預(yù)應(yīng)力使結(jié)構(gòu)復(fù)位。這為設(shè)計(jì)具有恢復(fù)功能的結(jié)構(gòu)提供了一種新思路，基于這種思路人們先后開發(fā)了一些搖擺及自復(fù)位的結(jié)構(gòu)體系:可自復(fù)位的球入式帶翼?yè)u擺隔震墩柱(CN104278620A)，自復(fù)位梁-格柵式摩擦墻結(jié)構(gòu)體系(CN203583708U)、帶可更換連梁的自復(fù)位剪力墻(CN203626080U)、一種可更換橫向配置預(yù)應(yīng)力筋自復(fù)位耗能橋墩(CN103882803A)等。這些體系主要是針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)和橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，適用于自立式高聳構(gòu)筑物的新型結(jié)構(gòu)體系尚未可見。
[0004]傳統(tǒng)的理念一般是通過(guò)新材料、新體系來(lái)增強(qiáng)自立式高聳結(jié)構(gòu)的承載能力，這種結(jié)構(gòu)在較大的振動(dòng)作用時(shí)容易導(dǎo)致薄弱環(huán)節(jié)的破壞。而如果能夠降低自立式高聳結(jié)構(gòu)某些部位的剛度，并引入適當(dāng)?shù)暮哪苎b置，變被動(dòng)的抗振為主動(dòng)的防振，將會(huì)對(duì)提高自立式高聳結(jié)構(gòu)的使用和安全性能有一定的實(shí)際意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種新型自立式高聳結(jié)構(gòu)體系，保證其在常規(guī)荷載作用下的正常使用功能的前提下，放松結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)系，使結(jié)構(gòu)在側(cè)向動(dòng)力荷載作用下具備一定的擺動(dòng)能力，并通過(guò)在放松部位設(shè)置適當(dāng)?shù)暮哪苎b置耗散結(jié)構(gòu)擺動(dòng)的能量，形成一種構(gòu)造簡(jiǎn)單、成本低廉的搖擺自復(fù)位結(jié)構(gòu)體系，從而減小主體結(jié)構(gòu)的自身變形和應(yīng)力，保護(hù)主體結(jié)構(gòu)的安全，且在振后可自動(dòng)恢復(fù)結(jié)構(gòu)原狀態(tài)，為進(jìn)一步的維護(hù)和加固提供便利。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種搖擺自復(fù)位自立式高聳結(jié)構(gòu)，包括常規(guī)自立式高聳結(jié)構(gòu)截面的上部結(jié)構(gòu)、現(xiàn)澆地基、預(yù)埋鋼板和抗剪地錨，所述上部結(jié)構(gòu)內(nèi)部沿內(nèi)側(cè)均勻布置多組拉索體系，在所述上部結(jié)構(gòu)與現(xiàn)澆地基之間設(shè)置有搖擺半球和摩擦阻尼裝置，所述摩擦阻尼裝置設(shè)置在搖擺半球周邊。
[0007]進(jìn)一步的，所述上部結(jié)構(gòu)包括筒壁、以及設(shè)置于筒壁底部的結(jié)構(gòu)底板，在所述筒壁內(nèi)部一定高度處設(shè)置有內(nèi)環(huán)向加勁肋，所述拉索體系一端連接內(nèi)環(huán)向加勁肋，另一端連接現(xiàn)澆地基，所述搖擺半球的平面端連接結(jié)構(gòu)底板，搖擺半球的曲面端通過(guò)抗剪地錨與現(xiàn)澆地基上的預(yù)埋鋼板接觸，所述摩擦阻尼裝置的一端與結(jié)構(gòu)底板相連，另一端與現(xiàn)澆地基上的預(yù)埋鋼板連接。
[0008]進(jìn)一步的，所述拉索體系由錨固件、預(yù)應(yīng)力拉索、限位支架和拉索地錨組成，所述預(yù)應(yīng)力拉索的一端由錨固件錨固于上部結(jié)構(gòu)的內(nèi)環(huán)向加勁肋處，另一端由拉索地錨錨固于現(xiàn)澆地基內(nèi)，所述限位支架沿預(yù)應(yīng)力拉索高度位置均勻布置于筒壁內(nèi)側(cè)，用于控制預(yù)應(yīng)力拉索不與筒壁內(nèi)側(cè)接觸。
[0009]進(jìn)一步的，所述摩擦阻尼裝置由上部結(jié)構(gòu)連接板、地基連接板、高強(qiáng)螺栓和墊板組成，所述上部結(jié)構(gòu)連接板通過(guò)高強(qiáng)螺栓與地基連接板穿接在一起，所述墊板設(shè)置于地基連接板與高強(qiáng)螺栓之間，所述上部結(jié)構(gòu)連接板與上部結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)底板鉸接，并且在安裝高強(qiáng)螺栓部位開設(shè)長(zhǎng)圓孔或較大的圓孔，用于保證上部結(jié)構(gòu)連接板與地基連接板之間的相對(duì)滑動(dòng)自由度，上部結(jié)構(gòu)連接板與地基連接板之間的接觸面為摩擦連接，并通過(guò)調(diào)節(jié)高強(qiáng)螺栓的預(yù)應(yīng)力以控制對(duì)應(yīng)的摩擦參數(shù)，所述地基連接板與現(xiàn)澆地基上的預(yù)埋鋼板鉸接。
[0010]進(jìn)一步的，在所述上部結(jié)構(gòu)底部沿結(jié)構(gòu)底板環(huán)向和徑向設(shè)置加勁肋構(gòu)成加勁底板，在上部結(jié)構(gòu)的筒壁外側(cè)與結(jié)構(gòu)底板上端之間設(shè)置有底部外加勁肋，用于與加勁底板來(lái)傳遞摩擦阻尼裝置的輸出力。
[0011 ]進(jìn)一步的，該結(jié)構(gòu)還包括一種搖擺自復(fù)位自立式高聳結(jié)構(gòu)的施工方法，該方法包括以下步驟:
步驟(I)根據(jù)設(shè)計(jì)和施工要求，在工廠分段加工上部結(jié)構(gòu)，在筒壁內(nèi)側(cè)對(duì)應(yīng)位置焊接內(nèi)環(huán)向加勁肋和限位支架;在底部節(jié)段的底部?jī)?nèi)側(cè)焊接加勁底板，外側(cè)焊接底部外加勁肋，在加勁底板下部焊接搖擺半球；
步驟(2)在結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)開挖基坑，按設(shè)計(jì)尺寸布置模板和鋼筋，并在對(duì)應(yīng)位置布置普通地錨、抗剪地錨、預(yù)埋鋼板、拉索地錨和足夠長(zhǎng)的預(yù)應(yīng)力拉索，而后澆筑混凝土并進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，形成現(xiàn)澆地基；
步驟(3)定位安裝上部結(jié)構(gòu)的最底部節(jié)段，定位后，將抗剪地錨穿過(guò)搖擺半球，并用螺母固定，將預(yù)先布置的預(yù)應(yīng)力拉索穿過(guò)加勁底板和限位支架;在底板和現(xiàn)澆基礎(chǔ)之間均勻設(shè)置千斤頂，頂住上部結(jié)構(gòu)，防止晃動(dòng)；
步驟(4)在上部結(jié)構(gòu)的底板下鉸接摩擦阻尼裝置的上部結(jié)構(gòu)連接板，在現(xiàn)澆基礎(chǔ)上的預(yù)埋鋼板上鉸接地基連接板，用高強(qiáng)螺栓將三塊板連接，并施加預(yù)應(yīng)力；
步驟(5)利用吊車，逐個(gè)安裝上部結(jié)構(gòu)的其他節(jié)段，每個(gè)節(jié)段安裝時(shí)，將預(yù)應(yīng)力拉索穿過(guò)該節(jié)段的限位支架，安裝至內(nèi)環(huán)向加勁肋所在節(jié)段時(shí)，對(duì)預(yù)應(yīng)力拉索進(jìn)行張拉，并用錨固件錨固，隨后安裝其上節(jié)段直至結(jié)構(gòu)安裝完成；
步驟(6)結(jié)構(gòu)安裝完成后，撤去加勁底板和預(yù)埋鋼板之間的千斤頂。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明的一種搖擺自復(fù)位自立式高聳結(jié)構(gòu)體系在靜力荷載或較小動(dòng)力荷載作用時(shí)，具備一定的剛度，保持較小的側(cè)向位移;在較大動(dòng)力荷載作用下，以結(jié)構(gòu)底部與地基的接觸點(diǎn)為軸發(fā)生擺動(dòng)，保護(hù)上部結(jié)構(gòu)安全，并通過(guò)摩擦阻尼耗能，控制擺動(dòng)側(cè)移;在外荷載減小或消失后，結(jié)構(gòu)體系具有較好的自復(fù)位能力;且可能損傷的部位均在結(jié)構(gòu)底部，便于維護(hù);該結(jié)構(gòu)體系具有上部結(jié)構(gòu)用鋼量小、構(gòu)造簡(jiǎn)單、成本低廉、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本發(fā)明的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明圖1中A-A剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明圖1中B-B剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是本發(fā)明的摩擦阻尼裝置構(gòu)造示意圖；
圖5是本發(fā)明圖4中C-C剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6是本發(fā)明附加阻尼裝置方案的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖中標(biāo)號(hào)說(shuō)明:1.上部結(jié)構(gòu)，2.拉索體系，3.摩擦阻尼裝置，4.現(xiàn)澆地基，5.普通地錨，6.預(yù)埋鋼板，7.抗剪地錨，8.阻尼裝置，81.阻尼器，82.傳動(dòng)裝置，11.筒壁，12.內(nèi)環(huán)向加勁肋，13.底部外加勁肋，14.搖擺半球，15.加勁底板，16.結(jié)構(gòu)底板，21.錨固件，22.預(yù)應(yīng)力拉索，23.限位支架，24.拉索地錨，31.上部結(jié)構(gòu)連接板，32.地基連接板，33.高強(qiáng)螺栓，34.墊板。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例，來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
[0016]參照?qǐng)D1至圖5所示，一種搖擺自復(fù)位自立式高聳結(jié)構(gòu)，包括常規(guī)自立式高聳結(jié)構(gòu)截面的上部結(jié)構(gòu)1、現(xiàn)澆地基4、預(yù)埋鋼板6和抗剪地錨7，所述上部結(jié)構(gòu)I內(nèi)部沿內(nèi)側(cè)均勻布置多組拉索體系2，在所述上部結(jié)構(gòu)I與現(xiàn)澆地基4之間設(shè)置有搖擺半球14和摩擦阻尼裝置3，所述摩擦阻尼裝置3設(shè)置在搖擺半球14周邊。
[0017]所述上部結(jié)構(gòu)I包括筒壁11、以及設(shè)置于筒壁11底部的結(jié)構(gòu)底板16，在所述筒壁11內(nèi)部一定高度處設(shè)置有內(nèi)環(huán)向加勁肋12，所述拉索體系2—端連接內(nèi)環(huán)向加勁肋12，另一端連接現(xiàn)澆地基4，所述搖擺半球14的平面端連接結(jié)構(gòu)底板16，搖擺半球14的曲面端通過(guò)抗剪地錨7與現(xiàn)澆地基4上的預(yù)埋鋼板6接觸，用于傳遞上部結(jié)構(gòu)I自重的同時(shí)，使得上部結(jié)構(gòu)I在側(cè)向動(dòng)力荷載作用下能夠發(fā)生擺動(dòng)，所述摩擦阻尼裝置3的一端與結(jié)構(gòu)底板16相連，另一端與現(xiàn)澆地基4上的預(yù)埋鋼板6連接。
[0018]所述拉索體系2由錨固件21、預(yù)應(yīng)力拉索22、限位支架23和拉索地錨24組成，所述預(yù)應(yīng)力拉索22的一端由錨固件21錨固于上部結(jié)構(gòu)I的內(nèi)環(huán)向加勁肋12處，另一端由拉索地錨24錨固于現(xiàn)澆地基4內(nèi)，對(duì)其施加預(yù)應(yīng)力，從而為上部結(jié)構(gòu)I的擺動(dòng)提供一定的剛度和足夠的復(fù)位能力，材料可采用鋼材或形狀記憶合金等新型高性能合金材料，所述限位支架23沿預(yù)應(yīng)力拉索22高度位置均勻布置于筒壁11內(nèi)側(cè)，用于控制預(yù)應(yīng)力拉索22不與筒壁11內(nèi)側(cè)接觸。
[0019]所述摩擦阻尼裝置3由上部結(jié)構(gòu)連接板31、地基連接板32、高強(qiáng)螺栓33和墊板34組成，所述上部結(jié)構(gòu)連接板31通