CN104763067B - 一种全装配式自复位防屈曲耗能支撑 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全装配式自复位防屈曲耗能支撑，包括上盖板、粘弹性板，薄叠层钢板，中间连接板，槽钢耗能板、长螺栓杆、下盖板、垫板、上约束板；下盖板嵌套于槽钢耗能板下部凹槽中，槽钢耗能板一端上方与中间连接板一端通过长螺栓杆连接；中间连接板上部通过沉孔螺栓与薄叠层钢板连接，粘弹性板则与薄叠层钢板采用硫化工艺相间叠加形成整体的自复位层，在自复位层上部与上盖板连接；下盖板上设置了矩形孔，垫板插入矩形孔，上约束板条放置于垫板上，上约束板条上设置孔位，与下盖板上的孔位螺栓连接，为耗能支撑施加侧向约束；槽钢耗能板另一端与上盖板通过长螺栓杆连接；垫板上约束板条与上盖板之间留有一定间隙。

Description

一种全装配式自复位防屈曲耗能支撑

技术领域

本发明涉及一种支撑结构形式，特别是建筑领域应用的一种全装配式自复位防屈曲耗能支撑。

背景技术

传统抗震设计方法容许建筑结构在地震作用下进入弹塑性状态，并依靠结构的主要构件弹塑性变形耗散输入的地震能量，但过大的弹塑性变形也会加剧结构的局部损伤，而这往往是建筑结构倒塌的主要原因。采用防屈曲耗能支撑系统通过耗散地震输入能量而避免结构主要承重构件损伤是有效的减震策略之一。防屈曲约束耗能支撑系统在小震时可以提供一定的初始刚度形成支撑构件，并可以抵抗风振作用；在中震或大震下核心构件在往复拉压作用下进入塑性状态形成饱满的滞回曲线由此以耗散地震能量，从而减轻主体结构或构件的损伤破坏。

目前国内外已研发出来的比较成熟的防屈曲支撑构件产品仍然存在一些不足。首先，由于采用的耗能元件为钢等金属材料，在强震过后极易产生过大的残余变形；支撑系统的防屈曲约束构件采用混凝土约束，存在湿作业工作量大、不利于环保、无法观察核心部件的损伤情况等缺点。已有学者对上述问题进行了一些改进，如采用预应力索、形状记忆合金及纤维筋来提供自恢复力，但是预应力索刚度较大变形能力差会造成加速度放大，而且预应力索配套采用的锚具安装技术要求较高，形状记忆合金与纤维材料造价普遍高于钢材，因此很少在实际工程中大量采用。为了替代混凝土约束，比较认可的约束单元是采用全钢约束型构件实施装配以方便安装或拆卸。但是约束钢板厚度约为核心钢材的两倍，因此全支撑段都采用钢板约束造成了材料的极大浪费，直接导致支撑构件造价增加。目前国内外采用预应力索充当恢复力以减小残余变形，但是耗能部件的变形受到预应力筋材的变形限制而使其耗能能力降低。

金属塑性耗能材料可以充当结构的抗侧构件，且能在地震过程中有效实现耗能，耗能性能稳定。虽然已公开的耗能元件也有采用摩擦耗能，但是摩擦耗能与螺栓预紧力相关，一旦螺栓预紧力下降，摩擦耗能会下降甚至失效，因此本发明采用金属塑性耗能材料实现强烈地震下的耗能减震目标。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前已有防屈曲支撑构件的结构在大震或者中震后出现过量残余变形及现有自复位构件如形状记忆合金造价昂贵、预应力筋限制支撑构件变形和耗能能力的问题，提出了一种造价相对低廉，可实现工业化生产的自复位防屈曲支撑构件。

本发明采取以下技术方案：

一种全装配式自复位防屈曲耗能支撑，包括上盖板1、粘弹性板2，薄叠层钢板3，中间连接板4，槽钢耗能板5、长螺栓杆6、下盖板7、垫板8、上约束板9；下盖板7嵌套于槽钢耗能板5下部凹槽中，槽钢耗能板5一端上方与中间连接板4一端通过长螺栓杆6连接，并在端部设置安装圆孔；中间连接板4上部通过沉孔螺栓与薄叠层钢板3连接，粘弹性板2则与薄叠层钢板3采用硫化工艺相间叠加形成整体的自复位层，在自复位层上部与上盖板1连接；下盖板7上设置了矩形孔，垫板8插入矩形孔，上约束板9放置于垫板上，上约束板9上设置孔位，与下盖板7上的孔位螺栓连接，为耗能支撑施加侧向约束；槽钢耗能板5另一端与上盖板1通过长螺栓杆6连接，并在端部设置安装圆孔；所述垫板上约束板9与上盖板1之间留有一定间隙。

粘弹性板与薄叠层钢板硫化连接，上部与上盖板采用沉孔螺栓连接，下部与中部连接板采用沉孔螺栓连接，形成自复位弹性部件。槽钢耗能板两端均设置通孔，一端与上盖板连接，另一端与中部连接板连接，这样两端受力既可以使槽钢耗能板实现弹塑性耗能，又能使自复位弹性部件追随耗能板协调变形，当地震结束时，自复位弹性部件恢复到初始位置，消除残余变形。

核心耗能元件采用槽钢形式，借助槽钢肋条刚度弱化产生更为充分的耗能能力。

全装配式过程：先将下盖板置于安装平台上，然后将槽型耗能板叠合于下盖板上，槽型耗能板上再安装自复位弹性部件，之后将垫板插入下盖板的长方形孔中，再将上约束板条放于垫板上，上约束板与下盖板通过螺栓连接，整个过程为组装过程，可在工厂安装。

进一步的，上约束板9制作成槽型截面形式。

进一步的，粘弹性板2则与薄叠层钢板3采用硫化工艺形成整体的自复位层设置为分段形式，以节省材料。

进一步的，槽钢耗能板5为多开孔钢板，以降低其屈服点。

本发明的有益效果在于：

1、满足正常使用状态下的预定功能，在非震时状态与一般承载构件无异，能支承上部结构，也能传递轴力；在小震作用下可以提供抗侧刚度。

2、在中大地震下具有一定减震功能，主要依靠弹塑性材料往复运动耗散地震能量，依靠粘弹性板和薄叠层钢板作为弹性材料充当恢复力，具有自复位功能。在特大地震下，如果支撑核心耗能元件破坏，由于采用全装配式结构，可以更换。

3、支撑设计简单可行，按组装示意图按从下至上的顺序叠合而成。约束板条采用间隔式，因此所需材料较少，占据空间小，适合安装。成本低，效果显著。

4、约束板条和与上盖板之间留有一定间隙，既保证了约束力，又给耗能元件留有一定变形耗能的余地。

附图说明

图1是全装配式防屈曲耗能支撑示意图。

图2是全装配式防屈曲耗能支撑的三维示意图。

图3是图1的俯视图。

图4是图3的A-A剖视图。

图5是图1中下盖板的平面图。

图6是图1中槽钢耗能板的平面图。

图中，1.上盖板，2.粘弹性板，3.薄叠层钢板，4.中间连接板，5.槽钢耗能板，6.长螺栓杆，7.下盖板，8.垫板，9.上约束板。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步说明。

如图1-图6所示，本发明提出的一种可用于建筑及桥梁减震的全装配式自复位防屈曲耗能支撑，由上盖板1、粘弹性板2、薄叠层钢板3、中间连接板4、槽钢耗能板5、长螺栓杆6、下盖板7、垫板8、上约束板9组成。

参见图2，下盖板7嵌套于槽钢耗能板5下部凹槽中，槽钢耗能板5上方与中间连接板4一端通过长螺栓杆6连接，并预留可供工程安装的圆孔。中间连接板4上部通过沉孔螺栓与薄叠层钢板3连接，粘弹性板2则与薄叠层钢板3采用硫化工艺形成整体的自复位层，在自复位层上部与上盖板1连接。下盖板7上设置了矩形孔，将垫板8插入矩形孔，然后再将上约束板9放置于垫板上，上约束板9上设置孔位，与下盖板7上的孔位对齐，然后两者通过螺栓连接，为支撑施加侧向约束。薄叠层钢板3另一端与上盖板1通过长螺栓杆6连接，并在端部设置安装圆孔。

参见图5-图6，下盖板7上设置了矩形孔，将垫板8插入矩形孔，也可以将两者焊接为整体，作为单独的构件进行安装，此作为实施例的一种变换。

上约束板9可制作成槽型截面形式，这样可以更为稳定地约束垫板8，此作为实施例的一种变换。

粘弹性板2则与薄叠层钢板3采用硫化工艺形成整体的自复位层可以设置为分段形式，以此节省材料，此作为实施例的一种变换。

薄叠层钢板3设置的目的是为了保护侧向约束力过大造成粘弹性板2破坏，当约束力可以有效传递到上盖板1、上约束板9和下盖板7时，可以减少薄叠层钢板3的数量，此作为实施例的一种变换。

Claims (4)

1.一种全装配式自复位防屈曲耗能支撑，其特征在于：

包括上盖板(1)、粘弹性板(2)，薄叠层钢板(3)，中间连接板(4)，槽钢耗能板(5)、长螺栓杆(6)、下盖板(7)、垫板(8)、上约束板(9)；

下盖板(7)嵌套于槽钢耗能板(5)下部凹槽中，槽钢耗能板(5)一端上方与中间连接板(4)一端通过长螺栓杆(6)连接，并在端部设置安装圆孔；

中间连接板(4)上部通过沉孔螺栓与薄叠层钢板(3)连接，粘弹性板(2)则与薄叠层钢板(3)采用硫化工艺相间叠加形成整体的自复位层，自复位层上部与上盖板(1)连接；

下盖板(7)上设置了矩形孔，垫板(8)插入矩形孔，上约束板(9)放置于垫板上，上约束板(9)上设置孔位，与下盖板(7)上的孔位螺栓连接，为耗能支撑施加侧向约束；

槽钢耗能板(5)另一端与上盖板(1)通过长螺栓杆(6)连接，并在端部设置安装圆孔；

所述上约束板(9)与上盖板(1)之间留有一定间隙。

2.如权利要求1所述的全装配式自复位防屈曲耗能支撑，其特征在于：

上约束板(9)制作成槽型截面形式。

3.如权利要求1所述的全装配式自复位防屈曲耗能支撑，其特征在于：

粘弹性板(2)与薄叠层钢板(3)采用硫化工艺形成整体的自复位层设置为分段形式，以节省材料。

4.如权利要求1所述的全装配式自复位防屈曲耗能支撑，其特征在于：

槽钢耗能板(5)为多开孔钢板，以降低其屈服点。