CN103967160A - 超大变形耗能支撑 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超大变形耗能支撑，用于连接到建筑物中的框架结构形成耗能构件，其包括：一套筒；一核心钢板，该核心钢板位于所述套筒内，且该核心钢板的一端与所述套筒的端部间隔设置；多个U字型连接件，所述核心钢板与所述套筒通过该多个U字型连接件固定。

Description

超大变形耗能支撑

技术领域

本发明涉及一种土木工程结构减震技术中的超大变形耗能支撑，尤其涉及一种在建筑结构工程中用于减震耗能的超大变形耗能支撑。

背景技术

当今建筑结构的发展越来越趋向于高大化，由钢构件、组合构件或钢筋混凝土构件组成的框架结构是建筑物中经常被采用的结构形式。为使建筑结构具有较强的抵抗地震等外力破坏的能力，经常需要在框架结构中增设耗能构件。

常见的耗能构件有粘滞型阻尼器、粘弹性阻尼器、摩擦型阻尼器、磁流变阻尼器、耗能支撑等。其中耗能支撑因其安全性与经济性较好且易于更换，在工程中应用较多。耗能支撑中应用最为广泛的是防屈曲支撑。防屈曲支撑的原理是通过在核心支撑单元外围包裹约束单元，使核心支撑单元在受压时不发生屈曲破坏，而是达到全截面屈服，从而使支撑能够在拉压状态下均实现良好的耗能减振效果。针对目前的防屈曲支撑，其内核支撑一般采用一字型或核心两种构型。其中一字型内核的防屈曲支撑，其屈服荷载往往受限，若采用屈服点较高的钢材，则耗能性能会产生不同程度的削弱；核心内核的防屈曲支撑，其内核往往需要焊接成型，焊缝处的残余应力对内核的疲劳性能影响较大。因此，当需要实现较大的屈服荷载，又需要获得较好的疲劳性能与耗能性能时，支撑的内核往往很难进行设计，这极大地限制了防屈曲支撑的推广应用，也进一步限制了耗能支撑在结构设计中的应用价值。

另一方面，结构在强烈的地震输入下会发生较大的变形，对其中支撑系统的变形能力提出了一定的要求。传统耗能支撑屈服位移有限，在结构发生较大变形时即发生破坏，无法有效的实现整个地震过程中对结构的耗能减振作用。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种具有较大的屈服位移且耗能能力较强、抗疲劳性能良好且能够有效的实现整个地震过程中对结构的耗能减振的超大变形耗能支撑。

一种超大变形耗能支撑，用于连接到建筑物中的框架结构形成耗能构件，其包括：一套筒；一核心钢板，该核心钢板位于所述套筒内，且该核心钢板的一端与所述套筒的端部间隔设置；多个U字型连接件，所述核心钢板与所述套筒通过该多个U字型连接件固定。

与现有技术相比较，本发明提供的超大变形耗能支撑克服了传统耗能支撑特别是防屈曲支撑屈服位移不足和抗疲劳性能不好的缺点，可以实现较大屈服位移和抗疲劳性能良好。并且通过U字型连接件的剪切变形，实现了套筒和核心钢板之间的相互错动，同时利用U字形连接件良好的变形耗能能力，可以实现耗能支撑消能减振的目的。

附图说明

图1是本发明第一实施方式提供的超大变形耗能支撑部分剖面结构示意图。

图2是本发明第一实施方式提供的超大变形耗能支撑沿图1中的Ⅱ-Ⅱ线剖开的剖面结构示意图。

图3是本发明第一实施方式提供的超大变形耗能支撑沿图2中的Ⅲ-Ⅲ线剖开的剖面结构示意图。

图4是本发明第一实施方式提供的超大变形耗能支撑沿图2中的Ⅳ-Ⅳ线剖开的剖面结构示意图。

图5是本发明第二实施方式提供的超大变形耗能支撑的断面结构示意图。

图6是本发明第二实施方式提供的超大变形耗能支撑沿5中的Ⅵ-Ⅵ线剖开的剖面结构示意图。

图7是本发明第三实施方式提供的超大变形耗能支撑的主视图。

图8是本发明第三实施方式提供的超大变形耗能支撑的俯视图。

图9是本发明第一实施方式提供的超大变形耗能支撑沿图7中的Ⅸ-Ⅸ线剖开的剖面结构示意图。

图10是本发明第一实施方式提供的超大变形耗能支撑沿图9中的Ⅹ-Ⅹ线剖开的剖面结构示意图。

主要元件符号说明

超大变形耗能支撑	10、20、30
		外包钢套筒	11、31
十字型核心钢板	12
		U字型连接件	13、15、33
工字型核心钢板	32
		横板	121
竖板	122
		壁部	131
弧形底部	132
		螺纹孔	111、133、123、141、124、343、324、311、333、323、151、112、125
连接板	14、34
		端板	321、341
腹板	322、342

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施例，对本发明提供的超大变形耗能支撑作进一步的详细说明。

请参阅图1至图4，本发明第一实施方式提供一种超大变形耗能支撑10，该超大变形耗能支撑10用于连接到建筑物中的框架结构形成耗能构件。

所述超大变形耗能支撑10包括一个外包钢套筒11、一个十字型核心钢板12以及第一组U字型连接件。

具体的，所述外包钢套筒11的断面形状为矩形，其中一端封闭，另一端开口。所述十字型核心钢板12的断面形状为十字型，该十字型核心钢板12由一个横板121和一个竖板122组成，该横板121和竖板122为一体结构，且相互垂直。所述十字型核心钢板12插入所述外包钢套筒11，且该十字型核心钢板12的一端与所述外包钢套筒11的封闭端的端部间隔设置，该间隔要满足十字型核心钢板12的轴向运动需求；另一端伸出所述外包钢套筒11的开口端。所述十字型核心钢板12的横板121垂直于所述外包钢套筒11的一组侧壁，所述十字型核心钢板12的竖板122垂直于所述外包钢套筒11的另一组侧壁，且所述十字型核心钢板12与所述外包钢套筒11形成四个收容腔。

所述第一组U字型连接件包括多个U字型连接件13，该多个U字型连接件13分别设置于所述十字型核心钢板12与所述外包钢套筒11形成的四个收容腔内。在本实施例中，U字型连接件13采用单向布置方案，每个收容腔内设置有六个U字型连接件13。该U字型连接件13由两个壁部131和一个弧形底部132连接构成，该两个壁部131的相对位置分别设置有两个螺纹孔133。所述U字型连接件壁部的延伸方向平行于所述外包钢套筒11的轴向。所述外包钢套筒11的相对侧壁与所述U字型连接件一个壁部131的螺纹孔133相对应的位置分别设置有数量相等的螺纹孔111。所述十字型核心钢板横板121的相对翼缘与所述U字型连接件一个壁部131的螺纹孔133相对应的位置分别设置有数量相等的螺纹孔123。所述各个收容腔内的U字型连接件13通过螺栓固定于所述外包钢套筒11的侧壁和所述十字型核心钢板横板121之间。

所述外包钢套筒11的封闭端外侧焊接有连接板14，该连接板14的断面形状为十字型，且该连接板14的四个翼缘分别设置有两个螺纹孔141，用于将所述超大变形耗能支撑的一端安装于所述建筑物中的框架结构。所述十字型核心钢板12伸出所述外包钢套筒11的四个翼缘分别设置有两个螺纹孔124，用于将所述超大变形耗能支撑伸出所述外包钢套筒11的一端安装于所述建筑物中的框架结构。

可以理解，所述连接板14的结构不限于十字型连接板，也可以为其他结构，只要能将本实施例所述的超大耗能变形支撑的一端安装于所述建筑物中的框架结构即可。所述十字型核心钢板12的一端也可以不伸出所述外包钢套筒11，可以通过其他连接件将超大耗能变形支撑10的另一端安装于所述建筑物中的框架结构。

当建筑物的框架结构发生变形时，所述十字型核心钢板12和所述外包钢套筒11发生轴向相对位移，所述U字型连接件13作为核心耗能元件通过塑性变形实现耗能支撑较大的滞回耗能和轴向变形。本实施例的超大耗能变形支撑10克服了传统耗能支撑特别是防屈曲支撑屈服位移不足和抗疲劳性不好的缺点，可以实现较大屈服位移和具有较好的抗疲劳性。本实施例通过U字型连接件13的剪切变形，实现了外包钢套筒11和十字型核心钢板12之间的相互错动，同时利用U字形连接件13良好的变形耗能能力，可以实现耗能支撑消能减振的目的。

本实施例的超大变形耗能支撑10的制作成本低，易于进行工程推广。整个超大变形耗能支撑所有用料均为普通钢材或高强钢材，无须其他耗能支撑所需的一些特殊材料。这大大降低了单个耗能支撑的材料成本，便于大面积的结构安装。

由于U字型连接件13的面内面外屈服荷载和屈服位移不一致，为使该超大变形耗能支撑在两个方向上均保持稳定且一致的力学特性，对于实施例一中的十字型超大变形耗能支撑中的U字型连接件还可以采用双向布置方案，即可以布置两组U字型连接件，两组U字型连接件之间彼此垂直反向。

具体的，请参见图5、图6，本发明第二实施例提供一超大耗能变形支撑20，该超大中U字型连接件采用双向布置方案，即：所述超大耗能变形支撑20进一步包括第二组U字型连接件，该第二组U字型连接件包括多个U字型连接件15，该U字型连接件15的结构与第一实施例中的U字型连接件13的大小和结构完全相同。该U字型连接件15由两个壁部（图未示）和一个弧形底部（图未示）连接构成，该两个壁部的相对位置分别设置有两个螺纹孔151。所述U字型连接件壁部的延伸方向平行于所述外包钢套筒11的轴向。所述外包钢套筒11的另一组相对侧壁与所述U字型连接件一个壁部的螺纹孔151相对应的位置分别设置有数量相等的螺纹孔112。所述十字型核心钢板竖板122的相对翼缘与所述U字型连接件一个壁部的螺纹孔151相对应的位置分别设置有数量相等的螺纹孔125。所述各个收容腔内的U字型连接件13通过螺栓固定于所述外包钢套筒11的侧壁和所述十字型核心钢板横板121之间。即，所述第一组U字型连接件和第二组U字型连接件垂直反向设置。

下面详细说明所述第一组U字型连接件和第二组U字型连接件的位置关系。以第一组U字型连接件中的一个U字型连接件13和第二组U字型连接件中的一个U字型连接件15的位置关系为例进行说明。相当于是将两个U字型连接件13、15的开口相对且对称设置，然后将其中一个U字型连接件15在开口相对的情况下旋转90度，再将该U字型连接件15向另一个U字型连接件13移动，直至该两个U字型连接件13、15所占的空间最小。

请参阅图7至图10，本发明第三实施例提供一种超大耗能变形支撑30，该超大耗能变形支撑包括一个外包钢套筒31、一个工字型核心钢板32以及一组U字型连接件。

具体的，所述外包钢套筒31的断面形状为矩形，其中一端封闭，另一端开口。所述工字型核心钢板32的断面形状为工字型，该工字型核心钢板32由两个端板321和一个腹板322组成，该两个端板321相互平行，所述腹板322从一个端板321的中心向另一个端板321的中心延伸，且分别垂直于两个端板321。所述工字型核心钢板32插入所述外包钢套筒31，且该工字型核心钢板32的一端与所述外包钢套筒31的封闭端的端部间隔设置，该间隔要满足工字型核心钢板32的轴向运动需求；另一端伸出所述外包钢套筒31的开口端。所述工字型核心钢板32的端板321平行于所述外包钢套筒31的一组侧壁，所述腹板322垂直于该组侧壁，且所述工字型核心钢板32与所述外包钢套筒31形成两个收容腔。

所述一组U字型连接件包括多个U字型连接件33，该多个U字型连接件33分别设置于所述工字型核心钢板32与所述外包钢套筒31形成的两个收容腔内。在本实施例中，U字型连接件33采用双向布置方案，每个收容腔内设置有两个U字型连接件33。该U字型连接件33由两个壁部（图未示）和一个弧形底部（图未示）连接构成，该两个壁部的相对位置分别设置有两个螺纹孔333。所述U字型连接件壁部的延伸方向平行于所述外包钢套筒31的轴向。所述外包钢套筒31的相对侧壁与所述U字型连接件一个壁部的螺纹孔333相对应的位置分别设置有数量相等的螺纹孔311。所述工字型核心钢板腹板322与所述U字型连接件一个壁部的螺纹孔333相对应的位置分别设置有数量相等的螺纹孔323。所述各个收容腔内的U字型连接件33通过螺栓固定于所述外包钢套筒31的侧壁和所述工字型核心钢板腹板322之间。

所述外包钢套筒31的封闭端外侧焊接有连接板34。该连接板34的断面形状为工字型，且该连接板34具有两个端板341和一个腹板342，在两个端板341分别设置有两个螺纹孔343，用于将所述超大变形耗能支撑30的一端安装于所述建筑物中的框架结构。所述工字型核心钢板32伸出所述外包钢套筒31的两个端板321的翼缘分别设置有两个螺纹孔324，用于将所述超大变形耗能支撑伸出所述外包钢套筒31的一端安装于所述建筑物中的框架结构。

当建筑物的框架结构发生变形时，所述工字型核心钢板32和所述外包钢套筒31发生轴向相对位移，所述U字型连接件33作为核心耗能元件通过塑性变形实现耗能支撑较大的滞回耗能和轴向变形。本实施例的超大耗能变形支撑30克服了传统耗能支撑特别是防屈曲支撑屈服位移不足和抗疲劳性不好的缺点，可以实现较大屈服位移和较好的抗疲劳性。本实施例通过U字型连接件33的剪切变形，实现了外包钢套筒31和工字型核心钢板32之间的相互错动，同时利用U字形连接件33良好的变形耗能能力，可以实现耗能支撑消能减振的目的。

本实施例的超大变形耗能支撑30的制作成本低，易于进行工程推广。整个超大变形耗能支撑所有用料均为普通钢材或高强钢材，无须其他耗能支撑所需的一些特殊材料。这大大降低了单个耗能支撑的材料成本，便于大面积的结构安装。

可以理解，所述连接板34的结构不限于工字型连接板，也可以为其他结构，只要能将本实施例所述的超大耗能变形支撑30的一端安装于所述建筑物中的框架结构即可。所述工字型核心钢板32的一端也可以不伸出所述外包钢套筒31，可以通过其他连接件将超大耗能变形支撑30的另一端安装于所述建筑物中的框架结构。

另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (11)

1.一种超大变形耗能支撑，用于连接到建筑物中的框架结构形成耗能构件，其包括：

一套筒；

一核心钢板，该核心钢板位于所述套筒内，且该核心钢板的一端与所述套筒的端部间隔设置；

多个U字型连接件，所述核心钢板与所述套筒通过该多个U字型连接件固定。

2.如权利要求1所述的超大变形耗能支撑，其特征在于：所述核心钢板的断面为十字型，该核心钢板与所述套筒之间形成四个收容腔。

3.如权利要求1所述的超大变形耗能支撑，其特征在于：所述各个收容腔内在沿所述套筒的轴向方向设置有第一组U字型连接件，该第一组U字型连接件包括多个U字型连接件，每个U字型连接件由两个壁部和一个弧形底部连接构成，该第一组U字型连接件壁部的延伸方向平行于所述套筒的轴向。

4.如权利要求3所述的超大变形耗能支撑，其特征在于：所述第一组U字型连接件的两个壁部分别设置有螺纹孔，所述套筒和所述核心钢板相应位置分别设置有螺纹孔，所述第一组U字型连接件通过螺栓固定于所述套筒和所述核心钢板之间。

5.如权利要求3所述的超大变形耗能支撑，其特征在于：所述各个收容腔内在沿所述套筒的轴向方向进一步设置有第二组U字型连接件，该第二组U字型连接件包括多个U字型连接件，每个U字型连接件由两个壁部和一个弧形底部连接构成，该第二组U字型连接件壁部的延伸方向平行于所述套筒的轴向，且该第二组U字型连接件与所述第一组U字型连接件垂直反向设置。

6.如权利要求5所述的超大变形耗能支撑，其特征在于：所述第二组U字型连接件的两个壁部分别设置有螺纹孔，所述套筒和所述核心钢板相应位置分别设置有螺纹孔，所述第二组U字型连接件通过螺栓固定于所述套筒和所述核心钢板之间。

7.根据权利要求2所述的超大变形耗能支撑，其特征在于：超大变形耗能支撑进一步包括十字型连接板，该十字型连接板固定于所述套筒的端部外侧，该十字型连接板用于将超大变形耗能支撑的一端固定于建筑物中的框架结构；所述核心钢板的另一端伸出所述套筒，该核心钢板伸出所述套筒的一端固定于建筑物中的框架结构。

8.根据权利要求1所述的超大变形耗能支撑，其特征在于：所述核心钢板断面为工字型，该工字型核心钢板由两个端板和一个腹板组成，该腹板从一个端板向另一个端板的延伸方向垂直于所述套筒轴向，该工字型钢板与所述套筒之间形成两个收容腔。

9.如权利要求8所述的超大变形耗能支撑，其特征在于：所述各个收容腔内在沿所述套筒的轴向方向设置有一组U字型连接件，该组U字型连接件包括多个U字型连接件，每个U字型连接件由两个壁部和一个弧形底部连接构成，该组U字型连接件壁部的延伸方向平行于所述套筒的轴向。

10.如权利要求9所述的超大变形耗能支撑，其特征在于：所述U字型连接件的两个壁部分别设置有螺纹孔，所述套筒和所述工字型核心钢板的腹板的相应位置分别设置有螺纹孔，所述U字型连接件通过螺栓固定于所述套筒和所述工字型核心钢板的腹板之间。

11.如权利要求10所述的超大变形耗能支撑，其特征在于：超大变形耗能支撑进一步包括工字型连接板，该工字型连接板固定于所述套筒的端部外侧，该工字型连接板用于将超大变形耗能支撑的一端固定于建筑物中的框架结构；所述工字型核心钢板的另一端伸出所述套筒，该工字型核心钢板伸出所述套筒的一端固定于建筑物中的框架结构。