CN210858187U - 多阶屈服的双重管约束型自复位防屈曲支撑装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了多阶屈服的双重管约束型自复位防屈曲支撑装置，包括内约束钢管、外约束钢管、第一耗能钢管、二级耗能钢管、两个导管、两个定位板、两个定位端板、两个外端板、两个连接端板、两组蝶形弹簧、两个内端板。本实用新型在地震作用下可以分阶段发生多次屈服，在支撑受压或受拉时自复位能力相当，从而保障支撑拉压滞回曲线对称，使支撑受力性能稳定发挥。
Description
技术领域
本实用新型涉及土木工程领域，具体是指多阶屈服的双重管约束型自复位防屈曲支撑装置。
背景技术
由于地震作用的不确定性和复杂性，结构可能遭受大于设防烈度的地震作用而使结构构件发生严重损坏；同时，即使结构在遭受设防烈度的地震后没有发生倒塌，但部分特殊构件破坏严重无法加固修复，导致结构只能被推倒重建，造成巨大浪费。
可恢复功能结构为上述问题提供了有效解决途径。可恢复功能结构是一种新型的减震控制结构，主要包括可更换结构构件、摇摆结构以及自复位结构等。为实现这一结构体系，自复位构件成为可恢复功能结构研究的重点之一。
自复位防屈曲支撑以其良好的耗能能力和自复位能力，得到了国内外学者的大量研究，但也存在一些明显的不足。首先，已有产品中，核心耗能部分通常沿支撑长度方向等值分布，屈服点单一，刚度退化严重，支撑屈服发生后，提供给结构的附加刚度迅速下降，虽然这样能够耗散地震输入的能量，但导致结构的位移迅速增加。其次，现有自复位防屈曲支撑的主要形式之一是将混凝土约束耗能内芯与无粘结预应力筋相结合，该种支撑重量大，不便于安装；预应力筋无法充分发挥其性能，导致支撑性能不稳定，拉压滞回不对称，耗能能力降低；存在预应力损失，导致支撑在使用中的性能与设计性能差异明显。再次，方形套管约束的防屈曲支撑构件存在明显的强弱轴，考虑到地震的随机性，可能导致支撑在地震作用下沿弱轴屈曲失稳；而现有的圆形钢管约束防屈曲支撑需要在端部设置多处焊缝，难于施工。最后，密实性对混凝土填充式防屈曲支撑的承载力、屈曲模态影响较大，制作不当，将严重影响支撑的耗能能力。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供多阶屈服的双重管约束型自复位防屈曲支撑装置，在地震作用下可以分阶段发生多次屈服，在支撑受压或受拉时自复位能力相当，从而保障支撑拉压滞回曲线对称，使支撑受力性能稳定发挥。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了多阶屈服的双重管约束型自复位防屈曲支撑装置，包括内约束管、外约束管、第一耗能管、核心耗能管、两个导管、两个定位板、两个定位端板、两个外端板、两个连接端板、两组蝶形弹簧、两个内端板；
所述两个定位板的一端分别插入所述内约束管的两端口，并且其中一个定位板的外壁与内约束管的内壁焊接连接，另一个定位板的外壁与内约束管的内壁之间间隔一定距离；所述定位板及内约束管均插入所述核心耗能管的内部，所述核心耗能管的两端及两个所述的定位板远离所述内约束管的端口均各固定连接有所述定位端板；
所述导管的一端插入所述第一耗能管，所述导管及第一耗能管均插入所述蝶形弹簧，并固定连接所述定位端板背向所述核心耗能管的一面；所述导管的长度长于所述第一耗能管及蝶形弹簧，所述内端板设置有第一让位孔，所述导管远离所述定位端板的一端穿过所述第一让位孔，使所述内端板抵接所述蝶形弹簧远离所述定位端板的一端；
所述第一耗能管、导管、蝶形弹簧、内端板、定位端板、定位板、内约束管及核心耗能管均插入所述外约束管内；所述导管远离所述定位端板的一端伸出所述外约束管的端口；
所述外端板均设置有第二让位孔，所述导管远离所述定位端板的一端穿过所述外端板的第二让位孔，所述外约束管的两端及所述第一耗能管远离所述定位端板的一端均固定连接于所述外端板上；所述定位端板固定连接所述外端板远离内端板的一侧；
所述外端板上设置有螺孔，通过调节螺栓杆拧进所述螺孔的深度来调节预压力，所述螺栓杆的一端顶抵所述内端板。
在一较佳实施例中，所述外约束管的内直径与所述定位端板的直径之差小于所述外约束管的内直径与所述第二耗能管的外直径之差。
在一较佳实施例中，其中一个所述的定位板的一端插入所述内约束管的其中一个端口并与其的内壁焊接固定；所述定位板远离所述内约束管的一端与核心耗能管通过焊接固定于所述定位端板上；所述导管通过焊接固定于所述定位端板上；所述导管通过焊接固定所述连接端板。
在一较佳实施例中，定位板具体为十字形定位板，所述连接端板具体为十字形连接板。
在一较佳实施例中，每组所述的蝶形弹簧中包括多个蝶形弹簧，所述蝶形弹簧之间通过串并联排列。
相较于现有技术，本实用新型的技术方案具备以下有益效果：
1.本实用新型提供了多阶屈服的双重管约束型自复位防屈曲支撑装置，在地震作用下可以分阶段发生多次屈服，其中第一耗能钢管在小震时首先屈服，为结构增加附加阻尼，耗散地震能量；随着地震动的增加，第一耗能钢管进一步屈服，二级耗能钢管也进入屈服，增大附加给结构的阻尼，增大地震能量耗散。本装置可以同时兼顾大震和小震，能够在中大地震时快速屈服耗能，耗散地震能量输入，减小结构的地震响应。
2.本实用新型提供了多阶屈服的双重管约束型自复位防屈曲支撑装置，自复位恢复力由通过串并联在一起的蝶形弹簧提供，蝶形弹簧力学性能稳定，可保证在使用过程中支撑弹性恢复力与设计水平相当，且不存在应力损失，从而使支撑具有稳定的自复位能力。由内约束钢管、核心耗能钢管及外约束钢管组成的三重圆形钢管组合构件的横截面过形心各轴具有相同的惯性矩和转动惯量，不存在强弱轴，从而避免了在随机地震作用下支撑沿弱轴失稳的风险。
3.本实用新型提供了多阶屈服的双重管约束型自复位防屈曲支撑装置，为全钢自复位防屈曲支撑，约束构件由两个具有较高约束强度的圆形钢管组成，不需填充混凝土，不存在混凝土密实性不足带来的不利影响，具有自重轻、便于施工现场吊装，可实现构件轻质化，特别适用于结构抗震加固中。
4.本实用新型提供了多阶屈服的双重管约束型自复位防屈曲支撑装置，其预压力即使在有加工误差时依然精确可控，且支撑两侧蝶形弹簧处于相同的预压水平，可保证在支撑受压或受拉时具有相当的自复位能力，从而保障支撑拉压滞回曲线对称，使支撑受力性能稳定发挥。
附图说明
图1为本实用新型优选实施例中多阶屈服的双重管约束型自复位防屈曲支撑装置的整体结构正视图；
图2为本实用新型优选实施例中多阶屈服的双重管约束型自复位防屈曲支撑装置的整体结构正视图局部放大示意图(一)；
图3为本实用新型优选实施例中多阶屈服的双重管约束型自复位防屈曲支撑装置的整体结构正视图局部放大示意图(二)；
图4为本实用新型优选实施例中多阶屈服的双重管约束型自复位防屈曲支撑装置的整体结构视角A-A剖面图；
图5为本实用新型优选实施例中多阶屈服的双重管约束型自复位防屈曲支撑装置的整体结构视角B-B剖面图；
图6为本实用新型优选实施例中多阶屈服的双重管约束型自复位防屈曲支撑装置的整体结构视角C-C剖面图；
图7为本实用新型优选实施例中多阶屈服的双重管约束型自复位防屈曲支撑装置的整体结构视角D-D剖面图。
具体实施方式
下文结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。
多阶屈服的双重管约束型自复位防屈曲支撑装置，参考图1至6，包括内约束钢管1、外约束钢管2、一级耗能钢管3、二级耗能钢管4、两个导管7、两个定位板5、两个定位端板6、两个外端板10、两个连接端板11、两组蝶形弹簧8、两个内端板9；所述定位板5的一端分别插入所述内约束钢管1的两端口，所述定位板5及内约束钢管1均插入所述二级耗能钢管4的内部，所述二级耗能钢管4的两端及两个所述的定位板5远离所述内约束钢管1的端口均各固定连接有所述定位端板6；
所述导管7的一端插入所述一级耗能钢管3，所述导管7及一级耗能钢管3均插入所述蝶形弹簧8；所述导管7的长度长于所述一级耗能钢管3及蝶形弹簧8；所述导管7及一级耗能钢管3的一端均固定连接所述定位端板6背向所述二级耗能钢管4的一面；所述内端板9设置有第一让位孔，所述导管7远离所述定位端板6的一端穿过所述第一让位孔，使所述内端板9抵接所述蝶形弹簧8远离所述定位端板6的一端；
所述一级耗能钢管3、导管7、蝶形弹簧8、内端板9、定位端板6、定位板5、内约束钢管1及二级耗能钢管4均插入所述外约束钢管2内；所述导管7远离所述定位端板6的一端伸出所述外约束钢管2的端口；所述外端板10均设置有第二让位孔，所述导管7远离所述定位端板6的一端穿过所述外端板10的第二让位孔，所述外约束钢管2的两端及所述一级耗能钢管3远离所述定位端板6的一端均固定连接于所述外端板10上；所述导管7远离所述定位端板6的一端固定连接所述连接端板11；
所述外端板10上设置有螺孔，通过调节螺栓杆拧进所述螺孔的深度来调节预压力，所述螺栓杆12的一端顶抵所述内端板9。
所述外约束钢管2的内直径与所述定位端板6的直径之差小于所述外约束钢管2的内直径与所述第二耗能钢管的外直径之差。
所述定位板5插入所述内约束钢管1，具体来说，所述定位板5的其中一端插入所述内约束钢管1的其中一个端口并与其的内壁焊接固定；所述定位板5与二级耗能钢管4通过焊接固定于所述定位端板6上；所述导管7与一级耗能钢管3通过焊接固定于所述定位端板6上；所述导管7通过焊接固定所述连接端板11。
具体来说，定位板5具体为十字形定位板，所述连接端板11具体为十字形连接端板。在本实施例中，每组所述的蝶形弹簧8中包括多个蝶形弹簧8，所述蝶形弹簧8之间通过串并联排列。蝶形弹簧8作为支撑的自复位元件，通过若干个蝶形弹簧8的串并联来满足支撑轴向变形和自复位恢复力需求。
本实施例还提出了上述的多阶屈服的双重管约束型自复位防屈曲支撑装置的制作方法，包括以下几个步骤；
1)将一个形定位板5和一个导管7焊接在一个定位端板6上，然后再将二级耗能钢管4的一个端面与定位端板6焊接，形成构件1，定位板5与二级耗能钢管4的间距a1取为D3+1～2mm，D3是内约束钢管1的壁厚；
2)将另一块定位板5和另一个导管7焊接在另一个定位端板6上，然后再将该定位板5与内约束钢管1的一端内侧壁焊接在一起，形成构件二，焊接长度L1可取为30mm～50mm。
3)将构件一的二级耗能钢管4的另一个端面与构件二的定位端板5焊接在一起，形成构件三。
4)将两个一级耗能钢管3分别焊接在两个内端板9上，并将蝶形弹簧8通过串并联的方式，套在构件三左右两端的导管7上，形成构件四。
5)将两块内端板9分别放在两组蝶形弹簧8的一侧，并将外约束钢管2套在构件四外，两端的外端板10穿过导管7与一级耗能钢管3和外约束钢管2焊接在一起，并将螺栓杆12拧在外端板10的螺栓孔上，形成构件五。
6)将连接端板的一端11插入与构件五的外端板10的开口。
其中，定位端板6与外约束钢管3之间留有一定的间隙，以保证核心耗能构件可以在外约束钢管3内自由移动；二级耗能钢管4与外约束钢管3之间有一定的间隙，以保证核心耗能构件有一定的横向变形，进而可以曲阜耗能。
通过调节螺栓杆12拧入外端板10螺栓孔的深度，达到调整预压力的设计值。
上述的多阶屈服的双重管约束型自复位防屈曲支撑装置，自复位恢复力由通过串并联在一起的蝶形弹簧8提供，蝶形弹簧8在使用过程中力学性能稳定，可保证在使用过程中支撑弹性恢复力与设计水平相当，且不存在应力损失，从而使支撑具有稳定的自复位能力。
三重圆形钢管组合构件的横截面过形心各轴具有相同的惯性矩和转动惯量，不存在强弱轴，从而避免了在随机地震作用下支撑沿弱轴失稳的风险。
本装置在地震作用下可以分阶段发生多次屈服，其中一级耗能钢管3在小震时首先屈服，为结构增加附加阻尼，耗散地震能量；随着地震动的增加，一级耗能钢管3进一步屈服，二级耗能钢管4也进入屈服，增大附加给结构的阻尼，增大地震能量耗散。本装置可以同时兼顾大震和小震，能够在中大地震时快速屈服耗能，耗散地震能量输入，减小结构的地震响应。
上述装置为全钢自复位防屈曲支撑，约束构件由两个具有较高约束强度的圆形钢管组成，不需填充混凝土，不存在混凝土密实性不足带来的不利影响，具有自重轻、便于施工现场吊装，可实现构件轻质化，特别适用于结构抗震加固中。
上述装置的自复位防屈曲支撑的预压力即使在有加工误差时依然精确可控，且支撑两侧蝶形弹簧处于相同的预压水平，可保证在支撑受压时也具有自复位能力，从而保障支撑拉压滞回曲线对称，使支撑受力性能稳定发挥。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的设计构思并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，利用此构思对本实用新型进行非实质性的改动，均属于侵犯本实用新型保护范围的行为。
Claims (5)
1.多阶屈服的双重管约束型自复位防屈曲支撑装置，其特征在于包括内约束管、外约束管、一级耗能管、二级耗能管、两个导管、两个定位板、两个定位端板、两个外端板、两个连接端板、两组蝶形弹簧、两个内端板；
所述两个定位板的一端分别插入所述内约束管的两端口，并且其中一个定位板的外壁与内约束管的内壁焊接连接，另一个定位板的外壁与内约束管的内壁之间间隔一定距离；所述定位板及内约束管均插入所述二级耗能管的内部，所述二级耗能管的两端及两个所述的定位板远离所述内约束管的端口均各固定连接有所述定位端板；
所述导管的一端插入所述一级耗能管，所述导管及一级耗能管均插入所述蝶形弹簧，并固定连接所述定位端板背向所述二级耗能管的一面；所述导管的长度长于所述一级耗能管及蝶形弹簧，所述内端板设置有第一让位孔，所述导管远离所述定位端板的一端穿过所述第一让位孔，使所述内端板抵接所述蝶形弹簧远离所述定位端板的一端；
所述一级耗能管、导管、蝶形弹簧、内端板、定位端板、定位板、内约束管及二级耗能管均插入所述外约束管内；所述导管远离所述定位端板的一端伸出所述外约束管的端口；
所述外端板均设置有第二让位孔，所述导管远离所述定位端板的一端穿过所述外端板的第二让位孔，所述外约束管的两端及所述一级耗能管远离所述定位端板的一端均固定连接于所述外端板上；所述定位端板固定连接所述外端板远离内端板的一侧；
所述外端板上设置有螺孔，通过调节螺栓杆拧进所述螺孔的深度来调节预压力，所述螺栓杆的一端顶抵所述内端板。
2.根据权利要求1所述的多阶屈服的双重管约束型自复位防屈曲支撑装置，其特征在于，所述外约束管的内直径与所述定位端板的直径之差小于所述外约束管的内直径与所述二级耗能管的外直径之差。
3.根据权利要求1所述的多阶屈服的双重管约束型自复位防屈曲支撑装置，其特征在于，所述定位板远离所述内约束管的一端与二级耗能管通过焊接固定于所述定位端板上；所述导管通过焊接固定于所述定位端板上；所述导管通过焊接固定所述连接端板。
4.根据权利要求1所述的多阶屈服的双重管约束型自复位防屈曲支撑装置，其特征在于，定位板具体为十字形定位板，所述连接端板具体为十字形连接板。
5.根据权利要求1所述的多阶屈服的双重管约束型自复位防屈曲支撑装置，其特征在于，每组所述的蝶形弹簧中包括多个蝶形弹簧，所述蝶形弹簧之间通过串并联排列。
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