CN109868912B - 多阶段耗能泡沫金属球复合型内板防屈曲支撑及安装方法 - Google Patents

Abstract

多阶段耗能泡沫金属球复合型内板防屈曲支撑及安装方法，复合耗能约束杆体和铰支座，铰支座包括底板与耳板；底板四周具有安装孔，通过高强螺栓与柱端预留锚件螺栓孔螺栓连接；耳板中部开有洞口，洞口直径与高强销栓直径相同；铰支座与复合耗能约束杆体两端的加载连接杆杆臂通过高强销栓连接。复合耗能约束杆体包括约束钢套筒、密封胶圈和套筒盖板；约束钢套筒形状为长方体钢套筒，筒内槽道设置有加载连接杆、泡沫金属球、记忆合金弹簧、高阻尼曲面橡胶和弧形拉伸钢板。可广泛应用于建筑房屋结构、桥梁、非结构构件、等技术领域，具有环保、耗能分布均匀、可多阶段耗能、自恢复能力强的特点。

Description

多阶段耗能泡沫金属球复合型内板防屈曲支撑及安装方法

技术领域

本发明涉及减震装置，具体涉及多阶段耗能泡沫金属球复合型内板防屈曲支撑及安装方法，属于减震装置技术领域。

背景技术

在我国34个行政区的省会城市中，至少有21个城市存在发震活断层和具有发生近场强地震的潜在危险；全国超过2000座以上城镇时刻面临灾害性地震威胁。经济高速发展对安全的需求与我国广大城市所面临的严重地震灾害威胁产生了鲜明的矛盾，尤其是最近几次我国大地震汶川地震、玉树地震、鲁甸地震更是造成了巨大的人员伤亡和财产损失使这种矛盾更加激化。

防屈曲支撑（又称屈曲约束支撑、抑制屈曲支撑、不失稳支撑等）是通过钢材的轴向拉压来消耗能量的元件。由防屈曲支撑内芯和约束部件构成，约束部件的作用为防止内芯在受压时发生整体屈曲并约束其局部屈曲，使内芯在拉力和压力作用下都能达到全截面的充分屈服。防屈曲支撑主要安装于结构振动位移较大部位，通过耗能达到减少结构位移的作用，防屈曲支撑因其优良的抗震耗能性能，使其在高地震烈度区的框架结构中得到广泛使用。

泡沫金属具有一定的强度、延展性和可加性，可作轻质结构材料。材料几乎可在恒定的应力作用下承受很大的压缩应变，故大量的能量被吸收而不致产生高的应力。

记忆合金在外力作用下会产生变形，当把外力去掉，在一定的温度条件下，能恢复原来的形状，由于它具有百万次以上的恢复功能，因此叫做"记忆合金"。此外，记忆合金还具有无磁性、耐磨耐蚀、无毒性的优点，应用十分广泛，是优质的减震材料。

目前工程中使用最为广泛是以混凝土填充，软钢芯全断面屈服耗能为代表的传统防屈曲支撑，其主要依靠拉伸或压缩内部软钢芯吸收地震能量，无法做到多级-多阶段耗能，不具备恢复变形的能力，不可维修，属于一次性使用，不符合绿色环保可持续的绿色建筑发展理念。且传统软钢类防屈曲支撑自重较大，易对建筑结构产生较大多余荷载，不利于同一栋建筑广泛使用。为了解决以往防屈曲支撑易造成环境污染、自重较大、耗能形式单一、无法多级耗能问题，本发明提供了一种多阶段耗能泡沫金属球复合型内板防屈曲支撑。

发明内容

本发明为了克服上述现有技术的不足，提供一种多阶段耗能泡沫金属球复合型内板防屈曲支撑及安装方法，可广泛应用于建筑房屋结构、桥梁、非结构构件、等技术领域，具有环保、耗能分布均匀、可多阶段耗能、自恢复能力强的特点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多阶段耗能泡沫金属球复合型内板防屈曲支撑，复合耗能约束杆体1和铰支座2，其中，复合耗能约束杆体1为截面矩形的杆件装置；铰支座2铰接于复合耗能约束杆体1的两端；铰支座2包括底板与耳板；底板四周具有安装孔，通过高强螺栓与柱端预留锚件螺栓孔螺栓连接；耳板中部开有洞口，洞口直径与高强销栓3直径相同；铰支座2与复合耗能约束杆体1两端的加载连接杆5杆臂通过高强销栓3连接；复合耗能约束杆体1包括约束钢套筒4、密封胶圈10和套筒盖板11；约束钢套筒4形状为长方体钢套筒，筒内槽道设置有加载连接杆5、泡沫金属球6、记忆合金弹簧7、高阻尼曲面橡胶8和弧形拉伸钢板9；约束钢套筒4两端筒壁内槽分别设置两个卡槽，通过卡槽插接记忆合金弹簧7固定板；约束钢套筒4两端部筒壁具有矩形凹槽，设置加载连接杆5杆臂；矩形凹槽与加载连接杆5空隙部分缠绕密封胶圈10；约束钢套筒4钢套筒四周设置螺栓安装孔12，通过螺栓安装孔12与套筒盖板11螺栓连接。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和效果：

1、本发明具有多阶段耗能效果。地震来临时，可通过连接杆拉伸或压缩弧形拉伸钢板和记忆合金弹簧进行第一级段耗能；当层间位移过大时，弧形拉伸钢板挤压高阻尼曲面橡胶和泡沫金属球行第二阶段耗能；当层间位移极大时，可通过拉断弧形拉伸钢板达到全断面屈服进行第三阶段耗能。

2、发明自恢复效果良好，采用泡沫金属球、记忆合金弹簧、高阻尼曲面橡胶、弧形拉伸钢板、均为可恢复变形材料；在防屈曲支撑吸收能量后，可恢复变形，相对于传统防屈曲支撑具有了较强的耐久性。

3、本发明耗能主材分别为阻尼橡胶、记忆合金弹簧，泡沫金属球，该类耗能材料均为轻质材料，相对于传统防屈曲支撑有效地的减轻结构自重。

4、本发明耐久性较强，泡沫金属可在恒定的应力作用下承受很大的压缩应变，故大量的能量被吸收而不致产生高的应力，对构件内部损坏较少，在地震作用后，可打开套筒盖板，更换内部损害构件，相较于传统防屈曲支撑破坏变形较大一次性使用的问题，本发明符合绿色环保可持续的建筑结构发展理念。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为多阶段耗能泡沫金属球复合型内板防屈曲支撑平面示意图；

图2为多阶段耗能泡沫金属球复合型内板防屈曲支撑剖面示意图；

图3为多阶段耗能泡沫金属球复合型内板防屈曲支撑剖面局部示意图；

图4为约束钢套筒结构示意图；

图5为约束钢套筒结构局部示意图；

图6为连接杆与弧形拉伸钢板组合结构示意图；

图7为弧形拉伸钢板结构示意图；

图8为高阻尼曲面橡胶结构示意图；

图9为连接杆结构示意图；

图10为记忆合金弹簧结构示意图；

图11为泡沫金属球结构示意图；

图12为套筒盖板结构示意图；

图13为多阶段耗能泡沫金属球复合型内板防屈曲支撑实际使用示意图。

附图标记说明：1、复合耗能约束杆体，2、铰支座，3、高强销栓，4、约束钢套筒，5、加载连接杆，6、泡沫金属球，7、记忆合金弹簧，8、高阻尼曲面橡胶，9、弧形拉伸钢板，10、密封胶圈，11、套筒盖板，12、螺栓安装孔。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明公开的示例性实施例，这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。虽然附图中显示了本发明公开的示例性实施例，然而应当理解，本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“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，而不是指示或暗示所指的装置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”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。同时，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“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，也可以是电性连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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。

一种多阶段耗能泡沫金属球复合型内板防屈曲支撑，如图1-图13所示，包括复合耗能约束杆体1和铰接于复合耗能约束杆体1两端的铰支座2；其中，复合耗能约束杆体1为截面矩形的杆件装置。

铰支座2包括底板与耳板两部分，底板四周具有安装孔，可通过高强螺栓与柱端预留锚件螺栓孔螺栓连接；耳板中部开有洞口，洞口直径与高强销栓3直径相同，铰支座2与复合耗能约束杆体1两端加载连接杆5杆臂通过高强销栓3连接；铰支座2材质为硬钢。

复合耗能约束杆体1包括：约束钢套筒4、加载连接杆5、泡沫金属球6、记忆合金弹簧7、高阻尼曲面橡胶8、弧形拉伸钢板9、密封胶圈10、套筒盖板11。

约束钢套筒4形状为长方体钢套筒，筒内槽道可设置加载连接杆5、泡沫金属球6、记忆合金弹簧7、高阻尼曲面橡胶8、弧形拉伸钢板9；约束钢套筒4两端筒壁内槽分别设置两个卡槽，可通过卡槽插接记忆合金弹簧7固定板，约束钢套筒4两端部筒壁具有矩形凹槽，用于设置加载连接杆5杆臂，凹槽截面尺寸大于加载连接杆5杆臂截面尺寸2mm，矩形凹槽与连接杆5空隙部分缠绕密封胶圈10，约束钢套筒4钢套筒四周设置螺栓安装孔12，可通过螺栓安装孔12与套筒盖板11螺栓连接。套筒盖板11为四周带有螺栓安装孔12的长方体钢板，套筒盖板11材质为硬钢，与约束钢套筒4通过螺栓安装孔12螺栓连接。

加载连接杆5包括杆臂和杆臂端部加载板，加载连接杆5杆臂截面为矩形，尺寸小于约束钢套筒4筒壁矩形凹槽尺寸2mm，矩形凹槽与连接杆5空隙部分缠绕密封胶圈10；杆臂端部设置孔洞，可通过高强销栓3与铰支座2铰接，加载连接杆5加载板与杆臂连接面两侧设置卡槽，用于插接记忆合金弹簧7端部固定板；加载板另一面与弧形拉伸钢板9端部焊接，加载板截面尺寸小于约束钢套筒4槽道截面尺寸1mm，加载连接杆5材质为硬钢。

泡沫金属球6为直径为5mm的球体，球体含有泡沫孔洞，材质为铝合金；泡沫金属球6填充于约束钢套筒4与弧形拉伸钢板9及加载连接杆5组合形成封闭区域的上部与下部。

记忆合金弹簧7为中间带有记忆合金螺旋体，两端带有固定板的组合体，固定板宽度与加载连接杆5加载板卡槽宽度相同，固定板宽度与约束钢套筒4两端筒壁卡槽宽度相同，便于插接；记忆合金螺旋体材质为TiNi基形状记忆合金，固定板材质为硬钢，记忆合金螺旋体与固定板之间采用蓄能点焊的方式焊接。

高阻尼曲面橡胶8为上下两侧均具有内曲面的橡胶块，曲面曲率与弧形拉伸钢板9曲面曲率相同，高阻尼曲面橡胶8材质为聚丙烯酸酯，高阻尼曲面橡胶8设置于弧形拉伸钢板9及加载连接杆5组合形成的封闭区域中部。

弧形拉伸钢板9为曲面钢板，曲面曲率与高阻尼曲面橡胶8相同，其高度小于约束钢套筒4高度1mm；弧形拉伸钢板9与加载连接杆5的连接处采用激光焊的形式焊接；弧形拉伸钢板9材质为软钢。

约束钢套筒4与加载连接杆5孔隙部设置密封胶圈10，增强整体密封性，密封胶圈10材质为特氟龙材料。

多阶段耗能泡沫金属球复合型内板防屈曲支撑的安装方法，如下：

步骤a、两块上下对称布置的弧形拉伸钢板9两侧端部分别与加载连接杆5加载板焊接，弧形拉伸钢板9与加载连接杆5中部区域设置高阻尼曲面橡胶8。

步骤b、两端连接杆5杆臂与约束钢套筒4端部矩形凹槽接触部分缠绕密封胶圈10，再上述组合结构设置于约束钢套筒4内槽，加载连接杆5加载板与约束钢套筒4两端筒壁内侧形成区域通过卡槽安装记忆合金弹簧7。

步骤c、泡沫金属球6填充于约束钢套筒4与弧形拉伸钢板9及加载连接杆5组合形成封闭区域的上部与下部；盖封套筒盖板11，套筒盖板11与约束钢套筒4通过螺栓安装孔12螺栓连接，复合耗能约束杆体1安装完成。

步骤d、加载连接杆5杆臂与铰支座2铰接，通过铰支座2安装于整体结构具有较大变形空间部位。

尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (2)

1.一种多阶段耗能泡沫金属球复合型内板防屈曲支撑，其特征在于，复合耗能约束杆体(1)和铰支座(2)，其中，复合耗能约束杆体(1)为截面矩形的杆件装置；铰支座(2)铰接于复合耗能约束杆体(1)的两端；

铰支座(2)包括底板与耳板；底板四周具有安装孔，通过高强螺栓与柱端预留锚件螺栓孔螺栓连接；耳板中部开有洞口，洞口直径与高强销栓(3)直径相同；铰支座(2)与复合耗能约束杆体(1)两端的加载连接杆(5)杆臂通过高强销栓(3)连接；

复合耗能约束杆体(1)包括约束钢套筒(4)、密封胶圈(10)和套筒盖板(11)；约束钢套筒(4)形状为长方体钢套筒，筒内槽道设置有加载连接杆(5)、泡沫金属球(6)、记忆合金弹簧(7)、高阻尼曲面橡胶(8)和弧形拉伸钢板(9)；

约束钢套筒(4)两端筒壁内槽分别设置两个卡槽，通过卡槽插接记忆合金弹簧(7)固定板；约束钢套筒(4)两端部筒壁具有矩形凹槽，设置加载连接杆(5)杆臂；矩形凹槽与加载连接杆(5)空隙部分缠绕密封胶圈(10)；约束钢套筒(4)钢套筒四周设置螺栓安装孔(12)，通过螺栓安装孔(12)与套筒盖板(11)螺栓连接；

加载连接杆(5)包括杆臂和杆臂端部；加载连接杆(5)杆臂截面为矩形，矩形凹槽与加载连接杆(5)空隙部分缠绕密封胶圈(10)；杆臂端部设置孔洞，通过高强销栓(3)与铰支座(2)铰接，加载连接杆(5)两侧设置卡槽，插接记忆合金弹簧(7)端部固定板；杆臂端部另一面与弧形拉伸钢板(9)端部焊接；

泡沫金属球(6)为球体，含有泡沫孔洞；泡沫金属球(6)填充于约束钢套筒(4)与弧形拉伸钢板(9)及加载连接杆(5)组合形成封闭区域的上部与下部；

记忆合金弹簧(7)为中间带有记忆合金螺旋体，两端带有固定板的组合体；记忆合金螺旋体材质为TiNi基形状记忆合金；记忆合金螺旋体与固定板之间采用蓄能点焊的方式焊接；

高阻尼曲面橡胶(8)为上下两侧均具有内曲面的橡胶块，曲面曲率与弧形拉伸钢板(9)曲面曲率相同，高阻尼曲面橡胶(8)设置于弧形拉伸钢板(9)及加载连接杆(5)组合形成的封闭区域中部；

弧形拉伸钢板(9)为曲面钢板，曲面曲率与高阻尼曲面橡胶(8)相同；弧形拉伸钢板(9)与加载连接杆(5)的连接处采用激光焊的形式焊接；

套筒盖板(11)为四周带有螺栓安装孔(12)的长方体钢板，与约束钢套筒(4)通过螺栓安装孔(12)螺栓连接。

2.多阶段耗能泡沫金属球复合型内板防屈曲支撑的安装方法，其特征在于：如下：

步骤a、两块上下对称布置的弧形拉伸钢板(9)两侧端部分别与加载连接杆(5)的连接处焊接，弧形拉伸钢板(9)与加载连接杆(5)中部区域设置高阻尼曲面橡胶(8)；

步骤b、两端连接杆(5)杆臂与约束钢套筒(4)端部矩形凹槽接触部分缠绕密封胶圈(10)，再上述组合结构设置于约束钢套筒(4)内槽，加载连接杆(5)加载板与约束钢套筒(4)两端筒壁内侧形成区域通过卡槽安装记忆合金弹簧(7)；

步骤c、泡沫金属球(6)填充于约束钢套筒(4)与弧形拉伸钢板(9)及加载连接杆(5)组合形成封闭区域的上部与下部；盖封套筒盖板(11)，套筒盖板(11)与约束钢套筒(4)通过螺栓安装孔(12)螺栓连接，复合耗能约束杆体(1)安装完成；

步骤d、加载连接杆(5)杆臂与铰支座(2)铰接，通过铰支座(2)安装于整体结构具有较大变形空间部位。

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