CN202390950U - 一种带有受拉间隙保护部件的屈曲约束支撑 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带有受拉间隙保护部件的屈曲约束支撑，包括核心受力部件、屈曲约束部件、左端部连接部件和右端部连接部件，核心受力部件的左端与左端部连接部件固定连接，核心受力部件的右端和右端部连接部件固定连接，核心受力部件的表面由屈曲约束部件可移动包裹，还包括受拉间隙保护部件，该受拉间隙保护部件的左端与左端部连接部件连接，受拉间隙保护部件的右端和右端部连接部件连接，并且受拉间隙保护部件的直线长度大于左端部连接部件和右端部连接部件之间的距离。该屈曲约束支撑可以提高在超大地震作用下工程结构中屈曲约束支撑的变形控制能力，防止屈曲约束支撑断裂，提高工程结构的抗倒塌能力。

Description

一种带有受拉间隙保护部件的屈曲约束支撑

技术领域

本实用新型属于土木工程领域，可用于新建工程或加固旧有结构，具体来说，涉及一种带有受拉间隙保护部件的屈曲约束支撑。

背景技术

在正常使用条件或多遇地震作用下，屈曲约束支撑作为结构构件，能为结构提供有效刚度。在基本烈度地震或罕遇地震作用下，屈曲约束支撑将先于其它结构部件进入屈服状态，通过滞回来耗散地震输入的大部分能量，减轻甚至避免主体结构损伤，震后可通过更换屈曲约束支撑来快速恢复结构的使用功能。

已有的屈曲约束支撑由核心受力部件、屈曲约束部件、左端部连接部件和右端部连接部件组成，核心受力部件的左端与左端部连接部件固定连接，核心受力部件的右端与右端部连接部件固定连接，核心受力部件的表面由屈曲约束部件可移动包裹，即核心受力部件的表面大部分由屈曲约束部件覆盖，并且屈曲约束部件可以在核心受力部件的表面移动。该种屈曲约束支撑的基本受力原理是：在屈曲约束部件的限制下，核心受力部件在整个受力过程中始终处于接近轴向受力状态，受压时为高阶多波屈曲而不会发生大幅低阶屈曲，在外力作用下通过拉压塑性变形消耗地震输入结构的能量。

近年来几次主要大地震，如1994年Northridge地震、1995年日本Kobe地震、1999年中国台湾Chi-Chi地震和2008年汶川地震等，由于地震动表现出的位移脉冲特性或地震烈度远大于设防烈度，使工程结构直接承受高能量冲击，产生了超出预期的大位移或大变形，造成结构严重损伤甚至倒塌破坏。

结构在超大地震（大于罕遇地震烈度）或者脉冲型地震作用下，屈曲约束支撑将会屈服，从而利用其滞回性能耗散地震能量、减轻地震震害。但由于屈曲约束支撑屈服后层间刚度骤降，可能会在相应位置形成薄弱层。这时结构的层间变形很难控制，将产生更大的结构变形，甚至导致结构发生倒塌或倾覆。在反复地震作用下，屈曲约束支撑也可能因低周疲劳而断裂，其后果更为不利。

发明内容

技术问题：本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种带有受拉间隙保护部件的屈曲约束支撑，提高在超大地震作用下工程结构中屈曲约束支撑的变形控制能力，防止屈曲约束支撑断裂，提高工程结构的抗倒塌能力。

技术方案：为解决上述技术问题，本技术方案的一种带有受拉间隙保护部件的屈曲约束支撑，包括核心受力部件、屈曲约束部件、左端部连接部件和右端部连接部件，核心受力部件的左端与左端部连接部件固定连接，核心受力部件的右端和右端部连接部件固定连接，核心受力部件的表面由屈曲约束部件可移动包裹，还包括受拉间隙保护部件，该受拉间隙保护部件的左端与左端部连接部件连接，受拉间隙保护部件的右端和右端部连接部件连接，并且受拉间隙保护部件的直线长度大于左端部连接部件和右端部连接部件之间的距离。

进一步，所述的带有受拉间隙保护部件的屈曲约束支撑，还包括受压间隙保护部件，该受压间隙保护部件位于左端部连接部件和右端部连接部件之间，受压间隙保护部件的长度小于左端部连接部件和右端部连接部件之间的距离；受压间隙保护部件与左端部连接部件固定连接，或者与右端部连接部件固定连接，或者与屈曲约束部件固定连接。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1. 当结构承受超出预计的强烈地震作用时，带有受拉间隙保护部件的屈曲约束支撑将避免屈曲约束支撑在受拉的状态下产生不可控制的变形，从而避免结构产生明显的薄弱层造成倒塌。在本技术方案中，受拉间隙保护部件的直线长度大于左端部连接部件和右端部连接部件之间的距离，所以受拉间隙保护部件拥有冗余长度。屈曲约束支撑伸长，相对变形小于冗余长度时，受拉间隙保护部件不参与受力；相对变形大于冗余长度时，受拉间隙保护部件参与传力。拉伸变形超出冗余长度时，受拉间隙保护部件提供部分刚度（核心受力部件起作用时）或全部刚度（核心受力部件断裂退出工作时），从而减小屈曲约束支撑两端相对拉伸变形。本技术方案在受拉过程中实行了对屈曲约束支撑的保护，提高了屈曲约束支撑的变形控制能力，避免屈曲约束支撑在受拉的状态下产生不可控制的变形，从而避免结构产生明显的薄弱层造成倒塌。

     2. 当结构承受超出预计的强烈地震作用时，带有受拉间隙保护部件的屈曲约束支撑将避免屈曲约束支撑在受压的状态下产生不可控制的变形，从而避免结构产生明显的薄弱层造成倒塌。在改进方案中，添加了受压间隙保护部件。受压间隙保护部件的长度小于左端部连接部件和右端部连接部件之间的距离，即受压间隙保护部件具有一定的短缺长度。当屈曲约束支撑受到压力作用时，屈曲约束支撑缩短，相对变形小于短缺长度时，受压间隙保护部件不参与受力；相对变形大于短缺长度时，受压间隙保护部件提供部分（核心受力部件起作用时）或全部刚度（核心受力部件断裂退出工作时），从而减小屈曲约束支撑两端的相对压缩变形。可见，改进方案使得结构在受拉和受压过程中均实行了对屈曲约束支撑的保护，提高了屈曲约束支撑的变形控制能力。可根据需要选择受拉力和压力作用时的保护，也可仅在受拉力作用时起保护。

3．当结构承受超出预计的强烈地震作用时，受拉间隙保护部件或者受压间隙保护部件将显著减小屈曲约束支撑的最大变形，从而减小核心受力部件的塑性累计变形，防止核心受力部件在持续地震作用下产生低周疲劳破坏。

4．当结构承受更加强烈地震作用、屈曲约束支撑的核心受力部件经历大应变反复作用而断裂退出工作后，受拉间隙保护部件和受压间隙保护部件仍将分别在构件产生大幅拉、压变形时为结构提供可靠的抗侧刚度，避免变形无限制发展，防止结构倒塌。这可作为防止结构倒塌的最后一道防线。因此，本实用新型实行了两阶段对屈曲约束支撑的保护，即核心受力部件稳定工作阶段的保护和核心受力部件退出工作阶段的保护，提高了屈曲约束支撑的变形控制能力。

5．受拉间隙保护部件和受压间隙保护部件只在结构发生特别大变形的时候才参加工作，有利于防止受拉间隙保护部件和受压间隙保护部件由于过早参与工作而破坏。受拉间隙保护部件的冗余长度和受压间隙保护部件的短缺长度，可保证在结构承受预计地震作用、发生中等程度变形时充分利用核心受力部件的耗能作用减轻地震响应。同时，整个屈曲约束支撑结构简单，制作方便，易于实现。 

附图说明

图1为本实用新型的第一种结构示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为本实用新型的改进方案的结构示意图。

图4为图3的俯视图。

图5为图3的A－A剖面图。

图6为图3的B－B剖面图。

图7为本实用新型的第二种结构在改进方案中的结构示意图。

图8为本实用新型的第三种结构在改进方案中的结构示意图。

图中有：核心受力部件1、屈曲约束板2、屈曲约束槽钢3、左端部连接部件4、受拉间隙保护部件5、受压间隙保护部件6、右端部连接部件7、螺栓8、左螺母9、右螺母10、限位弹簧11、左紧固件12、右紧固件13。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案进行详细的说明。

如图1和图2所示，本实用新型的一种带有受拉间隙保护部件的屈曲约束支撑，包括核心受力部件1、屈曲约束部件、左端部连接部件4、右端部连接部件7和受拉间隙保护部件5。核心受力部件1的左端与左端部连接部件4固定连接，核心受力部件1的右端和右端部连接部件7固定连接。核心受力部件1的表面由屈曲约束部件可移动包裹，即核心受力部件1的表面大部分由屈曲约束部件覆盖，并且屈曲约束部件可以在核心受力部件1的表面自由移动。在图1和图2中，屈曲约束部件由屈曲约束板2和屈曲约束槽钢3组成。核心受力部件1嵌在屈曲约束板2和屈曲约束槽钢3之间。除此以外，屈曲约束部件还可以依照核心受力部件1的形状由其他形式构成，这一点在现有技术中是公知的。受拉间隙保护部件5的左端与左端部连接部件4连接，受拉间隙保护部件5的右端和右端部连接部件7连接，并且受拉间隙保护部件5的直线长度大于左端部连接部件4和右端部连接部件7之间的距离。因为受拉间隙保护部件5的直线长度大于左端部连接部件4和右端部连接部件7之间的距离，所以，受拉间隙保护部件5具有一定的冗余长度，即受拉间隙保护部件5在拉直状态下，其两端之间的距离，大于左端部连接部件4和右端部连接部件7之间的距离。受拉间隙保护部件5可由弹性模量和抗拉强度较高的金属或非金属材料，例如采用高强度钢筋、高强度钢绞线和高强度复合纤维制成。

采用上述结构的带有受拉间隙保护部件5的屈曲约束支撑，在左端部连接部件4和右端部连接部件7之间，增加设置了受拉间隙保护部件5。由于受拉间隙保护部件5的长度大于左端部连接部件4和右端部连接部件7 之间的距离，所以受拉间隙保护部件5拥有冗余长度。当屈曲约束支撑受到拉力作用时，屈曲约束支撑伸长，相对变形量小于冗余长度时，受拉间隙保护部件5不参与受力；相对变形量大于冗余长度时，受拉间隙保护部件5参与传力，提供部分刚度（核心受力部件起作用时）或全部刚度（核心受力部件断裂退出工作时），从而减小屈曲约束支撑两端相对拉伸变形。本技术方案在受拉过程中实行了对屈曲约束支撑的保护，提高了屈曲约束支撑的变形控制能力。

作为一种改进方案，如图3、图4、图5和图6所示，所述的带有受拉间隙保护部件5的屈曲约束支撑，还包括受压间隙保护部件6。受压间隙保护部件6具有足够的抗压强度和抗屈曲能力，例如钢管、环状钢管混凝土构件。受压间隙保护部件6的形状可以有多种，例如矩形套管、圆形套管、正六边形套管。在图3和图4中，受压间隙保护部件6是矩形套管。受压间隙保护部件6位于左端部连接部件4和右端部连接部件7之间。受压间隙保护部件6的长度小于左端部连接部件4和右端部连接部件7之间的距离。受压间隙保护部件6与左端部连接部件4固定连接，或者受压间隙保护部件6与右端部连接部件7固定连接，或者受压间隙保护部件6与屈曲约束部件固定连接。因为受压间隙保护部件6的长度小于左端部连接部件4和右端部连接部件7之间的距离，所以无论受压间隙保护部件6与左端部连接部件4、或者右端部连接部件7、或者屈曲约束部件固定连接时，受压间隙保护部件6与左端部连接部件4之间，或者受压间隙保护部件6与右端部连接部件7之间都会留有间隙。

上述改进方案中，在原有技术方案中添加了受压间隙保护部件6。受压间隙保护部件6的长度小于左端部连接部件4和右端部连接部件7之间的距离，即受压间隙保护部件6具有一定的短缺长度。在屈曲约束支撑受拉力作用的过程中，受压间隙保护部件6不参与工作。当屈曲约束支撑受到压力作用时，屈曲约束支撑缩短，相对变形量小于短缺长度时，受压间隙保护部件6不参与受力；相对变形量大于短缺长度时，受压间隙保护部件6提供部分（核心受力部件起作用时）或全部刚度（核心受力部件断裂退出工作时），从而减小屈曲约束支撑两端的相对压缩变形。在这个过程中，受拉间隙保护部件5不参与工作。可见，改进方案使得结构在受拉和受压过程中均实行了对屈曲约束支撑的保护，提高了屈曲约束支撑的变形控制能力。可根据需要选择受拉力和压力作用时的保护，也可仅在受拉力作用时起保护。当结构承受强烈地震作用，屈曲约束支撑的核心受力部件1经历大应变反复作用而断裂退出工作后，受拉间隙保护部件5和受压间隙保护部件6将在构件产生较大的拉、压变形时仍为结构提供可靠的抗侧刚度，避免变形无限制发展，防止结构倒塌。这可作为防止结构倒塌的最后一道防线。

在上述技术方案中，受拉间隙保护部件5可以有多种，本技术方案优选刚性杆或者柔性索。如图1至图6所示，受拉间隙保护部件5是刚性杆。刚性杆的左端伸出左端部连接部件4，在刚性杆左端的端头设置左螺母9。刚性杆的右端伸出右端部连接部件7，在刚性杆右端的端头设置右螺母10。左螺母9和右螺母10之间的距离大于左端部连接部件4和右端部连接部件7之间的距离。为相对固定刚性杆在屈曲约束支撑中的位置，避免其不必要的位移，可以设置限位弹簧11。该限位弹簧11位于左螺母9和左端部连接部件4之间，或者位于右螺母10和右端部连接部件7之间，或者同时位于左螺母9和左端部连接部件4之间以及右螺母10和右端部连接部件7之间。

如图7和图8所示，受拉间隙保护部件5还可以是柔性索。柔性索与左端部连接部件4和右端部连接部件7的连接方式有两种。第一种连接方式是：在柔性索的左端的端头设置左紧固件12，柔性索的右端的端头设置右紧固件13，然后将柔性索的右紧固件13和右端部连接部件7固定连接，柔性索的左紧固件12与左端部连接部件4固定连接；第二种连接方式是：将柔性索的左端伸出左端部连接部件4，然后在柔性索左端的端头设置左紧固件12，将柔性索的右端伸出右端部连接部件7，然后在柔性索右端的端头设置右紧固件13。其中在第二种连接方式中，为固定柔性索在屈曲约束支撑中的位置，避免其不必要的位移，可以设置限位弹簧11。限位弹簧11可以位于左紧固件12和左端部连接部件4之间，或者位于右紧固件13和右端部连接部件7之间，或者同时位于左紧固件12和左端部连接部件4之间以及右紧固件13和右端部连接部件7之间。

本技术方案的结构形状可以是多种，现仅以如图3至图6所示的结构为例，予以说明。

如图3至图6所示，核心受力部件1呈板状体。屈曲约束部件由两个屈曲约束板2和两个屈曲约束槽钢3组成。受拉间隙保护部件5是刚性杆，数量是两根。受压间隙保护部件6是矩形套管。两个屈曲约束板2和两个屈曲约束槽钢3位于核心受力部件1的外侧四周，并且两个屈曲约束板2相互对应，两个屈曲约束槽钢3相互对应。屈曲约束板2和屈曲约束槽钢3之间固定连接，例如可以用螺栓8连接。屈曲约束板2和屈曲约束槽钢3作为一个整体，可以在核心受力部件1的外表面自由移动。核心受力部件1的左端与左端部连接部件4固定连接，核心受力部件1的右端与右端部连接部件7固定连接。两根刚性杆位于核心受力部件1的外侧，并且以核心受力部件1为对称轴，对称分布在核心受力部件1的两边。刚性杆的右端伸出右端部连接部件7，在刚性杆右端的端头设置右螺母10，左螺母9和右螺母10之间的距离大于左端部连接部件4和右端部连接部件7之间的距离。受压间隙保护部件6设置在屈曲约束部件和受拉间隙保护部件5的外围，受压间隙保护部件6的右端与右端部连接部件7固定连接。受压间隙保护部件6 的长度小于左端部连接部件4与右端部连接部件7之间的净距离。左端部连接部件4、右端部连接部件7的截面大于受压间隙保护部件6的外围尺寸，以便在需要时能够利用左端部连接部件4和右端部连接部件7将压力传递给受压间隙保护部件6。

安装时，首先，将屈曲约束板2和屈曲约束槽钢3组装在核心受力部件1的外侧，并拧紧连接屈曲约束板2和屈曲约束槽钢3的螺栓8；然后，将核心受力部件1与右端部连接部件7固定连接，并套上受压间隙保护部件6，即矩形套管，将矩形套管与右端部连接部件7固定连接；随后，将核心受力部件1与左端部连接部件4连接；接着，将刚性杆穿过左端部连接部件4和右端部连接部件7；最后，在刚性杆的两端分别穿上一个限位弹簧11，并拧上左螺母9和右螺母10，调节好左螺母9和左端部连接部件4之间的间隙，以及右螺母10螺母与右端部连接部件7之间的间隙。

由于屈曲约束支撑中的核心受力部件1和屈曲约束部件的形状和位置灵活多变。只要是在现有的屈曲约束支撑中添加受拉间隙保护部件5，不管受拉间隙保护部件5是何种形状的部件，只要该受拉间隙保护部件5的左端与左端部连接部件4连接，受拉间隙保护部件5的右端和右端部连接部件7连接，并且受拉间隙保护部件5的直线长度大于左端部连接部件4和右端部连接部件7之间的距离，即落入本专利的保护范围。

Claims (7)

1.一种带有受拉间隙保护部件的屈曲约束支撑，包括核心受力部件（1）、屈曲约束部件、左端部连接部件（4）和右端部连接部件（7），核心受力部件（1）的左端与左端部连接部件（4）固定连接，核心受力部件（1）的右端和右端部连接部件（7）固定连接，核心受力部件（1）的表面由屈曲约束部件可移动包裹，其特征在于，还包括受拉间隙保护部件（5），该受拉间隙保护部件（5）的左端与左端部连接部件（4）连接，受拉间隙保护部件（5）的右端和右端部连接部件（7）连接，并且受拉间隙保护部件（5）的直线长度大于左端部连接部件（4）和右端部连接部件（7）之间的距离。

2.按照权利要求1所述的带有受拉间隙保护部件的屈曲约束支撑，其特征在于，还包括受压间隙保护部件（6），该受压间隙保护部件（6）位于左端部连接部件（4）和右端部连接部件（7）之间，受压间隙保护部件（6）的长度小于左端部连接部件（4）和右端部连接部件（7）之间的距离；受压间隙保护部件（6）与左端部连接部件（4）固定连接，或者与右端部连接部件（7）固定连接，或者与屈曲约束部件固定连接。

3.按照权利要求1或2所述的带有受拉间隙保护部件的屈曲约束支撑，其特征在于，所述的受拉间隙保护部件（5）是刚性杆，刚性杆左端的端头设置左螺母（9），刚性杆右端的端头设置右螺母（10）。

4.按照权利要求3所述的带有受拉间隙保护部件的屈曲约束支撑，其特征在于，还包括限位弹簧（11），限位弹簧（11）位于左螺母（9）和左端部连接部件（4）之间，或者位于右螺母（10）和右端部连接部件（7）之间，或者同时位于左螺母（9）和左端部连接部件（4）之间以及右螺母（10）和右端部连接部件（7）之间。

5.按照权利要求1或2所述的带有受拉间隙保护部件的屈曲约束支撑，其特征在于，所述的受拉间隙保护部件（5）是柔性索，柔性索的左端的端头设置左紧固件（12），左紧固件（12）与左端部连接部件（4）固定连接，柔性索的右端的端头设置右紧固件（13），右紧固件（13）和右端部连接部件（7）固定连接。

6.按照权利要求1或2所述的带有受拉间隙保护部件的屈曲约束支撑，其特征在于，所述的受拉间隙保护部件（5）是柔性索，该柔性索的左端伸出左端部连接部件（4），并在柔性索左端的端头设置左紧固件（12），柔性索的右端伸出右端部连接部件（7），并在柔性索右端的端头设置右紧固件（13）。

7.按照权利要求6所述的带有受拉间隙保护部件的屈曲约束支撑，其特征在于，还包括限位弹簧（11），限位弹簧（11）位于左紧固件（12）和左端部连接部件（4）之间，或者位于右紧固件（13）和右端部连接部件（7）之间，或者同时位于左紧固件（12）和左端部连接部件（4）之间以及右紧固件（13）和右端部连接部件（7）之间。

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