CN108060727B - 一种双铝合金板装配式屈曲约束支撑 - Google Patents

Abstract

本发明描述的双铝合金板装配式屈曲约束支撑，采用上下槽钢及中部工字钢通过螺栓将芯板固定在工字钢两侧，可以提供支撑整体较大的抗弯刚度，较容易满足约束比的要求，支撑在受到往复荷载时可以快速进入塑性耗能状态，更大程度的消耗地震能量，而且核心板是由铝合金制作，在一定程度上可以减轻结构自重，该结构采用装配式，拆卸方便，便于震后更换受损部件，经济效益及社会效益突出。

Description

一种双铝合金板装配式屈曲约束支撑

技术领域

本发明主要用于土木工程领域，对于建筑物抗震以及加固等方面非常有效，具体涉及到一种双铝合金板装配式屈曲约束支撑。

背景技术

地震作为一种常见的自然灾害，每一次的发生都给人类带来巨大的灾难与痛苦，因此，研究经济有效的抗震措施具有十分重要的意义。传统的结构抗震方法是通过提高结构本身的强度和刚度来抵御地震作用，同时利用结构的延性，即结构本身的塑性变形，来消耗地震输入的能量。这种消极的抗震对策是不可取的。自上世纪日本学者首次提出并应用屈曲约束支撑以来，地震损害受到了较好的控制，屈曲约束支撑作为一种理想的耗能构件，对其的研发和改进是必不可少的。

目前屈曲约束支撑的构造形式主要分为三种，一种是钢与混凝土约束型屈曲约束支撑，该种支撑发明较早，应用较广，但其制作困难，自重大，震后损坏不可修复。第二种是全钢整体式防屈曲支撑，该种支撑自重减轻，构造相对简单，但震后无法对损坏内芯进行更换。第三种是装配式屈曲约束支撑，该支撑相对其他两个更具优势，构造简单，震后可更换内芯。

铝合金作为一种常见的金属被应用于各行业，但将铝合金作为消能构件的支撑并不多，某些铝合金(如A5083)质量轻，屈服点低，装配式屈曲约束支撑将其作为消能内芯，优势会更明显并获得更好的消能效果。

发明内容

本发明针对传统屈曲约束支撑的不足，提出了一种双铝合金板装配式屈曲约束支撑，充分利用铝合金的优点，提高了支撑的滞回耗能能力，同时震后可对损害芯材进行更换。

根据当前屈曲约束支撑的研究现状，主要有以下问题：(1)支撑自重过大，给梁柱造成更大负担，且加工困难；(2)芯板震后容易在加劲肋端部破坏，不利于芯板充分耗能；(3)铝合金初始刚度和屈服点过低，容易在小震就开始工作，此时结构本身完全可以抵抗震动；(4)震后芯材不容易更换，支撑无法再次利用。

本发明需要达到的目的是：(1)采用更加轻质的材料，减小对建筑的负担；(2)加强芯材端部强度，使地震时芯材耗能区域充分耗能，避免端部首先破坏；(3)使支撑初始刚度加大，变形后刚度减小，小震时功能如普通支撑，中震及大震时充分耗能；(4)震后可更换受损的芯材，降低维修成本。

对于以上问题，本发明采用的技术方案为：提供一种双铝合金板装配式屈曲约束支撑，包括采用铝合金所制成的下铝合金板1、上铝合金板2，平行设置在核心板1下侧和2上侧以及中间的槽形下约束板3、槽形上约束板4、工字形中间约束板5，在槽形上约束板4的左右两侧分别设置有半十字形角形板件，该半十字形角形板件是由两块L形角形板6通过高强螺栓10连接，在槽形下约束板3的左右两端分别设置有半十字形角形板件，该半十字形角形板件也是由两块L形角形板件6通过高强螺栓10连接，槽形上约束板4两端的半十字形角形板件通过螺栓及两下铝合金板1、上铝合金板2以及矩形垫块与槽形下约束板3两端的半十字形角形板件连接，将下铝合金板1、上铝合金板2的两端部进行上下位置的固定，并使得两端部形成一个十字形状结构。

优选的，核心板侧面中部设置限位卡勾，约束板与其相对应的位置设置限位卡槽，限位卡勾伸入限位卡槽，可以避免芯板与约束板之间在反复荷载下纵向的相对运动。

优选的，所述限位卡勾为半椭圆形。

优选的，所述端部十字形是由四块L型角钢及上下两角钢之间的矩形垫块通过螺栓连接构成。

优选的，所述芯板由铝合金制成，约束板为钢材。

优选的，所述铝合金可选型号为A5083,A6061，钢材可选型号为Q345、Q235等。

优选的，所述芯板与约束板之间不使用粘结材料，主要由于芯材失稳后所需侧向支撑力较小，故芯板与约束板之间摩擦力也较小，于是构造更加简单，可不使用粘结材料。

优选的，所述芯板以及端部连接螺栓上喷涂SPUA材料或其他绝缘材料，以避免钢材与铝合金之间的电位腐蚀。

优选的，所诉芯板为两块，可以增加单个芯板过低的初始刚度，并获得更好的消能能力。

优选的，芯板耗能区采用开洞处理，以“芯板中部削弱相当于端部加强”为理念，以避免加劲肋端部芯板首先破坏。

所述屈曲约束支撑中的矩形垫块为所要连接框架的一部分，支撑端部与框架结构的连接通过高强螺栓根据常用做法完成。

本发明的有益效果：本发明描述的双铝合金板装配式屈曲约束支撑，采用上下槽钢及中部工字钢通过螺栓将芯板固定在工字钢两侧，可以提供支撑整体较大的抗弯刚度，较容易满足约束比的要求，支撑在受到往复荷载时可以快速进入塑性耗能状态，更大程度的消耗地震能量，而且核心板是由铝合金制作，在一定程度上可以减轻结构自重，该结构采用装配式，拆卸方便，便于震后更换受损部件，经济效益及社会效益突出。

附图说明

图1为支撑整体轴侧分解图

图2为支撑立体示意图

图3为支撑主视图

图4为支撑俯视图

图5为图4中沿C-C线的剖视图

图6为图4中沿D-D线的剖视图

图7为图4中沿B-B线的剖视图

图8为图3中沿A-A线的剖视图

具体实施方式

下面结合1～8，详细说明本专利的实施方式。

如图1所示，一种由双铝合金板组成的装配式屈曲约束支撑构件包括以下部分：

1—下铝合金板；

2—上铝合金板；

3—槽形下约束板；

4—槽形上约束板；

5—工字形中间约束板；

6—L形角形板；

7—矩形垫块；

8—限位卡勾；

9—限位卡槽；

10—高强度螺栓；

如图1和图2所示，本支撑包括采用铝合金所制成的下铝合金板1、上铝合金板2，平行设置在核心板1下侧和2上侧以及中间的槽形下约束板3、槽形上约束板4、工字形中间约束板5，在槽形上约束板4的左右两侧分别设置有半十字形角形板件，该半十字形角形板件是由两块L形角形板6通过高强螺栓10连接，同理，在槽形下约束板3的左右两端分别设置有半十字形角形板件，该半十字形角形板件也是由两块L形角形板件6通过高强螺栓10连接，如图6所示，槽形上约束板4两端的半十字形角形板件通过螺栓及两下铝合金板1、上铝合金板2以及矩形垫块与槽形下约束板3两端的半十字形角形板件连接，将下铝合金板1、上铝合金板2的两端部进行上下位置的固定，并使得两端部形成一个十字形状结构，以便于整个屈曲约束支撑与外部设备机构可以灵活连接；两下铝合金板1、上铝合金板2采用A5083铝合金，其他部件均采用普通钢材。

如图1至图8所示，铝合金板1、上铝合金板2被两侧的槽形下约束板3、槽形上约束板4以及工字形中间约束板5通过螺栓固定住(如图5和图7)；为了防止下铝合金板1、上铝合金板2在反复荷载下发生较大的纵向移动，在下铝合金板1、上铝合金板2两侧设置有限位卡勾8，在槽形下约束板3、槽形上约束板4、以及工字形中间约束板5的与其相对应的位置设置限位卡槽9，限位卡槽9将限位卡勾8包裹在其内(如图1和图8)。

如图8所示，限位卡勾8为半椭圆状，限位卡槽9贯穿槽形下约束板3、槽形上约束板4以及工字形中间约束板5翼缘厚度方向。

本发明所述一种双铝合金板装配式屈曲约束支撑，其工作时，在受到地震等灾害时，该支撑核心板1和2可以快速进入塑性耗能状态，防止局部发生屈曲破坏，槽形下约束板3、槽形上约束板4以及工字形中间约束板5包裹着下铝合金板1和上铝合金板2，防止核心发生整体屈曲破坏，使得槽形下约束板3、槽形上约束板4以及工字形中间约束板5只起到约束下铝合金板1、上铝合金板2横向变形的作用，并不与下铝合金板1、上铝合金板2共同承受外部传来的荷载。

在受拉过程中，下铝合金板1、上铝合金板2受拉变形，与普通支撑的力学性能基本一致，且同时通过限位卡勾8与限位卡槽9配合带动槽形下约束板3、槽形上约束板4以及工字形中间约束板5发生位移，在受压过程中，下铝合金板1、上铝合金板2受压变形，带动槽形下约束板3、槽形上约束板4以及工字形中间约束板5发生位移，由于约束板的存在，下铝合金板1、上铝合金板2只发生屈服却不发生屈曲或只发生多波小幅屈曲破坏，变形稳定，具有良好的耗能减震效果。

本发明中铝合金相对于钢材价格较贵且屈服点较低，所以只是耗能内芯采用了铝合金，因铝合金屈服点较低，无法给内芯提供较大的侧向约束力，换句话说，若支撑约束单元用铝，支撑在受力时约束单元因受到核心单元的挤压，容易发生屈服，最后结果就是支撑整体屈曲，无法耗能，而钢材价格较低，屈服点较高，所以是更好的选择。

本发明中芯板耗能区采用开洞处理，以“芯板中部削弱相当于端部加强”为理念，以避免加劲肋端部芯板首先破坏。是考虑到新型屈曲耗能支撑的滞回曲线的光滑过渡性、滞回耗能性能、小位移下屈服及应力分布特性等综合性能，用长条形开孔形式有利于实现新型屈曲耗能支撑的最佳性能。

本支撑自上向下依次为约束板-芯板-约束板-芯板-约束板，因本支撑采用了两块耗能内芯，其耗能能力在单个芯板的基础上大大加强，从另一方面说，两个内芯就像单个内芯从中间分开，因此弱向抗弯曲能力更佳，耗能效果更好；至于分层，上中约束板约束上芯板，下中约束板约束下芯板，层数是不变的。

中间矩形垫块的作用，螺栓穿过端部角钢-芯板-垫块-芯板-角钢将他们联系在一起，垫块作为两块芯板之间的媒介，使两芯板协同工作，共同承受端部荷载；另一方面，此垫块其实是框架节点的一部分，框架节点向外伸出矩形钢板(也就是这里的矩形垫块)，支撑端部与钢板用螺栓连接(螺栓穿过角钢-芯板-钢板-芯板-角钢)，使得支撑与框架的连接更容易。因垫块有较大作用，所以放入支撑中进行说明。

限位卡勾只分布在每块芯材中部的两侧，即每块芯材设置两个限位卡勾；限位卡的设置主要是让芯材与约束单元连系起来，芯材纵向移动约束单元也纵向移动(本发明中有相关解释)，卡勾主要受剪力，即约束单元的自重和支撑受力时约束单元对其的作用力，卡勾较多会影响芯板屈服受力及多波屈曲。

本发明中，铝合金相对于钢材价格较贵且屈服点较低，所以只是耗能内芯采用了铝合金，因铝合金屈服点较低，无法给内芯提供较大的侧向约束力，换句话说，若支撑约束单元用铝，支撑在受力时约束单元因受到核心单元的挤压，容易发生屈服，最后结果就是支撑整体屈曲，无法耗能，而钢材价格较低，屈服点较高，所以是更好的选择。

考虑到新型屈曲耗能支撑的滞回曲线的光滑过渡性、滞回耗能性能、小位移下屈服及应力分布特性等综合性能，用长条形开孔形式有利于实现新型屈曲耗能支撑的最佳性能。

本支撑自上向下依次为约束板-芯板-约束板-芯板-约束板，因本支撑采用了两块耗能内芯，其耗能能力在单个芯板的基础上大大加强，从另一方面说，两个内芯就像单个内芯从中间分开，因此弱向抗弯曲能力更佳，耗能效果更好；至于分层，上中约束板约束上芯板，下中约束板约束下芯板，层数是不变的。

中间矩形垫块的作用，螺栓穿过端部角钢-芯板-垫块-芯板-角钢将他们联系在一起，垫块作为两块芯板之间的媒介，使两芯板协同工作，共同承受端部荷载；另一方面，此垫块其实是框架节点的一部分，框架节点向外伸出矩形垫块，支撑端部与钢板用螺栓连接(螺栓穿过角钢-芯板-钢板-芯板-角钢)，使得支撑与框架的连接更容易。因垫块有较大作用，所以放入支撑中进行说明。

卡勾主要受剪力，即约束单元的自重和支撑受力时约束单元对其的作用力，卡勾较多会影响芯板屈服受力及多波屈曲。

应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (1)

1.一种双铝合金板装配式屈曲约束支撑，其特征在于：包括采用铝合金所制成的下铝合金板、上铝合金板，平行设置在核心板下侧和上侧以及中间的槽形下约束板、槽形上约束板、工字形中间约束板，在槽形上约束板的左右两侧分别设置有半十字形角形板件，该半十字形角形板件是由两块L形角形板通过高强螺栓连接，在槽形下约束板的左右两端分别设置有半十字形角形板件，该半十字形角形板件也是由两块L形角形板件通过高强螺栓连接，槽形上约束板两端的半十字形角形板件通过螺栓与槽形下约束板两端的半十字形角形板件连接，螺栓穿过下铝合金板、上铝合金板及矩形垫块，将下铝合金板、上铝合金板的两端部进行上下位置的固定，并使得两端部形成一个十字形状结构；所述端部十字形是由四块L型角钢及上下两角钢之间的矩形垫块通过螺栓连接构成，所述上铝合金板和下铝合金板两块芯板的耗能区采用开洞处理，所述洞为长条形，所述芯板由铝合金制成，约束板为钢材，所述铝合金型号为A5083或A6061，钢材型号为Q345或Q235，所述芯板与约束板之间不使用粘结材料，芯板以及端部连接螺栓上喷涂有SPUA材料或其他绝缘材料，以避免钢材与铝合金之间的电位腐蚀；核心板侧面中部设置限位卡勾，约束板与其相对应的位置设置限位卡槽，所述限位卡勾为半椭圆形,矩形垫块是框架节点的一部分,框架节点向外伸出矩形垫块。

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