CN108999307B - 一种可调节刚度多阶耗能减震构件 - Google Patents

一种可调节刚度多阶耗能减震构件 Download PDF

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Abstract

本发明的一种可调节刚度多阶耗能减震构件，金属耗能板通过金属耗能板连接板与芯板固定连接，金属耗能板与外套筒固定相连；芯板与金属耗能板连接板之间设置有间隙；顶板分别与芯板和外套筒连接板连接；外套筒连接板设置有限位孔，外套筒外侧面上部固定有限位块，限位块位于限位孔内，且限位块的长度小于限位孔的长度，在减震构件不受外力时限位块悬空在限位孔内，而在外力作用下外套筒连接板沿限位块上下移动，限位孔的最大幅值等于芯板受力失效时的正负位移幅值。本发明的可调节刚度多阶耗能减震构件在地震的全过程中参与耗能减震并提供刚度，提高构件耗能效率。实现“小震、中震、大震”所对应的“不坏、可修、不倒”的设防目标。

Description

一种可调节刚度多阶耗能减震构件
技术领域
本发明涉及建筑结构消能减震技术领域，尤其涉及到一种可调节刚度多阶耗能减震构件。
背景技术
我国是地震多发国家，位于环太平洋火山地震带和喜马拉雅火山地震带上。近年来，玉树和汶川地震等造成了大量人员伤亡和经济损失。另一方面随着经济水平的快速发展，尤其是土地集约化要求和城市化发展，促进了高层和超高层建筑物大量建设，人们对结构抗震水平要求也越来越高。
传统屈曲约束支撑通过对普通钢支撑采取约束措施，避免芯板受压屈曲，是一种耗能效率很高的结构构件；同时屈曲约束支撑在压力和拉力作用下均屈服，且滞回曲线饱满，是性能优越的耗能减震器。
但是目前传统屈曲约束支撑也存在着不足，随着高层或超高层建筑物的高度增加，风荷载和地震的作用力已不可忽视。因此，需要针对风荷载和地震两种不同振动源安装单独的减震装置。造成了建筑物空间浪费且经济性较低。而且传统屈曲约束支撑在小震和风荷载作用时，位移幅值相对较小，芯板不易屈服，耗能效果差；大震时，由于地震过程会随机产生瞬时较大加速度和位移幅值，超过了屈曲约束支撑设计值而使屈曲约束芯板受损伤，导致屈曲约束支撑后期耗能效果差甚至破坏失效。基于以上问题，本发明提出一种可调节刚度的多阶耗能减震构新型构件。
发明内容
本发明的目的是提供一种可调节刚度多阶耗能减震构件，以解决单独的减震构件不能同时兼顾风荷载、小震和大震耗能的问题。
为了实现上述目的，本发明提供的一种可调节刚度多阶耗能减震构件，包括芯板、顶板、外套筒、金属耗能板、金属耗能板连接板、外套筒连接板和限位块；外套筒的横截面为矩形，所述外套筒的一对相对面向外延伸形成延伸面；所述外套筒套设在所述芯板外侧，所述金属耗能板为哑铃型，两个金属耗能板通过所述金属耗能板连接板连接，所述金属耗能板的延伸方向平行于所述外套筒的另一对相对面，所述金属耗能板与所述外套筒的延伸面固定相连，所述金属耗能板和与其平行的外套筒侧面之间设置间隙；所述金属耗能板通过所述金属耗能板连接板与所述芯板固定连接；所述芯板与所述金属耗能板连接板之间设置有间隙；所述顶板分别与所述芯板和所述外套筒连接板连接；所述外套筒连接板设置有限位孔，所述外套筒外侧面上部固定有所述限位块，所述限位块位于所述限位孔内，且所述限位块的长度小于所述限位孔的长度，在不受外力时所述限位块悬空在所述限位孔内，而在外力作用下所述外套筒连接板沿所述限位块上下移动，所述限位孔的最大幅值等于芯板受力失效时的正负位移幅值。
进一步的，所述外套筒上部翼缘处设置有限位块盖板，所述限位块盖板用于防止外套筒连接板面外失稳和面外滑移。
进一步的，所述外套筒连接板与限位块盖板以及外套筒之间留有空隙，所述空隙用于实现所述外套筒连接板在竖直方向的移动。
进一步的，所述限位块盖板、所述外套筒连接板和所述外套筒之间相对的部分设置防腐润滑油脂涂层。
进一步的，所述外套筒连接板与所述芯板之间设置间距。
进一步的，所述外套筒连接板与所述芯板之间的间距设置为0.8-12mm。
进一步的，所述芯板表面与所述外套筒内侧涂抹有无粘结材料，所述芯板和所诉外套筒之间填充填充材料。
进一步的，所述无粘结材料为防腐润滑油脂，所述填充材料为混凝土。
进一步的，还包括底板，所述底板分别与所述外套筒的底部和所述芯板的底部刚性连接。
进一步的，所述外套筒与所述限位块盖板通过焊接或者螺栓连接；所述外套筒和所述金属耗能板通过焊接或者螺栓连接；所述金属耗能板和所述金属耗能板连接板通过焊接或者螺栓连接。
本发明具有如下有益效果：
(1)小震时，可调节刚度多阶耗能减震构件通过两侧的金属耗能板与芯板并联，金属耗能板先于芯板屈服耗能。后期随着地震作用加大，构件变形增加，芯板也进入耗能状态。大震时，芯板与外套筒并联，外套筒为建筑结构提供刚度的同时也保护芯板避免受拉压损伤破坏，从而保证芯板在地震时具有稳定的耗能减震能力；从而可调节刚度多阶耗能减震构件在地震的全过程中参与耗能减震并提供刚度，提高构件耗能效率。实现“小震、中震、大震”所对应的“不坏、可修、不倒”的设防目标。
(2)本发明的可调节刚度多阶耗能减震构件，地震耗能性能相比于传统屈曲约束支撑更加稳定，尤其是大震时，不但可以保护屈曲约束支撑芯板免于损伤，还可以通过外套筒的截面设计调节刚度，实现“大震不倒”的设防目标。其抗震性能适用范围广，提高了耗能减震构件的适用性。
(3)本发明的可调节刚度多阶耗能减震构件，同时兼顾风荷载、小震和大震耗能的问题，节省了建筑物空间。使外套筒在一定条件下提供刚度，节省材料的同时也提高了构件耗能效率，提高了耗能减震构件的经济性。
附图说明
图1为本发明的可调节刚度多阶耗能减震构件的立体结构示意图；
图2为本发明的可调节刚度多阶耗能减震构件的无顶板的结构示意图；
图3为本发明的限位块盖板、外套筒连接板、限位块和外套筒的连接关系图；
图4为本发明的金属耗能板与芯板的并联连接图。
其中：
1、芯板；2、外套筒；3、金属耗能板；4、金属耗能板连接板；5、外套筒连接板；6、限位块；7、限位块盖板；9、底板；10、顶板。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明做进一步说明，以助于理解本发明的内容。
如图1-4所示，本发明提供的一种可调节刚度多阶耗能减震构件，包括芯板1、顶板10、外套筒2、金属耗能板3、金属耗能板连接板4、外套筒连接板5和限位块6；外套筒2的横截面为矩形，所述外套筒2的一对相对面向外延伸形成延伸面；所述外套筒2套设在所述芯板1外侧，所述金属耗能板3为哑铃型，两个金属耗能板3通过所述金属耗能板连接板4连接，所述金属耗能板3的延伸方向平行于所述外套筒2的另一对相对面，所述金属耗能板3与所述外套筒2的延伸面固定相连，所述金属耗能板3和与其平行的外套筒2侧面之间设置间隙；所述金属耗能板3通过所述金属耗能板连接板4与所述芯板1固定连接；其中，金属耗能板3与外套筒2通过螺栓连接，金属耗能板3与金属耗能板连接板4也通过螺栓连接，方便定期检测或者使用损坏后进行更换，从而提高整体构件使用的经济性，其余连接为焊接。
所述芯板1与所述金属耗能板连接板4之间设置有间隙；用于实现芯板1与金属耗能板3的并联。
所述顶板10分别与所述芯板1和所述外套筒连接板5焊接；底板9分别与所述外套筒2的底部和所述芯板1的底部焊接。
所述外套筒连接板5设置有限位孔，所述外套筒2外侧面上部固定有所述限位块6，所述限位块6位于所述限位孔内，且所述限位块6的长度小于所述限位孔的长度，在不受外力时所述限位块6悬空在所述限位孔内，而在外力作用下所述外套筒连接板5沿所述限位块6上下移动，所述限位孔的最大幅值等于芯板1受力失效时的正负位移幅值。
这是为了保护芯板1避免受力过大而失效。从而实现外套筒2作为芯板1“保险丝”的功能。确保芯板1失效时构件还能为建筑物提供刚度，确保实现“大震不倒”的设防目标。
所述外套筒2上部翼缘处设置有限位块盖板7，所述限位块盖板7用于防止外套筒连接板5面外失稳和面外滑移。
所述外套筒连接板5与限位块盖板7以及外套筒2之间留有空隙，所述限位块盖板7、所述外套筒连接板5和所述外套筒2之间相对的部分设置防腐润滑油脂涂层。以便于芯板1拉压耗能时，外套筒连接板5在竖直方向上下自由运动，一旦幅值超过限位孔设置的幅值(即芯板1拉压耗能时设计的最大位移幅值)时，实现并联连接形式。
在设计金属耗能板连接板4尺寸时，以金属耗能板3的极限承载力为依据，确保金属耗能板3处于极限荷载作用下时，外套筒连接板5依然处于弹性状态，由于外套筒2的长细比较大，受拉压作用时，容易失稳破坏，所以设计时，必须刚度足够大；另外，在构造设计时，由于考虑到芯板1在端部处的刚度，所以所述外套筒连接板5与所述芯板1之间设置1mm的间距，即实现了芯板1与金属耗能板3之间的并联要求，同时由于间距较小，也能给彼此提供刚度，具体应用时可根据实际需要进行刚度分配，分配间隙形状不限于1mm的直线，可以选择曲线或更小间隙，以刚度分配合理为标准
外套筒连接板5与顶板10焊接，在设计外套筒连接板5尺寸时，与外套筒2通过限位块6连接，并通过限位块盖板7固定，外套筒连接板5的尺寸设计以构件极限承载力为依据，当构件尤其是外套筒2受力时，为了防止荷载作用下，薄弱位置发生在外套筒2与顶板10连接处的外套筒连接板5上，所以对外套筒连接板5可进行适当的强化设计，设计时要进行强度、刚度、稳定性的验算。所述芯板1表面与所述外套筒2内侧涂抹有无粘结材料-防腐润滑油脂，所述芯板1和所诉外套筒2之间填充填充材料-混凝土。
根据实际应用的需要，验算风荷载和小震荷载，确保金属耗能板3的数量满足实际应用的需要，金属耗能钢板可以选择设计尺寸小但数量较多，同时也可以选择数量较少而尺寸较大，同时也可以选择多个金属耗能板连接板4，只要进行合理的尺寸布置、满足设计要求即可。风荷载或小震作用下，金属耗能板3在极小的位移幅值下屈服耗能，进入工作状态，随着地震加速度的变大，建筑物的受荷载作用力也变大，此时芯板1亦屈服耗能，进入工作状态。如果发生大震时，与芯板1并联的外套筒2也进入受力状态。
本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可调节刚度多阶耗能减震构件，其特征在于：包括芯板、顶板、外套筒、金属耗能板、金属耗能板连接板、外套筒连接板和限位块；
外套筒的横截面为矩形，所述外套筒的一对相对面向外延伸形成延伸面；所述外套筒套设在所述芯板外侧，所述金属耗能板为哑铃型，两个金属耗能板通过所述金属耗能板连接板连接，所述金属耗能板的延伸方向平行于所述外套筒的另一对相对面，所述金属耗能板与所述外套筒的延伸面相连，所述金属耗能板和与其平行的外套筒侧面之间设置间隙；所述金属耗能板通过所述金属耗能板连接板与所述芯板固定连接，所述芯板与所述金属耗能板连接板之间设置有间隙；
所述顶板分别与所述芯板和所述外套筒连接板连接；
所述外套筒连接板设置有限位孔，所述外套筒外侧面上部固定有所述限位块，所述限位块位于所述限位孔内，且所述限位块的长度小于所述限位孔的长度，在不受外力时所述限位块悬空在所述限位孔内，而在外力作用下所述外套筒连接板沿所述限位块上下移动，所述限位孔的最大幅值等于芯板受力失效时的正负位移幅值。
2.根据权利要求1所述的可调节刚度多阶耗能减震构件，其特征在于：所述外套筒上部翼缘处设置有限位块盖板，所述限位块盖板用于防止外套筒连接板面外失稳和面外滑移。
3.根据权利要求2所述的可调节刚度多阶耗能减震构件，其特征在于：所述外套筒连接板与限位块盖板以及外套筒之间留有空隙，所述空隙用于实现所述外套筒连接板在竖直方向的移动。
4.根据权利要求3所述的可调节刚度多阶耗能减震构件，其特征在于：所述限位块盖板、所述外套筒连接板和所述外套筒之间相对的部分设置防腐润滑油脂涂层。
5.根据权利要求4所述的可调节刚度多阶耗能减震构件，其特征在于：所述外套筒连接板与所述芯板之间设置间距。
6.根据权利要求5所述的可调节刚度多阶耗能减震构件，其特征在于：所述外套筒连接板与所述芯板之间的间距设置为0.8-12mm。
7.根据权利要求6所述的可调节刚度多阶耗能减震构件，其特征在于：所述芯板表面与所述外套筒内侧涂抹有无粘结材料，所述芯板和所诉外套筒之间填充填充材料。
8.根据权利要求7所述的可调节刚度多阶耗能减震构件，其特征在于：所述无粘结材料为防腐润滑油脂，所述填充材料为混凝土。
9.根据权利要求8所述的可调节刚度多阶耗能减震构件，其特征在于：还包括底板，所述底板分别与所述外套筒的底部和所述芯板的底部刚性连接。
10.根据权利要求9所述的可调节刚度多阶耗能减震构件，其特征在于：所述外套筒与所述限位块盖板通过焊接或者螺栓连接；所述外套筒和所述金属耗能板通过焊接或者螺栓连接；所述金属耗能板和所述金属耗能板连接板通过焊接或者螺栓连接。
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