CN211622080U

CN211622080U - 一种具有拉压功能的屈曲约束支撑及隔震结构

Info

Publication number: CN211622080U
Application number: CN202020013723.6U
Authority: CN
Inventors: 曹飒飒; 纪泓言
Original assignee: Guangzhou University
Current assignee: Guangzhou University
Priority date: 2020-01-02
Filing date: 2020-01-02
Publication date: 2020-10-02
Anticipated expiration: 2030-01-02

Abstract

本实用新型公开了一种具有拉压功能的屈曲约束支撑及隔震结构，该屈曲约束支撑包括SMA棒、屈曲约束构件和填充构件；所述填充构件设于所述屈曲约束构件和所述SMA棒之间；所述屈曲约束构件为钢材结构；所述填充构件为聚四氟乙烯或水泥。本实用新型利用SMA棒实现耗能和自复位功能，利用屈曲约束构件对核心SMA棒的屈曲产生约束，使得SMA棒的受拉耗能能力和受压耗能能力能够充分被利用，结构的造价更低；同时其长度较大，可适应隔震体系的大位移需求，有利于增加结构耗能能力、限制过大位移，可使得建筑结构在地震后自动恢复变形，减小甚至消除结构的中断时间。

Description

一种具有拉压功能的屈曲约束支撑及隔震结构

技术领域

本实用新型属于土木工程技术领域，具体涉及一种具有拉压功能的屈曲约束支撑及隔震结构。

背景技术

建筑物在强震作用下会发生较大的残余变形，严重影响结构的继续使用，针对上述问题，将屈曲约束支撑加入到结构中，可以有效地消除或减轻结构和非结构的地震损坏，提高建筑物及其内部设施、人员在地震时的安全性，增加震后建筑物继续使用的能力。

国内外研究表明，超弹性SMA棒限位器在结构中具有较好的限位效果，但一般以利用合金棒的受拉性能为主，由于受压时，记忆合金棒会发生屈曲，耗能极小、限位效果差，一般不予考虑，SMA棒的应用受限。目前新西兰学者Palermo A等提出迷你型屈曲约束支撑，利用其抗压性能限制摇摆式桥墩墩底的脱离位移，该装置具有造价低、质量小、易于制作安装、体积小和耗能能力强等优点。但是由于迷你型屈曲约束支撑采用软钢棒作为耗能芯部构件，没有自复位能力，一旦强震后发生残余变形，就需要进行更换。此外，由于隔震体系有较大的位移需求，而迷你型屈曲约束支撑的位移行程小，不适用于隔震体系。

实用新型内容

基于此，针对上述技术问题，本实用新型旨在提供一种具有拉压功能的屈曲约束支撑及隔震结构。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种具有拉压功能的屈曲约束支撑，包括SMA棒；屈曲约束构件，其套设于所述SMA棒外，且与所述SMA棒同心设置；填充构件，所述填充构件设于所述屈曲约束构件和所述SMA棒之间；所述屈曲约束构件为钢材结构；所述填充构件为聚四氟乙烯或水泥。

进一步地，所述SMA棒包括头部、中间部和尾部。更进一步地，所述头部和尾部直径大于所述中间部直径。本实用新型采用这种两头粗中间细的结构确保塑性变形集中于中部细棒部分，而粗端头用于防止合金棒在端部屈曲。

进一步地，所述SMA棒的头部和尾部设有用于连接的连接部件。更进一步地，所述连接部件优选是设置在SMA棒的头部和尾部的螺纹，可通过螺纹与其他结构连接。

进一步地，所述钢材结构的截面为圆形或矩形。更进一步地，所述钢材结构的截面为圆形。

进一步地，所述填充构件为水泥。更进一步地，所述水泥与所述屈曲约束构件之间固结；所述水泥与所述SMA棒的接触面涂抹油层，确保水泥与SMA棒之间产生较小的摩擦力。

本实用新型还提供了一种隔震结构，包括上述的屈曲约束支撑。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1)本实用新型屈曲约束支撑利用SMA棒实现耗能和自复位功能，利用屈曲约束构件和填充构件实现屈曲约束功能，利用屈曲约束构件对核心SMA棒产生约束，使得SMA棒的受拉耗能能力和受压耗能能力能够充分被利用，与只利用受拉耗能能力的SMA棒相比，可以节约一半的SMA棒，从而可以降低结构的造价。

2)本实用新型中SMA棒的屈曲约束支撑长度较大，可适应隔震体系的大位移需求，可在桥梁、房屋等隔震建筑中，与隔震支座搭配使用，有利于增加结构耗能能力、减小结构位移，限制过大位移，可使得结构在地震后自动恢复变形，减小甚至消除结构的中断时间。

附图说明

图1为本实用新型具有拉压功能的SMA屈曲约束支撑结构示意图；

图2为本实用新型具有拉压功能的SMA屈曲约束支撑A-A方向的剖面图；

图3为本实用新型具有拉压功能的SMA屈曲约束支撑B-B方向的剖面图。

图1中，SMA棒1；约束钢管2；水泥3。

具体实施方式

以下通过实施例形式的具体实施方法，对本实用新型的上述内容作进一步的详细说明。但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于以下实施例。

实施例中，所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例一、具有拉压功能的SMA屈曲约束支撑的设计方法

本实用新型具有拉压功能的SMA屈曲约束支撑的设计方法包括以下步骤：

步骤一、根据桥梁跨度大小和地震动水平，确定需要的SMA棒位移行程，如根据实际需要确定SMA棒位移行程为5cm；

步骤二、根据所SMA棒材料性能确定最大应变和最大应力，本实施例中确定最大应变和最大应力分别为5％和600MPa；

步骤三、根据确定的SMA棒位移行程和最大应变确定所需SMA棒的长度；SMA棒的长度为：5÷5％＝100cm；

步骤四、选择SMA棒直径，确定SMA棒与所述屈曲约束构件刚度之间的联系系数γ；根据实际需要选择直径为20mm，根据公式γ＝0.1941+0.095d_bar可算出刚度系数为：

γ＝0.1941+0.095*20＝2.0941

式中，d_bar为所述SMA棒中间部的直径。

步骤五、根据公式

的右侧，算出所需的最小抗弯刚度为：

其中，E_s和E_c是所述屈曲约束构件的弹性模型和抗弯惯性矩；I_s和I_c是所述填充构件的弹性模型和抗弯惯性矩；σ_d和ε_d是所述SMA棒的最大应力和最大应变；Abar是所述SMA棒中间部的面积。

步骤六、确定所述屈曲约束构件和所述填充构件的抗弯刚度；根据确定的抗弯刚度确定屈曲约束构件的尺寸：

根据

公式，屈曲约束构件和填充构件的抗弯刚度总和要大于最小抗弯刚度，选择符合上述公式要求的屈曲约束构件和填充构件。本实施例中，当E_s和E_c分别为2e5MPa和3e4MPa时，选用外径51mm，壁厚5mm的屈曲约束构件，屈曲约束构件和填充构件的抗弯刚度总和为：

实施例二、一种具有拉压功能的SMA屈曲约束支撑

本实施例屈曲约束支撑包括SMA棒1、套设于所述SMA棒外的屈曲约束构件，及填充于所述SMA棒与屈曲约束构件之间的填充构件，其中：

SMA棒长度为100cm，直径为20mm；其包括头部、中间部和尾部，所述头部和尾部直径大于所述中间部直径；所述SMA棒的头部和尾部设有用于连接的连接部件，在本实施例中，所述连接部件是设置在SMA棒的头部和尾部的螺纹，可通过螺纹与其他结构连接。

屈曲约束构件，在本实施例中，屈曲约束构件优选是约束钢管2，该约束钢管与所述SMA棒同心设置，其内径大于所述SMA棒的直径，约束钢管外径为51mm，壁厚5mm，所述该钢管主要用于约束SMA棒的屈曲。

填充构件，所述填充构件填充于所述SMA棒与约束钢管之间，在本实施例中，填充构件为水泥3，所述水泥与钢管固结，水泥与所述SMA棒的接触面涂抹有油层。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所述技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种具有拉压功能的屈曲约束支撑，其特征在于，包括SMA棒；屈曲约束构件，其套设于所述SMA棒外，且与所述SMA棒同心设置；填充构件，所述填充构件设于所述屈曲约束构件和所述SMA棒之间；所述屈曲约束构件为钢材结构；所述填充构件为聚四氟乙烯或水泥。

2.如权利要求1所述的具有拉压功能的屈曲约束支撑，其特征在于，所述SMA棒包括头部、中间部和尾部。

3.如权利要求2所述的具有拉压功能的屈曲约束支撑，其特征在于，所述头部和尾部直径大于所述中间部直径。

4.如权利要求2或3所述的具有拉压功能的屈曲约束支撑，其特征在于，所述SMA棒的头部和尾部设有用于连接的连接部件。

5.如权利要求4所述的具有拉压功能的屈曲约束支撑，其特征在于，所述连接部件为螺纹。

6.如权利要求1所述的具有拉压功能的屈曲约束支撑，其特征在于，所述钢材结构的截面为圆形或矩形。

7.如权利要求6所述的具有拉压功能的屈曲约束支撑，其特征在于，所述钢材结构的截面为圆形。

8.如权利要求1所述的具有拉压功能的屈曲约束支撑，其特征在于，所述填充构件为水泥。

9.一种隔震结构，其特征在于，包括如权利要求1～8任一项所述的具有拉压功能的屈曲约束支撑。