CN114991560A - 一种无预应力自复位防屈曲支撑及装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无预应力自复位防屈曲支撑，包括自复位装置和防屈曲支撑装置，其中，防屈曲支撑装置穿插在自复位装置内部；自复位装置包括中套管、外套管、摩擦块、锚固板与复位筋；中套管的两端均设置有凹槽一，摩擦块设置于凹槽一处，外套管套设在中套管外部，外套管与摩擦块通过螺栓固定连接；锚固板设置于外套管两端；复位筋一端锚固在锚固板上，另一端锚固在远离锚固板一端的摩擦块上。本发明能够在地震荷载较小时利用地震能量为摩擦块中的复位筋施加一定大小的预拉力，从而在地震荷载较大时使无预应力自复位防屈曲支撑装置具有更好的复位能力，进一步减小结构的震后残余变形。

Description

一种无预应力自复位防屈曲支撑及装配方法

技术领域

本发明属于建筑工程结构技术领域，更具体的说是涉及一种无预应力自复位防屈曲支撑及装配方法。

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，如何提供一种无预应力自复位防屈曲支撑及装配方法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，本发明提供了一种无预应力自复位防屈曲支撑及装配方法，能够在地震荷载较小时利用地震能量为摩擦块中的复位筋施加一定大小的预拉力，从而在地震荷载较大时使无预应力自复位防屈曲支撑装置具有更好的复位能力，进一步减小结构的震后残余变形。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种无预应力自复位防屈曲支撑，包括：自复位装置和防屈曲支撑装置，其中，所述防屈曲支撑装置穿插在所述自复位装置内部；所述自复位装置包括中套管、外套管、摩擦块、锚固板与复位筋；所述中套管的两端均设置有凹槽一，所述摩擦块设置于所述凹槽一处，所述外套管套设在所述中套管外部，且所述外套管与所述摩擦块通过螺栓固定连接；所述锚固板设置于所述外套管两端；所述复位筋一端锚固在所述锚固板上，另一端锚固在远离所述锚固板一端的摩擦块上。

进一步的，所述防屈曲支撑装置包括耗能内芯和内套管，所述耗能内芯穿插在所述内套管内部，所述耗能内芯与内套管之间留有间隙；所述耗能内芯一端与所述内套管焊接连接，另一端与所述中套管焊接连接。

进一步的，所述内套管的两端均设置有凹槽二，所述凹槽二位置与所述凹槽一的位置相对应，所述摩擦块嵌入设置在凹槽一与凹槽二形成的槽孔内。

进一步的，防屈曲支撑装置还包括加劲肋，所述加劲肋焊接在耗能内芯的两端。

进一步的，所述摩擦块与所述锚固板上均开设有供所述复位筋穿插的通孔。

一种无预应力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的耗能内芯，将内套管套设在耗能内芯外部，共同形成防屈曲支撑装置；

S2，中套管套设在内套管的外部，内套管与一字型的耗能内芯一端通过焊接进行连接；中套管与一字型的耗能内芯另一端通过焊接进行连接，摩擦块放置在内套管的凹槽二与中套管的凹槽一形成的槽孔内，外套管套设在中套管的外部，并与摩擦块通过螺栓进行固定连接；

S3，锚固板放置在内套管、中套管、及外套管两端，复位筋一端锚固在锚固板上，另一端锚固在远离所述锚固板一端的摩擦块上。

本发明的有益效果在于：

1、本发明自复位装置中的预拉力用摩擦块中的摩擦力代替，可避免阻尼器安装时对支撑施加预拉力引起复位筋的预拉伸，相比于现有的自复位防屈曲支撑装置，本发明可以充分利用复位筋的弹性变形能力，进而提高阻尼器的变形能力。

2、本发明通过耗能内芯的弹塑性变形耗能及摩擦块的运动实现耗能，相比于现有的自复位防屈曲支撑装置仅利用金属的弹塑性变形耗能，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防屈曲支撑装置组装过程示意图。

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，图中，

1为防屈曲支撑装置，11为耗能内芯，12为加劲肋，2为内套管，3为中套管，4为外套管，5为摩擦块，6为锚固板，7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，本发明提供了一种无预应力自复位防屈曲支撑，包括：自复位装置和防屈曲支撑装置，其中，防屈曲支撑装置穿插在自复位装置内部；自复位装置包括中套管3、外套管4、摩擦块5、锚固板6与复位筋7；中套管3的两端均设置有凹槽一，摩擦块5设置于凹槽一处，外套管4套设在中套管3外部，且外套管4与摩擦块5通过高强螺栓固定连接；锚固板6设置于外套管4两端；复位筋7一端锚固在锚固板6上，另一端锚固在远离锚固板6一端的摩擦块5上；摩擦块5与锚固板6上均开设有供复位筋7穿插的通孔。

防屈曲支撑装置包括耗能内芯11和内套管2，耗能内芯穿插在内套管2内部，耗能内芯11与内套管2之间留有间隙；耗能内芯11一端与内套管2的一端焊接连接，另一端与中套管3的一端焊接连接；内套管2的另一端为自由端；中套管3的另一端也为自由端。内套管2的两端均设置有凹槽二，凹槽二位置与凹槽一的位置相对应，摩擦块5嵌入设置在凹槽一与凹槽二形成的槽孔内。防屈曲支撑装置还包括加劲肋12，加劲肋12焊接在耗能内芯11的两端。加劲肋12焊接在耗能内芯11两端，以期增强耗能内芯11端部的稳定性。耗能内芯11穿插在内套管2中，将内套管2作为耗能内芯11的约束构件，从而防止耗能内芯11受压时沿强弱轴方向发生屈曲；耗能内芯11与内套管2之间留有间隙，保证耗能内芯11能够膨胀变形；耗能内芯11一端与内套管2焊接连接，另一端与中套管3焊接连接，保证耗能内芯11与复位筋7的协调变形。

参考图4，一种无预应力自复位防屈曲支撑的装配方法，包括如下步骤：

S1，将加劲肋12焊接在一字型的耗能内芯11，将内套管2套设在耗能内芯11外部，共同形成防屈曲支撑装置1；

S2，中套管3套设在内套管2的外部，内套管2与一字型的耗能内芯11一端通过焊接进行连接；中套管3与一字型的耗能内芯11另一端通过焊接进行连接，摩擦块5放置在内套管2的凹槽二与中套管3的凹槽一形成的槽孔内，外套管4套设在中套管3的外部，并与摩擦块5通过螺栓进行固定连接；

S3，锚固板6放置在内套管2、中套管3、及外套管4两端，复位筋7一端锚固在锚固板6上，另一端锚固在远离锚固板6一端的摩擦块5上。

本发明基于自复位支撑变形能力受复位材料变形能力限制这一问题，从充分利用复位材料进行位移放大型支撑设计。本发明基于摩擦力替代预应力这一理念提出了一种无预应力自复位防屈曲支撑。复位筋一端锚固在锚固板上，另一端锚固在摩擦块上；耗能内芯与内套管、中套管焊接实现协调变形的目的；锚固板放置在外套管两端，外套管与摩擦块通过高强螺栓固定连接。无预应力自复位防屈曲支撑装置处于加载阶段时，内套管、中套管推动摩擦块与锚固板运动；无预应力自复位防屈曲支撑装置处于卸载阶段时，锚固板跟随内套管、中套管运动，摩擦块不动，利用无预应力自复位防屈曲支撑装置处于加载、卸载两阶段摩擦力的差值来为无预应力自复位防屈曲支撑装置提供复位能力。

本发明中的摩擦装置能够在地震荷载较小时利用地震能量为摩擦装置中的复位筋施加一定大小的预拉力，从而在地震荷载较大时使支撑具有更好的复位能力，进一步减小结构的震后残余变形。

本发明自复位装置中的预拉力用摩擦块中的摩擦力代替，可避免阻尼器安装时对支撑施加预拉力引起复位筋的预拉伸，相比于现有的自复位防屈曲支撑装置，本发明可以充分利用复位筋的弹性变形能力，进而提高阻尼器的变形能力。本发明通过耗能内芯的弹塑性变形耗能及摩擦块的运动实现耗能，相比于现有的自复位防屈曲支撑装置仅利用金属的弹塑性变形耗能，耗能能力更强。

实施例1

采用本发明的无预应力自复位防屈曲支撑装置：耗能内芯厚度10mm，加强肋长400mm，截面尺寸为200mm×10mm；耗能内芯长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×14mm，厚30mm，内套管两端均在距端部300mm开设凹槽二，开槽截面尺寸为300mm×60mm，内套管两侧中部开槽，槽宽为20mm，长200mm；中套管长2000mm，截面尺寸250mm×80mm，厚30mm，中套管两端均在距端部300mm开设凹槽一，开槽截面尺寸为300mm×60mm，中套管两侧中部开槽，槽宽为20mm，长200mm。外套管长2000mm，截面尺寸300mm×150mm，厚20mm。摩擦块长250mm，截面尺寸为150mm×60mm，与外套管通过高强螺栓进行连接，两侧开孔，孔径21mm。锚固板截面尺寸为300mm×300mm，厚40mm。实施例中采用钢材均为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

采用传统自复位防屈曲支撑装置：耗能内芯厚度10mm，加强筋长400mm，截面尺寸为200mm×10mm；耗能内芯长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。实施例中采用钢材均为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，两者的力-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，支撑复位筋形变量逐渐达到弹性极限，此时对比例1的变形量为24mm，实施例1的变形量为30mm，为对比例1变形的1.25倍，说明无预应力自复位耗能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 (6)

1.一种无预应力自复位防屈曲支撑，其特征在于，包括：自复位装置和防屈曲支撑装置，其中，所述防屈曲支撑装置穿插在所述自复位装置内部；所述自复位装置包括中套管、外套管、摩擦块、锚固板与复位筋；所述中套管的两端均设置有凹槽一，所述摩擦块设置于所述凹槽一处，所述外套管套设在所述中套管外部，且所述外套管与所述摩擦块通过螺栓固定连接；所述锚固板设置于所述外套管两端；所述复位筋一端锚固在所述锚固板上，另一端锚固在远离所述锚固板一端的摩擦块上。

2.根据权利要求1所述的一种无预应力自复位防屈曲支撑，其特征在于，所述防屈曲支撑装置包括耗能内芯和内套管，所述耗能内芯穿插在所述内套管内部，所述耗能内芯与内套管之间留有间隙；所述耗能内芯一端与所述内套管焊接连接，另一端与所述中套管焊接连接。

3.根据权利要求2所述的一种无预应力自复位防屈曲支撑，其特征在于，所述内套管的两端均设置有凹槽二，所述凹槽二位置与所述凹槽一的位置相对应，所述摩擦块嵌入设置在凹槽一与凹槽二形成的槽孔内。

4.根据权利要求2所述的一种无预应力自复位防屈曲支撑，其特征在于，防屈曲支撑装置还包括加劲肋，所述加劲肋焊接在耗能内芯的两端。

5.根据权利要求1所述的一种无预应力自复位防屈曲支撑，其特征在于，所述摩擦块与所述锚固板上均开设有供所述复位筋穿插的通孔。

6.一种无预应力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的耗能内芯，将内套管套设在耗能内芯外部，共同形成防屈曲支撑装置；

S2，中套管套设在内套管的外部，内套管与一字型的耗能内芯一端通过焊接进行连接；中套管与一字型的耗能内芯另一端通过焊接进行连接，摩擦块放置在内套管的凹槽二与中套管的凹槽一形成的槽孔内，外套管套设在中套管的外部，并与摩擦块通过螺栓进行固定连接；

S3，锚固板放置在内套管、中套管、及外套管两端，复位筋一端锚固在锚固板上，另一端锚固在远离所述锚固板一端的摩擦块上。

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