CN102493571B - 多级并联防屈曲支撑 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多级并联防屈曲支撑，由端部传力单元以及至少一个耗能单元L组成。所述耗能单元L由约束体和耗能核心组成，耗能核心至少为两阶，其中，一阶耗能核心由通长轴力杆的中间区段充当；其余阶耗能核心独立放置在一阶耗能核心侧面；所述其余阶耗能核心和约束体向左右延伸与轴力杆两端部共同形成端部传力单元，在端部传力单元中通过设置传力块和大小不等的凹槽，所述凹槽开设在其余阶耗能核心和约束体向左右延伸区段上。由于具有专门由凹槽和传力块配合形成可动的传力分配机制，实现了各个耗能单元的耗能能力可控，同时由于整根耗能支撑的最终耗能力为所有耗能单元耗能力之和，实现了耗能支撑多级耗能功能。可广泛应用于建筑物的耗能减震。
Description
技术领域
本发明涉及一种耗能支撑，特别是一种防屈曲耗能支撑。
背景技术
防屈曲支撑是通过钢材的轴向拉压来消耗能量的元件。由防屈曲支撑内芯和约束部件构成，约束部件的作用为防止内芯在受压时发生多段屈曲，使内芯在拉力和压力作用下都能达到全截面的充分屈服。能更好的消耗输入结构的地震能量，从而起到抗震耗能作用。
理想的防屈曲支撑要求其性能为：低屈服，确保在小震下就可以耗能；耗能能力大，保证在大震下也可以达到减震耗能的效果；变形量大，与地震作用下的建筑物的层间变形相适应。然而，在实际实施中，上述技术要求不可能在一根连续的支撑杆件中实现。为了优化防屈曲支撑性能，科研人员从两个方面去向理想的防屈曲支撑靠近，一个是通过改变耗能核心区的材料，一个是改变耗能支撑的结构形式。目前存在的防屈曲支撑一般为只有一个耗能核心的单级或多级耗能核心并联的情况，多级耗能核心并联的情况是以铅为其第一耗能段为铅制，第二耗能段为钢制，原理是通过铅的摩擦力来实现耗能，而铅的摩擦力很难控制，主要影响因素有，接触面积、正压力和铅的摩擦系数。因此，无法实现准确控制变形，另外其变形量的大小取决于第二耗能段的变形量，也无法很好的实现理想的防屈曲支撑对变形量大这一性能的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种多级并联防屈曲支撑，要解决现有的多级并联防屈曲支撑没有专门的位移控制装置，耗能段的变形不易控制以及整个支撑的耗能能力较小的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种多级并联防屈曲支撑，由左端部传力单元G、右端部传力单元K以及至少一个耗能单元L组成，所述耗能单元L由约束体和耗能核心组成，所述约束体和耗能核心之间留有间隙A，所述耗能核心至少为两阶，其中，一阶耗能核心由通长轴力杆的中间区段充当，所述通长轴力杆在其长度方向为变截面，中间区段比端部区段的截面小；其余阶耗能核心独立放置在一阶耗能核心两侧，任意相邻两阶耗能核心之间预留有间隙B；所述其余阶耗能核心和约束体向左右延伸与轴力杆两端部共同形成左端部传力单元G和右端部传力单元K，在左端部传力单元G和右端部传力单元K中通过设置传力块和大小不等的凹槽配合形成可动的传力分配机制，所述凹槽开设在其余阶耗能核心和约束体向左右延伸区段上，其长度随耗能核心逐级变化，最大的凹槽开设在约束体上。
所述凹槽的数目与耗能核心的阶数相等。
所述传力块与通长轴力杆固定为一体，或独立。
所述通长轴力杆为钢板、工字钢、H字钢或十字型钢。
所述约束体为方钢、圆钢管混凝土或矩形钢管混凝土。
所述圆钢管混凝土或矩形钢管混凝土的内壁设置有挡板。
所述间隙A和间隙B内填充有石蜡制品、聚四氟乙烯或隔板。
所述其余阶耗能核心为钢板。
与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：
本发明的可控耗能量为所有耗能单元耗能量的总和，可以实现耗能构件初始屈服低而整体变形大的需要，避免了在大荷载作用下支撑的破坏，确保了支撑的安全，延长了使用寿命。
另外，本发明所采用的构件和耗能材料均为钢材，材料来源范围广，成本低，使用寿命长，同时，由于扩大了可控变形量，继而扩大了耗能支撑的使用范围。
其次，通过采用屈服点确定的钢材和凹凸配合的传力机制，实现变形完全可控。
还有，通过将最大的凹槽开设在约束体上，实现限位功能，使耗能支撑外力通过传力机制直接传导到整根杆件上，防止了耗能核心区的突然断裂，有助于实现了“大震不倒”的设防目标，最大程度的保护生命财产。
再者，本发明所述耗能支撑可根据实际进行分段生产，然后根据实际需要灵活组装，可实现集约化生产，降低生产成本，扩大应用范围。
本发明可广泛应用于建筑物的耗能减震。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
图1是本发明实施例一结构侧视图。
图2是图1A-A处剖视图。
图3是图1B-B处剖视图。
图4是图2C-C处剖视图。
图5是本发明实施例二结构侧视图。
图6是图5A-A处剖视图。
图7是图5B-B处剖视图。
图8是图6C-C处剖视图。
图9为本发明试验滞回曲线图。
附图标记：1－通长轴力杆、2－约束体、3－间隙A、4－一阶耗能核心、5－二阶耗能核心、6－三阶耗能核心、7－传力块、8－装配螺栓、9－短槽、10－长槽、11－限位槽、12－圆栓孔、13－长圆栓孔、14－间隙B、15－挡板。
具体实施方式
实施例一参见图1至图4所示，一种多级并联防屈曲支撑，为通长轴力杆1和包裹在通长轴力杆周围的约束体2形成的细长型杆件，所述通长轴力杆和约束体之间预留有间隙A3，所述细长型杆件划分为左端部传力单元G、右端部传力单元K以及耗能单元L，所述通长轴力杆1为H字钢，其在耗能单元L处的截面比在左端部传力单元G和右端部传力单元K处的截面小，所述约束体2为方钢，所述耗能单元L包括三个相互并联的耗能单元分别为一阶耗能核心4、二阶耗能核心5、三阶耗能核心6、其中，一阶耗能核心4由通长轴力杆的腹板充当，其与传力块7固定，二阶耗能核心5和三阶耗能核心6均为钢板，分置于一阶耗能核心4两侧，且和一阶耗能核心4之间预留有便于滑动的间隙B14，所述左端部传力单元G和右端部传力单元K中通过凹槽和传力块7配合形成可动的传力分配机制，所述传力块7安装在通长轴力杆1上，所述凹槽开设在约束体2上，其长度逐级变化，与二阶耗能核心5相对应的凹槽为短槽9，和三阶耗能核心6相对应的凹槽为长槽10，与传力块7相对应的槽为限位槽11。另外，在左端部传力单元G和右端部传力单元K处的通长通长轴力杆1和约束体2上对应开有长圆栓孔13，装配螺栓8穿过长圆栓孔13将通长通长轴力杆1和约束体2固定为一体。在耗能单元L处，约束体2上开圆栓孔12，两侧的约束体2通过穿圆栓孔12的装配螺栓8装配为一体。所述凹槽的数目与耗能核心的阶数相等。所述传力块7通长轴力杆固定为一体，或独立。所述耗能单元L至少为一个，每个耗能单元均由约束体和耗能核心组成，所有耗能单元之间并联，形成耗能支撑的总耗能区段。
实施例二，参见图5至图8，与实施例一不同的是，所述通长轴力杆1为十字型钢，所述约束体2为方钢管混凝土，方钢管混凝土内壁可设置挡板15。所述约束体2包裹在通长通长轴力杆1外壁，两者之间预留有间隙A3。
上述实施例一和二中所述间隙A3和间隙B14内填充有石蜡或聚四氟乙烯等利于滑动的物质或材料或隔板，所述隔板为钢板，橡胶板等。
除上述实施例一和实施例二所列，所述通长轴力杆1还可为钢板、工字钢或钢板和型钢组合等。
所述约束体2还可为圆钢管混凝土等，其内壁也可设置有挡板15。除上述所列的三阶耗能核心的情况，实际工程中可根据实际变形需要，在此基础上增加耗能单元，同时相应增加凹槽，并逐级增加凹槽长度。
本发明所述多级并联防屈曲支撑的工作原理为：当刚承受外荷载时，传力块7和一阶耗能核心4一起承受外荷载，通过传力块7在短槽9内往复运动耗能，当传力块7与短槽9全面接触，此后，传力块7和一阶耗能核心4以及二阶耗能核心5共同承受外荷载，传力块7在长槽10内运动，当传力块7与长槽10全面接触后，传力块7、一阶耗能核心4、二阶耗能核心5和三阶耗能核心6共同在限位槽11内运动，当当传力块7与限位槽11全面接触后，一阶耗能核心4、二阶耗能核心5和三阶耗能核心6和通长轴力杆以及约束体成为一个整体共同承受外荷载。此工作状态表现在拉压过程中的往复工作。
图9为本发明试验滞回曲线图，从图中可以看出，本发明可实现耗能支撑的多阶屈服，进而同时实现耗能支撑对低屈服和变形量大的性能要求。
Claims (8)
1.一种多级并联防屈曲支撑，由左端部传力单元G、右端部传力单元K以及至少一个耗能单元L组成，其特征在于：所述耗能单元L由约束体（2）和耗能核心组成，所述约束体和耗能核心之间留有间隙A（3），所述耗能核心至少为两阶，其中，一阶耗能核心（4）由通长轴力杆（1）的中间区段充当，所述通长轴力杆（1）在其长度方向为变截面，中间区段比端部区段的截面小；其余阶耗能核心独立放置在一阶耗能核心（4）侧面，任意相邻两阶耗能核心之间预留有间隙B（14）；所述其余阶耗能核心和约束体（2）向左右延伸与轴力杆两端部共同形成左端部传力单元G和右端部传力单元K，在左端部传力单元G和右端部传力单元K中通过设置传力块（7）和大小不等的凹槽配合形成可动的传力分配机制，所述凹槽开设在其余阶耗能核心和约束体（2）向左右延伸区段上，其长度随耗能核心逐级变化，最大的凹槽开设在约束体上。
2.根据权利要求1所述的多级并联防屈曲支撑，其特征在于：所述凹槽的数目与耗能核心的阶数相等。
3.根据权利要求1所述的多级并联防屈曲支撑，其特征在于：所述传力块（7）与通长轴力杆固定为一体，或独立。
4.根据权利要求1所述的多级并联防屈曲支撑，其特征在于：所述通长轴力杆（1）为钢板、工字钢、H字钢或十字型钢。
5.根据权利要求1所述的多级并联防屈曲支撑，其特征在于：所述约束体（2）为方钢、圆钢管混凝土或矩形钢管混凝土。
6.根据权利要求5所述的多级并联防屈曲支撑，其特征在于：所述圆钢管混凝土或矩形钢管混凝土的内壁设置有挡板（15）。
7.根据权利要求1所述的多级并联防屈曲支撑，其特征在于：所述间隙A（3）和间隙B（14）内填充有石蜡制品、聚四氟乙烯或隔板。
8. 根据权利要求1所述的多级并联防屈曲支撑，其特征在于：所述其余阶耗能核心为钢板。
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