CN111733996B - 一种大变形滑轮组自定心屈曲约束支撑 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大变形滑轮组自定心屈曲约束支撑，包括矩形中套管、位于矩形中套管内的矩形内套管、套在矩形中套管外的矩形外套管、设置在矩形中套管两端的两块外端板、设置在矩形内套管两端的两块内端板、设置在内端板靠近矩形内套管一侧的滑轮，设置在矩形内套管内的第一组预拉杆和第二组预拉杆，设置在矩形中套管和矩形外套管之间的核心板，核心板的一端与矩形中套管的一端连接，核心板的另一端与矩形外套管的另一端连接；第一组预拉杆绕过与一端的内端板连接的滑轮后，第一组预拉杆的两端分别锚固于另一端外端板和另一端内端板；第二组预拉杆绕过与另一端的内端板连接的滑轮后，第二组预拉杆的两端分别锚固于一端外端板和一端内端板。

Description

一种大变形滑轮组自定心屈曲约束支撑
技术领域
本发明属于土木工程领域，涉及一种用于减小工程结构地震灾害的大变形滑轮组自定心屈曲约束支撑。
背景技术
地震给人类带来极其严重的灾难。传统的抗震设计采用的是延性设计方法，即在地震作用下，通过结构部分构件的提前屈服和破坏，但整体不至于丧失功能，依靠构件的塑性变形来耗散大部分的地震能量，从而达到保证主体结构安全的目的。但构件的塑性变形会导致结构在震后产生较大的残余变形，从而大幅提高结构的修复难度。
为控制结构的残余变形，可将由预拉杆、套管、端板和耗能核心板组成的自定心屈曲约束支撑引入结构中。地震时，自定心屈曲约束支撑凭借施加在预拉杆中的预张力能有效克服耗能部件的塑性变形，从而显著减小结构的残余变形，使其达到自定心的效果。由于预拉杆的屈服或断裂均会导致自定心屈曲约束支撑的预张力损失，进而影响结构残余变形的控制效果，因此在自定心屈曲约束支撑的工作过程中预拉杆应处于弹性阶段，这要求预拉杆需具备较大的弹性延伸率。在预应力结构工程领域应用较为成熟的钢绞线和钢丝绳均由于弹性延伸率较小而无法适用于自定心屈曲约束支撑。为满足结构的变形需求，通常选取具有较大弹性延伸率的纤维筋或具有超弹性特征的形状记忆合金作为预拉杆材料，但这些材料一方面加工难度较高，另一方面也存在锚固技术不够成熟的问题。上述问题也限制了自定心屈曲约束支撑在土木工程领域的推广和运用。
发明内容
技术问题：本发明针对现有自定心屈曲约束支撑对预拉杆弹性延伸率需求较大，传统预应力材料无法满足要求的问题，提供一种可有效减小对预拉杆弹性延伸率需求的大变形滑轮组自定心屈曲约束支撑。
技术方案：本发明的大变形滑轮组自定心屈曲约束支撑，包括矩形中套管、位于所述矩形中套管内的矩形内套管、套在矩形中套管外的矩形外套管、设置在矩形中套管两端的两块外端板、设置在矩形内套管两端的两块内端板、设置在内端板靠近矩形内套管一侧的滑轮，设置在矩形内套管内的第一组预拉杆和第二组预拉杆，设置在矩形中套管和矩形外套管之间的核心板，核心板的一端与矩形中套管的一端连接，核心板的另一端与矩形外套管的另一端连接。
进一步的，第一组预拉杆绕过与一端的内端板连接的滑轮后，第一组预拉杆的两端分别锚固于另一端外端板和另一端内端板，第二组预拉杆绕过与另一端的内端板连接的滑轮后，第二组预拉杆的两端分别锚固于一端外端板和一端内端板。
所述的外端板和内端板上分别设有供预拉杆穿过的孔洞和孔洞。
所述的矩形中套管和矩形外套管均不与外端板焊接，矩形内套管不与内端板焊接。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：
(1)本技术方案有效的减小了自定心屈曲约束支撑对预拉杆弹性延伸率需求。本技术方案不仅采用两组预拉杆串联的形式，使得每组预拉杆的变形量仅为支撑变形量的一半，而且还引入了滑轮组的设计，通过钢丝绳在滑轮组上缠绕的构造形式，在自定心屈曲约束支撑有限的长度内尽可能设置足够长的钢丝绳，以降低对预拉杆的弹性延伸率需求。
(2)本技术方案使自定心屈曲约束支撑能选用锚固和加工技术更为成熟的钢丝绳作为预拉杆。传统的自定心屈曲约束支撑为满足罕遇地震下结构变形需求，通常选用弹性延伸率较高的纤维筋或具有超弹性特征的形状记忆合金作为预拉杆。这些新型材料不仅价格较高，加工和锚固技术也不成熟。本技术方案由于显著降低对预拉杆的弹性延伸率需求，使得在预应力结构工程领域运用较为成熟但弹性延伸率较小的钢丝绳可以应用于自定心屈曲约束支撑，为自定心技术的推广创造了条件。
(3)本技术方案构造灵活，能满足不同的结构变形需求。本技术方案提出的滑轮组设计，能通过调整钢丝绳往返缠绕两端滑轮的圈数增减钢丝绳的总长度，使得钢丝绳能对应不同的结构变形需求，不仅能避免由于结构变形过大引起的预拉杆松弛或断裂对结构抗震性能造成的不利影响，而且也使自定心屈曲约束支撑和结构整体的设计都更加灵活。
(4)本技术选用具有较强耗能能力且性能稳定的屈曲约束耗能器，可迅速衰减结构的地震响应。屈曲约束耗能器不仅拥有饱满的耗能能力，而且在使用的过程中无需特殊维护仍能保持稳定的滞回性能，为有效降低结构的动力响应，精确控制结构的损伤程度创造了有利条件。
附图说明
图1为本发明装置的正视图；
图2为图1的A-A剖面图；
图3为图1的B-B剖面图；
图4为图1的纵向剖面图；
图5为外端板的正视图；
图6为内端板的正视图；
图7为与内端板连接的滑轮正视图；
图8为与内端板连接的滑轮侧视图；
图9为核心板的轴测图；
图10为本发明的原位示意图；
图11为本发明的受拉状态示意图；
图12为本发明的受压状态示意图。
图中有：中套管1、内套管2、外套管3、外端板4、外端板孔洞41、内端板5、内端板孔洞51、滑轮6、第一组预拉杆7、第二组预拉杆8、核心板9。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的技术方案进行详细的说明。
如图1～图9所示，本发明的大变形滑轮组自定心屈曲约束支撑，包括矩形中套管1，位于所述矩形中套管1内的矩形内套管2，套在矩形中套管1外的矩形外套管3，设置在矩形中套管1两端的两块外端板4，设置在矩形内套管2两端的两块内端板5，设置在内端板5靠近矩形内套管2一侧的滑轮6，设置在矩形内套管2内的第一组预拉杆7和第二组预拉杆8，设置在矩形中套管1和矩形外套管3之间的核心板9，核心板9的一端与矩形中套管1的一端连接，核心板9的另一端与矩形外套管3的另一端连接。
如图4所示，第一组预拉杆7绕过与一端的内端板5连接的滑轮6后，第一组预拉杆7的两端分别锚固于另一端外端板4和另一端内端板5，第二组预拉杆8绕过与另一端的内端板5连接的滑轮6后，第二组预拉杆8的两端分别锚固于一端外端板4和一端内端板5。
外端板4和内端板5上分别设有供预拉杆穿过的孔洞41和孔洞51，矩形中套管1和矩形外套管3均不与外端板4焊接，矩形内套管2不与内端板5焊接，均靠预拉杆的预应力使其保持初始紧密接触。
大变形滑轮组自定心屈曲约束支撑的工作原理如图10～图12所示，由于对第一组预拉杆7和第二组预拉杆8施加有预张力，当支撑未承受外荷载时(见图10)，外端板4与中套管1和外套管3的端部紧密接触，内端板5与内套管2的端部紧密接触。当支撑受拉时(见图11)，两块内端板5的间距始终不变并等于内套管2的长度，核心板9的一端会带动中套管1向左运动，核心板9的另一端会带动外套管3向右运动，两块外端板4则在中套管1和外套管3的推动下产生相互远离的趋势并带动第一组预拉杆7和第二组预拉杆8伸长。当支撑受压时(见图12)，两块内端板5的间距始终不变并等于内套管2的长度，核心板9的一端会带动中套管1向右运动，核心板9的另一端会带动外套管3向左运动，两块外端板4同样在中套管1和外套管3的推动下产生相互远离的趋势并带动第一组预拉杆7和第二组预拉杆8伸长。由于大变形滑轮组自定心屈曲约束支撑的第一组预拉杆7和第二组预拉杆8为串联构造，使得每组预拉杆的变形量仅为支撑总变形量的一半。而滑轮组的引入则使得预拉杆的长度增大到中套管长度的2倍，从而在每组预拉杆变形量不变的前提下，进一步降低预拉杆的应变，最终实现显著降低自定心屈曲约束支撑对预拉杆的弹性延伸率需求。
上述实施例仅是本发明的优选实施方式，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等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种大变形滑轮组自定心屈曲约束支撑，其特征在于，该支撑包括矩形中套管(1)、位于所述矩形中套管(1)内的矩形内套管(2)、套在矩形中套管(1)外的矩形外套管(3)、设置在矩形中套管(1)两端的两块外端板(4)、设置在矩形内套管(2)两端的两块内端板(5)、设置在内端板(5)靠近矩形内套管(2)一侧的滑轮(6)，设置在矩形内套管(2)内的第一组预拉杆(7)和第二组预拉杆(8)，设置在矩形中套管(1)和矩形外套管(3)之间的核心板(9)，上侧的核心板(9)的一端与矩形中套管(1)的一端连接，下侧的核心板(9)的一端与矩形外套管(3)的另一端连接。
2.根据权利要求1所述的大变形滑轮组自定心屈曲约束支撑，其特征在于，第一组预拉杆(7)绕过与一端的内端板(5)连接的滑轮(6)后，第一组预拉杆(7)的两端分别锚固于另一端外端板(4)和另一端内端板(5)，第二组预拉杆(8)绕过与另一端的内端板(5)连接的滑轮(6)后，第二组预拉杆(8)的两端分别锚固于一端外端板(4)和一端内端板(5)。
3.根据权利要求1所述的大变形滑轮组自定心屈曲约束支撑，其特征在于，所述的外端板(4)和内端板(5)上分别设有供预拉杆穿过的外端板孔洞(41)和内端板孔洞(51)。
4.根据权利要求1所述的大变形滑轮组自定心屈曲约束支撑，其特征在于，所述的矩形中套管(1)和矩形外套管(3)均不与外端板(4)焊接，矩形内套管(2)不与内端板(5)焊接。
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