CN104453000A - 一种填充粘弹性材料的复合型防屈曲支撑 - Google Patents

Abstract

一种填充粘弹性材料的复合型防屈曲支撑，属于结构工程领域。其特征在于所述由耗能段和连接段组成，其中耗能段由内向外依次由内芯，隔离单元，粘弹性材料，约束钢管四部分组成，隔离单元与内芯表面完全接触，粘弹性材料位于隔离单元和约束钢管之间，并分别与二者粘结，耗能段通过约束钢管和隔离单元与连接段焊接。本发明公开的一种填充粘弹性材料的复合型防屈曲支撑具有两种耗能装置并联的特性，在小震和风振下由粘弹性材料耗能，在中震和大震下防屈曲支撑内芯和粘弹性材料同时耗能，支撑耗能效率高。此外，防屈曲支撑内芯与约束钢管之间的间隙可由粘弹性材料的厚度控制，其精度和均匀性容易保证、生产工艺简便、易于加工、力学性能优越。

Description

一种填充粘弹性材料的复合型防屈曲支撑

技术领域

本发明涉及一种填充粘弹性材料的复合型防屈曲支撑，属于结构工程中的耗能减震技术领域。

背景技术

防屈曲支撑是新型的阻尼器，相较其他阻尼器其的优点在于，它不仅具有阻尼器的功能还可以作为普通支撑使用。防屈曲支撑主要由两个基本部分组成：一是用以承担全部支撑轴向力的钢内芯，钢内芯通过拉压屈服耗散地震能量，；二是为钢内芯提供侧撑与约束、防止其在受压时失稳的外包约束构件。钢内芯与外包约束构件之间用无粘结材料或空隙相隔离，以确保内芯独自承担轴向力。由于其耗能性能良好，在过去几十年里，防屈曲支撑得到了广泛的应用。

防屈曲支撑虽有很好的耗能性能，但存在以下缺点：一、内芯与约束钢管之间应留有间隙，以满足内芯受压时泊松变形的需要，此间隙应严格控制其精度，以保证支撑有良好的性能，但支撑间隙的精度难以控制，且均匀性差，从而影响其性能；二、支撑仅在中震或大震作用下屈服耗能，从而减轻结构主体构件的损伤，但在小震和风振作用下仅为结构提供抗侧刚度，无法进行耗能。为了解决第二个问题，可将粘弹性材料和防屈曲支撑结合，形成复合型防屈曲支撑。其工作原理是：在小震或风振作用下，粘弹性材料工作，耗散能量；在中震或大震作用下，防屈曲支撑内芯开始屈服耗能。然而，现有的复合型防屈曲支撑，粘弹性材料和防屈曲支撑内芯呈串联关系，在中震或大震作用下首先由粘弹性材料耗能，当位移达到一定程度时，粘弹性材料由于位移过大停止工作，此时防屈曲支撑内芯才开始工作，导致其内芯耗能效率较低。另外，串联式复合型防屈曲支撑无法解决内芯与约束钢管之间间隙难以控制的问题。

因此，开发一种在小震和风振下耗能良好、在中震和大震下防屈曲支撑内芯和粘弹性材料可以同时工作、具有较高耗能效率、且间隙可控的并联式复合型防屈曲支撑，对提高防屈曲支撑的耗能能力、减小结构在小震和风振下的振动响应、避免结构在中震和大震下的破坏具有重要的实际意义。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种填充粘弹性材料的复合型防屈曲支撑，解决普通防屈曲支撑在小震和风振下无法耗能、防屈曲支撑内芯与约束钢管之间间隙难以控制等问题。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：一种填充粘弹性材料的复合型防屈曲支撑，包括耗能段，耗能段两端是连接段，其特征在于，所述的耗能段采用如下结构：内向外依次，包括内芯1、隔离单元2、粘弹性材料3和约束钢管4；隔离单元2与内芯1表面完全接触；约束钢管4与内芯1同轴，且约束钢管4内表面与隔离单元2的间隙为1～3mm；约束钢管4与隔离单元2的间隙填充接粘弹性材料3。

所述的耗能段通过约束钢管4和隔离单元2与连接段焊接，约束钢管4和隔离单元2不同时在一侧焊接，即约束钢管4与左侧连接段焊接而隔离单元2与右侧连接段焊接或约束钢管4与右侧连接段焊接而隔离单元2与左侧连接段焊接。

当内芯1采用一字形截面内芯时，所述约束钢管4截面为空心矩形；所述隔离单元2由两块钢板组成；所述粘弹性材料3分为两块，每块粘弹性材料3的外侧粘结在矩形截面的约束钢管4的长边内侧，各块粘弹性材料3的内侧粘结在隔离单元2的钢板的外侧。

当内芯1采用十字形截面内芯时，所述约束钢管4截面为空心十字形；所述隔离单元2由四个角钢组成；所述粘弹性材料3分为八块，各块粘弹性材料3的外侧粘结在约束钢管4的内侧，各块粘弹性材料3的内侧粘结在隔离单元2的角钢的外侧。

一种填充粘弹性材料的复合型防屈曲支撑，防屈曲支撑内芯和粘弹性材料呈并联关系，只要支撑两端有相对位移，防屈曲支撑内芯和粘弹性材料就可以同时产生变形，此时，粘弹性材料由于剪切变形而耗能，而防屈曲支撑内芯由于拉压变形而耗能。在小震或风振下主要由粘弹性材料耗能，在中震或大震下作用下，防屈曲支撑内芯和粘弹性材料同时耗能，具有较高的耗能效率。此外，粘弹性材料设置在隔离单元和约束钢管之间，隔离单元直接与防屈曲支撑内芯接触，防屈曲支撑内芯与约束钢管之间的间隙依靠粘弹性材料的厚度控制，其精度和均匀性容易保证。本发明能够有效地减小结构在不同强度地震下的振动响应，具有结构简单、易于加工、耗能性能良好等优点。

附图说明

以下给出本发明的一种填充粘弹性材料的复合型防屈曲支撑基本结构示意图。为了更清楚地说明本发明的实施例中的技术方案，对本发明的实施例技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的复合型防屈曲支撑基本结构示意图。

图2为本发明的实施例1的三维示意图。

图3为本发明的实施例1的A-A截面示意图。

图4A为本发明的一字形内芯制作流程图第一步；

图4B为本发明的一字形内芯制作流程图第二步；

图5为本发明的一字形内芯A处放大图；

图6为本发明的一字形内芯C-C剖面图；

图7A为本发明的实施例1的组装流程图第一步；

图7B为本发明的实施例1的组装流程图第二步；

图7C为本发明的实施例1的组装流程图第三步；

图7D为本发明的实施例1的组装流程图第四步；

图8为本发明的实施例2的三维示意图。

图9本发明的实施例2的A-A截面示意图。

图10A为本发明的十字形内芯制作流程图第一步；

图10B为本发明的十字形内芯制作流程图第二步；

图11A为本发明的实施例2的组装流程图第一步；

图11B为本发明的实施例2的组装流程图第二步；

图11C为本发明的实施例2的组装流程图第三步；

图11D为本发明的实施例2的组装流程图第四步。

图中：1内芯；2隔离单元；3粘弹性材料；4约束钢管；1-1一字形内芯；4-1矩形约束钢管；2-1钢板；5-1-1变截面端板；5-1-2变截面肋板；4-1-1宽钢板；4-1-2窄钢板；1-2十字形内芯；4-2空心十字形约束钢管；2-2角钢；1-2-1一字形宽芯板；1-2-2一字形窄芯板；5-2-1变截面宽端板；5-2-2变截面窄端板；4-2-1角钢；4-2-2垫板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

实施例1：

本发明的实施例1，参见图2至图7。本实施例由耗能段和连接段组成，其中耗能段分为4部分构件，由内而外依次为一字形内芯1-1，隔离单元2，粘弹性材料3，矩形约束钢管4-1；一字形内芯1-1与矩形约束钢管4-1同轴；矩形约束钢管4-1由两块宽钢板4-1-1和两块窄钢板4-1-2组成，两块窄钢板4-1-2与一字形内芯1-1之间的间隙为3mm；隔离单元2由两块钢板2-1组成，每块钢板厚度为1mm；粘弹性材料3有两块，每块厚度均为2mm，一侧与薄钢板2-1粘接，另一侧与矩形约束钢管4-1的宽钢板4-1-1的内侧粘接；一字形内芯1-1与钢板2-1接触。如图2和图3所示。

如图4A～图4B所示，所述的连接段由变截面端板5-1-1和变截面肋板5-1-2组成。先将一字形内芯1-1的两端分别和两块变截面端板5-1-1对接焊接，如图5所示。然后将变截面肋板5-1-2垂直焊接到一字形内芯1-1和变截面端板5-1-1上，如图6所示。

如图7A～图7D所示，所述的矩形约束钢管4-1由两块宽钢板4-1-1和两块窄钢板4-1-2组成。先将宽钢板4-1-1和钢板2-1端部切一个长方形缺口；将每块粘弹性材料3两面涂抹胶黏剂，一面粘接在钢板2-1上，另一面粘接在钢板4-1-1上，每块粘弹性材料3的中心与钢板4-1-1和钢板2-1的中心在同一直线上。然后将两侧窄钢板4-1-2对称放置在一字形内芯1-1两侧，最后通过26对螺栓将两块钢板4-1-1和两块窄钢板4-1-2连接成一整体。

在复合型防屈曲支撑一端将钢板2-1与一字形内芯1-1沿芯板焊接，在复合型防屈曲支撑另一端将宽钢板4-1-1与变截面肋板5-1-2沿支撑长度方向焊接。

实施例2：

本发明的实施例2，参见图8至图11。本实施例由耗能段和连接段组成，其中耗能段分为4部分构件，由内而外依次为十字形内芯1-2，隔离单元2，粘弹性材料3，空心十字形约束钢管4-2；十字形内芯1-2与空心十字形约束钢管4-2同轴；空心十字形约束钢管4-2由四块角钢4-2-1和四块垫板4-2-2组成，垫板4-2-2与十字形内芯1-2之间的间隙为3mm；隔离单元2为四个角钢2-2，每个角钢2-2厚度为1mm；粘弹性材料3有八块，每块厚度为2mm，一侧与角钢2-2粘接，另一侧与空心十字形约束钢管4-2的角钢4-2-1粘接；十字形内芯1-2与角钢2-2接触，如图8和图9所示。

如图10A～图10B所示，所述十字形内芯1-2由一块一字形宽芯板1-2-1和两块一字形窄芯板1-2-2组成，将两块一字形窄芯板1-2-2垂直焊接至一字形宽芯板1-2-1中线，形成十字形截面；所述的连接段由变截面宽端板5-2-1和变截面窄端板5-2-2组成。先将一字形宽芯板1-2-1和两块变截面宽端板5-2-1对接焊接，再将四块变截面窄端板5-2-2与两块一字形窄芯板1-2-2对接焊接，并与两块变截面宽端板5-2-1垂直焊接。

如图11A～图11D所示，先将每块粘弹性材料3两面涂抹胶黏剂，一面粘接在角钢2-2上，另一面粘接在角钢4-2-1肢背上，然后将四块角钢4-2-1肢背对肢背放置，每组相邻角钢4-2-1的肢尖之间放置一块垫板4-2-2，继而通过螺栓将角钢4-2-1和垫板4-2-2连接成一个整体。

在复合型防屈曲支撑一端将角钢2-2与变截面宽端板5-2-1焊接，在复合型防屈曲支撑另一端将角钢4-2-1与变截面窄端板5-2-2焊接。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种填充粘弹性材料的复合型防屈曲支撑，包括耗能段，耗能段两端是连接段，其特征在于，所述的耗能段采用如下结构：内向外依次，包括内芯(1)、隔离单元(2)、粘弹性材料(3)和约束钢管(4)；隔离单元(2)与内芯(1)表面完全接触；约束钢管(4)与内芯(1)同轴，且约束钢管(4)内表面与隔离单元(2)的间隙为1～3mm；约束钢管(4)与隔离单元(2)的间隙填充接粘弹性材料(3)；所述的耗能段通过约束钢管(4)和隔离单元(2)与连接段焊接，约束钢管(4)和隔离单元(2)不同时在一侧焊接，即约束钢管(4)与左侧连接段焊接而隔离单元(2)与右侧连接段焊接或约束钢管(4)与右侧连接段焊接而隔离单元(2)与左侧连接段焊接。

2.根据权利要求1所述的复合型防屈曲支撑，其特征在于，当内芯(1)采用一字形截面内芯时，所述约束钢管(4)截面为空心矩形；所述隔离单元(2)由两块钢板组成；所述粘弹性材料(3)分为两块，每块粘弹性材料(3)的外侧粘结在矩形截面的约束钢管(4)的长边内侧，各块粘弹性材料(3)的内侧粘结在隔离单元(2)的钢板的外侧。

3.根据权利要求1所述的复合型防屈曲支撑，其特征在于，当内芯(1)采用十字形截面内芯时，所述约束钢管(4)截面为空心十字形；所述隔离单元(2)由四个角钢组成；所述粘弹性材料(3)分为八块，各块粘弹性材料(3)的外侧粘结在约束钢管(4)的内侧，各块粘弹性材料(3)的内侧粘结在隔离单元(2)的角钢的外侧。