CN101509282A - 三重金属矩形管屈曲约束支撑耗能器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三重金属矩形管屈曲约束支撑耗能器，核心受力部件为核心受力矩形管(1)，内约束矩形管(2)和外约束矩形管(3)，所述的核心受力矩形管(1)设置在内约束矩形管(2)和外约束矩形管(3)之间，且其长度大于内约束矩形管(2)和外约束矩形管(3)的长度，在所述的核心受力矩形管(1)、内约束管(2)与外约束管(3)的一端采用定位栓(4)固定，在所述的核心受力矩形管(1)的中部沿管的四周等分设置有四个长槽(101)；在所述的核心受力矩形管(1)上设置有导流孔(102)。内外矩形管限制核心受力矩形管的局部屈曲，并提供防止耗能器整体屈曲的抗弯刚度；定位栓用于固定三重金属矩形管之间的相对位置。

Description

三重金属矩形管屈曲约束支撑耗能器

技术领域

本发明涉及一种屈曲约束支撑耗能减震器，属于土木工程领域，可用于新建或加固建筑工程结构，提高其整体耗能能力，从而提高结构抗震能力和安全性。

背景技术

在正常使用或多遇地震作用下，屈曲约束支撑耗能器作为结构构件，能为结构提供有效支撑；在基本烈度地震或罕遇地震作用下，它将利用金属的屈服、滞回性能耗散地震输入的能量，减小主体结构损伤，震后可以方便地予以更换。

已有的屈曲约束支撑耗能器一般由核心受力部件、屈曲约束部件、无粘结隔离和可压缩层等部分组成。基本受力原理是：在屈曲约束部件的限制下，核心受力部件在整个受力过程中始终处于接近轴向受力状态而不会发生整体或低阶的局部屈曲，在外力作用下产生拉压塑性变形从而消耗地震输入结构的能量。

屈曲约束支撑的核心受力部件又可以划分成以下三个区域：约束屈服段、约束非屈服段和无约束非屈服段。约束屈服段作为核心受力构件的最重要区域，以往最常见的截面形式为一字型、十字型截面。无约束非屈服段是屈曲约束支撑与主体结构相连的部分，通常为螺栓连接，也可采用焊接连接。为了保证耗能器在受力过程中仅在约束屈服段产生屈服效应，并保证端部连接的可靠性，需确保无约束非屈服段始终处于弹性状态，为了达到这一目的，以往的措施为将加大无约束非屈服段的面积，并采取加劲肋等构造措施。约束非屈服段是连接约束屈服段和无约束屈服段的部分，由于两者的面积不等，约束非屈服段作为两者之间的过渡部分，截面的变化应该平缓，从而避免应力集中。核心受力构件常采用延性较好的Q235B钢材或低屈服钢材制作。

屈曲约束部件作为屈曲约束支撑的重要组成部分，需要有足够的弯曲刚度，才能确保核心受力部件处于较为理想的轴向拉、压受力状态并产生拉压塑性变形，从而使得屈曲约束支撑发挥优越的耗能性能。现有的屈曲约束支撑耗能器中，屈曲约束部件一般采用钢套管内灌混凝土、砂浆的方式来为核心受力部件提供约束。由于混凝土或砂浆自重较大，给耗能器的制作、安装及性能带来不利影响。同时由于混凝土或砂浆质量的离散性，也影响了耗能器耗能性能的稳定发挥。现有屈曲约束支撑耗能器的另一个问题是通过加大端部截面来保护非屈曲段，但往往增加了制造时的困难。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种构造合理、制造安装方便，同时具有稳定耗能能力的三重金属矩形管屈曲约束支撑耗能器。

技术方案：本发明的三重金属矩形管屈曲约束支撑耗能器包括核心受力部件、屈曲约束部件、定位部件，所述的核心受力部件为核心受力矩形管，所述的屈曲约束部件为内约束矩形管和外约束矩形管，所述的核心受力矩形管设置在内约束矩形管和外约束矩形管之间，且其长度大于内约束矩形管和外约束矩形管的长度，在所述的核心受力矩形管、内约束管与外约束管的一端采用定位栓固定，在所述的核心受力矩形管的中部沿管的四周等分设置有四个长槽；在所述的核心受力矩形管上设置有导流孔。所述的核心受力矩形管、内约束矩形管、约束矩形管之间为滑动配合。为了减少核心受力管端部约束非屈服段区域的应力集中程度，在所述的核心受力管上还设置有导流孔，该导流孔位于长槽的外侧。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明三重金属矩形管屈曲约束支撑耗能器，包括核心受力矩形管以及内外约束矩形管，并通过在核心受力矩形管约束屈服段内开长槽的方式来确保约束非屈服段和无约束非屈服段处于弹性受力状态，构造简单，制作方便，易于实现。

2、通过在核心受力矩形管的长槽外设置导流孔，减小了核心受力矩形管端部约束非屈服段区域的应力集中程度，导流孔的设置可以使约束屈服段中的应力传递到约束非屈服段中时能够适当分流，使约束非屈服段中的应力分布更加趋于平均化，从而保证这一区域中的应力始终处于较低水平而不会进入屈服状态，保护约束非屈服段和无约束非屈服段，并使无约束非屈服段与端部连接板的连接更加可靠。

3、三重金属矩形屈曲约束支撑耗能器全部由金属制成，材料离散性小，性能稳定；显著减小了屈曲约束支撑的重量，降低了施工难度；

4、三重金属矩形屈曲约束支撑耗能器核心受力矩形管的无约束段采用矩形截面，在各个方向上均具有较大的抗弯刚度，可有效防止该区段内产生整体或局部屈曲现象；

6、本发明的三重金属矩形管屈曲约束支撑耗能器在核心受力矩形管的约束屈服段不采用焊接工艺，没有焊接残余应力，也不产生焊接残余变形，可进一步保证其性能的稳定。

7、由于采用矩形截面，本发明的三重金属矩形管屈曲约束支撑耗能器具有优美的外观，不需要进行其它修饰即可满足大多数结构的外形要求，在应用到空间结构减震中具有特别的优势。

附图说明

图1为本发明核心受力管俯视图，

图2为本发明核心受力管侧视图，

图3为本发明核心受力管轴测图，

图4为图1的A-A剖面图，

图5为本发明组装后的俯视图，

图6为本发明组装后的侧视图，

图7为本发明组装后的轴测图，

图8为图5的B-B剖面图，

图9为本发明的中部分解图，

图10为本发明组装过程示意图。

具体实施方式

本节结合附图，对本发明的具体实施方式做详细描述：

1、三重金属矩形管屈曲约束支撑耗能器主要由三个金属矩形管组成，即由内到外分别为内约束矩形管2、核心受力矩形管1和外约束矩形管3。核心受力矩形管作为耗能器的核心受力部件，内、外约束套管组成耗能器的屈曲约束部件。核心受力矩形管采用延性较好的Q235B钢材、低屈服钢材或其它具有良好延性的金属材料制成，而内、外约束管一般采用钢管制作。三根金属矩形管采用设置在一端的定位栓4固定相对位置。三重金属矩形管屈曲约束支撑耗能器通过机加工制作而成，相互间的尺寸精度可以得到很好的控制，同时主要材料为金属，材料性能的离散性较小，可以保证其稳定的性能；

2、三重金属矩形管屈曲约束支撑耗能器的核心受力矩形管可以划分为约束屈服段L₀、约束非屈服段L₁和无约束非屈服段L₂，其中L₀、L₁区域的部分被约束在内、外套管中，而约束屈服段L₀的截面上设有长槽101，开槽的目的是为了减小约束屈服段的受力面积，使得承受轴力时该部分截面率先进入屈服阶段；

3、为了减小端部约束非屈服段L₁区域的应力集中程度，设置应力导流孔102。应力导流孔102的位置处于核心受力矩形管的角部，并处于约束非屈服段内，两端各设一处。导流孔102的设置可以使约束屈服段L₀中的应力传递到约束非屈服段L₁中时能够适当分流，使L₁中的应力分布更加趋于平均化，从而保证这一区域中的应力始终处于较低水平而不会进入屈服状态，保护约束非屈服段L₁和无约束非屈服段L₂，并使L₂与端部连接板的连接更加可靠；

4、在1、2、3一端的相同位置预留定位栓孔，在制作完成后穿入定位栓4来保证三重金属矩形管的相对位置。定位栓孔的位置应相对于核心受力矩形管的长槽顶部，并处于约束非屈服段L₁范围内；

5、核心受力矩形管1与内约束管2、外约束管3之间的间隙根据设计要求和制造工艺设置，可保证核心受力管在受压时仅发生高阶屈曲，从而发挥稳定的耗能能力。间隙表面可采用低摩擦镀层或无粘结涂层来进一步减小接触时产生的摩擦力，防止长期使用过程中的腐蚀。

本发明的制作工序：

1)、按照设计要求制作核心受力矩形管1，并在中部开设长槽101，在约束非屈服段分别设置应力导流孔102和定位栓孔103；

2)、在内约束矩形管2的相应位置开设定位栓孔201，并将内约束矩形管2穿入核心受力矩形管1，确定相对位置后临时固定；

3)、在外约束管3的相应位置开设定位栓孔301，并将已经组装好的部件穿入，确定相对位置后采用定位栓4固定；

4)、上述部件的表面可在组装前采用低摩擦镀层或无粘结涂层来减小受力时的接触摩擦；

5)、三重金属矩形管屈曲约束支撑耗能器制作完成后，采用适当方式与主体结构进行连接。

Claims (2)

1、一种三重金属矩形管屈曲约束支撑耗能器，包括核心受力部件、屈曲约束部件、定位部件，其特征在于：所述的核心受力部件为核心受力矩形管(1)，所述的屈曲约束部件为内约束矩形管(2)和外约束矩形管(3)，所述的核心受力矩形管(1)设置在内约束矩形管(2)和外约束矩形管(3)之间，且其长度大于内约束矩形管(2)和外约束矩形管(3)的长度，在所述的核心受力矩形管(1)、内约束管(2)与外约束管(3)的一端采用定位栓(4)固定，在所述的核心受力矩形管(1)的中部沿管的四周等分设置有四个长槽(101)；在所述的核心受力矩形管(1)上设置有导流孔(102)。

2、根据权利要求1所述的三重金属矩形管屈曲约束支撑耗能器，其特征在于：所述的核心受力矩形管(1)、内约束矩形管(2)、约束矩形管(3)之间为滑动配合。

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