CN106088381A - 具有分级屈服功能的防屈曲支撑 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有分级屈服功能的防屈曲支撑，包括套筒，套筒内设有耗能组，在套筒和耗能组之间填充混凝土；在混凝土与耗能组之间设有橡胶隔层；耗能组包括并列设置有2个以上耗能单元，相邻耗能单元之间设有橡胶隔层；每个耗能单元的两侧端部分别开有直径相同的圆孔，各耗能单元上的圆孔直径不相等；刚性连接件依次穿过所有耗能单元端部所开圆孔后与建筑结构连接。本发明在大震时能提供较高耗能能力，在小震时亦可变形屈服发挥耗能作用。

Description

具有分级屈服功能的防屈曲支撑
技术领域
本发明涉及结构减震领域，具体涉及一种具有分级屈服功能的防屈曲支撑。
背景技术
防屈曲耗能支撑常用于地震引起的工程结构的振动控制，通常采用低屈服点软钢作为耗能材料，通过钢材屈服产生塑性变形达到耗散地震能量，从而减轻结构地震响应的目的。为了防止耗能构件在受压时过早屈曲，通常在耗能软钢外包裹混凝土等约束材料以提高其抗屈曲能力。现有的防屈曲支撑通常只设置单个耗能单元，变形时只有一个屈服点。
以现有的一个耗能单元为例，屈服力F=Aσy（σy为材料屈服应力）确定后，横截面积A便确定。耗能单元屈服位移uy=Lεy（L为耗能段长度，εy为材料屈服应变），支撑的弹性刚度K=EA/L（E为弹性模量）。A不变时，L越小，uy越小，支撑可以在较小变形下屈服；但L越小，K越大，结构整体刚度增加，在小震下结构变形较小，耗能支撑可能不屈服，同时还可引起结构加速度反应的增加。因此，现有的防屈曲耗能支撑不能同时适用于大震和小震情况下的耗能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有分级屈服功能的防屈曲支撑，该支撑在大震时能提供较高耗能能力，在小震时亦可变形屈服发挥耗能作用。
本发明所采用的技术方案是：
一种具有分级屈服功能的防屈曲支撑，包括套筒，套筒内设有耗能组，在套筒和耗能组之间填充混凝土；在混凝土与耗能组之间设有橡胶隔层；
所述耗能组包括并列设置有2个以上耗能单元，相邻耗能单元之间设有橡胶隔层；
每个耗能单元的两侧端部分别开有直径相同的圆孔，各耗能单元上的圆孔直径不相等；刚性连接件依次穿过所有耗能单元端部所开圆孔后固定在建筑结构上。建筑结构变形，刚性连接件发生相对位移变化，随着两端刚性连接件相对位移的变化，各个耗能单元分级启动产生变形并发挥耗能作用。
各个耗能单元端部开孔直径各不相同，使防屈曲支撑开始受压或受拉时各个耗能单元两端传力点距离不同。因此，在两端的刚性连接件发生相对位移时，直径较小的耗能单元首先变形屈服发挥耗能作用，当变形增大时，其余耗能单元根据圆孔孔径的大小依次受力发生变形屈服并发挥耗能作用。橡胶隔层也可产生剪切变形发挥耗能作用。
更进一步的方案是，各耗能单元为软钢板，即为“一”字形截面，包括从中间向两侧依次设置的耗能段、弹性段、刚性端部，且耗能段、弹性段、刚性端部的宽度依次增大；所述圆孔开设在刚性端部上。该结构能提高耗能单元的能耗，便于能量的消耗。
更进一步的方案是，所述耗能段、弹性段、刚性端部一体成型，为一个整体。该结构能提高整个耗能单元的强度，提高稳定性。
更进一步的方案是，耗能段、弹性段通过第一过渡板连接，第一过渡板的两侧为平滑曲线，第一过渡板的最短端的宽度与耗能段的宽度相同，第一过渡板的最长端的宽度与弹性段的宽度相同；弹性段、刚性端部通过第二过渡板连接，第二过渡板为楔形结构，第二过渡板的最短端的宽度与弹性段的宽度相同，第二过渡板的最长端的宽度与刚性端部的宽度相同。
更进一步的方案是，所述耗能段、第一过渡板、弹性段、第二过渡板、刚性端部一体成型。
更进一步的方案是，所述圆孔直径成等差数列，且刚性连接件的直径与最小圆孔的直径相等。
本发明的有益效果在于：
建筑结构变形通过刚性连接件相对位移传递给支撑，由于各耗能单元端部上圆孔直径大小不同，各耗能单元分别在刚性连接件相对位移不同的时候启动，因此可以根据结构变形幅度提供不同级别的耗能能力（即：在小震仅启动少数耗能单元，大震下启动多数耗能单元，满足不同结构变形幅度下对支撑耗能能力和支撑附加刚度的不同需求），实现支撑对结构的控制优化。该支撑构造简单，实用经济。各耗能单元分级启动，避免多个耗能单元同时启动而过大增加结构整体刚度，导致在小震下结构加速度和层剪力等响应过大的问题。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明具有分级屈服功能的防屈曲支撑的主视结构示意图；
图2是本发明具有分级屈服功能的防屈曲支撑的俯视结构示意图；
图3是采用三个并联耗能单元的结构示意图；
图4是图1中a-a截面的剖面示意图；
图5是图1中b-b截面的剖面示意图；
图6是本实施例的滞回曲线。
其中：1、套筒，2、混凝土，3、软钢耗能单元，4、橡胶隔层，5、刚性连接件，6、耗能段，7、弹性段，8、刚性端部，9、圆孔，10、第一过渡板，11、第二过渡板。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1-图5，一种具有分级屈服功能的防屈曲支撑，包括套筒1，套筒1内设有软钢耗能组，在套筒1和软钢耗能组之间填充有混凝土2；在混凝土2与软钢耗能组之间设有橡胶隔层4；
软钢耗能组包括并列设置有2个以上软钢耗能单元3（本实施例采用3个软钢耗能单元3），相邻软钢耗能单元3之间设有橡胶隔层4；
各软钢耗能单元3为软钢板，即为“一”字形截面，包括从中间向两侧依次设置的耗能段6、弹性段7、刚性端部8，且耗能段6、弹性段7、刚性端部8的宽度依次增大；每个软钢耗能单元3的两侧端部（刚性端部8）上分别开有直径相同的圆孔9，各软钢耗能单元3上的圆孔9直径不相等；刚性连接件5依次穿过所有软钢耗能单元3端部所开圆孔9后与建筑结构连接，建筑结构变形通过刚性连接件5传递给软钢耗能单元3。各个软钢耗能单元3端部圆孔9直径各不相同，开始受压或受拉时各个软钢耗能单元3两端传力点距离不同。因此，在两端的刚性连接件5发生相对位移时，直径较小的软钢耗能单元3首先变形屈服发挥耗能作用，当变形增大时，其余软钢耗能单元3根据圆孔9直径的大小依次受力发生变形屈服并发挥耗能作用。软钢耗能单元3之间的橡胶隔层也可产生剪切变形发挥耗能作用。
为了更好的实现能耗，在耗能段6、弹性段7之间设置第一过渡板10，第一过渡板10的两侧为平滑曲线，第一过渡板10的最短端的宽度与耗能段6的宽度相同，第一过渡板10的最长端的宽度与弹性段7的宽度相同；在弹性段7、刚性端部8之间设置第二过渡板11，第二过渡板11为楔形结构，第二过渡板11的最短端的宽度与弹性段7的宽度相同，第二过渡板11的最长端的宽度与刚性端部8的宽度相同；耗能段6、第一过渡板10、弹性段7、第二过渡板11、刚性端部8一体成型。
本实施例中，三个软钢耗能单元3等长，均由耗能段6，弹性段7和刚性端部8组成。在软钢耗能单元3轴向上软钢耗能单元C的圆孔直径大于软钢耗能单元B的圆孔直径，软钢耗能单元B的圆孔直径大于软钢耗能单元A的圆孔直径。刚性连接件5的直径与最小圆孔直径（即软钢耗能单元A的圆孔直径）相等。
安装时，刚性连接件5穿过所有三个软钢耗能单元3在端部的圆孔9，通过螺栓将刚性连接件5固定在建筑结构上。使用状态下，刚性连接件5将结构的变形传递给软钢耗能单元3。由于软钢耗能单元A的圆孔直径最小，刚性连接件5的相对位移首先传递给软钢耗能单元A，软钢耗能单元A变形至屈服产生耗能作用；随着变形增大，软钢耗能单元B的圆孔9边缘与刚性连接件5接触，软钢耗能单元B启动，并产生变形屈服发挥耗能作用；当变形继续增大时，软钢耗能单元C启动并发挥耗能作用。正向加载和反向加载时，均是软钢耗能单元A先启动，然后是软钢耗能单元B，软钢耗能单元C依次启动。
图6为本实施例的滞回曲线，纵坐标为轴力，横坐标为变形。可以看出，本实施例有三个屈服点，分别对应软钢耗能单元A，软钢耗能单元B，软钢耗能单元C的屈服点。本发明在可以在提供较高耗能能力的同时，避免向结构附加过高的附加弹性刚度，耗能能力随变形增大而增加。

Claims (6)

1.一种具有分级屈服功能的防屈曲支撑，其特征在于：包括套筒，套筒内设有耗能组，在套筒和耗能组之间填充混凝土；在混凝土与耗能组之间设有橡胶隔层；
所述耗能组包括并列设置有2个以上耗能单元，相邻耗能单元之间设有橡胶隔层；
每个耗能单元的两侧端部分别开有直径相同的圆孔，各耗能单元上的圆孔直径不相等；刚性连接件依次穿过所有耗能单元端部所开圆孔后与建筑结构连接。
2.根据权利要求1所述的具有分级屈服功能的防屈曲支撑，其特征在于：所述耗能单元为软钢板，包括从中间向两侧依次设置的耗能段、弹性段、刚性端部，且耗能段、弹性段、刚性端部的宽度依次增大；所述圆孔开设在刚性端部上。
3.根据权利要求2所述的具有分级屈服功能的防屈曲支撑，其特征在于：所述耗能段、弹性段、刚性端部一体成型，为一个整体。
4.根据权利要求2或3所述的具有分级屈服功能的防屈曲支撑，其特征在于：耗能段、弹性段通过第一过渡板连接，第一过渡板的两侧为平滑曲线，第一过渡板的最短端的宽度与耗能段的宽度相同，第一过渡板的最长端的宽度与弹性段的宽度相同；弹性段、刚性端部通过第二过渡板连接，第二过渡板为楔形结构，第二过渡板的最短端的宽度与弹性段的宽度相同，第二过渡板的最长端的宽度与刚性端部的宽度相同。
5.根据权利要求4所述的具有分级屈服功能的防屈曲支撑，其特征在于：所述耗能段、第一过渡板、弹性段、第二过渡板、刚性端部一体成型。
6.根据权利要求1所述的具有分级屈服功能的防屈曲支撑，其特征在于：所述圆孔直径成等差数列，且刚性连接件的直径与最小圆孔的直径相等。
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