CN102535664B - 一种新型支撑型抗震耗能器 - Google Patents

Abstract

一种新型支撑型抗震耗能器，包括防屈曲装置、芯板和设置于两者之间的隔离材料构成；防屈曲装置两端部设置有限位受力板；芯板的一端设置有由加劲板、抗拉限位板和抗压限位板组成的防拉断装置。芯板屈服段的中间部分设置于防屈曲装置内，其一端与防屈曲装置一端焊接；其设置有防拉断装置的另一端与防屈曲装置可以相对滑动，该端的抗压限位板和限位受力板的内侧分别设置一橡胶缓冲垫，在芯板外表面与防屈曲装置配合的部分设置有隔离材料。本发明在发生一定变形后利用防屈曲装置来增加刚度，避免大震作用下支撑持续变形或倒塌；芯板变截面次数的减少使加工方便，加劲板使芯板、防屈曲装置的尺寸减小，降低材料用量和自重，使结构优化，成本降低。

Description

一种新型支撑型抗震耗能器

技术领域

本发明属于建筑结构领域，具体来说是涉及一种新型支撑型抗震耗能器。

背景技术

最近几十年时间以来，支撑型抗震耗能器在美国、日本、我国台湾等国家和地区的建筑结构领域应用较多。支撑型抗震耗能器是一种在受压状态下不发生屈曲的支撑，与传统支撑相比具有更稳定的力学性能。通过屈曲约束支撑不仅可以提高结构的刚度和延性，而且利用钢材的滞回性能可以消耗水平荷载作用在结构的上的能量，对结构抗震能力的提高有很大意义。到2008年,国际上应用屈曲约束支撑的建筑有数百幢，然而我国国内在这方面的研究尚处于起步阶段，工程案例较少。支撑型抗震耗能器的形式多样，但工作原理基本相似，即：支撑在外力作用下，荷载全部由芯材承受，芯板在轴向拉力或压力作用下能屈服耗能，而外围的约束机构提供给芯材弯曲限制，避免芯材受压时屈曲。

由于泊松效应，芯材受压时会发生膨胀，因此在芯材和约束机构之间设有缝隙，以减小芯材受力时对防屈曲装置造成挤压。芯板的材料以低屈服点钢材或普通结构用钢材为主，低屈服点钢材的延性较好（可达40%以上），但价格较高，不利于该项技术的推广应用。普通钢材的延性相对较差（30%左右），价格较低，用普通钢材做芯板在大震作用结构设计时基本可以满足使用要求。

但是，无论是由低屈服点钢材还是普通钢材制作芯板，现有支撑型抗震耗能器均存在以下几个问题：

1. 支撑型抗震耗能器进入屈服后可能会出现持续变形甚至被拉断；

2. 支撑型抗震耗能器的芯板突然断裂后支撑的作用会突然消失对结构造成不利的影响；

3. 为了保证芯板非屈服段的面积，芯板的截面变化次数多，从而导致芯板的材料浪费大。另外，防屈曲装置要保证能够约束芯板的约束非屈服段导致防屈曲装置的建筑尺寸较大，不便于支撑型抗震耗能器的应用。

因此发明一种在大震环境下有防护作用，外观尺寸较小的支撑型抗震耗能器对结构的抗震很有必要。

发明内容

针对上述情况，本发明提供一种新型支撑型抗震耗能器，以解决现有支撑型抗震耗能器可能会出现持续变形甚至被拉断，拉断后支撑的作用突然消失对结构造成不利的影响，以及芯板材料浪费大、不便于支撑型抗震耗能器应用的问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种新型支撑型抗震耗能器，包括防屈曲装置、芯板，所述芯板包括屈服段，在屈服段两端为过渡段，所述过渡段外侧为节点弹性段；其中芯板屈服段的中间部分设置于防屈曲装置内部；其特征在于，所述防屈曲装置的两端分别固定有一限位受力板；所述芯板上设置有防拉断装置，所述防拉断装置包括加劲板、抗拉限位板和抗压限位板，所述加劲板固定于芯板两端的过渡段及相邻屈服段端部，所述抗拉限位板固定于芯板屈服段一端的加劲板上，所述抗压限位板与抗拉限位板同侧,垂直固定于芯板过渡段和加劲板上；所述芯板仅设置有加劲板的一端与防屈曲装置一端的限位受力板焊接固定，所述芯板另一端与防屈曲装置呈自由滑动状态，所述芯板外表面相对应于约束防屈曲装置能够自由滑动的部分设置有隔离材料。

进一步，所述防屈曲装置两端的限位受力板与芯板、加劲板对应的位置分别设置有使芯板、加劲板穿过的槽口，在槽口的周围设置有加强筋；防屈曲装置与芯板呈自由滑动状态的一端的限位受力板的内板面设置一橡胶缓冲垫。

进一步，所述芯板横截面可以为“十”字形，横截面为等截面或变截面；芯板两端的加劲板分别为两块，所述加劲板与芯板一板面平行、另一板面垂直；所述每块加劲板上的抗拉限位板为两块，所述抗拉限位板与加劲板板面垂直、与芯板的一个板面平行；所述抗压限位板离芯板屈服段较近的板面设置有橡胶缓冲垫。

进一步，所述防屈曲装置包括四根两行两列排布的矩形方管或方形方管，各相邻方管通过设置于外侧的连接板焊接为一体，连接板外部设置一层包装钢板；所述方管两端与芯板上加劲板相对应的位置设置有使加劲板穿过的槽口。

进一步，所述芯板横截面还可以为“一”字形，所述横截面为“一”字形的芯板包括一块主芯板，在主芯板两端的节点弹性段、过渡段以及屈服段端部分别设置一组加劲板，使芯板设置有加劲板的位置横截面为“十”字形；芯板两端的加劲板分别为两块，所述加劲板与主芯板板面垂直、加劲板板面平行；所述每块加劲板上的抗拉限位板为两块，所述抗拉限位板与加劲板垂直、主芯板板面平行；所述抗压限位板离芯板屈服段较近的板面设置有橡胶缓冲垫。

进一步，所述防屈曲装置包括两根矩形方管或方形方管，两方管通过设置于外侧的连接板焊接为一体，连接板外部设置一层包装钢板；所述方管两端与加劲板及加劲板相对应的位置设置有使加劲板穿过的槽口。

进一步，所述隔离材料为橡胶板或聚乙烯板或硅胶板。

本发明的有益效果是，通过在芯板上设置防拉断装置，使支撑型抗震耗能器在发生一定变形后会利用防屈曲装置的受力来增加支撑的刚度，防止支撑在超过设计变形后发生断裂及芯板突然断裂刚度消失等情况，以避免大震作用下刚度退化或消失后持续变形或倒塌。同时，芯板的变截面次数减少，芯板的加工更加方便，芯板约束非屈服段的面积通过设置加劲板的方式大大减小了芯板的外围尺寸，从而减小了防屈曲装置的外围尺寸，降低了材料的用量和支撑的自重，优化了芯板结构，降低了成本。

附图说明

图1为本发明一种新型支撑型抗震耗能器实施例一的结构示意图。 

图2为本发明一种新型支撑型抗震耗能器实施例一防拉断装置设置于芯板的结构示意图。

图3 为图1左端部的局部放大图。

图4为本发明一种新型支撑型抗震耗能器实施例一防屈曲装置的结构示意图。

图5为本发明一种新型支撑型抗震耗能器实施例一中将方管设置于芯板的流程示意图。

图6为图1中“A-A”剖视图。

图7为图3中“B-B”剖视图。

图8为图3中“C-C”剖视图。

图9为本发明一种新型支撑型抗震耗能器的限位受力板的主视图。

图10为本发明一种新型支撑型抗震耗能器实施例二防拉断装置设置于芯板的结构示意图。

图11为本发明一种新型支撑型抗震耗能器实施例二中防屈曲装置相对应于实施例一防屈曲装置“B-B”位置的剖视图。

图12为本发明在不同工作状态下的刚度值示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

实施例一

参见图1，一种新型支撑型抗震耗能器，包括防屈曲装置100、芯板200，所述芯板200包括屈服段Ly，在屈服段Ly两端为过渡段Ltr，所述过渡段Ltr外侧为节点弹性段Lc，其中芯板200的屈服段Ly的中间部分设置于防屈曲装置100内部。

参见图1、图2、图3，所述芯板200横截面为“十”字形，其中屈服段Ly、节点弹性段的横截面Lc为等截面，过渡段Ltr的横截面为变截面。在芯板200上设置有防拉断装置，所述防拉断装置包括加劲板310、抗拉限位板320和抗压限位板330，所述加劲板310固定于芯板200两端的过渡段Ltr及相邻屈服段Ly端部，所述抗拉限位板320固定于芯板200屈服段Ly一端的加劲板310上，所述抗压限位板330与抗拉限位板320同侧,垂直固定于芯板200过渡段Ltr和加劲板310上。所述芯板200屈服段Ly两端的加劲板310分别为两块，所述加劲板310与芯板200较窄的板面平行，与芯板200较宽的板面垂直。所述每块加劲板310上的抗拉限位板320为两块，所述抗拉限位板320与加劲板310板面垂直，与芯板200较宽的板面平行。所述抗压限位板330离芯板200屈服段Ly较近的板面设置有橡胶缓冲垫331。

参见图1、图4、图5、图6、图7、图8、图9，所述防屈曲装置100包括四根两行两列排布、将“十”字形芯板200的屈服段Ly夹与其中的矩形方管或方形方管110，所述方管110两端与芯板200上加劲板310相对应的位置设置有槽口111，通过槽口111使方管110穿过加劲板310滑动到与芯板200对称的位置。各相邻方管110通过设置于外侧的连接板120焊接为一体，连接板120外部设置一层包装钢板130。防屈曲装置100的两端分别固定一块限位受力板140；限位受力板140上与芯板200及加劲板310相对应的位置设置有槽口141，通过槽口141使限位受力板140顺利通过芯板200端部和加劲板310，实现限位受力板140在防屈曲装置100两端的固定；在槽口141的周围设置有加强筋142。所述芯板200仅设置有加劲板310的一端与防屈曲装置100一端的限位受力板140焊接固定，所述芯板200另一端与防屈曲装置100呈自由滑动状态。所述芯板200外表面相对应于防屈曲装置100能够自由滑动的部分设置有隔离材料，所述隔离材料为橡胶板或聚乙烯板或硅胶板，防屈曲装置100与芯板200呈自由滑动状态的一端的限位受力板140的内板面设置一橡胶缓冲垫141。

实施例二

一种新型支撑型抗震耗能器，本实施例同实施例一的零部件组成、结构、固定和装配方法均相同，不同点在于： 

参见图10，所述芯板600横截面为“一”字形。所述横截面为“一”字形的芯板600包括一块主芯板610，在主芯板610两端的节点弹性段、过渡段以及屈服段端部分别设置一组加劲板620，使芯板600设置有加劲板620的位置横截面为“十”字形。

参见图11，所述防屈曲装置500包括两根将“一”字形芯板600的屈服段Ly夹与其中的矩形方管或方形方管510，两方管510通过设置于外侧的连接板520焊接为一体，连接板520外部设置一层包装钢板530。所述方管510两端与芯板600的加劲板620和加劲板310相对应的位置设置有槽口511，通过槽口511使方管510穿过加劲板620、加劲板310滑动到与芯板600对称的位置。

本发明在使用时，通过芯板两端的螺栓孔将本发明固定在工作位置。在工作过程中，本发明受压力则芯板收缩，抗压限位板330向防屈曲装置端部的限位受力板140移动，因抗压限位板330靠近限位受力板140的一侧设置有橡胶缓冲垫331，故抗压限位板330压紧限位受力板140时，通过橡胶缓冲垫331可以将本发明受到的压力分解给芯板和防屈曲装置，从而减小芯板所受到的压力；本发明受拉力时则芯板拉伸，抗拉限位板320向防屈曲装置端部的限位受力板140移动，因限位受力板140靠近抗拉限位板320的一侧设置有橡胶缓冲垫141，故抗拉限位板320压紧限位受力板140时，通过橡胶缓冲垫141可以将本发明受到的拉力分解给芯板和防屈曲装置，从而减小芯板所受到的拉力。

参见图11，其中：

K1=tan（α），为支撑型抗震耗能器的初始刚度；

K2=tan（β），为支撑型抗震耗能器的屈服后等效刚度；

K3=tan（γ），为支撑型抗震耗能器防护装置发挥作用后的刚度；

当芯板受力达到屈服极限后，防屈曲装置能够继续承受外力，使本发明保持良好的刚度。

本发明通过在芯板上设置防拉断装置，使支撑型抗震耗能器在发生一定变形后会利用防屈曲装置的受力来增加支撑的刚度，防止支撑在超过设计变形后发生断裂及芯板突然断裂刚度消失等情况，以避免大震作用下刚度退化或消失后持续变形或倒塌。同时，芯板的变截面次数减少，芯板的加工更加方便，芯板约束非屈服段的面积通过设置加劲板的方式大大减小了芯板的外围尺寸，从而减小了防屈曲装置的外围尺寸，降低了材料的用量和支撑的自重，优化了芯板结构，降低了成本。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (7)

1.一种新型支撑型抗震耗能器，包括防屈曲装置、芯板，所述芯板包括屈服段，在屈服段两端为过渡段，所述过渡段外侧为节点弹性段；其中芯板屈服段的中间部分设置于防屈曲装置内部；其特征在于，所述防屈曲装置的两端分别固定有一限位受力板；所述芯板上设置有防拉断装置，所述防拉断装置包括加劲板、抗拉限位板和抗压限位板，所述加劲板固定于芯板两端的过渡段及相邻屈服段端部，所述抗拉限位板固定于芯板屈服段一端的加劲板上，所述抗压限位板与抗拉限位板同侧,垂直固定于芯板过渡段和加劲板上；所述芯板仅设置有加劲板的一端与防屈曲装置一端的限位受力板焊接固定，所述芯板另一端与防屈曲装置呈自由滑动状态，所述芯板外表面相对应于约束防屈曲装置能够自由滑动的部分设置有隔离材料。

2.根据权利要求1所述的一种新型支撑型抗震耗能器，其特征在于，所述防屈曲装置两端的限位受力板与芯板、加劲板对应的位置分别设置有使芯板、加劲板穿过的槽口，在槽口的周围设置有加强筋；防屈曲装置与芯板呈自由滑动状态的一端的限位受力板的内板面设置一橡胶缓冲垫。

3.根据权利要求1所述的一种新型支撑型抗震耗能器，其特征在于，所述芯板横截面可以为“十”字形，横截面为等截面或变截面；芯板两端的加劲板分别为两块，所述加劲板与芯板一板面平行、另一板面垂直；所述每块加劲板上的抗拉限位板为两块，所述抗拉限位板与加劲板板面垂直、与芯板的一个板面平行；所述抗压限位板离芯板屈服段较近的板面设置有橡胶缓冲垫。

4.根据权利要求3所述的一种新型支撑型抗震耗能器，其特征在于，所述防屈曲装置包括四根两行两列排布的矩形方管或方形方管，各相邻方管通过设置于外侧的连接板焊接为一体，连接板外部设置一层包装钢板；所述方管两端与芯板上加劲板相对应的位置设置有使加劲板穿过的槽口。

5.根据权利要求1所述的一种新型支撑型抗震耗能器，其特征在于，所述芯板横截面为“一”字形，所述横截面为“一”字形的芯板包括一块主芯板，在主芯板两端的节点弹性段、过渡段以及屈服段端部分别设置一组加劲板，使芯板设置有加劲板的位置横截面为“十”字形；芯板两端的加劲板分别为两块，所述加劲板与主芯板板面垂直、加劲板板面平行；所述每块加劲板上的抗拉限位板为两块，所述抗拉限位板与加劲板垂直、主芯板板面平行；所述抗压限位板离芯板屈服段较近的板面设置有橡胶缓冲垫。

6.根据权利要求5所述的一种新型支撑型抗震耗能器，其特征在于，所述防屈曲装置包括两根矩形方管或方形方管，两方管通过设置于外侧的连接板焊接为一体，连接板外部设置一层包装钢板；所述方管两端与加劲板及加劲板相对应的位置设置有使加劲板穿过的槽口。

7.根据权利要求1所述的一种新型支撑型抗震耗能器，其特征在于，所述隔离材料为橡胶板或聚乙烯板或硅胶板。

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