CN113775070A - 一种新型自复位约束屈曲支撑 - Google Patents

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王秋燕
卜娜蕊
蔡曦东
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董齐辉
段君胜
郭俊岩
杨恩友
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Abstract

本发明公开了一种新型自复位约束屈曲支撑,包括外套筒,所述外套筒的内壁滑动连接有内套筒,所述内套筒的内壁与外套筒的内壁均搭接有端板,两个端板的表面设置有若干个预应力筋。通过设置外套筒、内套筒、预应力筋、十字形钢芯、方形钢管和端板,地震结束后,预应力筋自身很大的自恢复力使左右端板相对靠近,从而使第一挡板焊接的外套筒和第一挡块焊接的内套筒发生相对远离运动,该耗能构件为约束屈曲支撑,在受拉、受压荷载作用,十字型钢芯屈服,耗散地震能量效果好,且约束屈曲支撑技术经验较成熟,在此基础上增加预应力筋的复位系统,使耗能构件能恢复到初始状态,保证了本发明在地震作用后还能正常工作。

Description

一种新型自复位约束屈曲支撑
技术领域
本发明涉及建筑结构领域,特别是涉及一种新型自复位约束屈曲支撑。
背景技术
近年来,地震造成的社会和经济问题使得结构抗震技术受到越来越多的关注。现行抗震设计规范是以保障居住者生命安全为基本目标,以其为标准所设计和建造的建筑结构,虽在地震发生时可有效地避免结构发生倒塌、保证人身和财产安全,但震后结构因修复时间长、修复难度大等原因,严重影响了应急救灾工作和结构的正常使用功能。框架-支撑结构体系在地震发生时可提供足够的抗侧刚度,展现出良好的抗震性能,且震后破坏的支撑构件易于修复和更换,因此被广泛应用于高层及超高层结构中。然而,普通钢支撑构件在循环加载过程中易发生整体或局部屈曲破坏,且构件屈曲后其耗能能力急剧降低。同时,CSB构件的滞回性能存有明显拉压不对称现象。防屈曲支撑通过在其外围增设约束构件的方式,克服了CSB构件受压易屈曲等不足,有效提高了支撑的整体耗能能力。
然而,由于BRB及CSB均是通过自身钢材的弹塑性变形来耗散地震输入能量,同时两种支撑构件也因缺乏自恢复性能,使得结构在震后存有较大残余变形的问题仍未得到有效解决。结构在强烈地震作用下产生的过大侧向变形和残余变形正是导致结构发生倒塌破坏的直接原因,对于即将倒塌或可能经历后续地震的结构,残余变形会对其抗震性能产生严重影响。此外,当结构残余变形角大于0.5%时,其修复成本将超过重建成本,造成了不必要的经济损失。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明提供一种新型自复位约束屈曲支撑,解决现有支撑构件在屈曲或屈服耗能后留有较大残余变形等不足,国内外研究学者提出了多种兼具自恢复性能与高耗能能力的新型自复位约束屈曲支撑结构体系,该结构体系在震后可自行恢复至初始状态,减小结构残余变形影响。
为解决上述技术问题,本发明提供如下技术方案:一种新型自复位约束屈曲支撑,包括外套筒,所述外套筒的内壁滑动连接有内套筒,所述内套筒的内壁与外套筒的内壁均搭接有端板,两个端板的表面设置有若干个预应力筋,两个端板的内壁套接在同一个方形钢管的表面,所述方形钢管内设置有十字形钢芯,所述外套筒内壁的上下两表面焊接有两个第一挡板,所述外套筒内壁的正面和背面焊接有两个第二挡板,所述内套筒内壁的正面和背面均焊接有第一挡块,所述内套筒内壁的上下两表面均焊接有两个第二挡块。
作为本发明的一种优选技术方案,所述十字形钢芯的左右两端分别与外套筒和内套筒的内壁焊接。
作为本发明的一种优选技术方案,所述方形管的内壁设置有填充层,所述填充层均匀的覆盖在十字形钢芯的表面,所述填充层具体为无粘结混凝土。
作为本发明的一种优选技术方案,所述预应力筋的两端均卡接有夹具,两个夹具的相对面分别与对应端板的表面搭接。
作为本发明的一种优选技术方案,所述外套筒的右侧面与内套筒的左侧面均设置有耳板。
作为本发明的一种优选技术方案,所述第一挡板和第一挡块的左侧面与位于左侧端板的右侧面搭接,所述第二挡板和第二挡块的右侧面与位于右侧端板的左侧面搭接。
作为本发明的一种优选技术方案,所述内套筒与外套筒均采用Q235钢材质,两个端板均可滑动在方形钢管的表面。
作为本发明的一种优选技术方案,所述内套筒内壁的上下两表面均开设有第一矩形孔,所述内套筒内壁的正面和背面均开设有第二矩形孔,两个第一挡板滑动连接在对应第一矩形孔的内壁,两个第二挡板滑动连接在对应第二矩形孔的内壁。
与现有技术相比,本发明能达到的有益效果是:
通过设置外套筒、内套筒、预应力筋、十字形钢芯、方形钢管和端板,在地震等水平作用发生时,建筑物通过外套筒端部的耳板和内套筒端部的耳板向十字形钢芯施加拉力和压力,十字形钢芯在外荷载的作用下,十字形钢芯屈服,耗散地震能量,在受压状态下,十字形钢芯屈服,外套筒和内套筒发生相对靠近运动,此时,与外套筒焊接的挡板向左运动过程中带动左侧端板一起向左运动,与内套筒焊接的第二挡块向右运动的过程中一起带动右侧端板向右运动,左右端板相对远离使预应力筋拉长产生拉力,地震结束后,预应力筋自身很大的自恢复力使左右端板相对靠近,从而使第一挡板焊接的外套筒和第一挡块焊接的内套筒发生相对远离运动,与内套筒和外套筒相连的十字形钢芯在预应力筋自恢复力的作用下承受拉力,使屈服的十字形钢芯恢复原状,该耗能构件为约束屈曲支撑,在受拉、受压荷载作用,十字型钢芯屈服,耗散地震能量效果好,且约束屈曲支撑技术经验较成熟,在此基础上增加预应力筋的复位系统,使耗能构件能恢复到初始状态,保证了本发明在地震作用后还能正常工作。
附图说明
图1为本发明立体的结构示意图;
图2为本发明立体的剖面结构示意图;
图3为本发明俯视的剖面结构示意图;
图4为本发明方形钢管立体的结构示意图;
图5为本发明外套筒立体的剖面结构示意图。
其中:1外套筒、2内套筒、3端板、4预应力筋、5方形钢管、6填充层、7十字形钢芯、8第一矩形孔、9第二矩形孔、10第一挡板、11第二挡板、12第一挡块、13第二挡块、14耳板、15夹具。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段;创作特征;达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体实施例,进一步阐述本发明,但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例,并非全部。基于实施方式中的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例,都属于本发明的保护范围。下述实施例中的实验方法,如无特殊说明,均为常规方法,下述实施例中所用的材料;试剂等,如无特殊说明,均可从商业途径得到。
实施例
如图1-5所示,本发明提供一种新型自复位约束屈曲支撑,包括外套筒1,外套筒1的内壁滑动连接有内套筒2,内套筒2的内壁与外套筒1的内壁均搭接有端板3,两个端板3的表面设置有若干个预应力筋4,两个端板3的内壁套接在同一个方形钢管5的表面,方形钢管5内设置有十字形钢芯7,外套筒1内壁的上下两表面焊接有两个第一挡板10,外套筒1内壁的正面和背面焊接有两个第二挡板11,内套筒2内壁的正面和背面均焊接有第一挡块12,内套筒2内壁的上下两表面均焊接有两个第二挡块13。
在其他实施例中,如图1和图3所示,十字形钢芯7的左右两端分别与外套筒1和内套筒2的内壁焊接,预应力筋4的两端均卡接有夹具15,两个夹具15的相对面分别与对应端板3的表面搭接,外套筒1的右侧面与内套筒2的左侧面均设置有耳板14,第一挡板10和第一挡块12的左侧面与位于左侧端板3的右侧面搭接,第二挡板11和第二挡块13的右侧面与位于右侧端板3的左侧面搭接。
通过设置十字形钢芯7,十字形钢芯7的形状具备更好的支撑强度,使其支撑的效果得到提升,通过设置夹具15,夹具15能够保持对预应力筋4两端进行稳定的固定和夹持,使其能够便于安装后的收紧操作,同时保障其稳定的固定绷紧状态,通过设置耳板14,耳板14方便对其进行安装和连接操作。
在其他实施例中,如图2和图4所示,方形管的内壁设置有填充层6,填充层6均匀的覆盖在十字形钢芯7的表面,填充层6具体为无粘结混凝土,内套筒2与外套筒1均采用Q235钢材质,两个端板3均可滑动在方形钢管5的表面,内套筒2内壁的上下两表面均开设有第一矩形孔8,内套筒2内壁的正面和背面均开设有第二矩形孔9,两个第一挡板10滑动连接在对应第一矩形孔8的内壁,两个第二挡板11滑动连接在对应第二矩形孔9的内壁。
通过设置填充层6,填充层6采用的无粘结混凝土,使其与十字形钢芯7的粘接效果可以忽略,保持十字形钢芯7具备良好的稳定,由方形钢管5和无粘结混凝土及十字形钢芯7可以保证支撑在受压力作用下保持屈服,以达到耗散地震能量的作用,通过设置第一矩形孔8,第一矩形孔8和第二矩形孔9能够起到很好的限位效果,使其保障外套筒1与内套筒2具备良好的活动幅度。
工作原理:
S1、在地震等水平作用发生时,建筑物通过外套筒1端部的耳板14和内套筒2端部的耳板14向十字形钢芯7施加拉力和压力,十字形钢芯7在外荷载的作用下,十字形钢芯7屈服,耗散地震能量,在受压状态下,十字形钢芯7屈服,外套筒1和内套筒2发生相对靠近运动,此时,与外套筒1焊接的挡板向左运动过程中带动左侧端板3一起向左运动,与内套筒2焊接的第二挡块13向右运动的过程中一起带动右侧端板3向右运动,左右两侧端板3相对远离使预应力筋4拉长产生拉力;
S2、地震结束后,预应力筋4自身很大的自恢复力使左右端板3相对靠近,从而使第一挡板10焊接的外套筒1和第一挡块12焊接的内套筒2发生相对远离运动,与内套筒2和外套筒1相连的十字形钢芯7在预应力筋4自恢复力的作用下承受拉力,使屈服的十字形钢芯7恢复原状,在受拉状态下,十字形钢芯7屈服,外套筒1和内套筒2发生相对远离运动,此时,与外套筒1焊接的第二挡板11向右运动过程中带动右侧端板3一起向右运动,与内套筒2焊接的第一挡块12向左运动的过程中一起带动左侧端板3向左运动,左右端板3相对远离使预应力筋4拉长产生拉力;
S3、地震结束后,预应力筋4自身很大的自恢复力使左右端板3相对靠近,从而使与第二挡板11焊接的外套筒1和第一挡块12焊接的内套筒2发生相对靠近运动,与内外套筒1相连十字形钢芯7在预应力筋4自恢复力的作用下承受压力,使屈服的十字形钢芯7恢到初始状态。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例,并不用来限制本发明,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种新型自复位约束屈曲支撑,包括外套筒(1),其特征在于:所述外套筒(1)的内壁滑动连接有内套筒(2),所述内套筒(2)的内壁与外套筒(1)的内壁均搭接有端板(3),两个端板(3)的表面设置有若干个预应力筋(4),两个端板(3)的内壁套接在同一个方形钢管(5)的表面,所述方形钢管(5)内设置有十字形钢芯(7),所述外套筒(1)内壁的上下两表面焊接有两个第一挡板(10),所述外套筒(1)内壁的正面和背面焊接有两个第二挡板(11),所述内套筒(2)内壁的正面和背面均焊接有第一挡块(12),所述内套筒(2)内壁的上下两表面均焊接有两个第二挡块(13)。
2.根据权利要求1所述的一种新型自复位约束屈曲支撑,其特征在于:所述十字形钢芯(7)的左右两端分别与外套筒(1)和内套筒(2)的内壁焊接。
3.根据权利要求1所述的一种新型自复位约束屈曲支撑,其特征在于:所述方形管的内壁设置有填充层(6),所述填充层(6)均匀的覆盖在十字形钢芯(7)的表面,所述填充层(6)具体为无粘结混凝土。
4.根据权利要求1所述的一种新型自复位约束屈曲支撑,其特征在于:所述预应力筋(4)的两端均卡接有夹具(15),两个夹具(15)的相对面分别与对应端板(3)的表面搭接。
5.根据权利要求1所述的一种新型自复位约束屈曲支撑,其特征在于:所述外套筒(1)的右侧面与内套筒(2)的左侧面均设置有耳板(14)。
6.根据权利要求1所述的一种新型自复位约束屈曲支撑,其特征在于:所述第一挡板(10)和第一挡块(12)的左侧面与位于左侧端板(3)的右侧面搭接,所述第二挡板(11)和第二挡块(13)的右侧面与位于右侧端板(3)的左侧面搭接。
7.根据权利要求1所述的一种新型自复位约束屈曲支撑,其特征在于:所述内套筒(2)与外套筒(1)均采用Q235钢材质,两个端板(3)均可滑动在方形钢管(5)的表面。
8.根据权利要求1所述的一种新型自复位约束屈曲支撑,其特征在于:所述内套筒(2)内壁的上下两表面均开设有第一矩形孔(8),所述内套筒(2)内壁的正面和背面均开设有第二矩形孔(9),两个第一挡板(10)滑动连接在对应第一矩形孔(8)的内壁,两个第二挡板(11)滑动连接在对应第二矩形孔(9)的内壁。
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