CN209397757U - 一种双约束自复位防屈曲耗能支撑 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种双约束自复位防屈曲耗能支撑，包括防屈曲支撑组件(1)和安装在所述的防屈曲支撑组件(1)两侧的自复位组件(2)；所述的防屈曲支撑组件(1)包括核心板(11)、填充板(12)和槽钢约束板(13)。本实用新型的双约束自复位防屈曲耗能支撑兼具良好自复位性能和耗能性能，结构简单，安装便利，易于推广。

Description

一种双约束自复位防屈曲耗能支撑

技术领域

本实用新型涉及土木工程领域，涉及抗震支撑结构，具体涉及一种双约束自复位防屈曲耗能支撑。

背景技术

传统的地震抗侧力结构体系，为使结构能够抵御地震不至于倒塌损害生命安全，强调结构的延性设计，通过结构构件的屈服机制耗散地震能量。然而由于通过结构构件的塑性变形进行耗能，地震后结构产生较大的残余变形，导致修复难度和费用都大大提升。随着经济社会的发展，提高城市震后功能快速恢复的能力已成为人们关注的重点。因此如何在地震中有效控制结构损伤，减小结构残余变形，缩短震后建筑功能恢复需要的时间，已成为亟待解决的问题。

现有技术中的防屈曲支撑(Buckling-Restrained Brace,简称BRB)相较普通的钢支撑，其受压承载力得到充分利用，具有良好且稳定的耗能能力和拉压性能的对称性，可显著提高建筑结构的抗侧刚度和延性，近年来在国内外实际工程中得到了广泛的应用。通常来说，在小震作用下，防屈曲支撑内核单元保持弹性；在中震或大震作用下，防屈曲支撑通过内核单元的弹塑性来耗能。然而，(1)由于其通过仅自身钢材发生塑性变形来耗散地震能量，适应震级或者地震能量低，钢材震后变形程度大；(2)同时，耗能完成后的钢材支撑持续处于屈服状态，不能自动回到初始位置，使得主体结构在强震后会产生较大的残余变形，增大了结构震后的修复难度。

为了解决结构地震后残余变形的问题，现有技术中有学者将自复位体系(Self-centering system)引入防屈曲支撑中，以减小支撑残余变形，进而减小主体结构残余变形，这样既保留了防屈曲支撑的良好耗能能力，又减小了残余变形。

但现有技术中的自复位防屈曲支撑，其自复位系统提供恢复力的机构大致为设置预应力筋或采用记忆合金材料(SMA)。而其中预应力筋自复位系统有着施加预应力困难，以及预应力损失等问题，记忆合金材料(SMA)虽然有着良好的自复位性能，但其价格昂贵且其性能受温度影响较大，不利于推广使用。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于，提供一种双约束自复位防屈曲耗能支撑，解决现有技术中的自复位防屈曲支撑屈曲耗能后自复位能力差的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案予以实现：

一种双约束自复位防屈曲耗能支撑，包括防屈曲支撑组件和安装在所述的防屈曲支撑组件两侧的自复位组件；

所述的防屈曲支撑组件包括核心板、填充板和槽钢约束板，所述的填充板安装在所述的核心板两长侧边，两个所述的槽钢约束板夹持安装于所述的核心板和填充板外侧；

所述的自复位组件包括碟簧承力板、碟簧套杆、碟簧传力板和碟簧，所述的碟簧承力板安装于所述的槽钢约束板内，所述的碟簧套杆穿过所述的碟簧承力板且不与碟簧承力板接触，所述的碟簧传力板安装于所述的碟簧套杆上，所述的碟簧穿套于所述的碟簧传力板两侧的碟簧套杆上，所述的自复位组件在每个槽钢约束板内对称安装一组。

本实用新型还具有如下技术特征：

具体的，所述的防屈曲支撑组件还包括连接板和加筋板，所述的连接板在所述的核心板两端各安装多个，所述的加劲板安装在核心板两端的多个连接板之间。

具体的，所述的碟簧套杆通过高强螺栓分别与连接板和碟簧传力板固接安装。

具体的，所述的核心板的厚度为6～12mm，所述的填充板的厚度为8～16mm。

具体的，所述的核心板包括连接段、非屈服段和屈服段，所述的屈服段两侧对应位置各粘贴有多块碳纤维布，所述的碳纤维布厚度为0.5～1mm。

具体的，所述的核心板的屈服段两侧涂覆无粘结涂层，所述的无粘结涂层将核心板与槽钢约束板的间隙填充完全。

具体的，所述的碟簧承力板为工字钢板，所述的碟簧承力板的上下翼缘板通过螺栓固定安装于所述的槽钢约束板的上下翼缘板。

具体的，所述的碟簧传力板为工字钢板，所述的槽钢约束板上下翼缘板上开设条形透孔，所述的碟簧传力板的上下翼缘板和槽钢约束板上下翼缘板使用螺栓穿过所述的条形透孔不接触的安装。

具体的，所述的碟簧传力板的上下翼缘板和所述的槽钢约束板上下翼缘板之间还安装有摩擦耗能板，所述的摩擦耗能板与所述的碟簧传力板的上下翼缘板和所述的槽钢约束板上下翼缘板接触但不固定。

具体的，所述的摩擦耗能板由黄铜制作并且可更换。

本实用新型与现有技术相比，具有如下技术效果：

(Ⅰ)本实用新型的双约束自复位防屈曲耗能支撑通过在核心板局部粘贴碳纤维布形成局部加强段，以达到预设颈缩段的效果，充分利用核心板在钢材颈缩阶段的耗能性能，增大其累积耗能能力。

(Ⅱ)本实用新型的双约束自复位防屈曲耗能支撑通过在核心板材外部张贴碳纤维布，还可以实现对核心板的屈曲约束，通过这种手段，增强核心板在拉压作用下的耗能性能，性能测试表明本实用新型的多波屈曲现象明显得到抑制，其累积延性得到显著提高。

(Ⅲ)本实用新型的双约束自复位防屈曲耗能支撑除了拥有支撑耗能和自复位能力外，还兼具了摩擦耗能作用，在中小地震作用下，拥有良好的自复位性能和优良的耗能能力。

(Ⅳ)本实用新型的双约束自复位防屈曲耗能支撑通过在连接段设置连接板和加筋板增强了局部刚度，防止端部发生损坏；将填充板厚度设置大于核心板厚度并在核心板上涂覆无粘结涂层，防止核心板与槽钢约束板直接接触；安装摩擦耗能板，减少自复位组件摩擦耗能性能的损失；每个槽钢约束板内相对设置一组，使本实用新型的耗能支撑无论在拉压状态下均能得到有效耗能和自复位。

(Ⅴ)本实用新型的双约束自复位防屈曲耗能支撑碟簧自复位组件组装在防屈曲支撑组件上，在拉压作用下都能实现对支撑的复位作用。并且因其构造的单元形式布置灵活，可以满足不同结构、不同尺寸的需求。加之纯钢组合构件，主体受力连接件全部使用螺栓连接，避免了因焊接产生的残余应力，对钢材无特殊需求，满足实际生产水平。装置整体结构全部可拆卸，损坏后可以快速更换或修复，与传统的钢混组合支撑构件相比，由于没有湿作业，该构件的加工制作更加便利便于广泛应用和推广。

附图说明

图1为本实用新型整体整体结构示意图；

图2为本实用新型装配结构示意图；

图3为本实用新型防屈曲支撑组件装配结构示意图；

图4为本实用新型核心板结构示意图；

图5为本实用新型槽钢约束板结构示意图；

图6为本实用新型核心板屈服段有限元分析钢材应力分布图；

图7为本实用新型核心板屈服段有限元分析碳纤维布加强区应力分布图；

图8为本实用新型自复位组件整体结构示意图；

图9为本实用新型自复位组件装配结构示意图；

图10为本实用新型防屈曲支撑组件滞回曲线；

图11为本实用新型自复位组件滞回曲线；

图12为本实用新型整体滞回曲线。

图中各标号的含义为：1-防屈曲支撑组件，2-自复位组件；

11-核心板，12-填充板，13-槽钢约束板，14-连接板，15-加筋板，16-碳纤维布；

21-碟簧承力板，22-碟簧套杆，23-碟簧传力板，24-碟簧，25-条形透孔，26-摩擦耗能板；

111-连接段，112-非屈服段，113-屈服段。

以下结合实施例对本实用新型的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

遵从上述技术方案，以下给出本实用新型的具体实施例，需要说明的是本实用新型并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本实用新型的保护范围。

实施例：

本实施例给出一种双约束自复位防屈曲耗能支撑，如图1至图12所示，包括防屈曲支撑组件1和安装在防屈曲支撑组件1两侧的自复位组件2；

防屈曲支撑组件1包括核心板11、填充板12和槽钢约束板13，填充板12安装在核心板11两长侧边，两个槽钢约束板13夹持安装于核心板11和填充板12外侧；

自复位组件2包括碟簧承力板21、碟簧套杆22、碟簧传力板23和碟簧24，碟簧承力板21安装于槽钢约束板13内，碟簧套杆22穿过碟簧承力板21且不与碟簧承力板21接触，碟簧传力板23安装于碟簧套杆22上，碟簧24穿套于碟簧传力板23两侧的碟簧套杆22上，自复位组件2在每个槽钢约束板13内对称安装一组。

作为本实施例的一种具体实施方式，本实施例的防屈曲支撑组件1还包括连接板14和加筋板15，连接板14在核心板11两端各安装多个，加劲板15安装在核心板11两端的多个连接板14之间。

作为本实施例的一种具体实施方式，本实施例的碟簧套杆22通过高强螺栓27分别与连接板14和碟簧传力板23固接安装。

作为本实施例的一种具体实施方式，本实施例的核心板11的厚度为6～12mm，填充板12的厚度为8～16mm。

作为本实施例的一种具体实施方式，本实施例的核心板11包括连接段111、非屈服段112和屈服段113，屈服段113两侧对应位置各粘贴有多块碳纤维布16，碳纤维布16厚度为0.5～1mm。

作为本实施例的一种具体实施方式，本实施例的核心板11的屈服段113两侧涂覆无粘结涂层，无粘结涂层将核心板11与槽钢约束板13的间隙填充完全。

作为本实施例的一种具体实施方式，本实施例的碟簧承力板21为工字钢板，碟簧承力板21的上下翼缘板通过螺栓固定安装于槽钢约束板13的上下翼缘板。

作为本实施例的一种具体实施方式，本实施例的碟簧传力板23为工字钢板，槽钢约束板13上下翼缘板上开设条形透孔25，碟簧传力板23的上下翼缘板和槽钢约束板13上下翼缘板使用螺栓穿过条形透孔25不接触的安装。

作为本实施例的一种具体实施方式，本实施例的碟簧传力板23的上下翼缘板和槽钢约束板13上下翼缘板之间还安装有摩擦耗能板26，摩擦耗能板26与碟簧传力板23的上下翼缘板和槽钢约束板13上下翼缘板接触但不固定。

作为本实施例的一种具体实施方式，本实施例的摩擦耗能板26由黄铜制作并且可更换。

以下对本实施例进行更加具体的说明：

(一)防屈曲支撑组件1：

本实施例的核心板11的屈服段113被均匀分隔为多段区域，在间隔分段处粘贴碳纤维布16，形成局部加强区。每两个加强区之间形成预设颈缩段，当核心板11受压时，钢槽约束板13对核心板进行屈曲约束，碳纤维布16同时参与作用，抑制核心板11形成多波屈曲。当核心板11处于受拉状态且变形较大时，预设颈缩段按预期进入颈缩阶段，充分发挥钢材在颈缩阶段的耗能性能，增大构件累积延性，图5为核心板11屈服段113有限元分析应力分布图，分析可知预设颈缩段的效果符合预期设想。

本实施例的核心板11的非屈服段112是连接段111和屈服段113的过渡段，其截面面积要大于屈服段113，非屈服段112不发生屈服现象，只是承担传递荷载的过渡作用，可以根据设计需求和结构实际尺寸确定该段长度，连接段111和屈服段113的长度可以根据建筑支撑需要和设计需求确定。

本实施例的碳纤维布16粘贴间距由屈服段长度决定，宜取值在20～30cm之间，纤维布粘贴宽度宜取两纤维布粘贴间距的0.3～0.5倍。

本实施例的核心板11厚度取值范围为6～12mm，填充板12厚度要大于核心板11厚度2～4mm，防止核心板11与槽钢约束板13直接接触，以避免槽钢约束板13参与直接受力。填充板12上开有等间距螺栓孔，其开孔间距与孔径大小与槽钢约束板13上的开孔相适应，目的是便于填充板12与槽钢约束板13的连接。

本实施例的槽钢约束板13既起到对核心板11的约束作用，同时还作为自复位组件2的固定装置，还充当了自复位组件2中碟簧传力板23的摩擦板，因此，需要在槽钢约束板13上三面开孔，槽钢约束板13的上下翼缘板开有条形透孔25，用于连接槽钢约束板13和碟簧传力板23，使碟簧传力板23可以在条形透孔25上实现滑动，以滑动摩擦的形式进行摩擦耗能。由于槽钢约束板13上开孔较多，对截面进行了很大的削减，因此在开孔设计中可通过本领域通用方法进行刚度验算，同时控制开孔间距，按设计计算要求取值。防止产生应力集中现象。

本实施例的无粘结涂层材料选自市售无粘结涂层材料。

对上述本实施例的防屈曲支撑组件进行整体滞回性能分析，其滞回曲线如图10所示，其滞回曲线饱满，滞回性能稳定可靠，相较传统防屈曲支撑，耗能性能有很大提高。

(二)自复位组件2：

本实施例的自复位组件2组装结构如图9所示，碟簧承力板21采用工字钢板，在碟簧承力板21腹板中心处位置开设直径大于碟簧套杆22的孔洞，孔壁不与碟簧套杆22接触，以便于碟簧套杆22的自由移动，碟簧承力板21的开孔直径要小于蝶簧24的直径，以实现碟簧承力板21对蝶簧24的反力作用，碟簧承力板21的上下翼缘板开有螺栓孔，其直径和间距与槽钢约束板13开孔相适应，以实现槽钢约束板13与碟簧承力板21的连接，在实际制作安装过程中，也可以在槽钢约束板13和碟簧承力板21的接头处添加使用垫片，以便于调节高度便于安装。

本实施例的蝶簧24的规格依据实际需求进行选取，按照规范进行设计，将多片蝶形弹簧穿在碟簧套杆22之上，当受拉时，一侧碟簧24组提供恢复力，当受压时，另一侧碟簧24组提供恢复力。

本实施例的碟簧传力板23上下翼缘板开设螺栓孔，取等截面黄铜制的摩擦耗能板26安装在碟簧传力板23上下翼缘板开孔位置处。选取符合设计规范要求的高强螺栓穿碟簧传力板23、摩擦耗能板26后穿过槽钢约束板13，预紧螺母，并根据设计的滑动摩擦力值采用扭矩扳手将螺母拧至设计要求。当摩擦耗能板26的面积及螺栓提供的销栓力设定后，碟簧传力板23的滑动摩擦力可以确定，在限定可滑动距离之后，可以确定碟簧传力板23的耗能性能。摩擦耗能板26选取黄铜制作，并作为碟簧传力板23的摩擦接触面，可以有效延缓传统摩擦耗能装置面临的摩擦老化现象的发生。

本实施例的碟簧套杆22的穿过连接板14的端部装设限位螺母，并按设计要求预留可自由移动尺寸。当构件受拉时，碟簧套杆22带动碟簧传力板23向耗能支撑的端部靠近，挤压蝶簧24组。同时当碟簧传力板23运动时，摩擦耗能板26与槽钢约束板13发生滑动摩擦，进行摩擦耗能，碟簧24组受压后，开始提供与运动方向反向的弹性恢复力，对构件进行复位，当耗能支撑受压时，复位原理相同。

对上述本实施例的自复位组件进行整体滞回性能分析，其结果见图11。对本实施例的双约束自复位防屈曲耗能支撑进行滞回性能分析，其结果见图12，其结果符合预期设想，在耗能性能和自复位性能上都能符合预期设想。

本实施例的双约束自复位防屈曲耗能支撑安装在建筑结构框架之间，当所安装的建筑结构发生层间位移时，带动本实施例的双约束自复位防屈曲耗能支撑运动并发挥耗能支撑、震后结构回复的作用。

Claims (10)

1.一种双约束自复位防屈曲耗能支撑，其特征在于，包括防屈曲支撑组件(1)和安装在所述的防屈曲支撑组件(1)两侧的自复位组件(2)；

所述的防屈曲支撑组件(1)包括核心板(11)、填充板(12)和槽钢约束板(13)，所述的填充板(12)安装在所述的核心板(11)两长侧边，两个所述的槽钢约束板(13)夹持安装于所述的核心板(11)和填充板(12)外侧；

所述的自复位组件(2)包括碟簧承力板(21)、碟簧套杆(22)、碟簧传力板(23)和碟簧(24)，所述的碟簧承力板(21)安装于所述的槽钢约束板(13)内，所述的碟簧套杆(22)穿过所述的碟簧承力板(21)且不与碟簧承力板(21)接触，所述的碟簧传力板(23)安装于所述的碟簧套杆(22)上，所述的碟簧(24)穿套于所述的碟簧传力板(23)两侧的碟簧套杆(22)上，所述的自复位组件(2)在每个所述的槽钢约束板(13)内对称安装一组。

2.如权利要求1所述的双约束自复位防屈曲耗能支撑，其特征在于，所述的防屈曲支撑组件(1)还包括连接板(14)和加劲板(15)，所述的连接板(14)在所述的核心板(11)两端各安装多个，所述的加劲板(15)安装在核心板(11)两端的多个连接板(14)之间。

3.如权利要求2所述的双约束自复位防屈曲耗能支撑，其特征在于，所述的碟簧套杆(22)通过高强螺栓(27)分别与连接板(14)和碟簧传力板(23)固接安装。

4.如权利要求1所述的双约束自复位防屈曲耗能支撑，其特征在于，所述的核心板(11)的厚度为6～12mm，所述的填充板(12)的厚度为8～16mm。

5.如权利要求4所述的双约束自复位防屈曲耗能支撑，其特征在于，所述的核心板(11)包括连接段(111)、非屈服段(112)和屈服段(113)，所述的屈服段(113)两侧对应位置各粘贴有多块碳纤维布(16)，所述的碳纤维布(16)厚度为0.5～1mm。

6.如权利要求5所述的双约束自复位防屈曲耗能支撑，其特征在于，所述的核心板(11)的屈服段(113)两侧涂覆无粘结涂层，所述的无粘结涂层将核心板(11)与槽钢约束板(13)的间隙填充完全。

7.如权利要求1所述的双约束自复位防屈曲耗能支撑，其特征在于，所述的碟簧承力板(21)为工字钢板，所述的碟簧承力板(21)的上下翼缘板通过螺栓固定安装于所述的槽钢约束板(13)的上下翼缘板。

8.如权利要求1所述的双约束自复位防屈曲耗能支撑，其特征在于，所述的碟簧传力板(23)为工字钢板，所述的槽钢约束板(13)上下翼缘板上开设条形透孔(25)，所述的碟簧传力板(23)的上下翼缘板和槽钢约束板(13)上下翼缘板使用螺栓穿过所述的条形透孔(25)不接触的安装。

9.如权利要求8所述的双约束自复位防屈曲耗能支撑，其特征在于，所述的碟簧传力板(23)的上下翼缘板和所述的槽钢约束板(13)上下翼缘板之间还安装有摩擦耗能板(26)，所述的摩擦耗能板(26)与所述的碟簧传力板(23)的上下翼缘板和所述的槽钢约束板(13)上下翼缘板接触但不固定。

10.如权利要求9所述的双约束自复位防屈曲耗能支撑，其特征在于，所述的摩擦耗能板(26)由黄铜制作并且可更换。