CN114991558A - 一种摩擦-屈服耗能自复位防屈曲支撑及其装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摩擦‑屈服耗能自复位防屈曲支撑，包括自复位装置和防屈曲支撑装置；自复位装置包括角钢一、角钢二、外套管、内套管、锚固板与复位筋；内套管套设在防屈曲支撑装置外侧，外套管套设在内套管外侧；角钢一与角钢二分别安装在防屈曲支撑装置的两端，角钢一与外套管一端通过焊接固定连接，角钢二与内套管一端通过焊接固定连接；锚固板设置在外套管两端，复位筋锚固在锚固板上。本发明能够在地震荷载较小时利用耗能内芯的弹塑性变形来消耗地震能量，在地震荷载较大时利用耗能内芯的弹塑性变形和内芯与角钢一、角钢二之间的摩擦来消耗地震能量，从而减小结构在地震下的响应。

Description

一种摩擦-屈服耗能自复位防屈曲支撑及其装配方法

技术领域

本发明建筑工程结构技术领域，更具体的说是涉及一种摩擦-屈服耗能自复位防屈曲支撑及其装配方法。

背景技术

自复位防屈曲支撑是一种具有较强复位功能的金属阻尼器。传统的自复位防屈曲支撑主要由自复位装置、防屈曲支撑组成。其耗能减振机理是：阻尼器在地震作用下产生变形，通过耗能内芯的弹塑性变形消耗地震能量，之后阻尼器通过自复位装置提供的复位力回到初始状态。然而，由于现有的自复位防屈曲支撑耗能内芯的变形能力受到复位筋最大拉伸变形的限制，难以充分发挥耗能内芯的耗能能力。

因此，如何提供一种变形能力强、耗能能力强且复位效果较好的自复位防屈曲支撑成为了本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种摩擦-屈服耗能自复位防屈曲支撑及其装配方法，能够在地震荷载较小时利用耗能内芯的弹塑性变形来消耗地震能量，在地震荷载较大时利用耗能内芯的弹塑性变形和内芯与角钢一、角钢二之间的摩擦来消耗地震能量，从而减小结构在中震及小震下的响应。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种摩擦-屈服耗能自复位防屈曲支撑，包括：自复位装置和防屈曲支撑装置；所述自复位装置包括角钢一、角钢二、外套管、内套管、锚固板与复位筋；所述内套管套设在所述防屈曲支撑装置外侧，所述外套管套设在所述内套管外侧；所述角钢一与所述角钢二分别安装在所述防屈曲支撑装置的两端，所述角钢一与所述外套管一端通过焊接固定连接，所述角钢二与所述内套管一端通过焊接固定连接；所述锚固板设置在所述外套管两端，所述复位筋锚固在所述锚固板上。

进一步的，所述防屈曲支撑装置包括耗能内芯，所述耗能内芯包括一字型耗能内芯和加劲肋，所述一字型耗能内芯的两端均安装有所述加劲肋。

进一步的，所述防屈曲支撑装置还包括垫板和约束板，所述垫板设置在所述耗能内芯前后两侧的凹槽内，所述约束板设置在所述耗能内芯的左右两侧，并通过螺栓与所述垫板固定连接。

进一步的，锚固板上开设有供所述复位筋穿插的通孔。

一种摩擦-屈服耗能自复位防屈曲支撑的装配方法，包括如下步骤：

S1，将加劲肋焊接在一字型耗能内芯形成耗能内芯；将垫板设置在耗能内芯前后两侧的凹槽内，约束板设置在耗能内芯的左右两侧，并通过螺栓与垫板固定连接，形成防屈曲支撑装置；角钢一与耗能内芯一端通过螺栓固定连接；角钢二与耗能内芯另一端通过螺栓固定连接；

S2，内套管套设在防屈曲支撑装置外侧，外套管套设在内套管外侧；内套管与角钢二通过焊接进行连接；外套管与角钢一通过焊接进行连接；

S3，将锚固板设置在内套管及外套管两端，将复位筋锚固在锚固板上。

本发明的有益效果在于：

1、相比于已有自复位防屈曲支撑，本发明的形变量不受复位筋变形能力的限制，因此可进一步提高自复位支撑的变形能力。

2、相比于已有自复位防屈曲支撑，本发明在地震荷载较小时利用耗能内芯弹塑性变形消耗地震能量减小结构地震响应，在地震荷载较大时继续利用耗能内芯的弹塑性变形以及耗能内芯与角钢一、角钢二之间的相对摩擦共同消耗地震能量，耗能能力更强。

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，下面将对实施例或现有技术描述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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明防屈曲支撑装置的组装过程示意图。

图2为本发明的分解图。

图3为本发明的整体结构的拼装图。

图4为本发明的装配过程示意图。

图5为本发明实施例1与对比例1的力-位移曲线对比结果图。

其中，1为防屈曲支撑装置，111为一字型耗能内芯，112为加劲肋，11为耗能内芯；121为约束板，122为垫板，13为角钢一，14为角钢二，2为内套管，3为外套管，4为锚固板，5为复位筋。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例中，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。

参考图1-3，本发明提供了一种摩擦-屈服耗能自复位防屈曲支撑，包括：自复位装置和防屈曲支撑装置1；自复位装置包括角钢一13、角钢二14、外套管3、内套管2、锚固板4与复位筋5；内套管2套设在防屈曲支撑装置1外侧，外套管3套设在内套管2外侧；角钢一13与角钢二14分别安装在防屈曲支撑装置1的两端，角钢一13与外套管3一端通过焊接固定连接，角钢二14与内套管2一端通过焊接固定连接；锚固板4设置在外套管3两端，复位筋5锚固在锚固板4上。锚固板4上开设有供复位筋5穿插的通孔。

防屈曲支撑装置1包括耗能内芯11，耗能内芯11包括一字型耗能内芯111和加劲肋112，一字型耗能内芯111的两端均安装有加劲肋112。防屈曲支撑装置1还包括约束板121和垫板122，垫板122设置在耗能内芯11前后两侧的凹槽内，约束板121设置在耗能内芯11的左右两侧，并通过高强螺栓与垫板122固定连接。加劲肋112焊接在一字型耗能内芯111两端，以期增强耗能内芯11端部的稳定性；垫板122放置在耗能内芯11前后两侧的凹槽内来防止耗能内芯11在受压时沿强轴方向发生屈曲；为抑制耗能内芯11受压时沿其弱轴方向发生屈曲，在耗能内芯11两侧布置约束板121；耗能内芯11与外围约束构件之间留有间隙，保证内芯膨胀变形；约束板121与垫板122通过高强螺栓进行连接，两者共同组成耗能内芯11的外围约束构件。

本发明中自复位装置与防屈曲支撑并联布置，两者在荷载作用下协调变形。

参考图4，本发明还提供了一种摩擦-屈服耗能自复位防屈曲支撑的装配方法，包括如下步骤：

S1，将加劲肋112焊接在一字型耗能内芯111形成耗能内芯11；将垫板122设置在耗能内芯11前后两侧的凹槽内，约束板121设置在耗能内芯11的左右两侧，并通过高强螺栓与垫板122固定连接，形成防屈曲支撑装置1；角钢一13与耗能内芯11一端通过高强螺栓固定连接；角钢二14与耗能内芯11另一端通过高强螺栓固定连接；

S2，内套管2套设在防屈曲支撑装置1外侧，外套管3套设在内套管2外侧；内套管2与角钢二14通过焊接进行连接；外套管3与角钢一13通过焊接进行连接；

S3，将锚固板4设置在内套管2及外套管3两端，将复位筋5锚固在锚固板4上。

本发明以耗能内芯与角钢一、角钢二是否发生相对位移为基准，可分为两个工作阶段。当地震荷载较小且没超过设计的摩擦装置起滑力时，本装置的形变量与耗能内芯形变量相同，此时本装置与传统的自复位防屈曲支撑工作机理相同。当地震荷载较大且超过设计的摩擦起滑力时，角钢一、角钢二与耗能内芯产生相对位移。随着荷载的增加，耗能内芯弹塑性变形继续发展，但复位筋不再与耗能内芯变形协调，即复位筋的弹性变形停止发展，进而可避免由于复位筋拉伸变形能力不足而导致自复位支撑发生拉伸断裂失效。

本发明能够在地震荷载较小时利用耗能内芯的弹塑性变形来消耗地震能量，在地震荷载较大时利用耗能内芯的弹塑性变形和内芯与角钢一、角钢二之间的摩擦来消耗地震能量，从而减小结构在地震下的响应。当发生大震或者超大震时，可利用耗能内芯的弹塑性变形以及内芯与角钢一、角钢二之间的相对摩擦共同消耗地震能量。同时，由于本装置具备自复位系统，因此兼具减小结构震后残余变形的功能。复位筋在两锚固板上进行锚固，与耗能内芯、自复位装置协调变形。

相比于已有自复位防屈曲支撑，本发明的形变量不受复位筋变形能力的限制，因此可进一步提高自复位支撑的变形能力。相比于已有自复位防屈曲支撑，本发明在地震荷载较小时利用耗能内芯弹塑性变形消耗地震能量减小结构地震响应，在地震荷载较大时继续利用耗能内芯的弹塑性变形以及耗能内芯与角钢一、角钢二之间的相对摩擦共同消耗地震能量，耗能能力更强。

实施例1

双阶段自复位防屈曲支撑：耗能内芯厚度10mm，加劲肋长400mm，截面尺寸为200mm×10mm，加强段两端开孔，孔径21mm；耗能段长1800mm，截面尺寸为50mm×10mm；右侧加强段长400mm，截面尺寸为250mm×10mm，加强段两端开孔，孔径21mm。角钢1长100mm，截面尺寸90mm×90mm，厚20mm，角钢一上两侧开槽孔，孔径21mm，角钢一与耗能内芯左端通过高强螺栓进行固定连接，截面摩擦系数为0.3，与内套管左端焊接连接。角钢二长100mm，截面尺寸110mm×110mm，厚20mm，角钢二上两侧开槽孔，孔径21mm，角钢二与耗能内芯右端通过高强螺栓进行固定连接，截面摩擦系数为0.3，与外套管右端焊接连接。内套管长2000mm，截面尺寸200mm×200mm，厚20mm，右侧开槽，槽宽为20mm；外套管长2000mm，截面尺寸250mm×250mm，厚20mm。锚固板截面尺寸为300mm×300mm，厚40mm。实施例1中采用钢材均为Q235，屈服强度为290MPa。复位筋采用预应力钢绞线，屈服强度1403MPa，长2000mm，直径20mm，数量4根。

对比例1

传统自复位防屈曲支撑：耗能内芯厚度10mm，加劲肋长400mm，截面尺寸为200mm×10mm；耗能段长1800mm，截面尺寸为50mm×10mm；右侧加强段长400mm，截面尺寸为250mm×10mm。内套管长2000mm，截面尺寸200mm×200mm，厚20mm，右侧开槽，槽宽为20mm；外套管长2000mm，截面尺寸250mm×250mm，厚20mm。锚固板截面尺寸为300mm×300mm，厚40mm。对比例1中采用钢材均为Q235，屈服强度为290MPa。复位筋采用预应力钢绞线，屈服强度1403MPa，长2000mm，直径20mm，数量4根。

实施例1和对比例1均通过ABQUS2020软件完成数值仿真，实施例1和对比例1的力-位移曲线对比结果如图5所示。当支撑复位筋变形量为8mm时，对比例1的变形量与实施例1的的变形量相同，均为8mm。随着荷载的增加，当支撑复位筋变形量增加到24mm时，实施例1的变形量为32mm，为对比例1变形的1.5倍，说明双阶段摩擦-金属耗能防屈曲支撑具有更好的变形能力。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种摩擦-屈服耗能自复位防屈曲支撑，其特征在于，包括：自复位装置和防屈曲支撑装置；所述自复位装置包括角钢一、角钢二、外套管、内套管、锚固板与复位筋；所述内套管套设在所述防屈曲支撑装置外侧，所述外套管套设在所述内套管外侧；所述角钢一与所述角钢二分别安装在所述防屈曲支撑装置的两端，所述角钢一与所述外套管一端通过焊接固定连接，所述角钢二与所述内套管一端通过焊接固定连接；所述锚固板设置在所述外套管两端，所述复位筋锚固在所述锚固板上。

2.根据权利要求1所述的一种摩擦-屈服耗能自复位防屈曲支撑，其特征在于，所述防屈曲支撑装置包括耗能内芯，所述耗能内芯包括一字型耗能内芯和加劲肋，所述一字型耗能内芯的两端均安装有所述加劲肋。

3.根据权利要求2所述的一种摩擦-屈服耗能自复位防屈曲支撑，其特征在于，所述防屈曲支撑装置还包括垫板和约束板，所述垫板设置在所述耗能内芯前后两侧的凹槽内，所述约束板设置在所述耗能内芯的左右两侧，并通过螺栓与所述垫板固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种摩擦-屈服耗能自复位防屈曲支撑，其特征在于，锚固板上开设有供所述复位筋穿插的通孔。

5.一种摩擦-屈服耗能自复位防屈曲支撑的装配方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，将加劲肋焊接在一字型耗能内芯形成耗能内芯；将垫板设置在耗能内芯前后两侧的凹槽内，约束板设置在耗能内芯的左右两侧，并通过螺栓与垫板固定连接，形成防屈曲支撑装置；角钢一与耗能内芯一端通过螺栓固定连接；角钢二与耗能内芯另一端通过螺栓固定连接；

S2，内套管套设在防屈曲支撑装置外侧，外套管套设在内套管外侧；内套管与角钢二通过焊接进行连接；外套管与角钢一通过焊接进行连接；

S3，将锚固板设置在内套管及外套管两端，将复位筋锚固在锚固板上。

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