CN204876153U - 一种分段屈服变形可控防屈曲支撑装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种分段屈服变形可控防屈曲支撑装置，包括外钢套筒、芯板、外钢套筒和芯板之间的填充材料，芯板和填充材料之间设置有缓冲材料。芯板沿长度方向分为不同的区段，各区段开设不同宽度的缝隙，区段之间过渡段预留椭圆形螺栓孔，外钢套筒在相应位置预留圆形螺栓孔，通过限位螺栓限制芯板相对于外钢套筒的轴向变形量。本实用新型通过将芯板在长度方向可按预设的顺序实现分段渐进式屈服，可根据小震、中震、大震不同地震水平分别控制芯板屈服发生的区段，提高耗能效率；另外，不同区段芯板轴向变形的最大量值可有效控制，避免芯材拉断和受压时因摩擦力增大而性能不稳定。可应用于建筑结构的消能减震。

Description

一种分段屈服变形可控防屈曲支撑装置

技术领域

本实用新型涉及一种消能减震装置，具体涉及一种防屈曲耗能支撑型构件，可应用于建筑结构的消能减震。

背景技术

目前，为解决普通支撑受压屈曲以及滞回性能差的问题，一般在支撑外部设置套管，约束支撑的受压屈曲。防屈曲支撑仅有芯板与其它构件连接，所受的荷载全部由芯板承担，外套筒和填充材料仅约束芯板受压屈曲，使芯板在受压和受拉下均能进入屈服，因而防屈曲支撑的滞回性能优良。防屈曲支撑一方面可以避免普通支撑拉压承载力差异显著的缺陷，另一方面具有金属阻尼器的耗能能力，可以在结构中充当“保险丝”，地震中可减轻主体结构的破坏。目前防屈曲支撑越来越多应用在建筑结构的消能减震设计中。

但是传统的防屈曲支撑及应用一般有三个特点：①耗能段芯板通常沿长度方向为均一截面，轴向变形均匀分布于芯板全长范围；②传统防屈曲支撑的构造本身一般没有对芯板的最大轴向变形进行限制的保护装置；③应用中一般要求芯板在小震下保持弹性，进入中震以后才发挥耗能作用。以上几个特点导致传统防屈曲支撑耗能效率较低，并且自身不具备变形限制保护功能，较难从小震到大震全过程发挥高效的耗能作用，使防屈曲支撑的应用范围受到限制，不能满足当前工程中对防屈曲支撑逐渐提高的技术要求。根据目前所能获知的资料，逐渐开始出现对防屈曲支撑耗能机制改良的不同尝试，如中国专利“多级串联防屈曲支撑及制作方法”(公开号：CN102493570A，公开日：2012.06.13)和“多级并联防屈曲支撑”(公开号：CN102493571A，公开日：2012.06.13)，通过采取构造措施，可以一定程度上改善防屈曲支撑耗能效果，但构造形式复杂，制作生产较为困难，制作成本较高。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型旨在提供一种分段屈服变形可控防屈曲支撑装置，在保留传统防屈曲支撑受压不屈曲的基本功能的基础上，通过改变原有变形均布于芯板全长范围内的特点，使得芯板按照设定的顺序分区段渐进式进入屈服，提高支撑在小变形下的耗能效果；同时对各区段的最大变形进行限制，使支撑本身具有自我保护功能。最终实现防屈曲支撑在更大的范围内良好耗能，提高安全性。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种分段屈服变形可控防屈曲支撑装置，包括外钢套筒、设置于外钢套筒内部的芯板以及外钢套筒和芯板之间的填充材料，芯板和填充材料之间还设置有缓冲材料；芯板沿长度方向分为若干不同的区段，每个区段上开设不同宽度的缝隙；另外，所述芯板不同区段之间的过渡区域开设有椭圆形螺栓孔，而在外钢套筒相应位置开设圆形螺栓孔，所述外钢套筒和芯板之间通过所述椭圆形螺栓孔和圆形螺栓孔安装有限位螺栓。

需要说明的是，在芯板上沿长度方向设置不同的区段，并通过在各区段上设置不同宽度的缝隙以实现每个区段的有效耗能面积不同，从而使芯板分为多个耗能区段，不同耗能区段根据地震作用的水平不同，进入屈服的顺序不一样，最终可以实现小震、中震、大震中各区段发挥不同的耗能作用。另外，通过螺栓可以限制芯板相对于外钢套筒的轴向变形量。

进一步地，根据所需要的各区段有效面积比例确定相应区段芯板所开缝隙的宽度。

进一步地，所述椭圆形螺栓孔的长向沿芯板轴向布置，螺栓孔长向直径尺寸根据限位螺栓在孔内的可移动距离达到耗能区段芯板轴向变形的控制需要而定。

本实用新型的有益效果在于：

1、通过将芯板从传统的在全长范围内的均一耗能改进为分区段渐进式耗能，提高小变形下的耗能效果；

2、实现了不同区段最大变形量的有效控制，具有自我变形保护功能；

3、扩大了防屈曲支撑的耗能应用范围，可从小震到大震全过程发挥良好耗能作用；

4、中间区段可不用软钢，仅在两端大震耗能区采用软钢，降低了防屈曲支撑的材料成本。

5、构造简单，加工制作成本低。

附图说明

图1为本实用新型的横断面图；

图2为图1中的芯板结构示意图；

图3为圆形螺栓孔在外钢套筒的布置示意图。

图4为本实用新型性能计算机模拟结果示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围并不限于本实施例。

如图1所示，一种分段屈服变形可控防屈曲支撑装置，包括外钢套筒2、设置于外钢套筒2内部的芯板1以及外钢套筒2和芯板1之间的填充材料3，芯板1和填充材料3之间还设置有缓冲材料(图中未示)。所述填充材料采用灰浆或混凝土，而所述缓冲材料为无粘结材料。

如图2、图3所示，芯板1沿长度方向分为不同的区段11、12、和13，每个区段11、12、13上分别开设不同宽度的缝隙111、121、131，以实现三个区段的有效截面积不同，缝隙111、121、131的宽度分别记为t1、t2、t3，则三个区段的有效面积分别记为A1、A2、A3，确保A1<A2<A3，其具体比值可根据所控制的每个区段最大变形量以及芯板材料的屈服强度、屈服后的强化参数进行计算，如A1、A2的比例关系原则上应保证区段11芯板屈服强化后，在达到最大限制变形量之前，芯板轴力不会导致区段12发生屈服，A2、A3之间的比例关系类似。确定A1、A2、A3的有效数值后，可进一步确定各区段的缝隙宽度，原则上有t1>t2>t3。

进一步地，所述芯板区段12和区段13之间的过渡区域开设有椭圆形螺栓孔14，区段11和区段12之间的过渡区域开设有椭圆形螺栓孔15，而在外钢套筒2相应位置开设圆形螺栓孔21，所述外钢套筒2和芯板1之间通过所述椭圆形螺栓孔和圆形螺栓孔安装有限位螺栓4。

通过限位螺栓4将芯板1和外钢套筒2连接起来，芯板1相对于外钢套筒2可实现沿轴向的有限变形。限位螺栓4在椭圆形螺栓孔中可发生的相对移动量即为所控制的该芯板区段的轴向拉伸或压缩的幅值范围。一般可限制芯板的相对轴向变形为2％，此时防屈曲支撑的性能较为稳定。根据耗能区段的长度和相对变形限值，可计算该区段的绝对伸缩量，从而得到椭圆形螺栓孔的长轴直径。记椭圆形螺栓孔14的长轴直径为d2，椭圆形螺栓孔15的长轴直径为d1，原则上有d1<d2。

需要进一步说明的是，本实用新型的分段屈服变形可控防屈曲支撑装置，在制作过程中，应确保芯板1上所开设的缝隙以及椭圆形螺栓孔不会被外钢套筒2内的填充材料3填充，否则芯板1将失去分段耗能能力。为此需要在芯板1上开设缝隙和孔洞的位置预先用低强度硬质塑料薄板黏贴覆盖。

如图4所示，从计算机模拟本装置的性能结果滞回曲线来看，曲线上A点代表区段11开始进入屈服，当变形达到点B时，区段11变形受到保护限制，该区段变形不再增大，此时区段12开始进入屈服；同样变形达到C点时，区段12变形得到保护限制，区段13进入屈服耗能阶段；D点变形为整个装置在罕遇地震下能达到的最大变形，区段13芯板通过采用软钢材料，实现该区段变形能力满足最大变形需要。综上所述，本实用新型实现了各区段的渐进式屈服耗能。

对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，作出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形都应该包括在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种分段屈服变形可控防屈曲支撑装置，包括外钢套筒、设置于外钢套筒内部的芯板以及外钢套筒和芯板之间的填充材料，芯板和填充材料之间还设置有缓冲材料；其特征在于：芯板沿长度方向分为若干不同的区段，每个区段上开设不同宽度的缝隙；另外，所述芯板不同区段之间的过渡区域开设有椭圆形螺栓孔，而在外钢套筒相应位置开设圆形螺栓孔，所述外钢套筒和芯板之间通过所述椭圆形螺栓孔和圆形螺栓孔安装有限位螺栓。

2.根据权利要求1所述的一种分段屈服变形可控防屈曲支撑装置，其特征在于，根据所需要的各区段有效面积比例确定相应区段芯板所开缝隙的宽度。

3.根据权利要求1所述的一种分段屈服变形可控防屈曲支撑装置，其特征在于，所述椭圆形螺栓孔的长向沿芯板轴向布置，螺栓孔长向直径尺寸根据限位螺栓在孔内的可移动距离达到耗能区段芯板轴向变形的控制需要而定。