CN105155710A - 一种自复位软钢耗能支撑 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及框架-支撑结构技术领域，尤其涉及一种自复位软钢耗能支撑。本发明提供的自复位软钢耗能支撑，包括外包钢管、设置在外包钢管内部的内核机构、软钢耗能机构、自复位机构和夹持机构，在发生地震时可通过软钢耗能机构来消耗地震输入能量，同时减少主体结构的地震反应，同时在地震作用后，支撑能够在自复位机构的作用下恢复到初始状态，进而减小甚至消除整个结构的残余变形；另外，与现有的自复位支撑相比，在进行震后修复工作时，不需要更换整根支撑，只需通过拆下夹持机构更换被压合在外包钢管外壁面上的软钢板，就能够恢复整根支撑的使用性能，并且，对于软钢板的更换也非常容易，大大降低了震后修复工作的难度和成本。
Description
技术领域
本发明涉及框架-支撑结构技术领域，尤其涉及一种自复位软钢耗能支撑。
背景技术
目前框架-支撑结构体系是高层钢结构中应用最多的结构体系之一，在地震作用下，钢支撑承担了大部分水平剪力，减小整体结构的水平位移。但传统的中心支撑结构体系中，普通支撑在拉压往复作用下易发生整体和局部屈曲，致使其脆性断裂最终严重影响整体结构的抗震性能，在传统的偏心支撑结构体系中，耗能梁段塑性变形较大，在震后修复时难度极大。为了解决以上两种支撑系统所存在的问题，学者们提出了防屈曲耗能支撑。它是一种兼有普通支撑增加结构整体刚度的作用和软钢阻尼器双重功能的耗能支撑，实现了全截面屈服而不发生构件屈曲，可以有效地耗散地震输入能量，减小主体结构的地震反应，从而避免主体结构的破坏或倒塌。
但在大震作用后，防屈曲支撑的残余变形较大，相应的整体结构残余变形也较大，震后修复时需要整体更换，修复难度大且成本较高。因此，人们提出了自复位防屈曲支撑，其基本构成包括外围约束构件，内核机构，自复位机构和耗能机构，其中自复位机构一般由记忆合金或预应力拉杆组成，耗能机构则主要有摩擦耗能和软钢耗能两种。在地震作用下，自复位防屈曲支撑既能提供结构的抗侧刚度又能耗散地震能量，地震作用后，支撑在自复位机构的作用下恢复到初始状态，进而减小整个结构的残余变形。
现有的自复位防屈曲支撑虽然实现了减小震后残余变形的目的，但是在软钢耗能中，软钢是安装在外围约束构件的内部，在震后恢复时，没有办法单独更换起耗能作用的软钢，仍然需要更换整根支撑，不仅施工不便，而且修复成本也较高。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：传统的防屈曲支撑和现有自复位耗能支撑在进行震后修复工作时，需要更换整根支撑，施工非常不方便，同时修复成本更高。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种自复位软钢耗能支撑，包括外包钢管、设置在外包钢管内部的内核机构、软钢耗能机构、自复位机构和夹持机构，所述软钢耗能机构包括互相连接的软钢板和第一连接板；所述内核机构通过所述第一连接板与所述软钢板连接，且所述内核机构能够在外界拉力或压力的作用下于所述外包钢管内滑动；所述夹持机构用于限制软钢板的屈曲变形；所述自复位机构用于对在外界拉力或压力作用下移位的内核机构进行复位。
其中，所述外包钢管呈两端开口的直筒状，且所述外包钢管截面形状为矩形。
其中，所述软钢板呈长条状，其长度与所述外包钢管的长度相同，所述第一连接板垂直设置位于所述软钢板的端部，并与所述软钢板同向设置；所述软钢耗能机构包括两块软钢板，两块所述软钢板相对设置在所述外包钢管上、下两端管壁的外壁面上。
其中，所述内核机构包括H型钢和截面形状为十字形的第二连接板，所述H型钢的后端与所述外包钢管的后端平齐，所述H型钢的前端通过导荷板与所述第二连接板固定连接，所述导荷板的截面形状为矩形，所述H型钢和所述导荷板位于所述外包钢管内，且所述导荷板与所述第二连接板的接触面与所述外包钢管的前端平齐；所述H型钢腹板的前端设置有加劲肋，所述加劲肋包括有两块且对称设于所述腹板的两侧；所述H型钢的上、下两块翼缘板之间设置有支撑钢板，所述支撑钢板位于所述H型钢的中部。
其中，所述支撑钢板设有两块，两块所述支撑钢板对称设置在所述腹板的两侧并与所述腹板相连。
其中，上、下两块所述翼缘板上分别设置有第三连接板，且所述第三连接板与所述翼缘板相垂直；所述H型钢通过第一连接板与第三连接板的配合与所述软钢板连接。
其中，所述自复位机构包括扣合在外包钢管前端的前端板、扣合在外包钢管后端的后端板和预应力拉索，所述预应力拉索将前端板、后端板和内核机构连成一体，所述前端板上还设置有与所述第二连接板相配合的十字形开口。
其中，所述夹持机构包括丝杠和两块槽钢，两块所述槽钢分别扣合在两块所述软钢板的外侧，所述槽钢底壁和所述外包钢管上、下两端的管壁上均设置有用于供丝杠穿过的通孔，通过丝杠与螺母的配合将槽钢和外包钢管连成一体。
其中，所述外包钢管上、下两端的管壁上分别设置有与所述第三连接板配合的狭缝，所述第三连接板能够在所述狭缝内沿所述外包钢管的长度方向滑动。
其中，所述外包钢管左右两端的管壁上还设置有施工工艺孔。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供了一种自复位软钢耗能支撑，包括外包钢管、设置在外包钢管内部的内核机构、软钢耗能机构、自复位机构和夹持机构，在发生地震时可通过软钢耗能机构来消耗地震输入能量，同时减少主体结构的地震反应，同时在地震作用后，支撑能够在自复位机构的作用下恢复到初始状态，进而减小甚至消除整个结构的残余变形；另外，与现有的自复位支撑相比，在进行震后恢复工作时，不需要更换整根支撑，只需通过拆下夹持机构更换被压合在外包钢管外壁面上的软钢管，就能够恢复整根支撑的使用性能，并且，对于软钢管的更换也非常容易，大大降低了震后修复工作的难度和成本。
附图说明
本发明上述和/或附加方面的优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明实施例中自复位软钢耗能支撑的示意图；
图2是本发明实施例中自复位软钢耗能支撑的侧视图；
图3是图1的A-A向剖视图；
图4是图1的B-B向剖视图；
图5是本发明实施例中自复位软钢耗能支撑除夹持机构和软钢耗能机构之外的支撑主体部分；
图6是本发明实施例中自复位软钢耗能支撑的外包钢管的结构示意图；
图7是本发明实施例中自复位软钢耗能支撑的内核机构的结构示意图；图8是本发明实施例中自复位软钢耗能支撑的夹持机构的结构示意图；图9是本发明实施例中自复位软钢耗能支撑的软钢耗能机构的结构示意图；
图10是本发明实施例中自复位软钢耗能支撑中的自复位机构的结构示意图；
图11是本发明实施例中自复位软钢耗能支撑在拉力作用下的开口示意图；
图12是本发明实施例中自复位软钢耗能支撑在压力作用下的开口示意图；
其中图1至图12中附图标记与部件名称之间的对应关系为：
1、T形截面连接板，2、顶部钢板，3、底部钢板，4、左侧钢板，5、右侧钢板，6、第二连接板，7、导荷板，8、加劲肋，9、第三连接板，10、支撑钢板，11、翼缘板，12、腹板，13、前端板，14、后端板，15、预应力拉索，16、软钢板，17、第一连接板，18、槽钢，19、丝杠，20、螺栓，21、螺母，22、锚具，23、狭缝，24、施工工艺孔。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的机构或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的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。
如图1至图4所示，本发明提供了一种自复位软钢耗能支撑，包括外包钢管、设置在外包钢管内部的内核机构、软钢耗能机构、自复位机构和夹持机构，如图9所示，所述软钢耗能机构包括互相连接的软钢板16和第一连接板17；所述内核机构通过所述第一连接板17与所述软钢板16连接，且所述内核机构能够在外界拉力或压力的作用下于所述外包钢管内滑动；所述夹持机构用于限制软钢板(16)的屈曲变形，具体地所述夹持机构与外包钢管外壁一起约束软钢板16的平面外变形(即屈曲变形)，以便实现软钢屈服耗能的目的；所述自复位机构用于对在外界拉力或压力作用下移位的内核机构进行复位。
本发明提供的自复位软钢耗能支撑，在发生地震时可通过软钢耗能机构来消耗地震输入能量，同时减少主体结构的地震反应，同时在地震作用后，支撑能够在自复位机构的作用下恢复到初始状态，进而减小甚至消除整个结构的残余变形；另外，与现有的自复位支撑相比，在进行震后恢复工作时，不需要更换整根支撑，只需通过拆下夹持机构更换被压合在外包钢管外壁面上的软钢板16，就能够恢复整根支撑的使用性能，并且，对于软钢板16的更换也非常容易，大大降低了震后修复工作的难度和成本。
优选地，如图5和图6所示，所述外包钢管由顶部钢板2、底部钢板3、左侧钢板4、右侧钢板5相连构成的，其呈两端开口的直筒状，且所述外包钢管截面形状为矩形，其中外包钢管后端的顶部钢板2和底部钢板3上分别设置有T形截面连接板1，所述T形截面连接板1通过焊接的方式固定在在所述外包钢管的顶部钢板2和底部钢板3上，且T形截面连接板1上开设有螺栓20孔以便与建筑物梁柱相连。
进一步地，如图9所示，所述软钢板16呈长条状，其长度与所述外包钢管的长度相同，所述第一连接板17垂直设置位于所述软钢板16的端部，并与所述软钢板16同向设置(即所述如软钢板16的长度方向与所述外包钢管的长度方向相同)，优选地，所述软钢板16的两端均设置有第一连接板17；所述软钢耗能机构包括两块软钢板16，两块所述软钢板16相对设于所述外包钢管上的顶部钢板2和底部钢板3的外壁面上(如图1所示)；具体地，所述软钢板16通过两端的第一连接板17与外包钢板的第三连接板9通过螺栓20连接，所述螺栓20为高强螺栓20或普通螺栓20连接。
当然，上述实施例中软钢板16也可以为通过其他可拆卸的连接方式与外包钢板连接，如卡接、铆接等，同样能够实现本申请的目的，其宗旨未脱离本发明的设计思想，应属于本发明的保护范围。
其中，如图7所示，所述内核机构包括H型钢和截面形状为十字形的第二连接板6，H型钢为内核机构的主体构件，所述H型钢的后端与所述外包钢管的后端平齐，所述H型钢的前端通过导荷板7与所述第二连接板6固定连接，其中导荷板7和第三连接板9均通过焊接的方式固定在翼缘板11上，所述第二连接板6焊接在所述导荷板7上，所述导荷板7的截面形状为矩形，所述H型钢和所述导荷板7位于所述外包钢管内，且所述导荷板7与所述第二连接板6的接触面与所述外包钢管的后端平齐；所述H型钢腹板的前端设置有加劲肋8，所述加劲肋8包括有两块且对称设于所述腹板的两侧；所述H型钢的上、下两块翼缘板11之间设置有支撑钢板10，所述支撑钢板10位于所述H型钢的中部；具体地，所述支撑钢板10设有两块，两块所述支撑钢板10对称设置在所述腹板的两侧并与所述腹板相连；可通过截面形状为十字形的第二连接板6与外界物体(如混凝土或者建筑物梁柱等)连接。
优选地，如图7所示，上、下两块所述翼缘板11上分别设置有第三连接板9，所述第三连接板9与所述翼缘板11相垂直；所述H型钢通过第一连接板17与第三连接板9的配合与所述软钢板16连接；其中，所述外包钢管上、下两端的管壁上分别设置有与所述第三连接板9配合的狭缝23，狭缝23的长度大于第三连接板9的长度，所述第三连接板9能够在所述狭缝23内沿所述外包钢管的长度方向滑动。
其中，如图10所示，所述自复位机构包括扣合在外包钢管前端的前端板13、扣合在外包钢管后端的后端板14和预应力拉索15，所述预应力拉索15将前端板13、后端板14和内核机构连成一体，所述前端板13上还设置有与所述第二连接板6相配合的十字形开口，所述预应力拉索15通过锚具22固定在所述前端板13和后端板14上。
优选地，如图8所示，所述夹持机构包括丝杠19和两块槽钢18，两块所述槽钢18分别扣合在两块所述软钢板16的外侧，所述槽钢18底壁和所述外包钢管上、下两端的管壁上均设置有用于供丝杠19穿过的通孔，通过丝杠19与螺母21的配合将槽钢18、软钢板16和外包钢管连成一体；其中，所述丝杠19为高强丝杠19，高强丝杠19穿过所述槽钢18和外包钢管，并在丝杠19的两端用两个螺母21拧紧，从而将槽钢18、软钢板16和外包钢管连成一体；其中槽钢18和外包钢管一起对软钢板16的屈曲变形起到约束作用，可以通过改变槽钢18与外包钢管的顶部钢管和底部钢管之间空隙或距离来增加或减少对软钢板16变形的约束作用。
所述夹持机构通过高强丝杠19与外包钢管相连，软钢板16在软钢板16塑性变形较大而不能继续使用时，只需松开高强丝杠19两端螺母21，移走槽钢18就可以更换软钢板16，操作非常方便。
其中，槽钢18的宽度与外包钢管的宽度可以相同也可以不同，同时在所述外包钢管的左侧钢板4和/或右侧钢板5上设置有施工工艺孔24，所述施工工艺孔24的孔径能够满足组装人员将手伸入到外包钢管内，以便于组装人员可以讲授伸入到外包钢管内，来进行预应力拉索15的布置工作。
下面来具体说明本发明提供的自复位软钢耗能支撑在工厂安装的工艺：
(1)将导荷板7一面与截面形状为十字形的第二连接板6焊好，另一面与H型钢的翼缘板11和H型钢的腹板12焊好，然后将加劲肋8与导荷板7和H型钢腹板12两侧焊好，再选取恰当位置(如果只设置一个支撑钢板10则可以设置在H型钢的中部，如果设置多个支撑钢板10，则可以在H型钢的长度方向上均匀分布)将支撑钢板10与翼缘板11和腹板12焊好，最后将第三连接板9焊在翼缘板11上，形成内核机构。
(2)将T形截面连接板1焊接在外包钢管的顶部钢板2、底部钢板3上，内核机构插入到外包钢管内部，第三连接板9恰好穿过顶部钢板2和底部钢板3上开设的狭缝23，导荷板7与第二连接板6第二连接板6焊接的表面与外包钢管前端边缘齐平；
(3)将自复位机构的前端板13穿过第二连接板6，扣在外包钢管和导荷板7前端，后端板14被T形截面连接板1夹在中间，扣在外包钢管后端，在前端板13和后端板14中间，外包钢管内部沿H型钢腹板12穿预应力拉索15，对预应力拉索15施加预应力，将外包钢管、内核机构和自复位机构连接在一起，形成支撑主体部分。
(4)通过螺栓20将软钢板16两端的第一连接板17分别与第三连接板9和T形截面连接板1固定，槽钢18分别扣在上下两个软钢板16外侧，高强丝杠19穿过槽钢18和外包钢管，高强丝杠19两端分别用两个螺母21拧紧，形成一根完整的自复位软钢耗能支撑
本发明提供的一种自复位软钢耗能支撑通过第二连接板6和T形截面连接板1与建筑物梁柱相连，外载荷直接作用在新型自复位软钢耗能支撑的第二连接板6和T形截面连接板1上，拉力使内核机构顶开前端板13，是前端板13与外包钢管前端面脱开(如图11所示)，压力使内核机构顶开后端板14，使后端板14与外包钢管后端面脱开(如图12所示)，软钢板16在拉压作用下通过塑性变形耗散能量，使得支撑主体不受损坏。外载荷消失之后，支撑在预应力作用下将前端板13或者后端板14拉回初始位置，实现自复位的目的。修复时只需松开高强丝杠19两端螺母21，移走槽钢18就可以更换软钢板16，实现可更换的目的。
综上所述，发明提供了一种自复位软钢耗能支撑，包括外包钢管、设置在外包钢管内部的内核机构、软钢耗能机构、自复位机构和夹持机构，在发生地震时可通过软钢耗能机构来消耗地震输入能量，同时减少主体结构的地震反应，同时在地震作用后，支撑能够在自复位机构的作用下恢复到初始状态，进而减小甚至消除整个结构的残余变形；另外，与现有的自复位支撑相比，在进行震后恢复工作时，不需要更换整根支撑，只需通过拆下夹持机构更换被压合在外包钢管外壁面上的软钢管，就能够恢复整根支撑的使用性能，并且，对于软钢管的更换也非常容易，大大降低了震后修复工作的难度和成本。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种自复位软钢耗能支撑，其特征在于：包括外包钢管、设置在外包钢管内部的内核机构、软钢耗能机构、自复位机构和夹持机构，所述软钢耗能机构包括互相连接的软钢板(16)和第一连接板(17)；所述内核机构通过所述第一连接板(17)与所述软钢板(16)连接，且所述内核机构能够在外界拉力或压力的作用下于所述外包钢管内滑动；所述夹持机构用于限制软钢板(16)的屈曲变形；所述自复位机构用于对在外界拉力或压力作用下移位的内核机构进行复位。
2.根据权利要求1所述的自复位软钢耗能支撑，其特征在于：所述外包钢管呈两端开口的直筒状，且所述外包钢管截面形状为矩形。
3.根据权利要求2所述的自复位软钢耗能支撑，其特征在于：所述软钢板(16)呈长条状，其长度与所述外包钢管的长度相同，所述第一连接板(17)垂直设置于所述软钢板(16)的端部，并与所述软钢板(16)同向设置；所述软钢耗能机构包括两块软钢板(16)，两块所述软钢板(16)相对设置在所述外包钢管上、下两端管壁的外壁面上。
4.根据权利要求3所述的自复位软钢耗能支撑，其特征在于：所述内核机构包括H型钢和截面形状为十字形的第二连接板(6)，所述H型钢的后端与所述外包钢管的后端平齐，所述H型钢的前端通过导荷板(7)与所述第二连接板(6)固定连接，所述导荷板(7)的截面形状为矩形，所述H型钢和所述导荷板(7)位于所述外包钢管内，且所述导荷板(7)与所述第二连接板(6)的接触面与所述外包钢管的前端平齐；所述H型钢腹板(12)的前端设置有加劲肋(8)，所述加劲肋(8)设有两块且对称设于所述腹板(12)的两侧；所述H型钢的上、下两块翼缘板(11)之间设置有支撑钢板(10)，所述支撑钢板(10)位于所述H型钢的中部。
5.根据权利要求4所述的自复位软钢耗能支撑，其特征在于：所述支撑钢板(10)设有两块，两块所述支撑钢板(10)对称设置在所述腹板(12)的两侧并与所述腹板(12)相连。
6.根据权利要求5所述的自复位软钢耗能支撑，其特征在于：上、下两块所述翼缘板(11)上分别设置有第三连接板(9)，且所述第三连接板(9)与所述翼缘板(11)相垂直；所述H型钢通过第一连接板(17)与第三连接板(9)的配合与所述软钢板(16)连接。
7.根据权利要求6所述的自复位软钢耗能支撑，其特征在于：所述自复位机构包括扣合在外包钢管前端的前端板(13)、扣合在外包钢管后端的后端板(14)和预应力拉索(15)，所述预应力拉索(15)将前端板(13)、后端板(14)和内核机构连成一体，所述前端板(13)上还设置有与所述第二连接板(6)相配合的十字形开口。
8.根据权利要求7所述的自复位软钢耗能支撑，其特征在于：所述夹持机构包括丝杠(19)和两块槽钢(18)，两块所述槽钢(18)分别扣合在两块所述软钢板(16)的外侧，所述槽钢(18)底壁和所述外包钢管上、下两端的管壁上均设置有用于供丝杠(19)穿过的通孔，通过丝杠(19)与螺母的配合将槽钢(18)和外包钢管连成一体。
9.根据权利要求8所述的自复位软钢耗能支撑，其特征在于：所述外包钢管上、下两端的管壁上分别设置有与所述第三连接板(9)配合的狭缝(23)，所述第三连接板(9)能够在所述狭缝(23)内沿所述外包钢管的长度方向滑动。
10.根据权利要求1所述的自复位软钢耗能支撑，其特征在于：所述外包钢管左右两端的管壁上还设置有施工工艺孔(24)。
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