CN118029575A - 一种防屈曲支撑装置及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉建筑防震技术领域，其目的是提供一种防屈曲支撑装置。这种防屈曲支撑装置为双核心屈曲约束支撑，支撑效果好、不易发生失稳现象。上述防屈曲支撑装置包括两个防屈曲约束支撑单元，防屈曲约束支撑单元包括：外约束件和耗能组件，耗能组件设置于外约束件内，耗能组件的中段呈波纹状，耗能组件的两端适于连接建筑物。两个防屈曲约束支撑单元的两个外约束件沿垂直于任一外约束件长度方向设置且相互连接。本发明解决了现有技术中的防屈曲支撑装置受钢材初始缺陷的影响比较大，支撑效果差、易发生失稳现象的问题。

Description

一种防屈曲支撑装置及其安装方法

技术领域

本发明涉建筑防震技术领域，具体涉及一种防屈曲支撑装置及其安装方法。

背景技术

防屈曲支撑装置是一种设置于建筑中的新型支撑装置，其功能在于地震时保护建筑主体结构。当地震发生时通过地面的运动使建筑结构发生振动的过程就是将地震能量输入结构的过程。同等条件下，建筑结构所处位置地震烈度越高，地面运动越强烈，地震输入能量越大。输入建筑结构的地震能量通常转化为建筑结构振动的动能、弹性应变能、滞回耗能和黏滞阻尼耗能等。而防屈曲支撑装置则通过防屈曲支撑的屈服耗能在主体结构进入弹塑性变形前率先发挥用，来转移并消耗地震输入的能量，从而减小建筑结构的振动和变形，避免或延缓其遭受损伤或破坏。

现有的防屈曲支撑装置一般为单核心钢板式，主要由两个外约束钢板和一个一字型核心钢板组成，一字型核心钢板两端与梁柱节点分别相连。由于核心部件均为钢材，而钢材受制造、加工和运输等因素影响，存在着初始缺陷，这对装置的疲劳性能、极限承载力等均有不利影响。而这种单核心防屈曲支撑装置受钢材初始缺陷的影响比较大，支撑效果差、易发生失稳现象。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的防屈曲支撑装置受钢材初始缺陷的影响比较大，支撑效果差、易发生失稳现象的缺陷，从而提供一种双核心屈曲约束支撑、支撑效果好、不易发生失稳现象的防屈曲支撑装置及其安装方法。

为了解决上述问题，本发明提供了一种防屈曲支撑装置，包括两个防屈曲约束支撑单元，所述防屈曲约束支撑单元包括：外约束件和耗能组件，所述耗能组件设置于所述外约束件内，所述耗能组件的中段呈波纹状，所述耗能组件的两端适于连接建筑物，两个所述防屈曲约束支撑单元的两个所述外约束件沿垂直于任一所述外约束件长度方向设置且相互连接。

可选的，所述耗能组件包括：波纹耗能件和两个平板耗能件，两个所述平板耗能件分别与所述波纹耗能件的两端连接。

可选的，所述防屈曲约束支撑单元还包括设置于所述外约束件内的摩擦耗能组件。

可选的，所述摩擦耗能组件包括分别设置于所述波纹耗能件和两个所述平板耗能件连接处的两个打气摩擦块。

可选的，所述摩擦块包括若干摩擦片。

可选的，所述摩擦块上设置有打气孔。

可选的，所述防屈曲约束支撑单元还包括分别设置于所述外约束件两端的两个封口板，两个所述平板耗能件远离所述波纹耗能件的一端延伸出对应的所述封口板外侧。

可选的，所述防屈曲约束支撑单元还包括分别设置于所述波纹耗能件两侧的两组复位组件，所述复位组件一端与所述打气摩擦块连接，另一端与所述封口板连接。

可选的，所述复位组件包括若干形状记忆合金丝，且所述形状记忆合金丝与所述外约束件的长度方向平行设置。

可选的，所述封口板远离所述波纹耗能件的一侧还设置有缓冲件。

本发明具有以下优点：

1.本发明提供的防屈曲支撑装置，包括两个防屈曲约束支撑单元，其中每个防屈曲约束支撑单元均包括：外约束件和耗能组件。耗能组件设置于外约束件内，耗能组件的中段呈波纹状，耗能组件的两端适于连接建筑物。地震时通过耗能组件变形来转移并消耗地震输入的能量，从而减小建筑结构的振动和变形。两个外约束件沿垂直于任一外约束件长度方向设置且相互连接，两个防屈曲约束支撑单元就通过两个外约束件连接在一起。由于这种防屈曲支撑装置中设置有两个防屈曲约束支撑单元，在地震时可以共同起作用进行耗能，钢材初始缺陷对装置的影响也比较小，因此装置更加稳定，不易发生失稳现象。

2.本发明提供的防屈曲支撑装置，耗能组件包括：波纹耗能件和两个平板耗能件，两个平板耗能件分别与波纹耗能件的两端连接，且两个平板耗能件远离波纹耗能件的一端用于与建筑物连接。这种耗能组件能够实现防屈曲约束支撑单元的定点屈服与多波屈曲功能，在中震及大震下，先通过波纹耗能件多波屈曲耗能，同时也可以达到定点屈服的目的，最后通过两边的平板耗能件屈曲耗能，以防止平板耗能件附近的连接部分优先发生损伤，同时能保证损伤不提前出现在平板耗能件附近，保障了装置屈曲约束支撑性能的可靠性。

3.本发明提供的防屈曲支撑装置，防屈曲约束支撑单元还包括设置于外约束件内的摩擦耗能组件，摩擦耗能组件包括分别设置于波纹耗能件和两个平板耗能件连接处的两个打气摩擦块，打气摩擦块充气后与外约束件内壁摩擦耗能，在小震时可以有效的消耗地震输入的能量，配合耗能组件实现了小震、中震及大震多阶段耗能，支撑防护效果较好。

4.本发明提供的防屈曲支撑装置，防屈曲约束支撑单元还包括分别设置于所外约束件两端的两个封口板，设置封口板能够增加防屈曲约束支撑单元的支撑强度，防止发生屈曲失稳现象。

5.本发明提供的防屈曲支撑装置，防屈曲约束支撑单元还包括分别设置于波纹耗能件两侧的两组复位组件，复位组件一端与打气摩擦块连接，另一端与封口板连接。复位组件优选为若干形状记忆合金丝，在震中发生形变也可起到一定的耗能作用，而且在震后带动各部件实现自复位，使得防屈曲支撑装置后续还可继续使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明防屈曲支撑装置的主视图；

图2为本发明防屈曲支撑装置的俯视图；

图3为本发明防屈曲支撑装置的侧视图；

图4为本发明防屈曲支撑装置的一种安装示意图；

图5为本发明防屈曲支撑装置的另一种安装示意图。

附图标记说明：

11、外约束件，12、耗能组件，121、波纹耗能件，122、平板耗能件，131、打气摩擦块，14、封口板，151、形状记忆合金丝，16、缓冲件。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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装置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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1至图3所示，为本发明防屈曲支撑装置的优选实施例。这种防屈曲支撑装置包括两个防屈曲约束支撑单元，也就是说在地震时，两个防屈曲约束支撑单元共同作用进行耗能来保护建筑结构不被震坏。其中每个防屈曲约束支撑单元均包括：外约束件11和耗能组件12。耗能组件12设置于外约束件11内，耗能组件12的中段呈波纹状，耗能组件12的两端适于连接建筑物。地震时会通过耗能组件12变形来转移并消耗地震输入的能量，从而减小建筑结构的振动和变形来保护建筑物。防屈曲支撑装置中的两个外约束件11沿垂直于任一外约束件11长度方向设置且相互连接，这样两个防屈曲约束支撑单元就通过两个外约束件11连接在一起。初始缺陷来自于钢板制作过程中，与焊接、切割甚至钢材成型等因素有关，面积越小，长度越小，受初始缺陷的影响程度越低。初始缺陷会影响核心单元的一阶屈曲形态，进而影响其接触点与接触应力，改变核心单元的应力分布趋势与PEEQ(等效塑性应变)值分布趋势。在同等承载力限制下，即现有的单核心防屈曲支撑装置的钢板和本实施例双核心防屈曲支撑装置的钢板(即耗能组件12)的截面面积相同下，选择双核心防屈曲支撑装置能让单个耗能组件12受初始缺陷的影响变小，而且两个耗能组件12的影响变小，总体效果并不是相加而是并联，因此这种双核心式的防屈曲支撑装置受钢材的初始缺陷的影响较小，而且更加稳固，也不易发生失稳现象。

进一步的，如图1、如2所示，外约束件11呈方筒状，两端开口。耗能组件12包括：波纹耗能件121和两个平板耗能件122，两个平板耗能件122分别与波纹耗能件121的两端连接，本实施例中，采用焊接方式将平板耗能件122与波纹耗能件121进行连接。平板耗能件122远离波纹耗能件121的一端延伸出外约束件11端部的外侧，便于与建筑物进行连接。波纹耗能件121即呈波浪形状的板件，将平板通过冲压等方式进行加工制成。平板耗能件122即平板状的板件，与外约束件11远离其与另一外约束件11连接一侧的侧面平行。

在其他实施例中，外约束件11也可以是圆筒等其它形状。

在其他实施例中，耗能组件12也可以是为一体式的板件或管件，需要将中段加工成波纹状。

进一步的，防屈曲约束支撑单元还包括分别设置于外约束件11两端的两个封口板14，两个平板耗能件122远离波纹耗能件121的一端延伸出对应的封口板14外侧。封口板14将外约束件11的两端封堵住，并且能增加外约束件11的支撑强度，防止装置发生屈曲失稳现象。

封口板14远离波纹耗能件121的一侧还设置有缓冲件16，缓冲件16可以在端头脆弱部分包裹住外约束件11，防止其在端头优先发生失稳损伤。本实施例中，缓冲件16优选为橡胶板。

更进一步的，防屈曲约束支撑单元还包括设置于外约束件11内的摩擦耗能组件。摩擦耗能组件可与外约束件11内壁摩擦耗能。具体的，摩擦耗能组件包括分别设置于波纹耗能件121和两个平板耗能件122连接处的两个打气摩擦块131。打气摩擦块131上设置有打气孔，可以通过打气孔进行充气。打气摩擦块131包括多个摩擦片，打气摩擦块131充气后，在小震时摩擦片可与外约束件11的内壁摩擦从而消耗地震输入的能量。

防屈曲约束支撑单元还包括分别设置于波纹耗能件121两侧的两组复位组件，复位组件一端与打气摩擦块131连接，另一端与封口板14连接。具体的，复位组件包括若干形状记忆合金丝151(也叫SMA丝)，形状记忆合金丝151与外约束件11的长度方向平行设置，且一端与打气摩擦块131连接，另一端与封口板14连接。本实施例中，每组复位组件包括四根形状记忆合金丝151，如图3所示，每组复位组件中的四根形状记忆合金丝151布置为两排两列。设置复位组件既可以在地震时利用形状记忆合金丝151的形变耗能，还能在震后利用形状记忆合金丝151实现耗能组件12的自复位，保证防屈曲支撑装置后续仍能继续正常工作。

如图4、图5为本发明提供的防屈曲支撑装置安装于不同建筑结构的示意图，如图4所示，当建筑物高度较高时，可将四个防屈曲支撑装置呈菱形布置。如图5所示，可将两个防屈曲支撑装置呈人字形安装。在安装时将两个防屈曲支撑单元中延伸出外约束件11两端的平板耗能件122与对应梁或柱上的安装部件进行连接即可，例如安装部件可以为穿心板，设置于梁端或柱脚位置，然后两个防屈曲支撑单元中的平板耗能件122从两侧夹住穿心板并通过螺栓连接即可，连接处也无需焊接，平板耗能件122的初始缺陷对防屈曲约束支撑装置的力学性能及疲劳性能影响更小。

下面对本实施例提供的防屈曲支撑装置的安装方式以及工作过程叙述如下：

将两个防屈曲约束支撑单元的外约束件11、封口板14、波纹耗能件121和平板耗能件122进行拼装，然后将两个防屈曲约束支撑进行焊接连接。连接完成后在装置外加装定位箍环，定位箍环由两个半矩形箍环通过螺栓连接组成。定位箍环可对装置整体进行固定，还能对装置的连接位置进行对准。

之后将打气摩擦块131充气并安装到外约束件11内，并通过定位箍环上的锚固装置与定位杆件确认位置；对照施工图的定位、预埋件尺寸、梁柱节点尺寸与螺栓布置一致后，将防屈曲支撑装置吊装进行临时安装，调整核心板的位置，通过定位线判断核心板的偏差并进行调整。

通过调整消除误差后，通过打气摩擦块131与定位线判断是否存在误差并建立防屈曲支撑装置信息与节点信息，进行节点处的打磨、防火材料涂抹并消除毛刺等工序，进行刷漆处理。

最后进行防屈曲支撑装置的正式安装，同时完成梁柱的浇筑工序，以保证结构的整体性。

发生地震时，在小震情况下，通过打气摩擦块131与外约束件11内壁摩擦耗能；中震及大震情况下，先通过波纹耗能件121进行多波屈曲耗能，同时也可以达到定点屈服的目的，最后通过两边的平板耗能件122进行屈曲耗能，以防止平板耗能件122附近的连接部分优先发生损伤。地震后，通过形状记忆合金丝151完成构件的自复位，以便于继续使用。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种防屈曲支撑装置，其特征在于，包括两个防屈曲约束支撑单元，所述防屈曲约束支撑单元包括：外约束件(11)和耗能组件(12)，所述耗能组件(12)设置于所述外约束件(11)内，所述耗能组件(12)的中段呈波纹状，所述耗能组件(12)的两端适于连接建筑物，两个所述防屈曲约束支撑单元的两个所述外约束件(11)沿垂直于任一所述外约束件(11)长度方向设置且相互连接。

2.根据权利要求1所述的防屈曲支撑装置，其特征在于，所述耗能组件(12)包括：波纹耗能件(121)和两个平板耗能件(122)，两个所述平板耗能件(122)分别与所述波纹耗能件(121)的两端连接。

3.根据权利要求2所述的防屈曲支撑装置，其特征在于，所述防屈曲约束支撑单元还包括设置于所述外约束件(11)内的摩擦耗能组件。

4.根据权利要求3所述的防屈曲支撑装置，其特征在于，所述摩擦耗能组件包括分别设置于所述波纹耗能件(121)和两个所述平板耗能件(122)连接处的两个打气摩擦块(131)。

5.根据权利要求4所述的防屈曲支撑装置，其特征在于，所述打气摩擦块(131)包括若干摩擦片。

6.根据权利要求4所述的防屈曲支撑装置，其特征在于，所述打气摩擦块(131)上设置有打气孔。

7.根据权利要求4-6任一项所述的防屈曲支撑装置，其特征在于，所述防屈曲约束支撑单元还包括分别设置于所述外约束件(11)两端的两个封口板(14)，两个所述平板耗能件(122)远离所述波纹耗能件(121)的一端延伸出对应的所述封口板(14)外侧。

8.根据权利要求7所述的防屈曲支撑装置，其特征在于，所述防屈曲约束支撑单元还包括分别设置于所述波纹耗能件(121)两侧的两组复位组件，所述复位组件的一端与所述打气摩擦块(131)连接，另一端与所述封口板(14)连接。

9.根据权利要求8所述的防屈曲支撑装置，其特征在于，所述复位组件包括若干形状记忆合金丝(151)，且所述形状记忆合金丝(151)与所述外约束件(11)的长度方向平行设置。

10.根据权利要求7所述的防屈曲支撑装置，其特征在于，所述封口板(14)远离所述波纹耗能件(121)的一侧还设置有缓冲件(16)。