CN114016791B - 一种金属摩擦双屈服点复合消能支撑 - Google Patents

Abstract

一种金属摩擦双屈服点复合消能支撑，包括第一屈服摩擦组件和第二屈服软钢组件，第一屈服摩擦组件包括摩擦组板、摩擦螺栓组和摩擦连接端板，摩擦组板包括摩擦芯板和摩擦侧板，第二屈服软钢组件包括芯板组板、约束套筒组板、约束高强螺栓组和软钢连接组板，芯板组板包括软钢芯板和软钢限位板，软钢连接组板包括外端组板和内端组板，内端组板包括内端连接侧板和内端连接端板。本发明的复合消能支撑，通过串联利用了摩擦阻尼器和金属阻尼器的优点，控制其在不同地震作用水平下发挥耗能作用并有效控制耗能段最大变形，以解决普通屈曲约束支撑因仅具有单一屈服点，仅在中大震作用下屈服耗能而在小震作用下不能进入工作的缺点。

Description

一种金属摩擦双屈服点复合消能支撑

技术领域

本发明涉及一种结构抗震构件，特别是一种金属摩擦双屈服点复合消能支撑。

背景技术

近几十年来，随着结构振动控制技术的发展，消能减震技术由于其具有概念简单、减震机理明确、减震效果显著、构造简单、安装和维护方便的优势，对结构的建筑功能和日常使用影响较小，使用范围广等优点，越来越受到国内外学者和工程技术人员的重视和青睐，并已推广应用到大量的实际工程中。

相比其他类型的减震阻尼器，如液体粘滞型阻尼器、粘弹性阻尼器、金属摩擦阻尼器等，屈曲约束支撑具有加工简单，制作成本低，性能稳定，减震效果显著等优点。

屈曲约束支撑（Buckling-Restrained Brace，简写BRB），或称为无粘结支撑，是一种在受拉与受压时均能达到屈服而不发生屈曲失稳的轴心受力构件，屈曲约束支撑的一般构成为：钢芯和约束构件，为使钢芯能有效工作，在钢芯与约束构件之间应设置无粘结材料。普通的屈曲约束支撑一般只有单一屈服点，其承载力和变形能力是由其材料特性决定的。普通屈曲约束支撑在较低烈度地震下进入工作时，在高烈度地震下就可能因变形过大而断裂；反之，如果保证在高烈度地震下不断裂，则在低烈度地震下不能进入工作。基于此，目前的普通屈曲约束支撑一般是在小震下不发挥耗能作用，以实现大震时不断裂的目的。因此，普通屈曲约束支撑在小震下与普通钢支撑作用相差不大，并没有发挥消能减震作用，无法改善建筑物在小震下的抗震性能目标。

金属摩擦阻尼器是利用金属之间的相对滑动摩擦，将地震时产生能量转化为摩擦热能吸收，从而减少结构反应。由于摩擦力大小易于控制，其力学性能对外界环境变化不敏感，构造简单且维护方便，因此在各建筑物中得到广泛应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属摩擦双屈服点复合消能支撑，要解决普通屈曲约束支撑在小震下与普通钢支撑作用相差不大，并没有发挥消能减震作用，无法改善建筑物在小震下的抗震性能目标的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种金属摩擦双屈服点复合消能支撑，为全钢支撑，包括第一屈服摩擦组件和第二屈服软钢组件，所述第一屈服摩擦组件包括摩擦组板、摩擦螺栓组和摩擦连接端板，所述摩擦组板包括摩擦芯板和两块摩擦侧板，两块摩擦侧板分别紧贴夹设在摩擦芯板的上下两侧，摩擦芯板与两块摩擦侧板之间通过垂直摩擦组板的摩擦螺栓组上下向栓接，所述摩擦侧板的外端面与摩擦连接端板的内侧表面固定连接，所述摩擦芯板的外端连接端与摩擦连接端板无连接，

所述第二屈服软钢组件包括芯板组板、约束套筒组板、约束高强螺栓组和软钢连接组板，所述芯板组板包括软钢芯板和软钢限位板，所述软钢限位板共两块，分别紧贴夹设并固定连接在软钢芯板的外端连接端的上下两侧，所述约束套筒组板共两组，分别夹设在芯板组板的两侧，每组均包括约束套筒和套筒限位板，套筒限位板紧贴并固定连接在约束套筒的外端连接端的内侧，所述套筒限位板的外侧也紧贴夹设在软钢芯板的外端连接端的上下两侧，套筒限位板与软钢限位板的外侧表面平齐，所述芯板组板和两侧约束套筒组板之间通过垂直组板的约束高强螺栓组上下向栓接，

所述软钢连接组板包括外端组板和内端组板，所述外端组板包括两块外端连接侧板，夹设在芯板组板和约束套筒组板的外端连接端的前后两侧，并且外端连接侧板与软钢芯板固定连接、与约束套筒无连接，所述内端组板包括两块内端连接侧板和一块内端连接端板，所述内端连接侧板分别与各自的外端连接侧板位于同一个平面内，内端连接侧板夹设在芯板组板和约束套筒组板的内端连接端的前后两侧，并且内端连接侧板与软钢芯板固定连接、与约束套筒无连接，所述内端连接端板与摩擦连接端板平行，与内端连接侧板共同形成U型件，所述软钢芯板的内端面固定连接在内端连接端板的表面，内端连接端板与约束套筒也无连接，所述摩擦芯板的内端面与内端连接端板的外侧表面固定连接。

所述软钢芯板为变截面板体，其外端连接端的端部两侧做薄，该部分厚度小于其余部分的厚度，上下两侧均形成限位板安置槽，限位板安置槽与其余部分的厚度中心线居中对齐。

所述约束套筒的横截面形状为矩形，所述软钢限位板位于套筒限位板的外侧，并且两块软钢限位板的厚度与限位板安置槽的槽深相适应，两块软钢限位板的外侧表面与软钢芯板的厚度较厚处平齐。

所述软钢芯板的受力区沿纵向分为中部的核心段、核心段两侧的过渡段和过渡段外侧的连接段，所述连接段的板宽大于核心段的板宽，所述过渡段在核心段与连接段之间平滑过渡。

所述连接段包括外端连接端和内端连接端，所述约束高强螺栓组包括外端连接螺栓、内端连接螺栓和核心段连接螺栓。

所述外端连接螺栓处，外端连接端上开有一组软钢外端连接长圆孔、软钢限位板上开有一组软钢限位长圆孔、套筒限位板上开有一组套筒限位圆孔、约束套筒上开有套筒连接段圆孔，各孔对齐并通过外端连接螺栓拉结为一体。

所述内端连接螺栓处，内端连接端上开有一组软钢内端连接圆孔、约束套筒上开有套筒连接段圆孔，各孔对齐并通过内端连接螺栓拉结为一体。

所述核心段连接螺栓在核心段的前后两侧分别设有一排，所述约束套筒上开有对应的套筒核心段圆孔，各孔对齐并通过核心段连接螺栓拉结为一体。

所述摩擦螺栓组处，摩擦芯板上开有一组摩擦芯板长圆孔、摩擦侧板上开有圆孔，各孔对齐并通过摩擦螺栓拉结为一体。

所述固定连接均为焊接，各个限位孔的大小和位置需根据具体工程，经抗震计算确定完善。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：

本发明的复合消能支撑，通过串联摩擦组件和BRB组件，即第一屈服摩擦组件和第二屈服软钢组件实现双屈服点特性，更好的利用了摩擦阻尼器和金属阻尼器的优点，控制其在不同地震作用水平下发挥耗能作用并有效控制耗能段最大变形，以解决普通屈曲约束支撑因仅具有单一屈服点，仅在中大震作用下屈服耗能而在小震作用下不能进入工作的缺点。

本发明的第一屈服摩擦组件主要是由摩擦板以及高强螺栓构成，地震作用下摩擦板相对滑动，阻尼器通过摩擦产热，使地震能量转化成热能吸收，从而有较好的地震下耗能性能。第一屈服摩擦组件在小震作用下摩擦板开始发生相对滑动，进入工作状态，开始地震耗能。

第二屈服软钢组件由于芯板进入弹塑性阶段后，软钢芯材具有良好的拉压屈服滞回性能，可以消耗大部分地震能量，从而减小其它结构构件在罕遇地震作用下的损伤。该组件在小震作用下保持弹性，在中大震作用下进入工作状态，开始屈服耗能。

本发明复合消能支撑串联上述两种组件，即第一屈服摩擦组件和第二屈服软钢组件从而做到使复合消能支撑具有双屈服点，第一屈服摩擦组件和第二屈服软钢组件，在小震作用下，第一屈服段进入工作状态，消耗地震能量，进入中震和大震时，第二屈服段进入工作状态，提高支撑的承载力、刚度以及消能能力，保护其它结构构件在地震作用下不致损伤。

具体工作机理如下：

小震作用下：第一屈服段摩擦组件率先进入屈服耗能，摩擦钢板相对滑移未超过长圆螺栓孔限定位移，金属组件保持弹性，尚未进入工作状态。

中震或大震作用下：结构的层间水平变形比小震下显著变大，摩擦钢板达到长圆螺栓孔限定位移，第二屈服软钢组件进入工作状态，产生屈服消能，与摩擦组件共同发挥消能作用。

当金属软钢变形达到限位位移时，外套筒进入工作状态，与两个耗能段共同进入工作状态。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的拆分结构示意图。

图3是约束套筒与套筒限位板的连接结构示意图。

图4是本发明去除一侧的外端连接侧板和内端连接侧板的整体结构示意图。

图5是本发明软钢芯板及与其连接构件的拆分结构示意图。

图6是本发明软钢芯板的结构示意图。

图7是图6的侧视结构示意图。

图8是摩擦侧板与摩擦连接端板的结构示意图。

附图标记：1－摩擦芯板、12－摩擦螺栓组、13－摩擦芯板长圆孔、2－摩擦侧板、21－摩擦侧板圆孔、3－摩擦连接端板、4－软钢芯板、4a－核心段、4b－连接段、4c－过渡段、41－限位板安置槽、42－外端连接端、43－内端连接端、44－软钢外端连接长圆孔、45－软钢内端连接圆孔、5－软钢限位板、51－软钢限位长圆孔、6－约束套筒、61－套筒连接段圆孔、62－套筒核心段圆孔、7－套筒限位板、71－套筒限位圆孔、8－约束高强螺栓组、81－外端连接螺栓、82－内端连接螺栓、83－核心段连接螺栓、9－外端连接侧板、10－内端连接侧板、11－内端连接端板、14－第一屈服摩擦组件、15－第二屈服软钢组件。

具体实施方式

实施例参见图1所示，一种金属摩擦双屈服点复合消能支撑，为全钢支撑，包括第一屈服摩擦组件14和第二屈服软钢组件15。

参见图2、图4-8所示，所述第一屈服摩擦组件包括摩擦组板、摩擦螺栓组12和摩擦连接端板3，所述摩擦组板包括摩擦芯板1和两块摩擦侧板2，两块摩擦侧板2分别紧贴夹设在摩擦芯板1的上下两侧，摩擦芯板1与两块摩擦侧板2之间通过垂直摩擦组板的摩擦螺栓组12上下向栓接，所述摩擦侧板2的外端面与摩擦连接端板3的内侧表面固定连接，所述摩擦芯板1的外端连接端与摩擦连接端板3无连接。所述摩擦螺栓组12处，摩擦芯板1上开有一组摩擦芯板长圆孔13、摩擦侧板2上开有摩擦侧板圆孔21，各孔对齐并通过摩擦螺栓拉结为一体。

参见图2、图4-7所示，所述第二屈服软钢组件包括芯板组板、约束套筒组板、约束高强螺栓组8和软钢连接组板，所述芯板组板包括软钢芯板4和软钢限位板5，所述软钢限位板5共两块，分别紧贴夹设并固定连接在软钢芯板4的外端连接端的上下两侧，所述约束套筒组板共两组，分别夹设在芯板组板的两侧，每组均包括约束套筒6和套筒限位板7，套筒限位板7紧贴并固定连接在约束套筒6的外端连接端的内侧，所述套筒限位板7的外侧也紧贴夹设在软钢芯板4的外端连接端的上下两侧，套筒限位板7与软钢限位板5的外侧表面平齐，所述芯板组板和两侧约束套筒组板之间通过垂直组板的约束高强螺栓组8上下向栓接。

参见图1-7所示，所述软钢连接组板包括外端组板和内端组板，所述外端组板包括两块外端连接侧板9，夹设在芯板组板和约束套筒组板的外端连接端的前后两侧，并且外端连接侧板9与软钢芯板4固定连接、与约束套筒6无连接，所述内端组板包括两块内端连接侧板10和一块内端连接端板11，所述内端连接侧板10分别与各自的外端连接侧板9位于同一个平面内，内端连接侧板10夹设在芯板组板和约束套筒组板的内端连接端的前后两侧，并且内端连接侧板10与软钢芯板4固定连接、与约束套筒6无连接，所述内端连接端板11与摩擦连接端板3平行，与内端连接侧板11共同形成U型件，所述软钢芯板4的内端面固定连接在内端连接端板11的表面，内端连接端板11与约束套筒6也无连接，所述摩擦芯板1的内端面与内端连接端板11的外侧表面固定连接。

所述软钢芯板4为变截面板体，其外端连接端的端部两侧做薄，该部分厚度小于其余部分的厚度，上下两侧均形成限位板安置槽41，限位板安置槽41与其余部分的厚度中心线居中对齐。

所述约束套筒6的横截面形状为矩形，所述软钢限位板5位于套筒限位板7的外侧，并且两块软钢限位板5的厚度与限位板安置槽41的槽深相适应，两块软钢限位板5的外侧表面与软钢芯板4的厚度较厚处平齐。

所述软钢芯板4的受力区沿纵向分为中部的核心段4a、核心段4a两侧的过渡段4c和过渡段4c外侧的连接段4b，所述连接段4b的板宽大于核心段4a的板宽，所述过渡段4c在核心段4a与连接段4b之间平滑过渡。

所述连接段4b包括外端连接端42和内端连接端43，所述约束高强螺栓组包括外端连接螺栓81、内端连接螺栓82和核心段连接螺栓83。

所述外端连接螺栓81处，外端连接端42上开有一组软钢外端连接长圆孔44、软钢限位板5上开有一组软钢限位长圆孔51、套筒限位板7上开有一组套筒限位圆孔71、约束套筒6上开有套筒连接段圆孔61，各孔对齐并通过外端连接螺栓81拉结为一体。

所述内端连接螺栓82处，内端连接端43上开有一组软钢内端连接圆孔45、约束套筒6上开有套筒连接段圆孔61，各孔对齐并通过内端连接螺栓82拉结为一体。

所述核心段连接螺栓83在核心段的前后两侧分别设有一排，所述约束套筒6上开有对应的套筒核心段圆孔62，各孔对齐并通过核心段连接螺栓83拉结为一体。

所述固定连接均为焊接。各个限位孔的大小和位置需根据具体工程，经抗震计算确定完善。

Claims (10)

1.一种金属摩擦双屈服点复合消能支撑，为全钢支撑，其特征在于：包括第一屈服摩擦组件（14）和第二屈服软钢组件（15），所述第一屈服摩擦组件包括摩擦组板、摩擦螺栓组（12）和摩擦连接端板（3），所述摩擦组板包括摩擦芯板（1）和两块摩擦侧板（2），两块摩擦侧板（2）分别紧贴夹设在摩擦芯板（1）的上下两侧，摩擦芯板（1）与两块摩擦侧板（2）之间通过垂直摩擦组板的摩擦螺栓组（12）上下向栓接，所述摩擦侧板（2）的外端面与摩擦连接端板（3）的内侧表面固定连接，所述摩擦芯板（1）的外端连接端与摩擦连接端板（3）无连接，

所述第二屈服软钢组件包括芯板组板、约束套筒组板、约束高强螺栓组（8）和软钢连接组板，所述芯板组板包括软钢芯板（4）和软钢限位板（5），所述软钢限位板（5）共两块，分别紧贴夹设并固定连接在软钢芯板（4）的外端连接端的上下两侧，所述约束套筒组板共两组，分别夹设在芯板组板的两侧，每组均包括约束套筒（6）和套筒限位板（7），套筒限位板（7）紧贴并固定连接在约束套筒（6）的外端连接端的内侧，所述套筒限位板（7）的外侧也紧贴夹设在软钢芯板（4）的外端连接端的上下两侧，套筒限位板（7）与软钢限位板（5）的外侧表面平齐，所述芯板组板和两侧约束套筒组板之间通过垂直组板的约束高强螺栓组（8）上下向栓接，

所述软钢连接组板包括外端组板和内端组板，所述外端组板包括两块外端连接侧板（9），夹设在芯板组板和约束套筒组板的外端连接端的前后两侧，并且外端连接侧板（9）与软钢芯板（4）固定连接、与约束套筒（6）无连接，所述内端组板包括两块内端连接侧板（10）和一块内端连接端板（11），所述内端连接侧板（10）分别与各自的外端连接侧板（9）位于同一个平面内，内端连接侧板（10）夹设在芯板组板和约束套筒组板的内端连接端的前后两侧，并且内端连接侧板（10）与软钢芯板（4）固定连接、与约束套筒（6）无连接，所述内端连接端板（11）与摩擦连接端板（3）平行，与内端连接侧板（11）共同形成U型件，所述软钢芯板（4）的内端面固定连接在内端连接端板（11）的表面，内端连接端板（11）与约束套筒（6）也无连接，所述摩擦芯板（1）的内端面与内端连接端板（11）的外侧表面固定连接。

2.根据权利要求1所述的金属摩擦双屈服点复合消能支撑，其特征在于：所述软钢芯板（4）为变截面板体，其外端连接端的端部两侧做薄，该部分厚度小于其余部分的厚度，上下两侧均形成限位板安置槽（41），限位板安置槽（41）与其余部分的厚度中心线居中对齐。

3.根据权利要求2所述的金属摩擦双屈服点复合消能支撑，其特征在于：所述约束套筒（6）的横截面形状为矩形，所述软钢限位板（5）位于套筒限位板（7）的外侧，并且两块软钢限位板（5）的厚度与限位板安置槽（41）的槽深相适应，两块软钢限位板（5）的外侧表面与软钢芯板（4）的厚度较厚处平齐。

4.根据权利要求3所述的金属摩擦双屈服点复合消能支撑，其特征在于：所述软钢芯板（4）的受力区沿纵向分为中部的核心段（4a）、核心段（4a）两侧的过渡段（4c）和过渡段（4c）外侧的连接段（4b），所述连接段（4b）的板宽大于核心段（4a）的板宽，所述过渡段（4c）在核心段（4a）与连接段（4b）之间平滑过渡。

5.根据权利要求4所述的金属摩擦双屈服点复合消能支撑，其特征在于：所述连接段（4b）包括外端连接端（42）和内端连接端（43），所述约束高强螺栓组包括外端连接螺栓（81）、内端连接螺栓（82）和核心段连接螺栓（83）。

6.根据权利要求5所述的金属摩擦双屈服点复合消能支撑，其特征在于：所述外端连接螺栓（81）处，外端连接端（42）上开有一组软钢外端连接长圆孔（44）、软钢限位板（5）上开有一组软钢限位长圆孔（51）、套筒限位板（7）上开有一组套筒限位圆孔（71）、约束套筒（6）上开有套筒连接段圆孔（61），各孔对齐并通过外端连接螺栓（81）拉结为一体。

7.根据权利要求5所述的金属摩擦双屈服点复合消能支撑，其特征在于：所述内端连接螺栓（82）处，内端连接端（43）上开有一组软钢内端连接圆孔（45）、约束套筒（6）上开有套筒连接段圆孔（61），各孔对齐并通过内端连接螺栓（82）拉结为一体。

8.根据权利要求5所述的金属摩擦双屈服点复合消能支撑，其特征在于：所述核心段连接螺栓（83）在核心段的前后两侧分别设有一排，所述约束套筒（6）上开有对应的套筒核心段圆孔（62），各孔对齐并通过核心段连接螺栓（83）拉结为一体。

9.根据权利要求5所述的金属摩擦双屈服点复合消能支撑，其特征在于：所述摩擦螺栓组（12）处，摩擦芯板（1）上开有一组摩擦芯板长圆孔（13）、摩擦侧板（2）上开有摩擦侧板圆孔（21），各孔对齐并通过摩擦螺栓拉结为一体。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的金属摩擦双屈服点复合消能支撑，其特征在于：所述固定连接均为焊接。

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