CN114016633A - 一种具有负泊松比效应的防屈曲支撑 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有负泊松比效应的防屈曲支撑，包括外套管和内套管，其中，外套管具有多列通孔，每一列通孔包括多个内凹六边形孔，外套管套装于内套管的外部且二者之间具有间隙。本发明的具有负泊松比效应的防屈曲支撑，外套管具有多个内凹六边形孔，从而使其具有负泊松比效应，受拉时膨胀，受压时收缩，即拉胀特性；防屈曲支撑的两端受到拉力时，外套管膨胀，即直径变大；防屈曲支撑的两端受到压力时，外套管收缩，即直径变小，包裹住内套管，内套管能够约束外套管变形，外套管在防屈曲支撑受拉或受压过程中发生塑形变形耗能，实现防屈曲耗能。且只设置了内套管和外套管，实现了结构轻型化，能够直接观察到外套管的变形情况。

Description

一种具有负泊松比效应的防屈曲支撑

技术领域

本发明涉及建筑工程技术领域，特别是涉及一种具有负泊松比效应的防屈曲支撑。

背景技术

随着减隔震设计理论的深入研究，防屈曲支撑作为一种有效的位移相关型阻尼器，具有很好的被动耗能效果，在建筑结构及桥梁中得到了较为广泛的应用。

防屈曲支撑是一种新型的支撑形式，在构造上通常由内核钢芯、外围约束套管和两者之间的无黏结隔离材料三部分组成。内核钢芯与主体结构相连，是主要的受力构件，在弹性变形范围内为结构提供抗侧刚度。当拉压荷载达到一定程度之后，内核钢芯发生屈服，通过滞回变形消耗地震能量。外围约束套管为内核钢芯提供侧向约束，防止内核钢芯发生受压屈曲。

防屈曲支撑结构通过内芯构件的塑性变形进行耗能，其中圆管形防屈曲支撑整体稳定性较好，可采用成品圆管加工制作，但是目前较多采用的圆管形防屈曲支撑为内外管同时约束中间耗能圆管的形式，结构较重，设计流程复杂；采用双圆管的防屈曲支撑，容易出现端部连接或过渡段发生破坏，且耗能钢管会出现局部屈曲。

如何改变现有技术中，防屈曲支撑结构内外同时支撑易造成结构损坏，降低防屈曲支撑结构可靠性的现状，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有负泊松比效应的防屈曲支撑，以解决上述现有技术存在的问题，延长防屈曲支撑结构使用寿命，提高防屈曲支撑结构的可靠性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种具有负泊松比效应的防屈曲支撑，包括：

外套管，所述外套管具有多列通孔，多列所述通孔平行于所述外套管的轴线设置，多列所述通孔绕所述外套管的轴线周向均布，相邻列所述通孔交错设置；每一列所述通孔包括多个内凹六边形孔，所述内凹六边形孔包括两个相连通的等腰梯形孔，两个所述等腰梯形孔的上底相连形成所述内凹六边形孔，所述等腰梯形孔的高平行于所述外套管的轴线，所述等腰梯形孔的上底与相邻列所述等腰梯形孔的下底相平齐；

内套管，所述外套管套装于所述内套管的外部且二者之间具有间隙。

优选地，所述内套管包括主体部和设置于所述主体部两端的连接部，所述连接部的直径较所述主体部的直径大。

优选地，所述内套管的一端的所述连接部与所述外套管相连，所述内套管的另一端的所述连接部可滑动设置于所述外套管内。

优选地，所述连接部与所述外套管焊接相连。

优选地，所述外套管与所述内套管滑动相连的一端连接有上端板，所述内套管与所述外套管相连的一端由所述外套管中伸出并连接有下端板。

优选地，所述上端板与所述下端板结构相同，且所述上端板和所述下端板对称设置。

优选地，所述上端板和所述下端板均分别包括相连的连接板和立板，所述连接板与所述内套管以及所述外套管相连，所述立板设置于所述连接板远离所述内套管以及所述外套管的一侧，所述连接板垂直于所述内套管以及所述外套管的轴线设置，所述立板垂直于所述连接板设置。

优选地，所述立板为工字形。

优选地，所述内套管的端部与所述上端板之间的间距与所述外套管与所述下端板之间的间距相等。

优选地，所述外套管与所述内套管同轴设置；所述外套管具有相连的变形区和连接区，所述连接区设置于所述变形区的两端，所述通孔位于所述变形区。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明的具有负泊松比效应的防屈曲支撑，包括外套管和内套管，其中，外套管具有多列通孔，多列通孔平行于外套管的轴线设置，多列通孔绕外套管的轴线周向均布，相邻列通孔交错设置；每一列通孔包括多个内凹六边形孔，内凹六边形孔包括两个相连通的等腰梯形孔，两个等腰梯形孔的上底相连形成内凹六边形孔，等腰梯形孔的高平行于外套管的轴线，等腰梯形孔的上底与相邻列等腰梯形孔的下底相平齐；外套管套装于内套管的外部且二者之间具有间隙。

本发明的具有负泊松比效应的防屈曲支撑，外套管具有多个内凹六边形孔，从而使其具有负泊松比效应，受拉时膨胀，受压时收缩，即拉胀特性；防屈曲支撑的两端受到拉力时，外套管膨胀，即直径变大；防屈曲支撑的两端受到压力时，外套管收缩，即直径变小，包裹住内套管，内套管能够约束外套管变形，外套管在防屈曲支撑受拉或受压过程中发生塑形变形耗能，实现防屈曲耗能。且本发明的具有负泊松比效应的防屈曲支撑，只设置了内套管和外套管，相较于现有技术中同时设置内外管的防屈曲结构，实现了结构轻型化，且能够直接观察到外套管的变形情况，以便评估耗能大小以及外载荷情况，提高了防屈曲支撑结构的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明的具有负泊松比效应的防屈曲支撑的结构示意图；

图2为本发明的具有负泊松比效应的防屈曲支撑的外套管的结构示意图；

图3为图2中部分结构的放大示意图；

图4为本发明的具有负泊松比效应的防屈曲支撑的内套管的结构示意图；

图5为本发明的具有负泊松比效应的防屈曲支撑的上端板或下端板的结构示意图；

其中，1为外套管，101为通孔，102为内凹六边形孔，103为等腰梯形孔，104为变形区，105为连接区，2为内套管，201为主体部，202为连接部，3为上端板，4为下端板，5为连接板，6为立板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

本发明的目的是提供一种具有负泊松比效应的防屈曲支撑，以解决上述现有技术存在的问题，延长防屈曲支撑结构使用寿命，提高防屈曲支撑结构的可靠性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

请参考图1-5，其中，图1为本发明的具有负泊松比效应的防屈曲支撑的结构示意图，图2为本发明的具有负泊松比效应的防屈曲支撑的外套管的结构示意图，图3为图2中部分结构的放大示意图，图4为本发明的具有负泊松比效应的防屈曲支撑的内套管的结构示意图，图5为本发明的具有负泊松比效应的防屈曲支撑的上端板或下端板的结构示意图。

本发明提供一种具有负泊松比效应的防屈曲支撑，包括外套管1和内套管2，其中，外套管1具有多列通孔101，多列通孔101平行于外套管1的轴线设置，多列通孔101绕外套管1的轴线周向均布，相邻列通孔101交错设置；每一列通孔101包括多个内凹六边形孔102，内凹六边形孔102包括两个相连通的等腰梯形孔103，两个等腰梯形孔103的上底相连形成内凹六边形孔102，等腰梯形孔103的高平行于外套管1的轴线，等腰梯形孔103的上底与相邻列等腰梯形孔103的下底相平齐；外套管1套装于内套管2的外部且二者之间具有间隙。

本发明的具有负泊松比效应的防屈曲支撑，外套管1具有多个内凹六边形孔102，从而使其具有负泊松比效应，受拉时膨胀，受压时收缩，即拉胀特性；防屈曲支撑的两端受到拉力时，外套管1膨胀，即直径变大；防屈曲支撑的两端受到压力时，外套管1收缩，即直径变小，包裹住内套管2，内套管2能够约束外套管1变形，外套管1在防屈曲支撑受拉或受压过程中发生塑形变形耗能，实现防屈曲耗能。且本发明的具有负泊松比效应的防屈曲支撑，只设置了内套管2和外套管1，相较于现有技术中同时设置内外管的防屈曲结构，实现了结构轻型化，且能够直接观察到外套管1的变形情况，以便评估耗能大小以及外载荷情况，提高了防屈曲支撑结构的可靠性。

其中，内套管2包括主体部201和设置于主体部201两端的连接部202，连接部202的直径较主体部201的直径大。内套管2设置为变径结构，方便了利用连接部202与外套管1相连，同时保证了主体部201与外套管1之间具有间隙，避免影响外套管1的变形收缩，内套管2能够限制外套管1在受压过程中向内收紧，防止屈曲，维持结构整体稳定性。在本具体实施方式中，主体部201与外套管1之间的间隙为3mm，为外套管1受压时收缩预留一定的变形空间，连接部202与外套管1之间的间隙为0.5mm。

具体地，内套管2的一端的连接部202与外套管1相连，内套管2的另一端的连接部202可滑动设置于外套管1内，在外套管1发生变形时，内套管2与外套管1发生相对滑动，减小内套管2与外套管1之间的摩擦力。

在本具体实施方式中，内套管2一端的连接部202与外套管1焊接相连，焊接操作方便，连接牢固。

更具体地，外套管1与内套管2滑动相连的一端连接有上端板3，内套管2与外套管1相连的一端由外套管1中伸出并连接有下端板4，设置上端板3和下端板4，方便连接，上端板3和下端板4均分别可以采用钢板或栓接、铆接等形式。上端板3与外套管1相连，下端板4与内套管2相连。

在本发明的其他具体实施方式中，上端板3与下端板4结构相同，降低生产制造以及装配难度，且上端板3和下端板4对称设置，对称轴为靠近上端板3的外套管1的径向端面与靠近下端板4的内套管2的径向端面之间的中线。

另外，上端板3和下端板4均分别包括相连的连接板5和立板6，连接板5与内套管2以及外套管1相连，立板6设置于连接板5远离内套管2以及外套管1的一侧，连接板5垂直于内套管2以及外套管1的轴线设置，立板6垂直于连接板5设置，上端板3和下端板4均包括连接板5和立板6，连接板5为上端板3以及下端板4与内套管2以及外套管1相连提供了便利，可采用焊接连接，提高连接牢固度，设置立板6方便防屈曲支撑结构的安装连接。

在本具体实施方式中，立板6为工字形，提高了连接板5的受力均匀性。

进一步地，内套管2的端部与上端板3之间的间距与外套管1与下端板4之间的间距相等，在本具体实施方式中，内套管2的端部与上端板3之间的间距与外套管1与下端板4之间的间距均为20mm，在实际应用中间距还可以根据内套管2以及外套管1的规格具体设置。

更进一步地，外套管1与内套管2同轴设置，保证内套管2对外套管1变形约束的均匀度，提高结构整体稳定性和可靠性。还需要强调的是，外套管1具有相连的变形区104和连接区105，连接区105设置于变形区104的两端，通孔101位于变形区104，外套管1的变形区104位于中部，将变形耗能部分集中在外套管1的中部，相当于增强了端部过渡段，有效防止端部连接部202位或过渡段发生破坏，延长防屈曲支撑结构的使用寿命。

本发明的具有负泊松比效应的防屈曲支撑，包括内套管2、外套管1、上端板3以及下端板4，外套管1一端与内套管2相连，与外套管1相连的内套管2一端与下端板4相连，与内套管2滑动相连的外套管1一端与上端板3相连，外套管1具有负泊松比效应，外套管1在受拉时径向截面直径变大，受压时径向截面直径变小，并包裹住内套管2，保证支撑的整体稳定性，内凹六边形孔102不发生局部屈曲，从而实现防屈曲耗能，本发明中内套管2和外套管1采用圆管结构，截面不存在强弱轴，两个方向抗弯惯性矩相同，提高了结构对称性。本发明解决了现有防屈曲支撑结构同时需要内外约束构件的形式，只需要内侧约束构件既能够实现控制支撑的受压屈曲行为，且由于变形区104位于外套管1的中部，能够保证支撑的端部不会发生破坏，提高支撑可靠性。

另外，还需要说明的是，除内外约束管约束中间管屈曲的结构外，现有技术中还包括另外两种圆管防屈曲支撑结构：1、内核管耗能，外管限制屈曲变形；2、内管支撑，外管耗能。但是这两种结构均只限制了单侧变形，易出现耗能管件未限制侧发生屈曲破坏的问题。本发明的具有负泊松比效应的防屈曲支撑，外套管1采用具有负泊松比的开孔形式，解决了上述问题，在外套管1受拉变形时径向截面变大，不存在屈曲行为，在受压时径向截面变小，且外套管1与内套管2之间的间隙变小，变形较大时，外套管1与内套管2紧密贴合，在外套管1径向截面方向有环向拉力的存在，也不会发生屈曲，提高了防屈曲支撑可靠性。且外套管1的变形区104位于中部，变形在变形区104发生，增强能耗效果，避免端部被破坏。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种具有负泊松比效应的防屈曲支撑，其特征在于，包括：

外套管，所述外套管具有多列通孔，多列所述通孔平行于所述外套管的轴线设置，多列所述通孔绕所述外套管的轴线周向均布，相邻列所述通孔交错设置；每一列所述通孔包括多个内凹六边形孔，所述内凹六边形孔包括两个相连通的等腰梯形孔，两个所述等腰梯形孔的上底相连形成所述内凹六边形孔，所述等腰梯形孔的高平行于所述外套管的轴线，所述等腰梯形孔的上底与相邻列所述等腰梯形孔的下底相平齐；

内套管，所述外套管套装于所述内套管的外部且二者之间具有间隙。

2.根据权利要求1所述的具有负泊松比效应的防屈曲支撑，其特征在于：所述内套管包括主体部和设置于所述主体部两端的连接部，所述连接部的直径较所述主体部的直径大。

3.根据权利要求2所述的具有负泊松比效应的防屈曲支撑，其特征在于：所述内套管的一端的所述连接部与所述外套管相连，所述内套管的另一端的所述连接部可滑动设置于所述外套管内。

4.根据权利要求3所述的具有负泊松比效应的防屈曲支撑，其特征在于：所述连接部与所述外套管焊接相连。

5.根据权利要求3所述的具有负泊松比效应的防屈曲支撑，其特征在于：所述外套管与所述内套管滑动相连的一端连接有上端板，所述内套管与所述外套管相连的一端由所述外套管中伸出并连接有下端板。

6.根据权利要求5所述的具有负泊松比效应的防屈曲支撑，其特征在于：所述上端板与所述下端板结构相同，且所述上端板和所述下端板对称设置。

7.根据权利要求5所述的具有负泊松比效应的防屈曲支撑，其特征在于：所述上端板和所述下端板均分别包括相连的连接板和立板，所述连接板与所述内套管以及所述外套管相连，所述立板设置于所述连接板远离所述内套管以及所述外套管的一侧，所述连接板垂直于所述内套管以及所述外套管的轴线设置，所述立板垂直于所述连接板设置。

8.根据权利要求7所述的具有负泊松比效应的防屈曲支撑，其特征在于：所述立板为工字形。

9.根据权利要求5所述的具有负泊松比效应的防屈曲支撑，其特征在于：所述内套管的端部与所述上端板之间的间距与所述外套管与所述下端板之间的间距相等。

10.根据权利要求1-9任一项所述的具有负泊松比效应的防屈曲支撑，其特征在于：所述外套管与所述内套管同轴设置；所述外套管具有相连的变形区和连接区，所述连接区设置于所述变形区的两端，所述通孔位于所述变形区。

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