CN108999455B - 一种易复位高耗能屈曲约束支撑 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种易复位高耗能屈曲约束支撑，它解决了现有技术中单一材料的防屈曲支撑残余变形较大、耗能较小的问题，具有在地震作用中能耗散大部分能量，且在震后能恢复大部分残余变形的效果；其技术方案为：包括自复位耗能机构和外壳机构，所述自复位耗能机构在外界拉力或压力作用下可在外壳机构内滑动；其中，自复位耗能机构包括两个不同材质的芯板，两个芯板的端部之间设置垫板；所述两个芯板协同作用，减少水平位移，以减小震时各层间位移加速度；所述外壳机构包括多个连接于芯板中部并对其形成约束的套筒。
Description
技术领域
本发明涉及建筑钢结构领域，尤其涉及一种易复位高耗能屈曲约束支撑。
背景技术
支撑体系是钢框架结构中的基本体系之一。地震作用下，钢支撑承担了一大部分的水平剪力，以减少整体结构的水平位移。普通的支撑受压会产生屈曲现象，当支撑受压屈曲后，刚度和承载力急剧降低，在地震作用下，支撑的内力在受压和受拉两种状态下往复变化。当支撑由压曲状态逐渐变至受拉状态时，支撑的内力以及刚度接近为零。因而普通支撑在反复荷载作用下滞回性能较差。
所以为解决普通支撑受压屈曲以及滞回性能差的问题，采用防屈曲支撑。防屈曲支撑是钢结构中的抗侧力耗能减震的装置，在中震或者大震作用下，这个构件在受拉受压下均能实现屈服，而不会在受压情况下发生整体或局部屈曲破坏。防屈曲支撑一方面可以避免普通支撑拉压承载力差异显著的缺陷，另一方面具有金属阻尼器的耗能能力，可以在结构中充当“保险丝”，使得主体结构基本处于弹性范围内。因而，防屈曲约束支撑可以全面的提高传统的支撑框架在中震和大震作用下的抗震性能。
然而，防屈曲支撑在地震后具有较大的残余变形，整体结构的残余变形也较大，所以在震后需要整体更换，难度大而且成本较高。而形状记忆合金分为丝材、棒材和板材。丝材需要多根整合，工艺比较复杂，棒材的锚固段需要特殊设计以保证不被破坏。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种易复位高耗能屈曲约束支撑，采用钢板与形状记忆合金板协同作用，在地震作用中能耗散大部分能量，且在震后能恢复大部分残余变形。
本发明采用下述技术方案：
一种易复位高耗能屈曲约束支撑，包括自复位耗能机构和外壳机构，所述自复位耗能机构在外界拉力或压力作用下可在外壳机构内滑动；
其中，自复位耗能机构包括两个不同材质的芯板，两个芯板的端部之间设置垫板；所述两个芯板协同作用，减少水平位移，以减小震时各层间位移加速度；所述外壳机构包括多个连接于芯板中部并对其形成约束的套筒。
进一步的，所述自复位耗能机构包括钢芯板和形状记忆合金芯板，钢芯板和形状记忆合金芯板分别包括中部的削弱区、两端的锚固区和连接削弱区与锚固区的过渡区。
进一步的，所述锚固区的宽度大于削弱区宽度。
进一步的，所述钢芯板和形状记忆合金芯板的削弱区之间及外侧均设置套筒。
进一步的，所述套筒侧面开设有与削弱区形状相适配的长槽，且所述长槽与侧壁与削弱区外壁留有间隙。
进一步的，所述间隙内部填充无粘结材料。
进一步的，所述锚固区、垫板均开设若干长槽孔，钢芯板、形状记忆合金芯板与垫板通过螺栓连接。
进一步的，所述套筒之间通过螺栓将芯板固定。
进一步的，所述垫板为钢垫板。
进一步的，所述套筒为钢套筒。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明采用SMA材料和钢板的结合作为核心受力构件，作为支撑能达到易复位并且高耗能的效果，并且通过控制各自的板厚来控制各自作用的比例，实现效果可控；
(2)本发明在正常环境温度条件下有良好的自复位能力，并且在大变形之后不会失去初始刚度，既能耗散大部分能量，保护整体结构，又能震后有较小的残余变形；
(3)本发明的两种材料均采用板材，SMA采用板材比棒材和丝材好，采用板材便于锚固，震后便于修复和更换，降低成本；
(4)本发明在地震作用后，若发生破坏，可只更换起耗能作用的自复位耗能系统中的芯板进行修复，以减少震后施工工期，降低震后修复成本。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明的装配图；
图2为本发明的爆炸图；
图3为本发明的自复位耗能机构结构示意图；
图4为本发明的外壳机构结构示意图；
其中，1、钢芯板，101、削弱区，102、锚固区，103、过渡区；2、形状记忆合金芯板，201、削弱区，202、锚固区，203、过渡区；3、垫板，4、垫板，5、套筒，6、套筒，7、套筒。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有技术中单一材料的防屈曲支撑存在残余变形较大、耗能较小的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种易复位高耗能屈曲约束支撑。
本申请的一种典型的实施方式中，如图1-图4所示，提供了一种易复位高耗能屈曲约束支撑，包括自复位耗能机构和外壳机构，所述自复位耗能机构在外界拉力或压力作用下可在外壳机构内滑动。
所述自复位耗能机构包括钢芯板1、形状记忆合金芯板2和垫板3(4)，采用形状记忆合金材料和钢的结合作为核心受力构件，作为支撑能达到易复位并且高耗能的效果。
外壳机构包括三个套筒，即套筒5、套筒6和套筒7，三者厚度相同，对自复位耗能机构形成约束。
钢芯板1和形状记忆合金芯板2的结构相同，均呈长条状，且分别包括锚固区102(202)、过渡区103(203)和削弱区101(201)，削弱区101(201)位于中间位置，其两端分别通过过渡区103(203)连接锚固区102(202)。
所述锚固区102(202)的宽度大于削弱区101(201)宽度，过渡区103(203)的边缘呈弧形。
所述削弱区101(201)可以为长方体、圆柱体或其他形状。
垫板3(4)设置于钢芯板1和形状记忆合金芯板2的锚固区102(202)之间，垫板3(4)形状与锚固区102(202)形状相适配；垫板3(4)、钢芯板1和形状记忆合金芯板2的连接应保证在受力状况下不发生相对位移。
优选地，所述垫板3(4)为钢垫板。
所述垫板3(4)和锚固区102(202)对应位置开设若干排、若干列的长槽孔，通过长槽孔中穿过螺栓，将垫板3(4)与钢芯板1、形状记忆合金芯板2锚固。
优选地，长槽孔的布置为双排双列。
钢芯板1、形状记忆合金芯板2之间以及钢芯板1、形状记忆合金芯板2的外侧均设置套筒。
钢芯板1、形状记忆合金芯板2之间的套筒6的两侧沿长度方向开设长槽，钢芯板外侧的套筒5靠近钢芯板1一侧开设长槽，形状记忆合金芯板2的套筒7靠近形状记忆合金芯板2一侧开设长槽。
所述长槽的形状与削弱区101(201)相适配，长槽的两侧分别设置一列长槽孔，通过在长槽孔中穿入螺栓将钢芯板1与形状记忆合金芯板2固定。
所述长槽的两侧壁分别与钢芯板1、形状记忆合金芯板2的削弱区101(201)外侧壁(沿宽度方向的侧壁)之间留有1-2mm的间隙。
所述间隙内部填充无粘结材料，无粘结材料可以为环氧树脂、橡胶层、锂基脂、软玻璃、沙子等，同时填充不应太密实。
优选地，所述套筒5/6/7为钢套筒。
由于在中震或者大震作用下，钢的滞回性能是耗散的能量比较多，但残余变形比较大，而SMA(形状记忆合金)材料的滞回性能是耗散的能量相对较少，但残余变形比较小，而在抗震所需的防屈曲支撑中，理想需求是在震后耗散的能量比较多而且残余变形较小；因此，本申请将这两者的性能结合，以达到需要的效果。
通过控制两个芯板的厚度来控制各自的滞回性能，从而控制滞回性能叠加后的结果；使钢芯板、形状记忆合金芯板能承担大部分水平剪力，减少整体结构的水平位移，并且能耗散一大部分能量，从而减小了震时结构的层间位移加速度，保护整体结构。
同时，在地震作用后，本申请若发生破坏，可只更换起耗能作用的自复位耗能系统中的芯板来修复，以减少震后施工工期，降低震后修复成本。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种易复位高耗能屈曲约束支撑，其特征在于，包括自复位耗能机构和外壳机构，所述自复位耗能机构在外界拉力或压力作用下可在外壳机构内滑动；
其中，自复位耗能机构包括两个不同材质的芯板，两个芯板的端部之间设置垫板；所述两个芯板协同作用，减少水平位移，以减小震时各层间位移加速度；所述自复位耗能机构包括钢芯板和形状记忆合金芯板，采用SMA材料和钢板的结合作为核心受力构件，所述外壳机构包括多个连接于芯板中部并对其形成约束的套筒；
所述钢芯板和形状记忆合金芯板包括两端的锚固区，所述锚固区开设若干长槽孔，钢芯板、形状记忆合金芯板通过螺栓连接。
2.根据权利要求1所述的一种易复位高耗能屈曲约束支撑，其特征在于，所述钢芯板和形状记忆合金芯板分别包括中部的削弱区和连接削弱区与锚固区的过渡区。
3.根据权利要求2所述的一种易复位高耗能屈曲约束支撑，其特征在于，所述锚固区的宽度大于削弱区宽度。
4.根据权利要求1所述的一种易复位高耗能屈曲约束支撑，其特征在于，所述钢芯板和形状记忆合金芯板的削弱区之间及外侧均设置套筒。
5.根据权利要求4所述的一种易复位高耗能屈曲约束支撑，其特征在于，所述套筒侧面开设有与削弱区形状相适配的长槽，且所述长槽与侧壁与削弱区外壁留有间隙。
6.根据权利要求5所述的一种易复位高耗能屈曲约束支撑，其特征在于，所述间隙内部填充无粘结材料。
7.根据权利要求2所述的一种易复位高耗能屈曲约束支撑，其特征在于，所述垫板开设若干长槽孔，钢芯板、形状记忆合金芯板与垫板通过螺栓连接。
8.根据权利要求1所述的一种易复位高耗能屈曲约束支撑，其特征在于，所述套筒之间通过螺栓将芯板固定。
9.根据权利要求1所述的一种易复位高耗能屈曲约束支撑，其特征在于，所述垫板为钢垫板。
10.根据权利要求1所述的一种易复位高耗能屈曲约束支撑，其特征在于，所述套筒为钢套筒。
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