CN203247730U - 一种转换式防屈曲耗能支撑 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种转换式防屈曲耗能支撑，包括核心受力构件、位于核心受力构件外围的约束构件、位于核心受力构件两端的非屈服转换段，所述核心受力构件采用“一”字形截面形的钢板，核心受力构件左端的非屈服转换段包括一块左转换板、两块加劲板，核心受力构件右端的非屈服转换段包括一块右转换板、两块加劲板，所述核心受力构件和左转换版、右转换板之间分别置有压缩材料，所述左转换板、右转换板和核心受力构件之间通过上下侧的两块加劲板采用对接焊方式进行连接，所述约束构件包括端部板、套筒、填充材料。核心受力构件采用较厚的钢材，可以在保证约束构件足够约束作用的基础上，尽可能得节省材料，达到防屈曲耗能支撑最佳经济性。

Description

一种转换式防屈曲耗能支撑

技术领域

本发明涉及建筑工程结构减振技术领域，尤其涉及一种转换式防屈曲耗能支撑。

背景技术

最近几十年时间以来，防屈曲耗能支撑在美国、日本、我国台湾等国家和地区的应用较多。防屈曲耗能支撑是一种在受拉和受压状态下都不发生屈曲的支撑，与传统支撑相比具有更稳定的力学性能。通过屈曲约束支撑不仅可以提高结构的刚度和延性，而且利用钢材的滞回性能可以消耗由于水平荷载作用在结构的上的能量，对结构的抗震能力提高有很大意义。1995年神户地震后，防屈曲约束支撑体系在日本被大量使用，截至目前已经超过300栋建筑使用了防屈曲耗能支撑；在美国也有30余栋建筑应用；在我国的台湾地区应用也较多。防屈曲耗能支撑有关的技术及设计方法研究有十几年的时间，但在国内研究应用尚处于起步阶段，工程案例较少，产品应用以国外产品为主，造价很高，工程应用难以推广。到2008年运用屈曲约束支撑的建筑有几百栋，然而国内在这方面的研究尚处于起步阶段，工程案例较少，产品应用以国外产品为主，因此造价偏高。

一般的防屈曲耗能支撑由五部分构成：约束屈服段、约束非屈服段、无约束非屈服段、无粘结可膨胀材料和屈服约束机构。防屈曲耗能支撑的形式多样，但工作原理基本相似。即：支撑在外力作用下，荷载全部由芯材承受，芯材在轴向拉力或压力作用下能屈服耗能，而外围的约束机构提供给芯材弯曲限制，避免芯材受压时屈曲。由于泊松效应，芯材受压时会发生膨胀，因此在芯材和约束机构之间设有缝隙，以减小芯材受力时对约束机构造成挤压。

目前，现有防屈曲耗能支撑存在以下几个问题：

现有产品涉及的防屈曲耗能支撑主要是通过钢板（型钢）表面涂抹一层2mm厚的无粘结材料，与约束机构之间形成缝隙，缝隙的大小对约束的效果很明显，因此对制作的要求很高，故当防屈曲耗能支撑核心受力构件采用非“一”字形截面形式时，将会较大地影响约束构件对核心受力构件的约束效果。

当需要设计大吨位型的防屈曲耗能支撑，抑或是在建筑有较高要求时，核心受力构件的截面厚度将很厚（采用“一”字形截面时，截面后厚度更厚），不利于防屈曲耗能支撑和主体结构进行连接，影响了防屈曲耗能支撑与主体结构连接施工的可操作性和安全性等，使得工艺难度增大，造价上升。

当防屈曲耗能支撑的核心受力构件采用较薄的截面时，防屈曲耗能支撑的外观尺寸将较大，约束装置对核心受力构件的约束作用得不到充分的利用，降低了防屈曲耗能支撑的经济性，且现有各类防屈曲耗能支撑的外观尺寸较难满足建筑要求。

传统的防屈曲耗能支撑在工作时，由于外约束套筒重量很大，结构振动时芯材与外套筒容易发生滑移，从而破坏支撑。

发明内容

本发明的目的在于优化现有常规防屈曲耗能支撑的构造，提供一种制作工艺、加工工艺和安装工艺更加简便的转换式防屈曲耗能支撑，所要解决的问题是使其不仅能够保证原有的抗震性能，还能够减轻自重，简化安装工艺，确保支撑能精确加工，并保证支撑的加工质量和其与主体结构的连接质量。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种转换式防屈曲耗能支撑，包括核心受力构件、位于核心受力构件外围的约束构件、位于核心受力构件两端的非屈服转换段，所述核心受力构件采用“一”字形截面形的钢板，核心受力构件左端的非屈服转换段包括一块左转换板、两块加劲板，核心受力构件右端的非屈服转换段包括一块右转换板、两块加劲板，所述核心受力构件和左转换版、右转换板之间分别置有压缩材料，所述左转换板、右转换板和核心受力构件之间通过上下侧的两块加劲板采用对接焊方式进行连接，所述约束构件包括端部板、套筒、填充材料，所述套筒套在核心受力构件的外围，所述端部板设计成一中空的“工”字形结构，所述端部板包括两个，称为左端部板和右端部板，所述左端部板套设在左转换板靠近压缩材料那端的内侧，所述右端部板套设在右转换板靠近压缩材料那端的内侧，所述套筒、左端部板和右端部板之间形成了一个空腔，该空腔内灌注有填充材料，左转换板、右转换板伸进套筒内的部分外围包有压缩材料。

进一步，所述填充材料采用细骨料混凝土、砂浆或高分子材料。

进一步，所述核心受力构件的材料采用软钢或Q235钢。

进一步，所述核心受力构件中部上侧和下侧外表面分别焊接有防滑装置，所述防滑装置采用凸起钢块形式或销钉形式。

进一步，所述核心受力构件、左转换板、右转换板和或防滑装置的表面设置有无粘结材料。

进一步，所述无粘结材料采用软玻璃、橡胶、聚乙烯、硅胶或乳胶。

进一步，所述核心受力构件左端和右端的非屈服转换段的两个加劲板伸进所述套筒的端部分别设有压缩材料。

进一步，加劲板同时设置在核心受力构件、左转换板、压缩材料的上侧，且同时焊接在核心受力构件和左转换板的上侧，加劲板设置在核心受力构件、左转换板、压缩材料的下侧，且同时焊接在核心受力构件和左转换板的下侧；加劲板同时设置在核心受力构件、右转换板、压缩材料的上侧，且同时焊接在核心受力构件和右转换板的上侧，加劲板设置在核心受力构件、右转换板、压缩材料的下侧，且同时焊接在核心受力构件、和右转换板的下侧。

进一步，所述左端部板上设有开孔，所述左端部板通过开孔套设在所述左转换板上，所述左端部板和左转换板、套筒之间均为焊接。

进一步，所述右端部板上设有开孔，所述右端部板通过开孔套设在所述右转换板上，所述右端部板和右转换板、套筒之间均为焊接，所述右转换板和右端部板之间采用硅胶填缝。

进一步，所述核心受力构件的厚度为左转换板或右转换板的1.5~2.5倍。

进一步，所述套筒采用圆钢管、矩形管、方钢管或采用由钢板焊接形成的箱型筒。

进一步，所述套筒采用金属材料，优先选用钢材，所述端部板选用与套筒相同的材质的材料。

进一步，所述压缩材料为弹性材料，优先选用聚苯乙烯泡沫或海绵橡胶材料。

进一步，所述加劲板、左转换板、右转换板与结构节点板连接时，采用焊接方式、螺栓连接方式或者销接方式。

本发明在制作原理是：转换式防屈曲耗能支撑，“转换”二字的含义在于将较厚的核心受力构件的两端转变成了较薄的转换板（即左转换板和右转换板）。现有技术中，这种防屈曲耗能支撑的芯材（即本专利申请中的核心受力构件）都较厚，这不但不利于防屈曲耗能支撑与外部主体结构的连接，而且非常不经济。本发明中的转换式防屈曲耗能支撑的核心受力构件仍然采用较厚的钢材，只是在核心受力构件的两端分别通过对焊接方式设置左转换板、右转换板，代替了现有技术中的核心受力构件整体均是相同厚度的通长设计。

有意效果：核心受力构件采用较厚的钢材，可以在保证约束构件足够约束作用的基础上，尽可能得节省材料，达到防屈曲耗能支撑最佳经济性；防屈曲耗能支撑截面采用“一”字形截面形式，降低了在核心受力构件表面设置无粘结材料的工艺难度，保证了约束构件对核心受力构件的约束作用；采用非屈服过度段对较厚的芯板进行转换，转换伸出部分的板厚较薄，可以简化防屈曲耗能支撑两端与节点板之间的连接工艺，并可以节省客观的钢材用量。

附图说明

图1包括两个附图：

1a为本发明耗能支撑一个实施例整体结构示意图；

1b为图1a中A圈的放大示意图。

图2包括两个附图：

2a为本发明耗能支撑一个实施例内部直接受力结构示意图；

2b为图2a中B圈的放大示意图。

图3为图1中沿,H-H向的剖面图。

图4为图1中沿I-I向的剖面图。

图5为图2中沿J-J向的剖面图。

图6为图2中沿K-K向的剖面图。

图7为本发明中左端部板、右端部板局部放大结构示意图。

图8为本发明耗能支撑又一个实施例的整体结构示意图。

图9包括两个附图：

9a为本发明耗能支撑再一个实施例的整体结构示意图；

9b为图9a中销轴板的横剖面放大结构示意图。

图10为本发明耗能支撑与结构连接时采用的第一种节点形式。

图11为本发明耗能支撑与结构连接时采用的第二种节点形式。

图12为本发明耗能支撑与结构连接时采用的第三种节点形式。

图13包括三个附图：

13a为本发明耗能支撑在结构中布置的第一种形式。

13b为本发明耗能支撑在结构中布置的第二种形式。

13c为本发明耗能支撑在结构中布置的第三种形式。

图中：1.核心受力构件，21.左转换板，22.右转换板，31.加劲板，32.加劲板，33.加劲板，34.加劲板，4.填充材料，5.无粘结材料，6.套筒，71.防滑装置，72.防滑装置，81.左端部板，811.开孔，82.右端部板，91.压缩材料，92.压缩材料，101.螺栓孔，102.螺栓孔，103.螺栓孔，104.螺栓孔，105.螺栓孔，106.螺栓孔，111.压缩材料，112.压缩材料，121.压缩材料，122.压缩材料，Z1.约束构件,Z2.非屈服转换段，Z3.非屈服转换段，ZT.主体结构，BRB.耗能支撑，X1.过渡板，X2.过渡板，Y1.销轴板，Y2.销轴板，Y3.销轴板，Y4.销轴板，U1.销轴孔，U2.销轴孔，U3.销轴孔，U4.销轴孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1（为本发明耗能支撑采用高强螺栓连接的方式和结构进行连接）：

参见图1和图10，包括核心受力构件1、位于核心受力构件外围的约束构件Z1、非屈服转换段Z2、非屈服转换段Z3。核心受力构件1采用“一”字形截面形的钢板，采用软钢（也可以采用Q235钢）。核心受力构件1的厚度选择为左转换板21或右转换板22厚度的1.5～2.5倍之间。非屈服转换段Z2和非屈服转换段Z3的材质与核心受力构件1材质相同（非屈服转换段Z2和非屈服转换段Z3也可以采用强度更高的材料，但要保证其它性能与核心受力构件1的一致）。

核心受力构件1和左转换版21之间设有压缩材料91，核心受力构件1和右转换板22之间设有压缩材料92。非屈服转换段Z2的加劲板31和加劲板32伸进套筒6的端部分别设有压缩材料111和压缩材料112；非屈服转换段Z3的加劲板33和加劲板34伸进套筒6的端部分别设有压缩材料121和压缩材料122。本实施例中的压缩材料为弹性材料，优先选用聚苯乙烯泡沫或海绵橡胶材料。本实施例的压缩材料在本发明的防屈曲耗能支撑工作时，可以为核心受力构件1和加劲板提供一定的活动空间，使本发明的防屈曲耗能支撑能正常工作。

非屈服转换段Z2包括左转换板21、加劲板31、加劲板32，非屈服转换段Z3包括右转换板22、加劲板33、加劲板34。对于非屈服转换段Z2：加劲板31、加劲板32分别设置在左转换板21的上侧和下侧，加劲板31、加劲板32的左侧分别和左转换板21平齐，加劲板31、加劲板32的右侧分别伸进套筒6内，且长于左转换板21的右端。非屈服转换段Z3也是同理设计。核心受力构件1、左转换板21、右转换板22、防滑装置71和防滑装置72的表面设置有无粘结材料5，无粘结材料5采用软玻璃、橡胶、聚乙烯、硅胶或乳胶，这些材料可以有效减少或消除核心受力构件1与砂浆之间的剪力。

约束构件Z1包括左端部板81、右端部板82、套筒6、填充材料4，套筒6设在核心受力构件1的外围，套筒6、和左端部板81、右端部板82之间形成了一个空腔，该空腔内灌注有填充材料4。套筒6采用金属材料，优先选用钢材，套筒6采用圆钢管、矩形管、方钢管或采用由钢板焊接形成的箱型筒（即可通过焊接的方式把四块板材进行连接形成套筒6，或通过焊接双折板形成套筒6）。左端部板81位于左转换板21和压缩材料91之间，右端部板82位于右转换板22和压缩材料92之间。左端部板81和右端部板82选用与套筒6相同的材质的材料。左端部板81上设有开孔，左端部板81通过开孔套在左转换板21上，左端部板81和左转换板21、套筒6之间均为焊接；右端部板82上设有开孔，右端部板82通过开孔套在右转换板22上，右端部板82和右转换板22、套筒6之间均为焊接，右转换板22和右端部板82之间采用硅胶填缝。

除了在左转换板21和核心受力构件1之间设有压缩材料91外，在左转换板21伸进套筒6内的部分的外围也包有压缩材料91，左转换板21和核心受力构件1之间的压缩材料91的厚度和核心受力构件1相同，套筒6内的左转换板21外面包裹的压缩材料91和左转换板21一起的厚度和核心受力构件1的厚度相同。同理，除了在右转换板22和核心受力构件1之间设有压缩材料92之外，在右转换板22伸进套筒6内的部分的外围也包有压缩材料92，右转换板22和核心受力构件1之间的压缩材料92的厚度和核心受力构件1相同，套筒6内的右转换板22外面包裹的压缩材料92和右转换板22一起的厚度和核心受力构件1的厚度相同。

参见图2，核心受力构件1、左转换板21、右转换板22为本发明转换式防屈曲耗能支撑的核心受力构件。左转换板21、右转换板22采用与核心受力构件1相同材料的钢板，或采用高于核心受力构件1牌号的钢材。

左转换板21、右转换板22和核心受力构件1之间分别通过其上下侧的两块加劲板采用对接焊方式进行连接。即：加劲板31同时设置在核心受力构件1、左转换板21、压缩材料91的上侧，且同时焊接在核心受力构件1和左转换板21的上侧，加劲板32设置在核心受力构件1、左转换板21、压缩材料91的下侧，且同时焊接在核心受力构件1、和左转换板21的下侧；加劲板33同时设置在核心受力构件1、右转换板22、压缩材料92的上侧，且同时焊接在核心受力构件1和右转换板22的上侧，加劲板34设置在核心受力构件1、右转换板22、压缩材料92的下侧，且同时焊接在核心受力构件1、和右转换板22的下侧。

加劲板31上设有四个螺栓孔101，加劲板32上设有四个螺栓孔103，左转换板21上设有八个螺栓孔102，加劲板33上设有四个螺栓孔104，加劲板34上设有四个螺栓孔106，左转换板22上设有八个螺栓孔105。这些螺栓孔的设计是为了通过螺栓将本发明的耗能支撑与外部主体结构连接。由于。左转换板21和右转换板22的厚度比核心受力构件1薄很多，所以本发明可以简化耗能支撑两端与节点板之间的连接工艺，并可以节省客观的钢材用量。

核心受力构件1中部上侧和下侧外表面分别焊接有防滑装置71、防滑装置72，防滑装置71和防滑装置72在核心受力构件1的上下两侧对称设置，防滑装置71和防滑装置72采用凸起钢块形式（也可以采用销钉形式）焊接在核心受力构件1上。防滑装置71和防滑装置72的表面设置有无粘结材料5，无粘结材料5同样可采用软玻璃、橡胶、聚乙烯、硅胶或乳胶。

参见图3，是沿图1中的防滑装置71和防化装置71中心线的剖面图，本剖面图的耗能支撑因为已经填充有填充材料4，故看不到核心受力构件1左端的非屈服转换段Z2的结构。填充材料4采用细骨料混凝土、砂浆或高分子材料。填充材料4能够减小核心受力构件1受力时对约束机构Z1造成挤压。

参见图4，左转换板21的右端和右转换板22的左端分别是伸进套筒6内的，而左端部板81和右端部板82分别是套在左转换板21右端内侧和右转换板22左端内侧的，故在左端部板81和左压缩材料91之间有一段左转换板21，右端部板82和右压缩材料92之间也有一段右转换板22。图4是沿图2中伸进套筒内右端部板82和压缩材料92之间的右转换板22剖面图（解释：这个位置不固定，因为只要剖线落在套筒6内的右转换板22上，其剖面图均是一样的）。

参见图5，是沿图2中的防滑装置71和防滑装置72中心线的剖面图。加劲板31、核心受力构件1和加劲板32之间形成了一“工”字形结构，而核心受力构件1仍然采用的“一”字形结构，保证了约束构件Z1对核心受力构件1的约束作用。

参见图6，图中是沿图2中伸进套筒内的右转换板22任一位置的剖面图，与图4中的部位相同。加劲板33、核心受力构件1和加劲板34之间形成了一“工”字形结构，

参见图7，左端部板81和右端部板82均为中空的“工”字形结构，图7中左端部板81上开有开孔811，通过开孔811同时套在左转换板21、加劲板31和加劲板32右端的内侧，右端部板82同时套在右转换板22、加劲板33和加劲板34右端的内侧。端部板81和端部板82使得本发明耗能支撑在承受外界作用下具有更好的整体性。

实施例2（为本发明耗能支撑采用焊接方式和主结构进行连接）：

参见图8和图11，当本发明转换式防屈曲耗能支撑BRB采用焊接方式和主体结构进行有效连接时，通过左转换板21、右转换板22、加劲板31、加劲板32、加劲板33以及加劲板34与主体结构ZT上的节点板进行焊接，使这种转换式防屈曲耗能支撑与主体结构可以共同工作。

实施例3（为本发明耗能支撑采用销轴方式和主结构进行连接）：

参见图9和图12，图9a中左转换板21、加劲板31和加劲板32的左端同时焊接在过渡板X1上，过渡板X1的另一侧对称焊接一对销轴板Y1和销轴板Y2，销轴板Y1和销轴板Y2上分别设有销轴孔U1和销轴孔U2。右转换板22、加劲板33和加劲板34的右端同时焊接在过渡板X2上，过渡板X2的另一侧对称焊接一对销轴板Y3和销轴板Y4，销轴板Y3和销轴板Y4上分别设有销轴孔U3和销轴孔U4（见图9b）。当本发明转换式防屈曲耗能支撑BRB采用销轴连接方式和主体结构ZT进行有效连接时，通过两侧的销轴孔与结构主体进行有效地连接。

参见图13，图中13a，13b和13c为本发明的耗能支撑在主体结构中布置的三种形式，图中ZT代表主体结构，BRB代表本发明的耗能支撑。其中图13a是采用的单斜撑形式；图13b是采用的人字撑形式；图13c是采用的V型撑形式。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种转换式防屈曲耗能支撑，其特征在于，包括核心受力构件、位于核心受力构件外围的约束构件、位于核心受力构件两端的非屈服转换段，所述核心受力构件采用“一”字形截面形的钢板，核心受力构件左端的非屈服转换段包括一块左转换板、两块加劲板，核心受力构件右端的非屈服转换段包括一块右转换板、两块加劲板，所述核心受力构件和左转换版、右转换板之间分别置有压缩材料，所述左转换板、右转换板和核心受力构件之间通过上下侧的两块加劲板采用对接焊方式进行连接，所述约束构件包括端部板、套筒、填充材料，所述套筒套在核心受力构件的外围，所述端部板设计成一中空的“工”字形结构，所述端部板包括两个，称为左端部板和右端部板，所述左端部板套设在左转换板靠近压缩材料那端的内侧，所述右端部板套设在右转换板靠近压缩材料那端的内侧，所述套筒、左端部板和右端部板之间形成了一个空腔，该空腔内灌注有填充材料，左转换板、右转换板伸进套筒内的部分外围包有压缩材料。 

2.根据权利要求1所述的一种转换式防屈曲耗能支撑，其特征在于，所述填充材料采用细骨料混凝土、砂浆或高分子材料。 

3.根据权利要求1所述的一种转换式防屈曲耗能支撑，其特征在于，所述核心受力构件中部上侧和下侧外表面分别焊接有防滑装置，所述防滑装置采用凸起钢块形式或销钉形式。 

4.根据权利要求1或3所述的一种转换式防屈曲耗能支撑，其特征在于，所述核心受力构件、左转换板、右转换板和或防滑装置的 表面设置有无粘结材料，所述无粘结材料采用软玻璃、橡胶、聚乙烯、硅胶或乳胶。 

5.根据权利要求1所述的一种转换式防屈曲耗能支撑，其特征在于，加劲板同时设置在核心受力构件、左转换板、压缩材料的上侧，且同时焊接在核心受力构件和左转换板的上侧，加劲板设置在核心受力构件、左转换板、压缩材料的下侧，且同时焊接在核心受力构件和左转换板的下侧；加劲板同时设置在核心受力构件、右转换板、压缩材料的上侧，且同时焊接在核心受力构件和右转换板的上侧，加劲板设置在核心受力构件、右转换板、压缩材料的下侧，且同时焊接在核心受力构件、和右转换板的下侧。 

6.根据权利要求1所述的一种转换式防屈曲耗能支撑，其特征在于，所述左端部板上设有开孔，所述左端部板通过开孔套设在所述左转换板上，所述左端部板和左转换板、套筒之间均为焊接，所述右端部板上设有开孔，所述右端部板通过开孔套设在所述右转换板上，所述右端部板和右转换板、套筒之间均为焊接，所述右转换板和右端部板之间采用硅胶填缝。 

7.根据权利要求1所述的一种转换式防屈曲耗能支撑，其特征在于，所述核心受力构件的厚度为左转换板或右转换板的1.5～2.5倍，所述核心受力构件的材料采用软钢或Q235钢。 

8.根据权利要求1所述的一种转换式防屈曲耗能支撑，其特征在于，所述套筒采用圆钢管、矩形管、方钢管或采用由钢板焊接形成的箱型筒，所述套筒采用金属材料，选用钢材，所述端部板选用与套 筒相同的材质的材料。 

9.根据权利要求1所述的一种转换式防屈曲耗能支撑，其特征在于，所述压缩材料为弹性材料，选用聚苯乙烯泡沫或海绵橡胶材料。 

10.根据权利要求1所述的一种转换式防屈曲耗能支撑，其特征在于，所述加劲板、左转换板、右转换板与结构节点板连接时，采用焊接方式、螺栓连接方式或者销接方式。 

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