CN110685484A - 黏弹性自复位支撑 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种黏弹性自复位支撑，属于建筑结构抗震领域。本申请包括外方钢管、内方钢管、黏弹性阻尼器、黏弹性阻尼器连接角钢、黏弹性阻尼器、自复位拉索、开槽端板、未开槽端板、带螺纹变截面锚固件、垫块、内方钢管连接钢板和外方钢管连接角钢。黏弹性阻尼器设置在钢管两端，自复位拉索安装在内方钢管中，预拉后采用两侧端板配合锚固件固定，两端根据连接条件的不同设置不同尺寸的端部连接钢板和端部连接角钢。本申请支撑兼具良好的自复位能力和耗能能力，在地震作用下可以最大程度降低结构的残余变形，同时有效进行耗能，使得结构在不同强度的地震作用下都具有可靠的安全性。

Description

黏弹性自复位支撑

技术领域

本申请属于结构工程抗震技术领域，涉及一种黏弹性自复位支撑，尤其是兼具自复位能力、耗能能力和大变形能力的结构抗侧支撑。

背景技术

在强震或近断层地震下结构会产生大变形，震后则会出现过大的残余变形，使得结构在震后无法修缮，在余震下也会进一步增加倒塌风险，危及生命和财产的安全。目前常用的地震控制方法是在结构中配置不同类型的支撑和阻尼器，其中最为常见的为屈曲约束支撑、黏滞阻尼器和黏弹性阻尼器等。然而，这类支撑或阻尼器尽管能够有效耗能并减小结构的峰值变形，但无法消除震后产生的残余变形，不利于后续的修复。为了降低结构残余变形，可以将支撑或节点配合形状记忆合金丝、索来组成自复位装置，但受限于材料的特性，这类装置本身的耗能能力较弱，会使得结构峰值变形与加速度响应增大。综上所述，无论是传统耗能装置或近期提出的自复位装置都无法兼具耗能和自复位两种特性，因此都存在着显著缺陷，无法适应复杂条件下的抗震需求。

发明内容

本申请的目的在于，克服现有技术的缺陷，提供一种黏弹性自复位支撑，兼具良好耗能能力和自复位能力，其利用具有自复位能力的形状记忆合金拉索来提供自复位和部分耗能能力，配合黏弹性材料来提供动力荷载下的额外耗能能力，并且通过合理构造使得自复位拉索和黏弹性材料变形协调，同时发挥最优效果。

为了达到上述目的，本申请的技术方案如下：

一种黏弹性自复位支撑，包括外方钢管、内方钢管、开槽端板、未开槽端板、垫块、黏弹性阻尼器、自复位拉索、内方钢管连接钢板、带螺纹变截面锚固件、外方钢管连接角钢；

外方钢管套设于内方钢管外；内方钢管的左端与内方钢管连接钢板连接，内方钢管连接钢板与结构角部连接板连接；外方钢管右端的上下两侧各连接两个前后并列的外方钢管连接角钢，外方钢管连接角钢与结构角部连接板连接；

外方钢管与内方钢管左右两端的上下间隙处各设置一个垫块；垫块与内方钢管的上侧壁或下外侧壁连接，且其外端部与外方钢管、内方钢管的端口平齐；

外方钢管左右两端的前后两侧各安装一个黏弹性阻尼器，同时其左端部设置开槽端板，其右端部设置未开槽端板；开槽端板上设有开槽，用以穿过内方钢管连接钢板；开槽端板与未开槽端板上均有预设螺栓孔；自复位拉索的两端经过压实后各与一个带螺纹变截面锚固件锚固；自复位拉索沿轴向依次穿过开槽端板的预设螺栓孔、内方钢管、未开槽端板的螺栓预设孔，其一端在开槽端板的预设螺栓孔处通过螺母固定，其另一端预拉到设计的预拉力后在未开槽端板的预设螺孔处通过螺母进行固定，开槽端板和未开槽端板通过自复位拉索预拉后产生的压力固定在外方钢管的两端。

进一步，黏弹性阻尼器包括外侧板、内侧板和黏弹性材料，外侧板设置有两块，内侧板上下两侧各设置一块外侧板，内侧板的宽度大于外侧壁的宽度，内侧板的一侧与两外侧平齐，其另一侧延伸至外侧板外，同时外侧板与内侧板之间设置黏弹性材料；

外方钢管左右两端的前后两侧均开设有滑槽，对应于滑槽所在位置，在内方钢管的外侧壁上焊接有黏弹性阻尼器插槽，黏弹性阻尼器的内侧板通过外方钢管的滑槽插入外方钢管的黏弹性阻尼器插槽中；

黏弹性阻尼器的两块外侧板上均开设有连接螺栓孔，两块外侧板各自通过黏弹性阻尼器连接角钢与外方钢管的外侧壁连接。

进一步，自复位拉索为一系列形状记忆合金丝缠绕而成，其两端经过压实处理使得在其端部可以利用带螺纹变截面锚固件进行预拉后的锚固，从而其两端可以分别随开槽端板和未开槽端板进行移动；也可以根据实际变形量的需求，将自复位拉索与普通高强钢绞线串联连接用于替代通长自复位拉索，可以在降低成本的同时保持原有功能。

进一步，带螺纹变截面锚固件的一端为直径较大的锚固头，其中间开有圆孔用于契合自复位拉索的直径，通过挤压锚固连接到自复位拉索，其另一端为实心的螺纹杆，直径略小于开槽端板和未开槽端板的预设螺栓孔，使其可以穿过开槽端板和未开槽端板的预设螺栓孔并通过螺母固定，带螺纹变截面锚固件的长度预留预拉变形的长度。

由于采用上述技术方案，本申请具有以下优点和有益效果：

本申请在单根支撑中同时采用了自复位拉索和黏弹性材料，兼具良好的自复位能力和耗能能力。

本申请中黏弹性材料仅在动力荷载作用下激发耗能能力，而在外力移除后恢复变形，因此其仅在震时发挥耗能作用，而不影响震后结构变形的恢复。

本申请将用于提供主要耗能能力的黏弹性阻尼器通过装配式的方法安装在支撑两端，便于现场安装和施工，通过合理的机制和构件使得黏弹性阻尼器能够与自复位拉索共同变形，形成耦合体系。

本申请通过内外方钢管的嵌套和合理的端部连接，将支撑拉压的受力状态皆转化为自复位拉索受拉的受力状态，从而可以双向发挥自复位拉索的自复位能力。

本申请中的自复位拉索可以由形状记忆合金拉索构成或由形状记忆合金索与普通钢索串联构成，可以满足不同性能下的需求，也可以达到性价比最优的设计。

附图说明

图1是本申请实施例提供的一种黏弹性自复位支撑的俯视图。

图2是本申请实施例提供的一种黏弹性自复位支撑的正视图。

图3是本申请实施例提供的一种黏弹性自复位支撑的侧视图。

图4是图1所示黏弹性自复位支撑沿A-A线的剖视图。

图5是图1所示黏弹性自复位支撑沿B-B线的剖视图。

图6是图1所示黏弹性自复位支撑沿C-C线的剖视图。

图7a是本申请实施例提供的黏弹性阻尼器的侧视图。

图7b是本申请实施例提供的黏弹性阻尼器的俯视图。

图8是本申请实施例提供的自复位拉索的示意图。

图9是本申请实施例提供的带螺纹变截面锚固件的示意图。

图10是本申请实施例提供的带螺纹变截面锚固件与自复位拉索的连接示意图。

图11是本申请实施例提供的一种黏弹性自复位支撑的受拉变形示意图。

图12是本申请实施例提供的一种黏弹性自复位支撑的受压变形示意图。

图中标号：

1—内方钢管连接钢板，2—带螺纹变截面锚固件，21—锚固头，22—螺纹杆，3—开槽端板，4—黏弹性阻尼器，41—外侧板，42—内侧板，43—黏弹性材料，44—连接螺栓孔，5—黏弹性阻尼器连接角钢，6—外方钢管，7—内方钢管，8—自复位拉索，9—垫块，10—外方钢管连接角钢，11—未开槽端板，12—黏弹性阻尼器插槽。

具体实施方式

下面将结合具体实施例及其附图对本申请提供的技术方案作进一步说明。结合下面说明，本申请的优点和特征将更加清楚。

如图1至图10所示，一种黏弹性自复位支撑，包括结构部分的外方钢管6、内方钢管7、开槽端板3、未开槽端板11、垫块9，功能部分的黏弹性阻尼器4、自复位拉索8，连接部分的内方钢管连接钢板1、带螺纹变截面锚固件2、黏弹性阻尼器连接角钢5、外方钢管连接角钢10、黏弹性阻尼器插槽12。

外方钢管6同轴套设于内方钢管7外，两者之间为截面等宽度间隙；内方钢管7的左端连接有竖向设置的内方钢管连接钢板1，内方钢管连接钢板1包括连接端和自由端，其连接端的上下两侧分别与内方钢管7的上下内表面焊接，其自由端开设螺栓孔用以与结构角部连接板连接；外方钢管6右端的上下两侧各设置有两个前后并列的外方钢管连接角钢10，外方钢管连接角钢10采用L型钢，其包括连接端和自由端，其连接端与外方钢管6的上外表面或下外表面采用焊接连接，其自由端的肢背处开设螺栓孔用以与结构角部连接板连接；内方钢管连接钢板1和外方钢管连接角钢10的相对移动可以带动内方钢管7和外方钢管6的相对移动。

在外方钢管6与内方钢管7左右两端的上下间隙中央处各设置有一个垫块9，共四块；垫块9焊接在内方钢管7的上侧壁或下外侧壁上，且其外端部与外方钢管6、内方钢管7的端口平齐；垫块9用于防止外方钢管6与内方钢管7之间的上下相对移动，使外方钢管6、内方钢管7在整个受力过程中均能保持轴向运动。

外方钢管6左右两端的前后两侧在距外方钢管6的端口10mm处各安装有一个黏弹性阻尼器4，共四个；黏弹性阻尼器4包括外侧板41、内侧板42和黏弹性材料43，外侧板41设置有两块，内侧板42上下两侧各设置一块外侧板41，内侧板42的宽度大于外侧壁41的宽度，内侧板42的一侧与两外侧41平齐，其另一侧延伸至外侧板42外，同时外侧板41与内侧板42之间设置黏弹性材料43；外方钢管6左右两端的前后两侧均开设有滑槽，滑槽宽度略大于黏弹性阻尼器4的内侧板42的厚度，对应于滑槽所在位置，在内方钢管7左右两端的前后两外侧壁上均焊接有黏弹性阻尼器插槽12，黏弹性阻尼器4的内侧板42通过外方钢管6的滑槽插入外方钢管6的黏弹性阻尼器插槽12中；黏弹性阻尼器4的两块外侧板41上均开设有连接螺栓孔44，两块外侧板41各自通过黏弹性阻尼器连接角钢5与外方钢管6的外侧壁连接；当外方钢管6和内方钢管7相对移动时可以带动黏弹性阻尼器4剪切变形，黏弹性阻尼器4剪切变形时，其内侧板42与外侧板41进行相对移动，同时内侧板42与外侧板41之间的黏弹性材料43产生剪切变形。

自复位拉索8的两端经过压实处理后与带螺纹变截面锚固件2在工厂进行锚固；外方钢管6的左端部设置有开槽端板3，其右端部设置有未开槽端板11；开槽端板3上设有开槽用以穿过内方钢管连接钢板1；开槽端板3与未开槽端板11上均有预设螺栓孔；两端都连有带螺纹变截面锚固件2的自复位拉索8沿轴向依次穿过开槽端板3的预设螺栓孔、内方钢管7的内腔、未开槽端板44的螺栓预设孔并对齐；自复位拉索8在开槽端板3一端用螺母固定，其另一端通过预拉装置预拉到设计的预拉力后同样用螺母进行固定，保持自复位拉索8中的设计预拉力。开槽端板3和未开槽端板11可以通过自复位拉索8预拉后产生的压力固定在外方钢管6的两端，且开槽端板3和未开槽端板11均不与其余构件存在直接连接，因此可以被外方钢管6和内方钢管7所推动，从而使得无论黏弹性自复位支撑两端受到压力或拉力时都会令自复位拉索8受到拉力而伸长。

如图8所示，自复位拉索8为一系列形状记忆合金丝缠绕而成，其两端经过压实处理使得在其端部可以利用带螺纹变截面锚固件2进行预拉后的锚固，从而其两端可以分别随开槽端板3和未开槽端板11进行移动；也可以根据实际变形量的需求，将自复位拉索8与普通高强钢绞线串联连接用于替代通长自复位拉索8，可以在降低成本的同时保持原有功能。

图9进一步阐释了带螺纹变截面锚固件2的详细构造。带螺纹变截面锚固件2一端直径较大为锚固头21，中间开有圆孔用于契合自复位拉索8的直径，进行挤压锚固连接到自复位拉索8，其另一端为实心的螺纹杆22，直径略小于开槽端板3和未开槽端板11的预设螺栓孔，使其可以穿过开槽端板3和未开槽端板11的预设螺栓孔并通过螺母固定，带螺纹变截面锚固件2的长度预留预拉变形的长度。

本申请提供的黏弹性自复位支撑，其安装实施过程如下：

(1)先将内方钢管连接钢板1、黏弹性阻尼器插槽12和垫块9焊接到内方钢管7上，将外方钢管连接角钢10焊接到外方钢管6上，将自复位拉索8通过挤压锚固与带螺纹变截面锚固件2连接。

(2)然后，将外方钢管6与内方钢管7两端等齐，嵌套放置，再将自复位拉索8其中一端的带螺纹变截面锚固件2插入开槽端板3的预设螺栓孔中并通过螺母固定，随后将开槽端板3沿内方钢管连接钢板1插入贴合到外方钢管6和内方钢管7一端，并将自复位拉索8插入内方钢管7中。

(3)接着，在连接外方钢管连接角钢10的一端，将自复位拉索8另一端的带螺纹变截面锚固件2对接插入未开槽端板11的预设螺栓孔，并施加预紧力后通过螺母保持预紧力。

(4)最后，将黏弹性阻尼器4较长的内侧板42插入黏弹性阻尼器12中，上下两侧的外侧板41通过黏弹性阻尼器连接角钢5固定到外方钢管6上。

其中，预制和焊接的相关步骤宜在工厂完成，拼装相关步骤在工厂或现场完成均可。

图11和图12分别是本申请实施例提供的一种黏弹性自复位支撑的受拉变形示意图和受压变形示意图。

如图11所示，假设外方钢管连接角钢10固定，在黏弹性自复位支撑受到拉力作用下，内方钢管连接钢板1直接受到外部拉力作用，因为与内方钢管7通过焊接连接，会带动内方钢管7沿拉力方向进行轴向位移，而内方钢管7在初始位置与开槽端板3贴合，沿拉力方向的轴向位移会推动开槽端板3同样沿拉力方向位移，因自复位拉索8的一端通过带螺纹变截面锚固件2和螺母固定在开槽端板3上，开槽端板3的轴向位移会带动自复位拉索8位移，同时由于外方钢管连接角钢10固定，外方钢管6也同时被固定，未开槽端板11无法沿拉力方向移动，自复位拉索8一端产生位移，另一端被固定，从而能够伸长变形，达成提供刚度、强度和耗能的需求。

如图12所示，假设外方钢管连接角钢10固定，在黏弹性自复位支撑受到压力作用下，内方钢管连接钢板1直接受到外部压力作用，因为内方钢管连接钢板1与内方钢管7通过焊接连接，会带动内方钢管7沿压力方向进行轴向位移，而内方钢管7在初始位置与未开槽端板11贴合，沿压力方向的轴向位移会推动未开槽端板11同样沿压力方向位移，自复位拉索8的另一端通过带螺纹变截面锚固件2和螺母固定在未开槽端板11上，未开槽端板11的轴向位移会带动自复位拉索8位移，同时由于外方钢管连接角钢10固定，外方钢管6也同时被固定，开槽端板3无法沿压力方向移动，自复位拉索8的一端被固定，其另一端产生位移，从而能够伸长变形。受压与受拉时能够达到同样的效果，支撑的双向受力都能够发挥自复位拉索8和黏弹性阻尼器4的性能。

如上，在黏弹性自复位支撑受拉或受压时，都会产生外方钢管6和内方钢管7的相对轴向移动，而黏弹性阻尼器4的内侧板通过黏弹性阻尼器黏弹性阻尼器插槽12与内方钢管7连接固定，在轴向保持一致位移，外侧板通过黏弹性阻尼器连接角钢5与外方钢管6连接固定，在轴向保持一致位移，当外方钢管6和内方钢管7的相对轴向移动时，黏弹性阻尼器4内侧板和外侧板产生相对错动，使得中间粘结的黏弹性材料产生剪切变形，提供耗能和一定刚度。

综上，黏弹性自复位支撑无论在受拉或受压的状态下，都能够使得自复位拉索8伸长变形提供自复位能力和刚度、强度，同时使得黏弹性阻尼器4剪切变形提供耗能和刚度，发挥两种系统的优势，形成有效的耦合体系，在结构抗震中发挥良好的效果。

上述描述仅是对本申请较佳实施例的描述，并非是对本申请范围的任何限定。任何熟悉该领域的普通技术人员根据上述揭示的技术内容做出的任何变更或修饰均应当视为等同的有效实施例，均属于本申请技术方案保护的范围。

Claims (5)

1.一种黏弹性自复位支撑，其特征在于：包括外方钢管(6)、内方钢管(7)、开槽端板(3)、未开槽端板(11)、垫块(9)、黏弹性阻尼器(4)、自复位拉索(8)、内方钢管连接钢板(1)、带螺纹变截面锚固件(2)、外方钢管连接角钢(10)；

外方钢管(6)套设于内方钢管(7)外；内方钢管(7)的左端与内方钢管连接钢板(1)连接，内方钢管连接钢板(1)与结构角部连接板连接；外方钢管(6)右端的上下两侧各连接两个前后并列的外方钢管连接角钢(10)，外方钢管连接角钢(10)与结构角部连接板连接；

外方钢管(6)与内方钢管(7)左右两端的上下间隙处各设置一个垫块(9)；垫块(9)与内方钢管(7)的上侧壁或下外侧壁连接，且其外端部与外方钢管(6)、内方钢管(7)的端口平齐；

外方钢管(6)的左右两端的前后两侧各安装一个黏弹性阻尼器(4)，同时其左端部设置开槽端板(3)，其右端部设置未开槽端板(11)；开槽端板(3)设有开槽用以穿过内方钢管连接钢板(1)；开槽端板(3)与未开槽端板(11)上均有预设螺栓孔；自复位拉索(8)的两端经过压实后各与一个带螺纹变截面锚固件(2)锚固；自复位拉索(8)沿轴向依次穿过开槽端板(3)的预设螺栓孔、内方钢管(7)、未开槽端板(44)的螺栓预设孔，其一端在开槽端板(3)的预设螺栓孔处通过螺母固定，其另一端预拉到设计的预拉力后在未开槽端板(11)的预设螺孔处通过螺母进行固定，开槽端板(3)和未开槽端板(11)通过自复位拉索(8)预拉后产生的压力固定在外方钢管(6)的两端。

2.根据权利要求1所述的黏弹性自复位支撑，其特征在于：黏弹性阻尼器(4)包括外侧板(41)、内侧板(42)和黏弹性材料(43)，外侧板(41)设置有两块，内侧板(42)上下两侧各设置一块外侧板(41)，内侧板(42)的宽度大于外侧壁(41)的宽度，内侧板(42)的一侧与两外侧(41)平齐，其另一侧延伸至外侧板(42)外，同时外侧板(41)与内侧板(42)之间设置黏弹性材料(43)；

外方钢管(6)左右两端的前后两侧均开设有滑槽，对应于滑槽所在位置，在内方钢管(7)的外侧壁上焊接有黏弹性阻尼器插槽(12)，黏弹性阻尼器(4)的内侧板(42)通过外方钢管(6)的滑槽插入外方钢管(6)的黏弹性阻尼器插槽(12)中；

黏弹性阻尼器(4)的两块外侧板(41)上均开设有连接螺栓孔(44)，两块外侧板(41)各自通过黏弹性阻尼器连接角钢(5)与外方钢管(6)的外侧壁连接。

3.根据权利要求1所述的黏弹性自复位支撑，其特征在于：自复位拉索(8)由一系列形状记忆合金丝缠绕而成。

4.根据权利要求1所述的黏弹性自复位支撑，其特征在于：带螺纹变截面锚固件(2)的一端为直径较大的锚固头(21)，其中间开有圆孔用于契合自复位拉索(8)的直径，通过挤压锚固连接到自复位拉索(8)，其另一端为实心的螺纹杆(22)。

5.根据权利要求4所述的黏弹性自复位支撑，其特征在于：所述螺纹杆(22)的直径小于开槽端板(3)和未开槽端板(11)的预设螺栓孔的内径。

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