CN114775825A - 一种连杆式变形放大防屈曲支撑 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种连杆式变形放大防屈曲支撑，包括耗能内芯结构、连杆结构、端部连接结构、屈曲约束结构和定位结构，所述屈曲约束结构为中空结构，所述耗能内芯结构穿过屈曲约束结构的中空结构并露出耗能内芯结构的长度两端，在耗能内芯结构的长度两端分别与连杆结构的一端连接，连杆结构的另一端与端部连接结构的一端连接，端部连接结构的另一端与建筑主体结构连接，定位结构的一端与连杆结构连接，定位结构的另一端与屈曲约束结构固定连接。有益效果：解决了现有变形放大装置组成部件多、占用建筑空间大以及加工和组装精度要求高等问题。

Description

一种连杆式变形放大防屈曲支撑
技术领域
本发明涉及防屈曲支撑技术领域，具体涉及一种连杆式变形放大防屈曲支撑。
背景技术
我国是全球地震灾害最为严重的国家之一，地震作用下建筑结构的损毁和倒塌会造成惨重的人员伤亡以及巨大的财产损失。耗能减震技术可以显著提高建筑结构的抗震性能，在耗能减震装置中，防屈曲支撑由于力学性能稳定且耗能效果显著，而被广泛应用。
防屈曲支撑减震的本质是通过耗能内芯的弹塑性滞回变形消耗地震能量，从而减小作用在主体结构上的地震作用。耗能内芯两端的相对变形越大，防屈曲支撑的耗能减震效果越显著。耗能内芯的变形一般与主体结构的层间变形正相关，然而结构设计中主体结构基本不允许发生较大的层间变形，所以防屈曲支撑在实际应用过程中，由于变形受限，存在耗能能力得不到充分利用以及耗能效果不突出等问题。
在此背景下，变形放大这一技术理念被提出。现阶段，针对防屈曲支撑的变形放大技术主要是借助几何可变体系将主体结构的层间变形放大后加以利用。相关技术虽然可以实现变形放大的作用效果，但存在体系内构件多、施工精度要求高以及占用建筑空间大等问题，实际工程应用比较受限。本发明人曾提出一种齿轮-齿条式变形放大防屈曲支撑，该支撑虽然结构紧凑，但齿轮机构的加工及组装精度要求较高且不适宜承受重载。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种连杆式变形放大防屈曲支撑，解决了现有变形放大装置组成部件多、占用建筑空间大以及加工和组装精度要求高等问题。
本发明的目的是通过以下技术措施达到的：一种连杆式变形放大防屈曲支撑，包括耗能内芯结构、连杆结构、端部连接结构、屈曲约束结构和定位结构，所述屈曲约束结构为中空结构，所述耗能内芯结构穿过屈曲约束结构的中空结构并露出耗能内芯结构的长度两端，在耗能内芯结构的长度两端分别与连杆结构的一端连接，连杆结构的另一端与端部连接结构的一端连接，端部连接结构的另一端与建筑主体结构连接，定位结构的一端与连杆结构连接，定位结构的另一端与屈曲约束结构固定连接。
进一步地，所述连杆结构有多套，在耗能内芯结构的长度两端分别设置多套连杆结构，在耗能内芯结构的长度一端上，相邻两套连杆结构镜像设置。
进一步地，所述连杆结构包括第一连杆、第二连杆和第三连杆，所述第一连杆的一端与耗能内芯结构连接，所述第一连杆的另一端与第三连杆的一端铰接，第三连杆的另一端与第二连杆的一端铰接，第二连杆的另一端与端部连接结构的一端连接。
进一步地，在所述第三连杆上设有第三销轴孔，第三连杆通过第三销轴孔与定位结构的一端连接。
进一步地，所述第三销轴孔将第三连杆的长度分为两段距离，分别是d1和d2，所述d1为第三销轴孔的孔中心到与第二连杆铰接的铰接孔中心的距离，所述d2为第三销轴孔的孔中心到与第一连杆铰接的铰接孔中心的距离，所述d2/d1＞1。
进一步地，所述屈曲约束结构包括第一约束盖板、第二约束盖板、第一垫板、第二垫板、第一槽钢和第二槽钢，所述第一约束盖板和第二约束盖板平行设置，在第一约束盖板和第二约束盖板之间设置第一垫板和第二垫板，第一垫板和第二垫板设置在第二约束盖板或第一约束盖板的宽度两侧，由第一约束盖板、第二约束盖板、第一垫板和第二垫板围合形成中空的容置腔，所述耗能内芯结构穿透所述容置腔，第一槽钢和第二槽钢分别设置在容置腔的上下两侧。
进一步地，在所述第一约束盖板和第二约束盖板的长度两端分别开设有限位槽，所述限位槽用于耗能内芯结构的限位。
进一步地，所述耗能内芯结构包括芯板、肋板和第一销轴，在所述芯板的长度两端分别设置1个肋板，在所述芯板的长度两端还设置有所述第一销轴，第一销轴的数量与连杆结构的套数相匹配，耗能内芯结构通过第一销轴与连杆结构连接。
进一步地，所述端部连接结构包括第一连接板、第二连接板和第二销轴，所述第一连接板与第二连接板垂直连接，第二销轴设置在第一连接板的长度两侧，端部连接结构通过第二销轴与连杆结构连接。
进一步地，在所述屈曲约束结构的长度两端分别设置有定位结构，所述定位结构包括第一定位板、第二定位板和定位销轴，定位销轴穿过连杆结构，在定位销轴的长度两端分别连接第一定位板和第二定位板，所述连杆结构设置在平行的第一定位板和第二定位板之间。
与现有技术相比，本发明的有益效果具体体现在以下几个方面：
(1)通过屈曲约束结构中内置由耗能内芯结构和连杆结构组成的连杆式变形放大机构，使得连杆式变形放大防屈曲支撑不仅具有较强的耗能能力，同时结构比较紧凑，便于建筑设计和结构施工。
(2)连杆式变形放大防屈曲支撑的耗能内芯结构和屈曲约束结构通过连杆结构协同受力、共同承载，可以为建筑主体结构提供较大的抗侧刚度，进而降低建筑主体结构在极端灾害条件下的变形。
(3)连杆式变形放大防屈曲支撑能够在不改变芯板和屈曲约束结构尺寸的情况下，仅通过调整变形放大系数便可改变自身的刚度、承载力以及耗能能力，便于标准化设计、生产和施工。
(4)由于连杆结构的自身部件加工和组装精度要求较低且适宜承受重载，所以连杆式变形放大防屈曲支撑具有加工难度低、经济性好以及可用于制造大吨位支撑构件等技术优势。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明去掉定位结构之后的爆炸示意图。
图3是耗能内芯结构的结构示意图。
图4是连杆结构的结构示意图。
图5是端部连接结构的结构示意图。
图6是本发明的局部结构示意图。
其中，1.耗能内芯结构、2.连杆结构、3.端部连接结构、4.屈曲约束结构，5.定位结构，6.第一连杆，7.第二连杆，8.第三连杆，9.第三销轴孔，10.第一约束盖板，11.第二约束盖板，12.第一垫板，13.第二垫板，14.第一槽钢，15.第二槽钢，16.限位槽，17.芯板，18.肋板，19.第一销轴，20.第一连接板，21.第二连接板，22.第二销轴，23.第一定位板，24.第二定位板，25.定位销轴。
具体实施方式
如图1至6所示，一种连杆式变形放大防屈曲支撑，包括耗能内芯结构1、连杆结构2、端部连接结构3、屈曲约束结构4和定位结构5，所述屈曲约束结构4为中空结构(即后面的中空的容置腔)，所述耗能内芯结构1穿过屈曲约束结构4的中空结构并露出耗能内芯结构1的长度两端，在耗能内芯结构1的长度两端分别与连杆结构2的一端连接，在连杆结构2的另一端与端部连接结构3的一端连接，端部连接结构3的另一端与建筑主体结构连接，定位结构5的一端与连杆结构2连接，定位结构5的另一端与屈曲约束结构4固定连接。
所述连杆结构2有多套，在耗能内芯结构1的长度两端分别设置多套连杆结构2，在耗能内芯结构1的长度一端上，相邻两套连杆结构2镜像设置。在本申请的附图中示出了8套连杆结构2，耗能内芯结构1的长度两端分别设置4套连接结构。4套连接结构分别位于平面矩形的四个顶点上，构成了载荷的稳定传导。
所述连杆结构2包括第一连杆6、第二连杆7和第三连杆8，所述第一连杆6的一端与耗能内芯结构1连接，所述第一连杆6的另一端与第三连杆8的一端铰接，第三连杆8的另一端与第二连杆7的一端铰接，第二连杆7的另一端与端部连接结构3的一端连接。具体的，第一连杆6的一端与耗能内芯结构1的第一销轴19连接。第二连杆7的另一端与端部连接结构3的第二销轴22连接。在变形放大过程了，第一连杆6与第二连杆7之间，第二连杆7和第三连杆8之间可以相对旋转。在所述第三连杆8上设有第三销轴孔9，第三连杆8通过第三销轴孔9与定位结构5的一端连接。所述第三销轴孔9将第三连杆8的长度分为两段距离，分别是d1和d2，所述d1为第三销轴孔9的孔中心到与第二连杆7铰接的铰接孔中心的距离，所述d2为第三销轴孔9的孔中心到与第一连杆6铰接的铰接孔中心的距离，所述d2/d1＞1，d2/d1的具体值需要根据设计变形放大系数加以确定。
所述屈曲约束结构4包括第一约束盖板10、第二约束盖板11、第一垫板12、第二垫板13、第一槽钢14和第二槽钢15，所述第一约束盖板10和第二约束盖板11平行设置，在第一约束盖板10和第二约束盖板11之间设置第一垫板12和第二垫板13，第一垫板12和第二垫板13设置在第二约束盖板11或第一约束盖板10的宽度两侧，由第一约束盖板10、第二约束盖板11、第一垫板12和第二垫板13围合形成中空的容置腔，所述耗能内芯结构1穿透所述容置腔，第一槽钢14和第二槽钢15分别设置在容置腔的上下两侧。在第一约束盖板10、第二约束盖板11、第一垫板12和第二垫板13均开设了螺栓孔，第一约束盖板10、第二约束盖板11、第一垫板12和第二垫板13之间通过螺栓固定连接，拆卸安装更方便。在具体的安装过程中，需要先将耗能内芯结构1放在第二约束盖板11上，再放好第一垫板12和第二垫板13，盖好第一约束盖板10，最后通过螺栓固定第一约束盖板10、第一垫板12和第二约束盖板11三者，以及第一约束盖板10、第二垫板13和第二约束盖板11三者。在第一垫板12、第二垫板13上分别设有限位边，所述限位边用于限位耗能内芯结构1的芯板17，并且在芯板17上设有限位凹槽，所述限位凹槽与限位边配合使用，共同对耗能内芯结构1的屈曲变形起辅助作用。第一槽钢14与第一约束盖板10焊接，第二槽钢15与第二约束盖板11焊接。肋板18竖直设在第一槽钢14和第二槽钢15之间。芯板17的宽度方向被第一垫板12和第二垫板13限位。限位凹槽将芯板17中间段和端部变成了变截面的结构，中间段小两端端部大，两端端部与中间段之间采用圆弧过渡以减轻截面变化导致的应力集中，芯板17中间段的宽度b和厚度t可以根据变形放大系数和设计屈服力确定，并宜使4≤b/t≤10，芯板17两端各开2个中心距为d3的圆孔，用于安装第一销轴19并将第一销轴19与芯板17焊接成一体。
在所述第一约束盖板10和第二约束盖板11的长度两端分别开设有限位槽16，所述限位槽16用于耗能内芯结构1的限位。具体的，所述限位槽16与耗能内芯结构1的肋板18配合使用，肋板18插入限位槽16中，肋板18和限位槽16共同对耗能内芯结构1的屈曲变形起辅助作用。
所述耗能内芯结构1包括芯板17、肋板18和第一销轴19，在所述芯板17的长度两端分别设置1个肋板18，在所述芯板17的长度两端还设置有所述第一销轴19，第一销轴19的数量与连杆结构2的套数相匹配，耗能内芯结构1通过第一销轴19与连杆结构2连接。肋板18穿透芯板17并与芯板17垂直连接。肋板18设置在芯板17长度方向的中心轴上。芯板17的长度一端上分别设置有2根第一销轴19，2根第一销轴19分布在肋板18的两侧。第一销轴19贯穿芯板17的厚度方向，在第一销轴19的长度两端分别连接1套连杆结构2。
所述端部连接结构3包括第一连接板20、第二连接板21和第二销轴22，所述第一连接板20与第二连接板21垂直连接，第二销轴22设置在第一连接板20的长度两侧，端部连接结构3通过第二销轴22与连杆结构2连接。第二连接板21贯穿第一连接板20，第二连接板21设置在第一连接板20的中心轴上，在第二连接板21的两侧分别设置有1根第二销轴22，第二销轴22贯穿第一连接板20，第二销轴22在长度两端分别与1套连杆结构2连接，具体的与连杆结构2中的第二连杆7连接。
在所述屈曲约束结构4的长度两端分别设置有定位结构5，所述定位结构5包括第一定位板23、第二定位板24和定位销轴25，定位销轴25穿过连杆结构2，具体的定位销轴25穿过第三连杆8上的第三销轴孔9。在定位销轴25的长度两端分别连接第一定位板23和第二定位板24，第一定位板23另一端与第一槽钢14焊接，第二定位板24另一端与第二槽钢15焊接，所述连杆结构2设置在平行的第一定位板23和第二定位板24之间。
工作机理
(1)变形放大机理：连杆式变形放大机构中，第一连杆6与耗能内芯结构1连接相连，第二连杆7通过端部连接结构3与建筑主体结构相连，当第三连杆8中的d2/d1>1时，根据杠杆原理，第一连杆6端部的变形(即耗能内芯结构1的端部变形)会大于第二连杆7端部的变形(即建筑主体结构的变形)，从而实现变形放大功能，使连杆式变形放大防屈曲支撑在建筑主体结构层间变形较小时也能进入到弹塑性大变形状态，进而具有较强的耗能减震能力。
(2)芯板17屈曲变形约束机理：第一连杆6将外部荷载传递至耗能内芯结构1，当耗能内芯结构1受压时会发生屈曲失稳，连杆式变形放大防屈曲支撑的屈曲约束结构4由2块约束盖板(第一约束盖板10和第二约束盖板11)、2个槽钢(第一槽钢14和第二槽钢15)和2块垫板(第一垫板12和第二垫板13)组成，可以对耗能内芯结构1的失稳变形进行上下左右全方位约束，从而使耗能内芯结构1能够实现受压屈服而不屈曲，进而实现拉压同性，具有稳定且对称的力学性能。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“中”、“外”、“内”等指示方位或位置关系，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组件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。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种连杆式变形放大防屈曲支撑，其特征在于：包括耗能内芯结构、连杆结构、端部连接结构、屈曲约束结构和定位结构，所述屈曲约束结构为中空结构，所述耗能内芯结构穿过屈曲约束结构的中空结构并露出耗能内芯结构的长度两端，在耗能内芯结构的长度两端分别与连杆结构的一端连接，连杆结构的另一端与端部连接结构的一端连接，端部连接结构的另一端与建筑主体结构连接，定位结构的一端与连杆结构连接，定位结构的另一端与屈曲约束结构固定连接。
2.根据权利要求1所述的连杆式变形放大防屈曲支撑，其特征在于：所述连杆结构有多套，在耗能内芯结构的长度两端分别设置多套连杆结构，在耗能内芯结构的长度一端上，相邻两套连杆结构镜像设置。
3.根据权利要求2所述的连杆式变形放大防屈曲支撑，其特征在于：所述连杆结构包括第一连杆、第二连杆和第三连杆，所述第一连杆的一端与耗能内芯结构连接，所述第一连杆的另一端与第三连杆的一端铰接，第三连杆的另一端与第二连杆的一端铰接，第二连杆的另一端与端部连接结构的一端连接。
4.根据权利要求3所述的连杆式变形放大防屈曲支撑，其特征在于：在所述第三连杆上设有第三销轴孔，第三连杆通过第三销轴孔与定位结构的一端连接。
5.根据权利要求4所述的连杆式变形放大防屈曲支撑，其特征在于：所述第三销轴孔将第三连杆的长度分为两段距离，分别是d1和d2，所述d1为第三销轴孔的孔中心到与第二连杆铰接的铰接孔中心的距离，所述d2为第三销轴孔的孔中心到与第一连杆铰接的铰接孔中心的距离，所述d2/d1＞1。
6.根据权利要求1所述的连杆式变形放大防屈曲支撑，其特征在于：所述屈曲约束结构包括第一约束盖板、第二约束盖板、第一垫板、第二垫板、第一槽钢和第二槽钢，所述第一约束盖板和第二约束盖板平行设置，在第一约束盖板和第二约束盖板之间设置第一垫板和第二垫板，第一垫板和第二垫板设置在第二约束盖板或第一约束盖板的宽度两侧，由第一约束盖板、第二约束盖板、第一垫板和第二垫板围合形成中空的容置腔，所述耗能内芯结构穿透所述容置腔，第一槽钢和第二槽钢分别设置在容置腔的上下两侧。
7.根据权利要求6所述的连杆式变形放大防屈曲支撑，其特征在于：在所述第一约束盖板和第二约束盖板的长度两端分别开设有限位槽，所述限位槽用于耗能内芯结构的限位。
8.根据权利要求1所述的连杆式变形放大防屈曲支撑，其特征在于：所述耗能内芯结构包括芯板、肋板和第一销轴，在所述芯板的长度两端分别设置1个肋板，在所述芯板的长度两端还设置有所述第一销轴，第一销轴的数量与连杆结构的套数相匹配，耗能内芯结构通过第一销轴与连杆结构连接。
9.根据权利要求1所述的连杆式变形放大防屈曲支撑，其特征在于：所述端部连接结构包括第一连接板、第二连接板和第二销轴，所述第一连接板与第二连接板垂直连接，第二销轴设置在第一连接板的长度两侧，端部连接结构通过第二销轴与连杆结构连接。
10.根据权利要求1所述的连杆式变形放大防屈曲支撑，其特征在于：在所述屈曲约束结构的长度两端分别设置有定位结构，所述定位结构包括第一定位板、第二定位板和定位销轴，定位销轴穿过连杆结构，在定位销轴的长度两端分别连接第一定位板和第二定位板，所述连杆结构设置在平行的第一定位板和第二定位板之间。
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