CN101761145B - 自动恢复轴线居中功能的复合型耗能支撑构件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自动恢复轴线居中功能的复合型耗能支撑构件。由主支撑杆、布置在主支撑杆内的对中拉杆、与主支撑杆一端连接的耗能组合件、外连接耳板组成;主支撑杆的一端通过连接件与耗能组合件的椭圆软钢组件和摩擦板组件连接在一起,对中拉杆的一端锚固在主支撑杆的端封板上、另一端锚固在耗能组合件的外壳上,耗能组合件的箱形外壳外侧通过外连接耳板与外部节点连接。本发明利用摩擦板组件的滑动摩擦和椭圆软钢组件的塑性变形耗散输入能量,降低结构反应,确保结构中梁、柱构件不发生损伤破坏。本发明的维修仅需要更换组合件,可最大限度降低维修费用,维修作业时也不会影响建筑的正常使用。

Description

自动恢复轴线居中功能的复合型耗能支撑构件
技术领域
[0001] 本发明涉及一种建筑领域的支撑构件,具体地说是一种具有自动恢复轴线居中功能的摩擦与软钢屈服复合型耗能支撑构件。
背景技术
[0002] 现有建筑结构体系主要是传统的线弹性设计,这种设计不能有效和安全地抵抗强 地震和强台风等,为了降低地震和风灾作用于建筑结构的荷载峰值,现已转向采用建筑结 构发生屈服的塑性设计思想,但对于建筑结构发生屈服的塑性设计思想,耗散地震和风灾 输入建筑结构的能量,也意味着建筑结构自身的损伤,这就产生了一个问题:要恢复到建筑 结构发生损伤前的结构抗力水平,必须对所有发生损伤的结构构件进行更换或加固,这可 能产生巨大的维修费用,同时在某些情况下(如大量柱损伤)会变得不具操作性;同时,对 建筑结构的维修工作如果影响建筑正常使用,会对社会公众心理带来较大冲击,导致公众 对建筑的安全性产生怀疑。在抗震技术研究中,最新的塑性设计思想是将结构的损伤限制 在某一类构件中发生;从降低维修费用和不影响建筑正常使用的角度,限制损伤仅发生于 支撑构件中是较为合适的;但支撑构件自身的滞回曲线不够丰满,耗能能力不强;同时,支 撑受压屈曲后,支撑轴线会偏离中心线,如果不能在受拉时恢复轴线居中,则再次受压时承 载力会严重降低,导致支撑无法提供稳定的耗能能力。
发明内容
[0003] 本发明专利的目的在于提供一种自动恢复轴线居中功能的复合型耗能支撑构件。 以实现具有自动恢复轴线居中功能、拥有稳定良好的耗能能力、在地震和风灾中,利用耗能 支撑中耗能部件消耗输入结构的能量,降低作用于结构力的峰值,实现结构中梁、柱等重要 构件不发生损伤破坏,从而降低灾后维修费用,同时维修作业不影响建筑正常使用。
[0004] 本发明由一个封闭箱室构成的主支撑杆、布置在主支撑杆内的对中拉杆、与主支 撑杆一端连接的耗能组合件及外连接耳板组成;所述主支撑杆是由具有闭口截面的金属管 件、一端的端封板、另一端的封底板构成,其端封板通过外连接耳板与外部节点连接;所述 耗能组合件由金属箱形外壳及安装在箱形外壳内部的摩擦板组件和椭圆软钢组件组成;主 支撑杆的一端穿过耗能组合件的箱形外壳与耗能组合件的椭圆软钢组件和摩擦板组件连 接在一起;所述对中拉杆的一端锚固在主支撑杆的端封板上、另一端锚固在耗能组合件的 外壳上;所述耗能组合件的箱形外壳外侧通过外连接耳板与外部节点连接。
[0005] 所述摩擦板组件由与箱形外壳焊接的矩形钢板和粘贴于矩形钢板上的摩擦元件 或粘弹性材料组成,在矩形钢板上开有竖直腰形螺栓孔。
[0006] 所述椭圆软钢组件由低屈服点钢材制成的左右椭圆弧形变厚度板和上下的加强 板组成,上下的加强板将左右椭圆弧形变厚度板连接成为一个整体。
[0007] 所述中拉杆的几何形心与耗能支撑的轴线重合。
[0008] 所述主支撑杆的具有闭口截面的金属管件内填充有高强砂浆材料,在中拉杆表面涂抹有隔离油脂。
[0009] 本发明布置于建筑结构时,在正常使用情况下,可以充当一般支撑件提供结构需 要的抗侧刚度;当承受强烈的地震及风灾作用时,耗能支撑中的耗能组合件开始工作,利用 摩擦板组件的滑动摩擦和椭圆软钢组件的塑性变形耗散输入能量,降低结构反应,确保结 构中梁、柱构件不发生损伤破坏。当灾后进行维修时,仅需要对梁、柱进行一般性维护处理, 同时对自动恢复轴线居中功能的耗能支撑的维修仅需要更换耗能组合件,这样既可最大限 度降低维修费用,同时维修作业也不会影响建筑的正常使用。
附图说明
[0010] 图1是本发明剖面侧视结构示意图;
[0011] 图2是图1中I-I横剖面图;
[0012] 图3是图1中II-II横剖面图;
[0013] 图4是图1中III-III横剖面图;
[0014] 图5是摩擦板组件零件示意图;
[0015] 图6是椭圆软钢组件零件示意图;
[0016] 图7是本发明在建筑结构中布置情况示意图。
具体实施方式
[0017] 下面结合附图对本发明进行进一步的说明:
[0018] 参照图1 :本发明由主支撑杆1、耗能组合件2及对中拉杆3、外连接耳板4组成。
[0019] 其中主支撑杆是由具有闭口截面的金属管件7、一端的端封板5、另一端的封底板 6形成封闭箱室,端封板5通过外连接耳板4与外部节点连接
[0020] 耗能组合件2是耗能支撑的耗能部件,由金属外壳10、摩擦板组件8和椭圆软钢 组件9组成;外壳10外侧通过外连接耳板4与外部节点连接,摩擦板组件8和椭圆软钢组 件9安装在外壳10内部。主支撑杆1通过连接件11、12与耗能组合件2的椭圆软钢组件 9和摩擦板组件8连接在一起。
[0021] 对中拉杆3由若干根精轧螺纹钢拉杆组成,对中拉杆3的几何形心与耗能支撑的 轴线重合;对中拉杆贯穿主支撑杆两侧内壁,其一端锚固在主支撑杆的端封板5上、另一端 锚固在耗能组合件的外壳10上,
[0022] 参照图2 :对中拉杆3布置在主支撑杆1的闭口薄壁金属截面7内部,材料可以采 用精轧螺纹钢,也可以采用其他预应力棒材,对中拉杆3的截面几何中心应与耗能支撑的
轴线重合。
[0023] 参照图3 :摩擦板组件8焊接在耗能组合件2的外壳10内侧,在主支撑杆1的闭 口薄壁金属截面7外侧相应位置设有连接件12,连接件12可由双角钢肢背相对组成,肢间 距为摩擦板组件8厚度。
[0024] 参照图4 :椭圆软钢组件9位于主 支撑杆1下方位置,根据设计耗能能力的需要, 椭圆软钢组件9可以平行布置若干组,也可以斜交布置如干组。
[0025] 参照图5 :摩擦板组件8由与外壳10焊连的矩形钢板13和粘贴于矩形钢板13上 的摩擦元件14组成。矩形钢板13上开有竖直腰形螺栓孔,允许螺栓15在腰形螺栓孔中滑动,产生连接件12与摩擦元件14间的滑动摩擦耗能。
[0026] 参照图6 :椭圆软钢组件9由左右的椭圆弧形变厚度板16和上下的加强板17组 成。左右的椭圆弧形变厚度板16由具有良好塑性的低屈服点钢材制成,为耗能支撑2的主 要屈服耗能部件,在耗能支撑承受拉压变形时,椭圆弧形变厚度板16在拉压变形作用下发 生弯曲屈服,通过塑性变形耗散输入能量;上下的加强板17将左右椭圆弧形变厚度板16连 接成为一个整体。在上下的加强板17上设有螺栓孔,用于与支撑杆1的封底板6上及耗能 组合件2的外壳10上的对应位置设置的连接件11进行连接 。
[0027] 参照图7 :自动恢复轴线居中功能的耗能支撑21可作为中心支撑或偏心支撑设置 在结构构架中。在结构承受一般侧向作用情况下,自动恢复轴线居中功能的耗能支撑21承 受的轴向力小于摩擦元件14提供的静摩擦力,主支撑杆1与耗能组合件2件不会发生相对 位移,此时自动恢复轴线居中功能的耗能支撑充当一般支撑提供结构所需的抗侧刚度。当 结构承受强烈地震作用和严重的风灾时,当自动恢复轴线居中功能的耗能支撑21承受的 轴向力超过摩擦元件14提供的静摩擦力,主支撑杆1与耗能组合件2发生相对位移,提供 连接件12与摩擦元件14间的滑动摩擦耗能,当相对位移幅值较大时,椭圆弧形变厚度板16 发生弯曲屈服,产生塑性铰,通过塑性变形耗散输入能量,而对中拉杆3可确保耗能支撑21 在拉压循环状态下,轴线在受拉时自动恢复到居中的位置。此时,耗能支撑21提供的结构 抗侧刚度开始降低,相应输入结构的振动能量降低,结构的动力反应相应减小,柱、梁中承 受的作用力峰值相比下降;同时,由于耗能支撑21中耗能组合件2的摩擦耗能及屈服耗能 成为耗散输入振动能量的主要力量,柱、梁等主要结构构件不需要承担耗散输入振动能量 的作用;因此,可以保证柱、梁等主要结构构件不会发生严重损伤。在灾后维修时,仅需要更 换耗能组合件就可以使建筑物的抗力水平恢复到设计要求。

Claims (5)

1. 一种自动恢复轴线居中功能的复合型耗能支撑构件,其特征在于,由一个封闭箱室 构成的主支撑杆、布置在主支撑杆内的对中拉杆、与主支撑杆一端连接的耗能组合件及外 连接耳板组成;所述主支撑杆是由具有闭口截面的金属管件、一端的端封板、另一端的封底 板构成,其端封板通过外连接耳板与外部节点连接;所述耗能组合件由金属箱形外壳及安 装在箱形外壳内部的摩擦板组件和椭圆软钢组件组成;主支撑杆的一端穿过耗能组合件的 箱形外壳与耗能组合件的椭圆软钢组件和摩擦板组件连接在一起;所述对中拉杆的一端锚 固在主支撑杆的端封板上、另一端锚固在耗能组合件的外壳上;所述耗能组合件的箱形外 壳外侧通过外连接耳板与外部节点连接。
2.根据权利要求1所述的自动恢复轴线居中功能的复合型耗能支撑构件,其特征在 于,所述摩擦板组件由与箱形外壳焊接的矩形钢板和粘贴于矩形钢板上的摩擦元件或粘弹 性材料组成,在矩形钢板上开有竖直腰形螺栓孔。
3.根据权利要求1所述的自动恢复轴线居中功能的复合型耗能支撑构件,其特征在 于,所述椭圆软钢组件由低屈服点钢材制成的左右椭圆弧形变厚度板和上下加强板组成, 所述上下加强板将左右椭圆弧形变厚度板连接成为一个整体。
4.根据权利要求1所述的自动恢复轴线居中功能的复合型耗能支撑构件,其特征在 于,所述对中拉杆的几何形心与耗能支撑的轴线重合。
5.根据权利要求1所述的自动恢复轴线居中功能的复合型支撑耗能构件,其特征在 于,所述主支撑杆的具有闭口截面的金属管件内填充有高强砂浆材料,在对中拉杆表面涂 抹有隔离油脂。
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