CN110528946B - 基于蝶形弹簧的双重管约束型自复位防屈曲支撑装置 - Google Patents

基于蝶形弹簧的双重管约束型自复位防屈曲支撑装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了基于蝶形弹簧的双重管约束型自复位防屈曲支撑装置，包括内约束管、外约束管、核心耗能管、两个导管、两个定位板、两个内端板、两个外端板、两个定位端板、两个连接端板、两组蝶形弹簧；所述定位板的一端分别插入所述内约束钢管的两端口，所述定位板及内约束钢管均插入所述核心耗能钢管的内部，所述核心耗能钢管的两端及两个所述的定位板远离所述内约束钢管的端口均各固定连接有所述定位端板。上述的基于蝶形弹簧的双重管约束型自复位防屈曲支撑装置，自复位恢复力由通过串并联在一起的蝶形弹簧提供，蝶形弹簧力学性能稳定，可保证在使用过程中支撑弹性恢复力与设计水平相当，且不存在应力损失，从而使支撑具有稳定的自复位能力。

Description

基于蝶形弹簧的双重管约束型自复位防屈曲支撑装置
技术领域
本发明涉及耗能支撑领域，具体是指一种基于蝶形弹簧的防屈曲支撑装置及其制作方法。
背景技术
随着时代发展的需求，我国土木结构工程正面临一系列严峻的挑战。一方面，由于地震作用的不确定性和复杂性，结构可能遭受大于设防烈度的地震作用而使结构构件发生严重损坏；另一方面，即使结构在遭受设防烈度的地震后没有发生倒塌，但部分特殊构件破坏严重无法加固修复，导致结构只能被推倒重建，造成巨大浪费。
可恢复功能结构为上述问题提供了有效解决途径。可恢复功能结构是一种新型的减震控制结构，主要包括可更换结构构件、摇摆结构以及自复位结构等。为实现这一结构体系，自复位构件成为可恢复功能结构研究的重点之一。
自复位防屈曲支撑以其良好的耗能能力和自复位能力，得到了国内外学者的大量研究，但也存在一些明显的不足。首先，现有自复位防屈曲支撑的主要形式之一是将混凝土约束耗能内芯与无粘结预应力筋相结合，该种支撑重量大，不便于安装；预应力筋无法充分发挥其性能，导致支撑性能不稳定，拉压滞回不对称，耗能能力降低；存在预应力损失，导致支撑在使用中的性能与设计性能差异明显。其次，方形套管约束的防屈曲支撑构件存在明显的强弱轴，考虑到地震的随机性，可能导致支撑在地震作用下沿弱轴屈曲失稳；而现有的圆形钢管约束防屈曲支撑需要在端部设置多处焊缝，难于施工。最后，密实性对混凝土填充式防屈曲支撑的承载力、屈曲模态影响较大，制作不当，将严重影响支撑的耗能能力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于蝶形弹簧的双重管约束型自复位防屈曲支撑装置，解决背景技术中记载的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了基于蝶形弹簧的双重管约束型自复位防屈曲支撑装置，包括内约束管、外约束管、核心耗能管、两个导管、两个定位板、两个内端板、两个外端板、两个连接端板、两组蝶形弹簧和两个定位端板；
所述两个定位板的一端分别插入所述内约束管的两端口，其中一个定位板与内约束管的内壁焊接连接，另一个定位板与内约束管的内壁间隔一定距离；所述定位板及内约束管均插入所述核心耗能管的内部，所述核心耗能管的两端及两个所述的定位板远离所述内约束管的端口均各固定连接有所述定位端板；
所述两个导管的一端分别插入所述两组蝶形弹簧中；所述导管的长度长于所述蝶形弹簧；所述导管的一端固定连接所述定位端板背向所述核心耗能管的一面；所述内端板设置有第一让位孔，所述导管远离所述内端板的一端穿过所述第一让位孔，使所述内端板抵接所述蝶形弹簧远离所述内端板的一端；
所述导管、蝶形弹簧、辅助板、内端板、定位板、内约束管及核心耗能管均插入所述外约束管内；所述导管远离所述内端板的一端伸出所述外约束管的端口；
所述两个外端板均设置有第二让位孔，所述导管远离所述内端板的一端穿过所述外端板的第二让位孔，所述外约束管的两端固定连接于所述外端板上；所述外端板上设置有螺孔，通过调节螺栓杆拧进所述螺孔的深度来调节预压力，所述螺栓杆的一端顶抵所述内端板；所述导管远离所述内端板的一端固定连接所述连接端板。
在一较佳实施例中：所述外约束管的内直径与所述内端板的直径之差小于所述外约束管的内直径与所述核心耗能管的外直径之差。
在一较佳实施例中：所述定位板与核心耗能管通过焊接固定于所述定位端板上；所述导管通过焊接固定于所述定位端板上；所述导管通过焊接固定所述连接端板。
在一较佳实施例中：所述核心耗能管、内约束管、外约束管均为圆形管。
在一较佳实施例中：所述定位板具体为十字形定位板，所述连接端板具体为十字形连接板。
相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：
1.本发明提供的基于蝶形弹簧的双重管约束型自复位防屈曲支撑装置，自复位恢复力由通过串并联在一起的蝶形弹簧提供，蝶形弹簧力学性能稳定，可保证在使用过程中支撑弹性恢复力与设计水平相当，且不存在应力损失，从而使支撑具有稳定的自复位能力。
2.本发明提供的基于蝶形弹簧的双重管约束型自复位防屈曲支撑装置，三重圆形钢管组合构件的横截面过形心各轴具有相同的惯性矩和转动惯量，不存在强弱轴，从而避免了在随机地震作用下支撑沿弱轴失稳的风险。
3.本发明提供的基于蝶形弹簧的双重管约束型自复位防屈曲支撑装置，为全钢自复位防屈曲支撑，约束构件由两个具有较高约束强度的圆形钢管组成，不需填充混凝土，不存在混凝土密实性不足带来的不利影响，具有自重轻、便于施工现场吊装，可实现构件轻质化，特别适用于结构抗震加固中。
4.本发明提供的基于蝶形弹簧的双重管约束型自复位防屈曲支撑装置，预压力即使在有加工误差时依然精确可控，且支撑两侧蝶形弹簧处于相同的预压水平，可保证在支撑受压时也具有自复位能力，从而保障支撑拉压滞回曲线对称，使支撑受力性能稳定发挥。
附图说明
图1为本发明优选实施例中基于蝶形弹簧的防屈曲支撑装置的整体结构正视图；
图2为本发明优选实施例中基于蝶形弹簧的防屈曲支撑装置的整体结构正视图局部放大示意图(一)；
图3为本发明优选实施例中基于蝶形弹簧的防屈曲支撑装置的整体结构正视图局部放大示意图(二)；
图4为本发明优选实施例中基于蝶形弹簧的防屈曲支撑装置的整体结构视角A-A剖面图；
图5为本发明优选实施例中基于蝶形弹簧的防屈曲支撑装置的整体结构视角B-B剖面图；
图6为本发明优选实施例中基于蝶形弹簧的防屈曲支撑装置的整体结构视角C-C剖面图。
具体实施方式
下文结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
一种基于蝶形弹簧的双重管约束型自复位防屈曲支撑装置，参考图1至6，包括内约束钢管1、外约束钢管2、核心耗能钢管3、两个导管6、两个定位板4、两个定位端板5、两个外端板8、两个内端板7、两个连接端板10、两组蝶形弹簧11；
具体来说，所述定位板4的一端分别插入所述内约束钢管1的两端口，其中一个定位板4与内约束钢管1的内壁焊接连接，另一个定位板与内约束钢管1的内壁间隔一定距离；所述定位板4及内约束钢管1均插入所述核心耗能钢管3的内部，所述核心耗能钢管3的两端及两个所述的定位板4远离所述内约束钢管1的端口均各固定连接有所述定位端板5；所述导管6的一端分别插入所述蝶形弹簧11中；所述导管6的长度长于所述蝶形弹簧11；所述导管6一端固定连接所述定位端板5背向所述核心耗能钢管3的一面；所述内端板7设置有第一让位孔，所述导管6远离所述定位端板5的一端穿过所述第一让位孔，使所述内端板7抵接所述蝶形弹簧11远离所述定位端板5的一端；所述导管6、蝶形弹簧11、内端板7、定位端板5、定位板4、内约束钢管1及核心耗能钢管3均插入所述外约束钢管2内；所述导管6远离所述定位端板5的一端伸出所述外约束钢管2的端口；所述外端板8均设置有第二让位孔，所述导管6远离所述定位端板5的一端穿过所述外端板8的第二让位孔，所述外约束钢管2的两端固定连接于所述外端板8上；所述外端板8上设置有螺孔，通过调节螺栓杆9拧进所述螺孔的深度来调节预压力，所述螺栓杆9的一端顶抵所述内端板7；所述导管6远离所述定位端板5的一端固定连接所述连接端板10。
具体来说，所述外约束钢管2的内直径与所述定位端板5的直径之差小于所述外约束钢管2的内直径与所述核心耗能钢管3的外直径之差。所述定位板4插入所述内约束钢管1；所述定位板4与核心耗能钢管3通过焊接固定于所述定位端板5上；所述导管6通过焊接固定于所述定位端板5上；所述导管6通过焊接固定所述连接端板10。
具体来说，所述核心耗能钢管3、内约束钢管1、外约束钢管2均为圆形钢管。所述定位板4具体为十字形定位板4，所述连接端板10具体为十字形连接板。
本实施例还提供了一种基于蝶形弹簧的防屈曲支撑装置的制作方法，包括以下几个步骤；
1)将一块定位板4和一个导管6焊接在一块定位端板5上，然后再将核心耗能钢管3与上述的定位端板焊接，形成构件一；
2)将另一块定位板4和另一个导管6焊接在另一块定位端板5上，然后再将该定位板4与内约束钢管1焊接在一起，形成构件二；焊接长度可取为30mm～50mm。
3)将构件一的核心耗能钢管套在构件二的内约束钢管1外，并与构件二的定位端板4焊接在一起，形成构件三；
4)将蝶形弹簧11通过串并联的方式，套在构件三左右两端的导管6上，形成构件四；
5)将内端板7分别放在蝶形弹簧11两侧，并将外约束钢管2套在构件四外，两块外端板8分别从左右两侧穿过导管6后与外约束钢管2焊接在一起，并将螺栓杆9拧在外端板8的螺栓孔上，形成构件五；
6)将连接端板10的一端插入与构件五的外端板8的开口，并将连接端板10与导管6焊接固定。
定位端板5与外约束钢管2之间留有一定的间隙，以保证核心耗能钢管3可以在外约束钢管2内自由移动；核心耗能钢管3与外约束钢管2之间有一定的间隙，以保证核心耗能构件有一定的横向变形，进而可以屈服耗能。
上述的基于蝶形弹簧的双重管约束型自复位防屈曲支撑装置，自复位恢复力由通过串并联在一起的蝶形弹簧提供，蝶形弹簧在使用过程中力学性能稳定，可保证在使用过程中支撑弹性恢复力与设计水平相当，且不存在应力损失，从而使支撑具有稳定的自复位。
此外，该装置中三重圆形钢管组合构件的横截面过形心各轴具有相同的惯性矩和转动惯量，不存在强弱轴，从而避免了在随机地震作用下支撑沿弱轴失稳的风险。
本发明为全钢自复位防屈曲支撑，约束构件由两个具有较高约束强度的圆形钢管组成，不需填充混凝土，不存在混凝土密实性不足带来的不利影响，具有自重轻、便于施工现场吊装，可实现构件轻质化，特别适用于结构抗震加固中。
本发明的自复位防屈曲支撑的预压力即使在有加工误差时依然精确可控，且支撑两侧蝶形弹簧处于相同的预压水平，可保证在支撑受压时也具有自复位能力，从而保障支撑拉压滞回曲线对称，使支撑受力性能稳定发挥。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (1)

1.基于蝶形弹簧的双重管约束型自复位防屈曲支撑装置，其特征在于包括内约束管、外约束管、核心耗能管、两个导管、两个定位板、两个内端板、两个外端板、两个连接端板、两组蝶形弹簧和两个定位端板；
所述两个定位板的一端分别插入所述内约束管的两端口，其中一个定位板与内约束管的内壁焊接连接，另一个定位板与内约束管的内壁间隔一定距离；所述定位板及内约束管均插入所述核心耗能管的内部，所述核心耗能管的两端及两个所述的定位板远离所述内约束管的端口均各固定连接有所述定位端板；
所述两个导管的一端分别插入所述两组蝶形弹簧中；所述导管的长度长于所述蝶形弹簧；所述导管的一端固定连接所述定位端板背向所述核心耗能管的一面；所述内端板设置有第一让位孔，所述导管远离所述内端板的一端穿过所述第一让位孔，使所述内端板抵接所述蝶形弹簧远离所述内端板的一端；
所述导管、蝶形弹簧、辅助板、内端板、定位板、内约束管及核心耗能管均插入所述外约束管内；所述导管远离所述内端板的一端伸出所述外约束管的端口；
所述两个外端板均设置有第二让位孔，所述导管远离所述内端板的一端穿过所述外端板的第二让位孔，所述外约束管的两端固定连接于所述外端板上；所述外端板上设置有螺孔，通过调节螺栓杆拧进所述螺孔的深度来调节预压力，所述螺栓杆的一端顶抵所述内端板；所述导管远离所述内端板的一端固定连接所述连接端板；所述外约束管的内直径与所述内端板的直径之差小于所述外约束管的内直径与所述核心耗能管的外直径之差；所述定位板与核心耗能管通过焊接固定于所述定位端板上；所述导管通过焊接固定于所述定位端板上；所述导管通过焊接固定所述连接端板；所述核心耗能管、内约束管、外约束管均为圆形管；所述定位板具体为十字形定位板，所述连接端板具体为十字形连接板。
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