CN111705946A - 一种具有负泊松比结构装配式防屈曲支撑构件及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有负泊松比结构装配式防屈曲支撑构件及制作方法，包括耗能核心板和外部约束单元；所述耗能核心板为具有负泊松比周期性孔洞结构的耗能核心板，耗能核心板由负泊松比胞元组成，负泊松比胞元的形式包括单层及多层的星型、内凹六边形、横竖交叉椭圆；所述耗能核心板的内核部分与外围约束单元通过非粘性材料连接；所述耗能核心板长度L与耗能核心板高度H比值关系满足：15.45<L/H<17.02；所述外围约束单元厚度t1与耗能核心板厚度t2的比值关系满足：0.18<t2/t1<0.41。由于负泊松比结构核心板的存在，使该防屈曲支撑既能在小震作用下保持弹性状态，又能给结构提供一定的抗侧向刚度。
Description
技术领域
本发明涉及结构工程技术领域，尤其涉及到一种负泊松比结构装配式防屈曲支撑构件。
背景技术
负泊松比结构由于具有优良的能量吸收特性，而被广泛应用在防护、减震及缓冲吸能装置，在耗能构件体积质量一致的情况下，负泊松比构件往往能够表现出优越的能量耗散特性。原理在于负泊松比构件承受拉压作用力时，周期性负泊松比胞元通过自身面内旋转使构件表现出较好的变形性能，从而消耗较多的外部能量。
防屈曲支撑构件在工程抗震领域有广泛的应用，由核心耗能板、非粘性材料层、外围约束单元三部分构成。其优势在于小震作用下由于防屈曲支撑构件的存在，增加结构的抗侧刚度，在中震和大震作用下核心耗能部分发生屈曲破坏，从而保证梁、柱、剪力墙等结构承重构件正常工作。钢构装配式结构和传统混凝土结构相比具有轻质高强的特点，随着我国经济总量的提高在工程领域得到广泛应用，如装配式防屈曲支撑构件、工字钢梁、蜂窝钢梁等。
发明内容
本发明的目的是针对现有防屈曲支撑在往复荷载作用时，构件在大变形下滞回性能较差，提供一种具有负泊松比结构装配式防屈曲支撑构件及制作方法，对传统装配式防屈曲支撑的核心耗能板设计负泊松比周期性胞元结构孔洞，以增强构件在大变形下的滞回性能，使构件具有更加优良饱满的滞回环。
本发明采用的技术方案为：一种具有负泊松比结构装配式防屈曲支撑构件，包括耗能核心板和外部约束单元；
所述耗能核心板为具有负泊松比周期性孔洞结构的耗能核心板，耗能核心板由负泊松比胞元组成，负泊松比胞元的形式包括单层及多层的星型、内凹六边形、横竖交叉椭圆；
所述耗能核心板的内核部分与外围约束单元通过非粘性材料连接，以防止内核部分与外围约束单元产生过大摩擦力而影响内核负泊松比开孔板在中震及大震下屈曲耗能；
所述耗能核心板长度L与耗能核心板高度H比值关系满足：15.45<L/H<17.02；
所述外围约束单元厚度t1与耗能核心板厚度t2的比值关系满足：0.18<t2/t1<0.41。
作为优选，所述负泊松比胞元的形式为横竖交叉椭圆，负泊松比胞元横向间距a与纵向间距b比值关系满足：0.2<a/b<1；负泊松比胞元的椭圆孔洞长轴m与短轴n的比值关系满足：0<n/m<1。
上述一种具有负泊松比结构装配式防屈曲支撑构件的制作方法，包括以下步骤：
1)根据构件应用的实际情况确定其耗能核心板长度L、厚度T、高度H；
2)设计负泊松比周期性孔洞的形式，包括单排和多排的星型、内凹六边形、横竖交叉椭圆形负泊松比胞元；
3)通过不同的负泊松比胞元形式设计胞元尺寸，包括负泊松比胞元间的纵向间隔、横向间距、负泊松比胞元长度及负泊松比胞元高度几何参数；
4)将设计的负泊松比胞元通过周期性排布形成负泊松比结构形式，结合耗能核心板的尺寸，设计出具有负泊松比周期性孔洞结构的耗能核心板；
5)将耗能核心板的核心部分与外围约束单元通过非粘性材料相连接构成完整的装配式防屈曲支撑构件。
有益效果：本发明用此方法制造出的防屈曲支撑构件，在小变形下，使结构具有足够的抗侧移刚度；在大变形下，由于负泊松比结构核心板优良的变形性能，使构件能够耗散更多能量，以保护承载构件正常工作。
附图说明
图1为具有负泊松比结构装配式防屈曲支撑构件的结构示意图；
图2为具有4排横竖交叉椭圆胞元的负泊松比核心耗能板示意图；
图3为核心部分与外部约束部分的厚度方向关系示意图；
图4为具有2排横竖交叉椭圆胞元的负泊松比核心耗能板示意图；
图5为具有5排内凹六边形胞元的负泊松比核心耗能板示意图；
图6为具有4排星型胞元的负泊松比核心耗能板示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和附图对本发明做进一步描述：
如图1-6所示，一种具有负泊松比结构装配式防屈曲支撑构件，包括耗能核心板2和外部约束单元1；
所述耗能核心板2为具有负泊松比周期性孔洞结构的耗能核心板，耗能核心板2由负泊松比胞元组成，负泊松比胞元的形式包括单层及多层的星型、内凹六边形、横竖交叉椭圆；所述负泊松比胞元的形式为横竖交叉椭圆时，负泊松比胞元横向间距a与纵向间距b比值关系满足：0.2<a/b<1；负泊松比胞元的椭圆孔洞长轴m与短轴n的比值关系满足：0<n/m<1；
所述耗能核心板2的内核部分与外围约束单元1通过非粘性材料连接，以防止内核部分与外围约束单元产生过大摩擦力而影响内核负泊松比开孔板在中震及大震下屈曲耗能；
所述耗能核心板2长度L与耗能核心板2高度H比值关系满足：15.45<L/H<17.02；
所述外围约束单元1厚度t1与耗能核心板2厚度t2的比值关系满足：0.18<t2/t1<0.41。
上述一种具有负泊松比结构装配式防屈曲支撑构件的制作方法，包括以下步骤：
1)根据构件应用的实际情况确定其耗能核心板长度L、厚度T、高度H；
2)设计负泊松比周期性孔洞的形式，包括单排和多排的星型、内凹六边形、横竖交叉椭圆形负泊松比胞元；
3)通过不同的负泊松比胞元形式设计胞元尺寸，包括负泊松比胞元间的纵向间隔、横向间距、负泊松比胞元长度及负泊松比胞元高度几何参数；
4)将设计的负泊松比胞元通过周期性排布形成负泊松比结构形式，结合耗能核心板的尺寸，设计出具有负泊松比周期性孔洞结构的耗能核心板；
5)将耗能核心板的核心部分与外围约束单元通过非粘性材料相连接构成完整的装配式防屈曲支撑构件。
应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本事例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (3)
1.一种具有负泊松比结构装配式防屈曲支撑构件，其特征在于：包括耗能核心板和外部约束单元；
所述耗能核心板为具有负泊松比周期性孔洞结构的耗能核心板，耗能核心板由负泊松比胞元组成，负泊松比胞元的形式包括单层及多层的星型、内凹六边形、横竖交叉椭圆；
所述耗能核心板的内核部分与外围约束单元通过非粘性材料连接；
所述耗能核心板长度L与耗能核心板高度H比值关系满足：15.45<L/H<17.02；
所述外围约束单元厚度t1与耗能核心板厚度t2的比值关系满足：0.18<t2/t1<0.41。
2.根据权利要求1所述的一种具有负泊松比结构装配式防屈曲支撑构件，其特征在于：所述负泊松比胞元的形式为横竖交叉椭圆，负泊松比胞元横向间距a与纵向间距b比值关系满足：0.2<a/b<1；负泊松比胞元的椭圆孔洞长轴m与短轴n的比值关系满足：0<n/m<1。
3.根据权利要求1或2所述一种具有负泊松比结构装配式防屈曲支撑构件的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)根据构件应用的实际情况确定其耗能核心板长度L、厚度T、高度H；
2)设计负泊松比周期性孔洞的形式，包括单排和多排的星型、内凹六边形、横竖交叉椭圆形负泊松比胞元；
3)通过不同的负泊松比胞元形式设计胞元尺寸，包括负泊松比胞元间的纵向间隔、横向间距、负泊松比胞元长度及负泊松比胞元高度几何参数；
4)将设计的负泊松比胞元通过周期性排布形成负泊松比结构形式，结合耗能核心板的尺寸，设计出具有负泊松比周期性孔洞结构的耗能核心板；
5)将耗能核心板的核心部分与外围约束单元通过非粘性材料相连接构成完整的装配式防屈曲支撑构件。
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|---|---|---|---|---|
| CN115341675A (zh) * | 2022-08-17 | 2022-11-15 | 西南石油大学 | 一种具有单斜拉胀性质的屈曲约束支撑 |
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- 2020-07-29 CN CN202010742769.6A patent/CN111705946A/zh active Pending
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