CN113293878B - 一种带限位功能的双屈服点钢棒屈曲约束支撑 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及建筑抗震结构技术领域，尤其涉及一种带限位功能的双屈服点钢棒屈曲约束支撑。本发明包括：一级耗能软钢棒、二级耗能软钢管、约束钢管、限位钢板和连接钢棒；所述一级耗能软钢棒与所述连接钢棒焊接；所述限位钢板与所述一级耗能软钢棒焊接；所述二级耗能软钢管套装在所述一级耗能软钢棒上；所述约束钢管套装在所述二级耗能软钢管上。本装置采用双屈服点设计，引入一级耗能软钢棒和二级耗能软钢管装置，通过控制二级耗能软钢管启动阈值δ1和约束钢管启动阈值δ2，成功解决了该问题。同时在不大幅度增加结构成本的前提下，拓展了防屈曲耗能支撑的适用范围。
Description
技术领域
本发明涉及建筑抗震结构技术领域，尤其是涉及一种带限位功能的双屈服点钢棒屈曲约束支撑。
背景技术
屈曲约束支撑是一种性能优良的消能减震装置，主要由3部分组成，即核心耗能段、外包约束单元及无粘结滑动机制单元。屈曲约束支撑的耗能段一般由低屈服点的钢材制成，约束单元可采用钢管混凝土、钢筋混凝土外套、圆型或多边形钢管等，无粘结材料在耗能单元和约束单元之间提供滑动界面，避免耗能单元因受压膨胀后与约束单元之间产生摩擦而造成轴力的增加。核心耗能段承受轴向压力时，利用外包约束单元对核心耗能段的横向变形进行约束，防止核心耗能段发生屈曲，使其能在轴力作用下发生全截面屈服，在拉伸和压缩方向获得对称的受力性能。屈曲约束支撑具有减震机理明确、减震效果明显、安全可靠、经济合理的特点，可以满足不同结构的抗震要求。在正常使用状态及小震作用下，屈曲约束支撑为建筑结构提供抗侧刚度，起到普通支撑的作用；在大震作用下，屈曲约束支撑可通过其反复拉压滞回耗散地震输入的能量。现有屈曲约束支撑绝大多数只有一个屈服点，在小震作用下不屈服，只提供附加刚度，不参与耗能。当结构在中震作用下时，支撑为结构提供必要的抗侧刚度及耗能作用；当结构遭遇超过预估中震时，屈曲约束支撑发生耗能破坏，支撑退出工作，此时结构抗侧刚度瞬时减弱，极易造成结构在倒塌破坏。
近年来，部分学者开始研发分阶段屈服屈曲约束支撑，在小震下屈曲约束支撑的一部分先屈服耗能，中震或大震下屈曲约束支撑的大部分区域屈服耗能，从而有效提高屈曲约束支撑抵抗不同强度地震的耗能能力。目前分阶段耗能屈曲约束支撑的实现方法包括采用不同耗能机理阻尼器的组合和不同耗能材料阻尼器的组合。现有装置多采用低屈服点的耗能段和高屈服点的耗能段直接并联的方式，由于高屈服点的耗能段刚度比低屈服点耗能段的刚度大得多，导致低屈服点耗能段耗能受到较大影响，并不能很好的实现分阶段屈服。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带限位功能的双屈服点钢棒屈曲约束支撑，以解决现有技术中存在的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种带限位功能的双屈服点钢棒屈曲约束支撑，包括：一级耗能软钢棒、二级耗能软钢管、约束钢管、限位钢板和连接钢棒；所述一级耗能软钢棒与所述连接钢棒焊接；所述限位钢板与所述一级耗能软钢棒焊接；所述二级耗能软钢管套装在所述一级耗能软钢棒上；所述二级耗能软钢管设置有与所述限位钢板相对应的限位槽，所述二级耗能软钢管的限位槽与所述限位钢板之间间隙为二级耗能软钢管启动阈值δ1；所述约束钢管套装在所述二级耗能软钢管上，所述约束钢管设置有与所述限位钢板相对应的限位槽，所述约束钢管的限位槽与所述限位钢板之间间隙为约束钢管启动阈值δ2；约束钢管启动阈值δ2大于二级耗能软钢管启动阈值δ1。
优选地，所述一级耗能软钢棒的两端的直径均大于中间段的直径。
优选地，所述限位钢板分别焊接在所述一级耗能软钢棒的两端；所述限位钢板沿所述一级耗能软钢棒的径向在其上下表面呈突出设置。
优选地，所述二级耗能软钢管在端部设置有两个上下相对的限位槽。
优选地，所述约束钢管在端部设置有两个上下相对的限位槽。
优选地，所述一级耗能软钢棒与所述二级耗能软钢管之间设置有无粘结滑动材料层。
采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
本发明针对传统防屈曲耗能支撑，一般情况下只有一个屈服点，在小震作用下不屈服，只提供附加刚度，不参与耗能的难题。本装置采用双屈服点设计，引入一级耗能软钢棒和二级耗能软钢管装置，通过控制二级耗能软钢管启动阈值δ1和约束钢管启动阈值δ2，成功解决了该问题。同时在不大幅度增加结构成本的前提下，拓展了防屈曲耗能支撑的适用范围。
本发明针对现有防屈曲耗能支撑，主要依靠核心单元进行结构抗震消能，当结构遭遇超过预估地震时，核心单元耗能破坏，支撑将完全退出工作，进而造成建筑物抗侧刚度瞬间骤减，极易造成建筑物的倒塌破坏的难题。本装置通过引入限位钢板，当支撑耗能软钢达到约束钢管启动阈值δ2后，装置通过约束钢管继续为结构提供必要的抗侧刚度，避免结构在超过预估大震作用下发生严重损坏。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例提供的带限位功能的双屈服点钢棒屈曲约束支撑的爆炸示意图；
图2为图1所示的一级耗能软钢棒的结构示意图；
图3为图1所示的二级耗能软钢棒的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的约束钢管的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的带限位功能的双屈服点钢棒屈曲约束支撑的结构示意图；
图标：1-一级耗能软钢棒；2-二级耗能软钢管；3-约束钢管；4-限位钢板；5-连接钢棒。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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和简化描述，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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本实施例提供一种带限位功能的双屈服点钢棒屈曲约束支撑，包括：一级耗能软钢棒1、二级耗能软钢管2、约束钢管3、限位钢板4和连接钢棒5；所述一级耗能软钢棒1与所述连接钢棒5焊接；所述限位钢板4与所述一级耗能软钢棒1焊接；所述二级耗能软钢管2套装在所述一级耗能软钢棒1上；所述二级耗能软钢管2设置有与所述限位钢板4相对应的限位槽，所述二级耗能软钢管2的限位槽与所述限位钢板4之间间隙为二级耗能软钢管启动阈值δ1；所述约束钢管3套装在所述二级耗能软钢管2上，所述约束钢管3设置有与所述限位钢板4相对应的限位槽，所述约束钢管3的限位槽与所述限位钢板4之间间隙为约束钢管启动阈值δ2；约束钢管启动阈值δ2大于二级耗能软钢管启动阈值δ1。
优选地，所述一级耗能软钢棒1的两端的直径均大于中间段的直径。
优选地，所述限位钢板4分别焊接在所述一级耗能软钢棒1的两端；所述限位钢板4沿所述一级耗能软钢棒1的径向在其上下表面呈突出设置。
优选地，所述二级耗能软钢管2在端部设置有两个上下相对的限位槽。
优选地，所述约束钢管3在端部设置有两个上下相对的限位槽。
优选地，所述一级耗能软钢棒1与所述二级耗能软钢管2之间设置有无粘结滑动材料层。
本实施例的工作机理如下：
1)通过选择不同的材料和核心段长度，控制一级耗能软钢棒的极限变形能够达到大震作用下的极限变形；通过设计二级耗能软钢管启动阈值δ1来调节二级耗能软钢管何时进入工作状态，通过设计约束钢管启动阈值δ2来调节约束钢管何时进入工作状态。一般情况下，可根据中震时结构层间变形预估二级耗能软钢管启动阈值δ1，根据大震或极大震下的结构层间变形预估约束钢管启动阈值δ2。
2)小震作用下，第一屈服阶段由于屈服力较小，一级耗能软钢棒1发生屈曲耗能，进入工作状态，起到消能减震作用，该阶段装置屈曲约束支撑变形值小于δ1；现阶段二级耗能软钢管2未进入工作状态，与约束钢管3共同为一级耗能软钢棒1提供侧向约束，防止一级耗能软钢棒1发生平面外失稳。主要应用于解决“传统防屈曲耗能支撑，一般情况下只有一个屈服段，在小震作用下不屈服，只提供附加刚度，不参与耗能”的难题。
3)中震作用下，屈曲约束支撑变形值大于δ1，小于δ2，此时二级耗能软钢管2也进入工作状态，与一级耗能软钢棒1共同耗能，现阶段约束钢管3为二级耗能软钢管2提供侧向约束，防止二级耗能软钢管2发生平面外失稳。现阶段，主要应用于结构遭遇中震作用时，为结构提供消能减震保障。
4)大震或极大震工况下，屈曲约束支撑变形值大于δ2，此时结构层间变形很大，结构濒临倒塌破坏的状态，此时约束钢管3为结构提供必要的抗侧刚度，避免结构在超过预估大震作用下，由于阻尼器退出工作，造成建筑物抗侧刚度瞬间骤减的情况。
综上，本实施例具有如下有益效果：
本发明针对传统防屈曲耗能支撑，一般情况下只有一个屈服点，在小震作用下不屈服，只提供附加刚度，不参与耗能的难题。本装置采用双屈服点设计，引入一级耗能软钢棒和二级耗能软钢管装置，通过控制二级耗能软钢管启动阈值δ1和约束钢管启动阈值δ2，成功解决了该问题。同时在不大幅度增加结构成本的前提下，拓展了防屈曲耗能支撑的适用范围。
本发明针对现有防屈曲耗能支撑，主要依靠核心单元进行结构抗震消能，当结构遭遇超过预估地震时，核心单元耗能破坏，支撑将完全退出工作，进而造成建筑物抗侧刚度瞬间骤减，极易造成建筑物的倒塌破坏的难题。本装置通过引入限位钢板，当支撑耗能软钢达到变形值δ2后，装置通过约束钢管继续为结构提供必要的抗侧刚度，避免结构在超过预估大震作用下发生严重损坏。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (4)
1.一种带限位功能的双屈服点钢棒屈曲约束支撑，其特征在于，包括：一级耗能软钢棒、二级耗能软钢管、约束钢管、限位钢板和连接钢棒；所述一级耗能软钢棒与所述连接钢棒焊接；所述限位钢板与所述一级耗能软钢棒焊接；所述二级耗能软钢管套装在所述一级耗能软钢棒上；所述二级耗能软钢管设置有与所述限位钢板相对应的限位槽，所述二级耗能软钢管的限位槽与所述限位钢板之间间隙为二级耗能软钢管启动阈值δ1；所述约束钢管套装在所述二级耗能软钢管上，所述约束钢管设置有与所述限位钢板相对应的限位槽，所述约束钢管的限位槽与所述限位钢板之间间隙为约束钢管启动阈值δ2；约束钢管启动阈值δ2大于二级耗能软钢管启动阈值δ1；
所述一级耗能软钢棒的两端的直径均大于中间段的直径；
所述一级耗能软钢棒与所述二级耗能软钢管之间设置有无粘结滑动材料层。
2.根据权利要求1所述的带限位功能的双屈服点钢棒屈曲约束支撑，其特征在于，所述限位钢板分别焊接在所述一级耗能软钢棒的两端；所述限位钢板沿所述一级耗能软钢棒的径向在其上下表面呈突出设置。
3.根据权利要求1所述的带限位功能的双屈服点钢棒屈曲约束支撑，其特征在于，所述二级耗能软钢管在端部设置有两个上下相对的限位槽。
4.根据权利要求1所述的带限位功能的双屈服点钢棒屈曲约束支撑，其特征在于，所述约束钢管在端部设置有两个上下相对的限位槽。
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