CN101824922A - 自复位防屈曲支撑构件 - Google Patents

Abstract

一种自复位防屈曲支撑构件，它涉及一种防屈曲支撑构件。本发明的目的为了解决目前安装传统防屈曲支撑构件的结构在大震或者中震后出现过量残余变形从而大大增大震后维护、重建成本及现有摩擦型自复位支撑构件因摩擦板连接螺栓松动及摩擦面易老化而不能正常耗散地震能量的问题。方形内套管、两个耗能内芯板和第一凸形连接板设置在方形内套管内，每个连接板与一对角钢固接，每根复位筋的一端与第一端板连接，每根复位筋的另一端与第二端板连接，第一凸形连接板穿过第一端板的通孔设置在第一端板的外部，方形外套管的两侧端面分别与第一端板和第二端板接触，第二凸形连接板固装在两对角钢内。本发明用于建筑结构工程领域中的抗侧力构件中。

Description

自复位防屈曲支撑构件

技术领域

本发明涉及一种防屈曲支撑构件。

背景技术

地震灾害对人们的生命安全造成了极大的影响，其主要是由于在地震过程中建筑结构发生了过大的损坏或倒塌所引起的。被动控制系统是结构振动控制系统中的一种，且目前被认为是减少主体结构损伤的最有效可行的方法。根据不同的阻尼机理，被动控制装置可以分为金属阻尼器、摩擦阻尼器、粘滞阻尼器以及粘弹性阻尼器等。

在这些控制装备中，防屈曲支撑构件(BRB)得到了最广泛的应用。这是近年来应用于多高层建筑抗侧力体系中的一种发明的支撑形式，同时也是一种高效的耗能减震装置（阻尼器），它主要由钢支撑内芯、约束构件以及在上述两者之间所设置的无粘结材料或间隙三部分组成。在中震或大震作用下，防屈曲支撑构件无论受拉还是受压均能实现全截面充分屈服耗散地震能量而不出现支撑构件的整体屈曲或局部屈曲破坏，因此这种支撑构件不仅解决了普通支撑构件在大震下受压屈曲的问题，同时还起到损伤控制的作用，使原来通过主体结构梁端形成塑性铰的耗能方式转变为只在防屈曲支撑部件上集中耗能，而主体结构大部分保持弹性，从而能够较好地保护主体结构（梁、柱）使其在大震当中免受严重损伤，给震后修复带来了方便。

然而，由于防屈曲支撑构件的耗能形式为金属的滞回耗装，这必然使其在经历中震或者大震后会产生很大的残余变形。根据无数次震害经验知道：强烈地震使结构产生的过大侧向变形及残余变形是结构破坏倒塌的直接原因。而现行的抗震规范只是要求结构在震时不倒塌以保证生命安全，但是很多情况下震后需要大量的维修成本或者拆除重建，这无疑会产生相应的社会及经济问题。

现有自复位支撑构件，其耗能形式为摩擦耗能，主要有两个方面的局限性：首先，摩擦力取决于螺栓的预紧力，当螺栓松动预紧力下降则对摩擦力产生影响，不能正常耗散地震能量。另外，摩擦面的老化也是一个非常突出的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前安装传统防屈曲支撑构件的结构在大震或者中震后出现过量残余变形从而大大增大震后维护、重建成本及现有摩擦型自复位支撑构件因摩擦板连接螺栓松动及摩擦面易老化而不能正常耗散地震能量的问题，提出了一种自复位防屈曲支撑构件。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：所述防屈曲支撑构件由方形外套管、方形内套管、第一端板、第二端板、第一凸形连接板、第二凸形连接板、两个耗能内芯板、多根复位筋、两个连接板和两对角钢构成，所述第一凸形连接板设置在两个耗能内芯板之间，且所述第一凸形连接板的上侧壁和下侧壁各与一个耗能内芯板固接，每个连接板设置在相对应的耗能内芯板外部且二者固接；所述方形外套管外部的一对表面各设有一对角钢，一对角钢的一端与方形外套管固接，且每对角钢与方形外套管形成凹槽，所述方形内套管设置在两个耗能内芯板之间，且所述方形内套管与第一凸形连接板插接，两个耗能内芯板各与方形内套管位于插接端的上侧壁和下侧壁焊接，且焊接的距离沿长度方向为10～20cm；

方形内套管、两个耗能内芯板和第一凸形连接板设置在方形外套管内，且每个方形内芯板的两个侧壁各与方形外套管相对应的侧壁接触，每个连接板设置在凹槽内，且每个连接板与一对角钢固接，所述方形内套管内设有多根复位筋，每根复位筋的一端与第一端板连接，每根复位筋的另一端与第二端板连接，所述第一端板上设有与第一凸形连接板小直径端形状相匹配的通孔，所述第一凸形连接板穿过第一端板的通孔设置在第一端板的外部，所述方形外套管的两侧端面分别与第一端板和第二端板接触，所述第二凸形连接板的大直径端的固装在两对角钢内。

本发明具有以下有益效果：本发明同传统的防屈曲支撑构件相比，在结构大震或者中震后拥有复位功能，大大减少了残余变形（理论上为零）；与现有的自复位支撑构件相比，本发明通过防屈曲支撑构件的内芯板屈服耗能取代摩擦耗能，因此避免了螺栓松动和摩擦面老化、失效及腐蚀等问题。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图，图2是本发明安装的示意图，图3是图2的A-A剖视图，图4是图2的B-B剖视图，图5是图2的C-C剖视图，图6是图2的D-D剖视图，图7是本发明工作过程初始受力阶段示意图，图8是本发明工作过程方形外套管相对方形内套管向右运动阶段示意图，图9是本发明工作过程复位阶段示意图，图10是本发明工作过程方形外套管相对方形内套管向左运动阶段示意图，图11是本发明的实际工程应用实例。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的防屈曲支撑构件由方形外套管1、方形内套管2、第一端板5、第二端板6、第一凸形连接板10、第二凸形连接板11、两个耗能内芯板3、多根复位筋4、两个连接板7和两对角钢8构成，所述第一凸形连接板10设置在两个耗能内芯板3之间，且所述第一凸形连接板10的上侧壁和下侧壁各与一个耗能内芯板3固接，每个连接板7设置在相对应的耗能内芯板3外部且二者固接；所述方形外套管1外部的一对表面各设有一对角钢8，一对角钢8的一端与方形外套管1固接，且每对角钢8与方形外套管1形成凹槽8-1，所述方形内套管2设置在两个耗能内芯板3之间，且所述方形内套管2与第一凸形连接板10插接，两个耗能内芯板3各与方形内套管2位于插接端的上侧壁和下侧壁焊接，且焊接的距离沿长度方向为10～20cm；

方形内套管2、两个耗能内芯板3和第一凸形连接板10设置在方形外套管1内，且每个方形内芯板3的两个侧壁各与方形外套管1相对应的侧壁接触，每个连接板7设置在凹槽8-1内，且每个连接板7与一对角钢8固接，所述方形内套管2内设有多根复位筋4，每根复位筋4的一端与第一端板5连接，每根复位筋4的另一端与第二端板6连接，所述第一端板5上设有与第一凸形连接板10小直径端形状相匹配的通孔5-1，所述第一凸形连接板10穿过第一端板5的通孔5-1设置在第一端板5的外部，所述方形外套管1的两侧端面分别与第一端板5和第二端板6接触，所述第二凸形连接板11的大直径端的固装在两对角钢8内。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的每个耗能内芯板3与方形内套管2上侧壁与下侧壁之间的间隙各为1-2mm，并在一端与耗能内芯板3固接，此结构的优点是使得方形内套管2充当防屈曲支撑的约束构件，实现内芯耗能作用；同时这种结构起到自复位支撑中给第一端板5、第二端板6及复位筋4传力的作用，以此达到自复位目的。因此，保证该发明实现了防屈曲支撑和自复位支撑的双重功效。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的方形内套管2的侧壁与方形外套管1的侧壁之间的间隙为1-2mm，并在一端与耗能内芯板3固接，此结构的优点是使得方形内套管2充当防屈曲支撑的约束构件，实现内芯耗能作用；同时这种结构起到自复位支撑中给第一端板5、第二端板6及复位筋4传力的作用，以此达到自复位目的。因此，保证该发明实现了防屈曲支撑和自复位支撑的双重功效。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式的每根复合筋4为钢筋或者复合纤维筋，并且施加相当于支撑设计承载力30%的预应力。此构造的优点是此类材料具有高强度，高弹性模量，高弹性变形率的特点。因此能保证在本发明在工作时复位筋4保持弹性从而维持其自复位的功能。预应力可保证本发明克服所有残余变形，回复到原始长度。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：如图2-图6所示，本实施方式是防屈曲支撑构件的加工具体步骤如下：1.在两个耗能内芯板3之间焊接第一凸形连接板10；在两个耗能内芯板3外侧焊接两个连接板7，这样耗能内芯板3就与第一凸形连接板10及两个连接板7形成一体；

2.将方形内套管2从两个耗能内芯板3右侧滑入并且将焊于两个耗能内芯板3上的第一凸形连接板10插入方形内套管2槽中；

3.在两个耗能内芯板3内侧与方形内套管2外侧施焊（耗能内芯板3宽于方形内套管2），使方形内套管2与耗能内芯板3形成整体；

4.在方形外套管1的外侧一对表面各焊接一对角钢8；

5.将组装好的方形内套管2及两个耗能内芯板3从方形外套管1设有一对角钢8的一端通过，方向如图所示。对好位置后，将接一对角钢8与连接板7连接。如此，方形外套管1、方形内套管2及两个耗能内芯板3就构成一个防屈曲支撑构件；

6.通过第一端板5和第二端板6上的孔洞中穿复位筋4，在第二端板6处锚固复位筋4，在第一端板5进行张拉；

7.将第二凸形连接板11与两对角钢8焊接，完成整个自复位防屈曲支撑构件的加工过程；

具体实施方式六：如图11所示，本实施方式是将本发明安装在实际工程中的一个实施例：第一凸形连接板10和第二凸形连接板11分别通过高强螺栓15与建筑结构框架结点板14连接，完成安装。

工作原理：本发明的工作过程可以分为以下四个阶段，结合图7-图11所示：1.本发明初始受力阶段：此时支撑构件长度为原长L，当施加外力时，方形外套管1和方形内套管2首先要克服复位筋4中的预应力，当外力达到一定水平时，方形外套管1和方形内套管2即将开始相对运动，如图7所示；2.方形外套管1相对方形内套管2向右运动阶段：当外力继续加大，方形外套管1和方形内套管2开始相对滑动，此时本发明伸长，变形量记为δ，由于内芯板3一端连接在方形外套管1上，另一端连接在方形内套管2上，方形外套管1和方形内套管2相对运动时使内芯板3被拉伸产生塑性变形，从而起到耗能作用；同时方形内套管2向左推第一端板5，方形外套管1向右推第二端板6，如此，第一端板5和第二端板6做远离运动，复位筋4不断被伸长，并提供回复力，如图8所示；3.本发明复位阶段：当支撑构件达到最大变形，外力减小或反向，由于预应力的作用，自复位筋（绳）4拉动两端板6、5做相对运动，从而带动形外套管1和方形内套管2做复位运动，直到回到起始点。此时若外力撤掉，则本发明复位，如图9所示；4.方形外套管1相对方形内套管2向左运动阶段：若本发明复位后外力反向，则方形外套管1和方形内套管2继续反向运动。这时，方形内套管2推动第二端板6，方形外套管1推动第一端板5，第一端板5和第二端板6做远离方向的运动，此时防屈曲支撑构件的内芯板3状态为受压，支撑构件变形量记为-δ，如图10所示。

Claims (4)

1.一种自复位防屈曲支撑构件，其特征在于所述防屈曲支撑构件由方形外套管（1）、方形内套管（2）、第一端板（5）、第二端板（6）、第一凸形连接板（10）、第二凸形连接板（11）、两个耗能内芯板（3）、多根复位筋（4）、两个连接板（7）和两对角钢（8）构成，所述第一凸形连接板（10）设置在两个耗能内芯板（3）之间，且所述第一凸形连接板（10）的上侧壁和下侧壁各与一个耗能内芯板（3）固接，每个连接板（7）设置在相对应的耗能内芯板（3）外部且二者固接；所述方形外套管（1）外部的一对表面各设有一对角钢（8），一对角钢（8）的一端与方形外套管（1）固接，且每对角钢（8）与方形外套管（1）形成凹槽（8-1），所述方形内套管（2）设置在两个耗能内芯板（3）之间，且所述方形内套管（2）与第一凸形连接板（10）插接，两个耗能内芯板（3）各与方形内套管（2）位于插接端的上侧壁和下侧壁焊接，且焊接的距离沿长度方向为10～20cm；

所述方形内套管（2）、两个耗能内芯板（3）和第一凸形连接板（10）设置在方形外套管（1）内，且每个方形内芯板（3）的两个侧壁各与方形外套管（1）相对应的侧壁接触，每个连接板（7）设置在凹槽（8-1）内，且每个连接板（7）与一对角钢（8）固接，所述方形内套管（2）内设有多根复位筋（4），每根复位筋（4）的一端与第一端板（5）连接，每根复位筋（4）的另一端与第二端板（6）连接，所述第一端板（5）上设有与第一凸形连接板（10）小直径端形状相匹配的通孔（5-1），所述第一凸形连接板（10）穿过第一端板（5）的通孔（5-1）设置在第一端板（5）的外部，所述方形外套管（1）的两侧端面分别与第一端板（5）和第二端板（6）接触，所述第二凸形连接板（11）的大直径端的固装在两对角钢（8）内。

2.根据权利要求1所述一种自复位防屈曲支撑构件，其特征在于每个耗能内芯板（3）与方形内套管（2）上侧壁与下侧壁之间的间隙各为1-2mm。

3.根据权利要求1或2所述一种自复位防屈曲支撑构件，其特征在于所述方形内套管（2）的侧壁与方形外套管（1）的侧壁之间的间隙为1-2mm。

4.根据权利要求3所述一种自复位防屈曲支撑构件，其特征在于每根复合筋（4）为钢筋或者复合纤维筋。

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