CN103233528B - 自复位屈曲约束支撑 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自复位屈曲约束支撑，包括耗能内芯板、传力部件、筋材和端板，传力部件包括内约束传力部件、中间约束传力部件以及外传力部件；耗能内芯板一端固定在内约束传力部件的上下侧面，耗能内芯板的另一端与外传力部件固定连接，中间约束传力部件套在内约束传力部件和耗能内芯板外并与内约束传力部件和耗能内芯板在周向留有间隙，外约束传力部件套设在中间约束传力部件外并与外约束传力部件在周向留有间隙；在内约束传力部件内设置有第一组筋材通过第一组端板固定，在中间约束传力部件和外传力部件之间设置有第二组筋材通过第二组端板固定。本发明可以使支撑的变形能力增大到筋材极限弹性变形范围的数倍，更容易满足结构设计的需要。

Description

自复位屈曲约束支撑

技术领域

本发明属于土木工程领域，涉及一种用于减小工程结构地震灾害影响的自复位屈曲约束支撑。

背景技术

屈曲约束支撑是一种利用金属屈服耗散地震能量的装置，由于其性能稳定、制作方便、成本低廉等优点，近年来得到了广泛的研究和应用。但由于屈曲约束支撑利用核心金属板拉压屈服耗散地震能量，支撑本身会产生累积塑性变形，从而导致结构产生不可忽视的残余变形，严重影响结构的震后使用和安全性能。因此，一种利用预先张拉筋材为屈曲约束支撑提供自复位压力的自复位屈曲约束支撑开始被大家所关注。

已有的技术实例如已公开的发明专利CN101824922 B中所述自复位屈曲约束支撑依靠预先张拉单组筋材提供自复位压力，可减小支撑和安装支撑结构的残余变形。但其构造使得支撑可自复位的变形范围只能为自复位筋材的极限弹性变形范围，支撑的变形能力受到了限制，难以满足结构设计的需要，或只能选用少数极限弹性变形能力较大的筋材作为自复位筋材，限定了筋材的选用范围；本发明提出通过串联自复位筋材，可成倍增加支撑极限变形能力。

此外，已公开专利CN101824922 B中所述的自复位屈曲约束支撑传力部件为方形套管，而方形套管尺寸为规定值，两个方型套管尺寸决定了核心金属板的厚度及核心金属板与方形套管的间隙，而研究表明约束部件(如约束套管)与金属板的间隙是影响屈曲约束支撑性能的关键因素，而本发明提出的中间约束传力部件可以根据内约束传力部件来选择合适的组合件，通过控制组合件的尺寸来形成对核心金属板的精确约束，可显著提高自复位屈曲约束支撑的性能。

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，而提供一种成倍增加自复位屈曲约束支撑极限变形能力、精确约束耗能内芯板屈曲的自复位屈曲约束支撑，从而解决自复位屈曲约束支撑变形能力受限以及因耗能内芯板的约束不好而破坏失效的问题，同时拓宽自复位屈曲约束支撑对筋材的选用范围，以及便于不同筋材的混用。

技术方案

本发明所采取的技术方案是：

一种自复位屈曲约束支撑，包括耗能内芯板、传力部件、筋材和端板，其特征在于：所述的传力部件包括内约束传力部件、中间约束传力部件以及外传力部件；所述的筋材包括第一组筋材和第二组筋材；所述的端板包括第一组端板和第二组端板；所述的连接件包括内连接件和外连接件；所述的耗能内芯板的一端固定在所述的内约束传力部件的上下表面，耗能内芯板的另一端与外传力部件固定连接，在内约束传力部件的一端固定有所述的内连接件，在外传力部件上固定有所述的外连接件；所述的中间约束传力部件套在所述的内约束传力部件和耗能内芯板外并与所述的内约束传力部件和耗能内芯板在周向留有间隙，在所述的内约束传力部件内设置有所述的第一组筋材，该第一组筋材的两端通过所述的第一组端板固定，其中第一组端板作用在所述的内约束传力部件和中间约束传力部件上；在所述的中间约束传力部件外部设置所述的外传力部件，在中间约束传力部件和外传力部件之间设置有所述的第二组筋材，该第二组筋材的两端通过所述的第二组端板固定，其中第二组端板作用在所述的中间约束传力部件和外传力部件上。

所述耗能内芯板由内芯板和端部连接板构成，端部连接板一个侧面顺着长边方向固接于内芯板一端的表面，所述内约束传力部件位于两个内芯板内侧；所述中间约束传力部件一端的上下侧面开有第一矩形豁口，每个端部连接板伸出中间约束传力部件上与其相邻的第一矩形豁口；所述外传力部件的一端开有与端部连接板相对应的第二矩形豁口，每个端部连接板伸出外传力部件上与其相邻的第二矩形豁口，外传力部件开有第二矩形豁口的一端上下外表面分别与一对所述外连接件固接，每对外连接件分别与一个端部连接板栓接。

所述的内连接件表面设置有沿长度方向延伸的定位板，位于所述内连接件一端的第一组端板为一个开槽矩形端板，开槽矩形端板开有与定位板尺寸相对应的槽口，内连接件穿过槽口；位于外连接件一端的第一组端板为一个不开槽矩形端板。

所述的定位板为两个且对称设置在内连接件的表面成一字型。

所述的定位板为四个且对称设置在内连接件的表面成十字型。

每个第二组端板与一个第一组端板在同一个平面内，每个第二组端板与每个同一平面内的第一组端板的外沿留有1-2mm的间隙，每个第一组端板同时接触内约束传力部件和中间约束传力部件，每个第二组端板同时接触中间约束传力部件和外传力部件。

所述中间约束传力部件由两个槽形钢、四个填充板和两个盖板通过构成，每个盖板的一端开有一个所述第一矩形豁口，每个填充板位于两个槽形钢和两个盖板的中间，每两个填充板位于两个槽形钢的上下表面，每两个填充板的外部是一个盖板，填充板和盖板与耗能内芯板的间隙为1-2mm，同时约束耗能内芯板的平面内和平面外屈曲。

所述中间约束传力部件由螺栓拼装而成。

本发明支撑由耗能内芯板、内约束传力部件、中间约束传力部件、外传力部件、内连接件、外连接件、第一组筋材、第一组端板、第二组筋材、第二组端板构成，所述耗能内芯板由内芯板和端部连接板构成，端部连接板一个侧面顺着长边方向固接于内芯板一端的表面，内约束传力部件位于两块耗能内芯板内侧，内连接件与内约束传力部件一端的内侧固接，两个耗能内芯板与内约束传力部件一端的上下外表面固接，中间约束传力部件一端的上下侧面开有矩形豁口，每个端部连接板伸出中间约束传力部件上与其相邻的矩形豁口，外传力部件位于中间约束传力部件的外部，外传力部件的一端开有与端部连接板相对应的矩形豁口，每个端部连接板伸出外传力部件上的与其相邻的矩形豁口，外传力部件开有矩形豁口的一端上下外表面分别与一对外连接件固接，每对外连接件分别与一个端部连接板栓接；所述第一组筋材设置在内约束传力部件内部，每根筋材两端连接第一组端板，所述第一组端板包含一个开槽矩形端板和一个不开槽矩形端板，开槽矩形端板开有与连接板尺寸相对应的槽口，连接板穿过槽口，第二组筋材设置在中间约束传力部件和外传力部件之间，每根筋材两端连接第二组端板。

有益效果

本发明具有以下有益效果：

1. 本发明支撑的传力部件包括内约束传力部件、中间约束传力部件以及外传力部件，并在内约束传力部件内设置第一组筋材，在中间约束传力部件与外传力部件之间设置第二组筋材，并通过与第一组筋材连接的第一组端板和与第二组筋材连接的第二组端板传力和变形控制，当耗能内芯板受拉或压时，外传力部件通过第二组端板使得第二组筋材拉伸变形，同时将压力传递到中间约束传力部件上，中间约束传力部件再带动与其接触的第一组端板并使得通过第一组端板固定的第一组筋材同步作用变形，从而增大了自复位屈曲约束支撑的变形范围，更容易满足结构设计的需要。安装单组筋材的自复位屈曲约束支撑的变形范围与筋材的极限弹性变形范围相等，而采用串联多组筋材提供自复位压力，可以使支撑的变形能力增大到筋材极限弹性变形范围的数倍，更容易满足结构设计的需要。

2. 拓宽了自复位屈曲约束支撑筋材的选用范围。为了消除支撑的残余变形，实现自复位，筋材必须预先张拉到一个与耗能内芯板相关的定值初应变，以保证为支撑提供足够大的自复位压力；另一方面，张拉初应变不能过大，以保证给筋材留出足够的弹性变形范围。因此对自复位筋材的基本要求是具有足够的强度、刚度、弹性变形能力，此外还有性能稳定、施工制作方便、价格合理等要求。采用串联多组筋材作为支撑的自复位系统，减小了支撑变形能力对筋材极限弹性变形能力的要求，因此拓宽了自复位屈曲约束支撑中筋材的选用范围，同时也可以采用不同材性的筋材进行组合，以满足性能设计的需求。

3. 中间约束传力部件采用螺栓拼接而成，安装灵活方便，能精确约束耗能内芯板的平面内和平面外屈曲，避免支撑因耗能内芯板的破坏而过早失效。内约束传力部件和中间约束传力部件与耗能内芯板的间隙为1-2mm，不仅起到传递构件内力的作用，同时能够精确约束耗能内芯板的平面内和平面外屈曲。内约束传力部件形式可以不一，以空间足以放置筋材和强度指标为设计要求；中间约束传力部件由槽形钢、填充板、盖板通过螺栓拼装而成，安装方便灵活。

4. 外传力部件能够保护内部部件，形式可以不一，依具体尺寸可以采用型钢或者钢材拼装。

附图说明

图1是内约束传力部件与内连接件的组装示意图；

图2是内连接件结构示意图；

图3是图1的A-A剖视图；

图4是耗能内芯板制作示意图；

图5是耗能内芯板与内约束传力部件组装示意图；

图6是图5的B-B剖视图；

图7是图5的C-C剖视图；

图8是图5的D-D剖视图；

图9是中间约束传力部件的单独组装示意图；

图10是图9的E-E剖视图；

图11是图9的F-F剖视图；

图12是图9的G-G剖视图；

图13是中间约束传力部件与内部部件的组装示意图；

图14是外传力部件组装、外连接件组装、筋材张拉锚固至构件组装完成示意图；

图15是图14的H-H剖视图；

图16是图14的J-J剖视图；

图17是图14的K-K剖视图；

图18是安装完第一组端板后左端端面示意图；

图19是安装完第二组端板后左端端面示意图；

图20是安装完第一组端板后右端端面示意图；

图21是安装完第二组端板后右端端面示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细说明：

实施例一：如图1~21所示，本实施例的自复位屈曲约束支撑由两个耗能内芯板2、内约束传力部件1、中间约束传力部件3、外传力部件4、内连接件5、两对外连接件6、第一组筋材7、第一组端板8、第二组筋材9、第二组端板10构成，所述耗能内芯板2由内芯板2-1和端部连接板2-2构成，端部连接板2-2一个侧面顺着长边方向通过焊缝焊接于内芯板2-1一端的表面，内约束传力部件1位于两块耗能内芯板2内侧，内连接件5与内约束传力部件1一端的内侧焊接，两个耗能内芯板2与内约束传力部件1一端的上下外表面通过在耗能内芯板的侧边施焊固接，中间约束传力部件3一端的上下侧面开有矩形豁口3-3-1，每个端部连接板2-2伸出中间约束传力部件3上与其相邻的矩形豁口3-3-1，外传力部件4位于中间约束传力部件3的外部，外传力部件4的一端开有与端部连接板2-2相对应的矩形豁口4-1，每个端部连接板2-1伸出外传力部件4上的与其相邻的矩形豁口4-1，外传力部件4开有矩形豁口4-1的一端上下外表面分别与一对外连接件6在外连接件侧边焊接，每对外连接件6分别与一个端部连接板2-2通过高强螺栓连接；

所述第一组筋材7设置在内约束传力部件1内部，每根筋材7两端连接第一组端板8，所述第一组端板8包含一个开槽矩形端板8-1和一个不开槽矩形端板8-2，开槽矩形端板8-1开有与内连接件5表面的定位板5-1尺寸相对应的槽口8-1-1，内连接件5穿过槽口8-1-1，第二组筋材9设置在中间约束传力部件3和外传力部件4之间，每根筋材9两端连接第二组端板10。

实施例二：如图19~21所示，本实施方式的每个第二组端板10与一个第一组端板8在同一个平面内，每个第二组端板10与每个同一平面内的第一组端板8的外沿留有1-2mm的间隙，每个第一组端板8同时接触内约束传力部件1和中间约束传力部件3，每个第二组端板10同时接触中间约束传力部件3和外传力部件4。其他组成及连接方式与具体实施方式一相同。

实施例三：如图9所示，本实施方式的每个填充板3-2的形状与每个耗能内芯板2的侧边形状相对应，每个填充板3-2位于两个槽形钢3-1和两个盖板3-3的中间，每两个填充板3-2位于两个槽形钢3-1的上下表面，每两个填充板3-2的外部是一个盖板3-3，填充板3-2和盖板3-3与耗能内芯板2的间隙约为1-2mm，同时约束耗能内芯板2的平面内和平面外屈曲，无需专门设置约束部件约束耗能内芯板2的屈曲；整个中间约束传力部件3与内约束传力部件1、耗能内内芯板2、外传力部件4没有接触，只在两端与第一组端板8、第二组端板9接触，整个中间约束传力部件3被紧压在两组端板8和9之间，处于“漂浮”状态。其他组成及连接方式与具体实施方式二相同。

实施例四：如图1、4、5、13、14所示，本实施方式是串联多筋螺栓拼装式自复位屈曲约束支撑的组装具体步骤，如下：

1. 内约束传力部件一端的内侧焊接内连接件，内连接件用于连接支撑的一端和结构；内芯板与端部连接板焊接，组成带有连接板的耗能内芯板；两块耗能内芯板没有连接板的一端分别与内约束部件的上下侧面在耗能内芯板的侧边处焊接，如此实现了耗能内芯板与内约束部件的连接。

2. 将两个槽形钢置于内约束传力部件的左右两侧，间距1-2mm，四块填充板分别放置在每个槽形钢的翼缘上边，然后把盖板放置在同一平面内的两个填充板上，使耗能内芯板上的端部连接板通过盖板上的矩形豁口，再通过高强螺栓把两个槽形钢、四个填充板、两个盖板连接成一个整体即为中间约束传力部件；中间约束传力部件和内约束传力部件与耗能内芯板的间隙为1-2mm，同时约束耗能内芯板的平面内和平面外屈曲。

3. 将外传力部件从已经组装好的内部部件的一端滑入，使耗能内芯板的端部连接板插入外传力部件上的矩形豁口，将两对外连接件焊接在外传力部件上开有矩形豁口的一端，使耗能内芯板的端部连接板处于两对外连接件形成的槽内。

4. 将第一组预应力筋穿过内约束传力部件和第一组端板，在有内连接件的一端锚固，另一端进行张拉；将第二组预应力筋穿过中间约束传力部件和外传力部件之间的空间以及第二组端板，在有内连接件的一端锚固，另一端进行张拉，然后用高强螺栓连接外连接件与端部连接板，如此耗能内芯板一端连接内约束传力部件，一端连接外传力部件，中间约束传力部件被紧压在两组端板之间，在支撑工作时起到传递内约束传递部件和外传力部件之间内力的作用。这样，完成整个串联多筋螺栓拼装式屈曲约束支撑的组装。

Claims (8)

1.一种自复位屈曲约束支撑，包括耗能内芯板（2）、传力部件、筋材、端板以及连接件，其特征在于：所述的传力部件包括内约束传力部件（1）、中间约束传力部件（3）以及外传力部件（4）；所述的筋材包括第一组筋材（7）和第二组筋材（9）；所述的端板包括第一组端板（8）和第二组端板（10）；所述的连接件包括内连接件（5）和外连接件（6）；所述的耗能内芯板（2）的一端固定在所述的内约束传力部件（1）的上下表面，耗能内芯板（2）的另一端与外传力部件（4）固定连接，在内约束传力部件（1）的一端固定有所述的内连接件（5），在外传力部件（4）上固定有所述的外连接件（6）；所述的中间约束传力部件（3）套在所述的内约束传力部件（1）和耗能内芯板（2）外并与所述的内约束传力部件（1）和耗能内芯板（2）在周向留有间隙，在所述的内约束传力部件（1）内设置有所述的第一组筋材（7），该第一组筋材（7）的两端通过所述的第一组端板（8）固定，其中第一组端板（8）作用在所述的内约束传力部件（1）和中间约束传力部件（3）上；在所述的中间约束传力部件（3）外部设置所述的外传力部件（4），在中间约束传力部件（3）和外传力部件（4）之间设置有所述的第二组筋材（9），该第二组筋材（9）的两端通过所述的第二组端板（10）固定，其中第二组端板（10）作用在所述的中间约束传力部件（3）和外传力部件（4）上。

2.根据权利要求1所述的自复位屈曲约束支撑，其特征在于：所述耗能内芯板（2）由内芯板（2-1）和端部连接板（2-2）构成，端部连接板（2-2）一个侧面顺着长边方向固接于内芯板（2-1）一端的表面，所述内约束传力部件（1）位于两个内芯板（2-1）内侧；所述中间约束传力部件（3）一端的上下侧面开有第一矩形豁口（3-3-1），每个端部连接板（2-2）伸出中间约束传力部件（3）上与其相邻的第一矩形豁口（3-3-1）；所述外传力部件（4）的一端开有与端部连接板（2-2）相对应的第二矩形豁口（4-1），每个端部连接板（2-2）伸出外传力部件（4）上与其相邻的第二矩形豁口（4-1），外传力部件（4）开有第二矩形豁口（4-1）的一端上下外表面分别与一对所述外连接件（6）固接，每对外连接件（6）分别与一个端部连接板（2-2）栓接。

3.根据权利要求2所述的自复位屈曲约束支撑，其特征在于：所述的内连接件（5）表面设置有沿长度方向延伸的定位板(5-1)，位于所述内连接件（5）一端的第一组端板（8）为一个开槽矩形端板（8-1），开槽矩形端板（8-1）开有与定位板尺寸相对应的槽口（8-1-1），内连接件（5）穿过槽口（8-1-1）；位于外连接件（6）一端的第一组端板（8）为一个不开槽矩形端板（8-2）。

4.根据权利要求3所述的自复位屈曲约束支撑，其特征在于：所述的定位板（5-1）为两个且对称设置在内连接件（5）的表面成一字型。

5.根据权利要求3所述的自复位屈曲约束支撑，其特征在于：所述的定位板（5-1）为四个且对称设置在内连接件（5）的表面成十字型。

6.根据权利要求1、2或3所述的自复位屈曲约束支撑，其特征在于：每个第二组端板（10）与一个第一组端板（8）在同一个平面内，每个第二组端板（10）与每个同一平面内的第一组端板（8）的外沿留有1-2mm的间隙，每个第一组端板（8）同时接触内约束传力部件（1）和中间约束传力部件（3），每个第二组端板（10）同时接触中间约束传力部件（3）和外传力部件（4）。

7.根据权利要求2所述的自复位屈曲约束支撑，其特征在于：所述中间约束传力部件（3）由两个槽形钢（3-1）、四个填充板（3-2）和两个盖板（3-3）构成，每个盖板的一端开有一个所述第一矩形豁口（3-3-1），每个填充板（3-2）位于两个槽形钢（3-1）和两个盖板（3-3）的中间，每两个填充板（3-2）位于两个槽形钢（3-1）的上下表面，每两个填充板（3-2）的外部是一个盖板（3-3），填充板（3-2）和盖板（3-3）与耗能内芯板（2）的间隙为1-2mm，同时约束耗能内芯板（2）的平面内和平面外屈曲。

8.根据权利要求7所述的自复位屈曲约束支撑，其特征在于：所述中间约束传力部件（3）由螺栓拼装而成。