CN216475688U - 自复位装配式竹节形圆棒耗能杆 - Google Patents

Abstract

一种自复位装配式竹节形圆棒耗能杆，包括核心部件(1)、约束部件(2)和定位螺栓(3)；核心部件由耗能段(1‑1)、自复位段(1‑2)、连接套管(1‑3)和夹持段(1‑4)构成。约束构件(2)的内径大于连接套管(1‑3)的外径，使两者间存在微间隙。在大中震下，由耗能段中间等截面部分(1‑1‑1)产生塑性变形来耗能，其竹节部分(1‑1‑3)保持弹性并限制侧向位移。自复位段(1‑2)可实现震后自复位功能，约束部件(2)可防止核心部件发生低阶屈曲破坏，耗能段与自复位段间通过螺栓连接，可实现震后更换目的。耗能段与自复位段截面及长度尺寸可多样选择。实现了消能减震、震后自复位、震后可更换和灵活组合的功能。

Description

自复位装配式竹节形圆棒耗能杆

技术领域

本发明属于土木工程领域，涉及一种用来降低工程结构地震响应的防屈曲约束支撑。

背景技术

中国是地震多发地区，在强烈地震作用下，通常会造成房屋建筑的倒塌，带来严重的次生灾害，给人民造成巨大的生命财产损失，为减小地震给结构带来的破坏，研究者提出了消能减震的概念，其理念为通过在建筑结构中安装辅助耗能装置，以此来消耗地震发生时带来的巨大能量，从而使得建筑的主体结构得到有效的保护，避免其受到严重的破坏。在各种消能减震装置中，金属阻尼器以其耗能能力卓越，构造简单，材料性能为广大工程师熟悉等优点而受到学者和工程师的青睐，并已经在日本、美国等发达国家中得到推广。耗能杆作为一种新型金属阻尼器，其在小震环境下将不发生塑性变形，仅作为支撑来为结构提供侧向刚度，而在中震或大震情况下，耗能杆的核心耗能部分将会产生塑性变形，吸收地震带来的能量，同时，约束套筒则会保持弹性，并且约束核心耗能构件以防止其发生屈曲破坏，阻止其发生局部或者整体失稳，较大限度保证核心耗能部分发挥出其耗能能力。因此，耗能杆可兼具增加横向刚度和消能减震的作用，在工程结构减震领域有较好的应用前景。

目前已有的混凝土填充屈曲约束支撑及普通全钢屈曲约束支撑，虽然可以发挥消能减震的作用，但是自身都存在着一些问题尚待解决，如混凝土的浇筑质量会对自身的耗能能力造成较大影响，全钢屈曲约束支撑难以做到灵活更换及震后自复位的功能。

如专利申请号：202020732807.5，其全部使用软钢构成，且并未设置自复位装置，无法实现震后的变形恢复功能，外套管与限位板通过焊接连接，焊接产生的残余应力对屈曲约束支撑的性能也会产生不利影响。

实用新型内容

本发明为解决震后自复位，震后灵活更换，以及提供更丰富的规格选择等问题，提出了一种自复位装配式竹节形圆棒耗能杆。

本发明采用的技术方案为：一种自复位装配式竹节形圆棒耗能杆，包括核心部件、约束部件和定位螺栓。

所述核心部件由两个耗能段、一个自复位段，连接套管以及夹持段通过螺纹沿纵向同轴连接构成，同时使用定位螺栓来固定相对位置，自复位段位于中间，耗能段位于自复位段两侧，耗能段和自复位段两端都有外径相同的竹节部分，竹节部分布有螺纹，在竹节部分用连接套管通过螺纹部分连接成整体，并同样通过螺纹与夹持段相连，共同构成核心构件。耗能段和自复位段均分为中间等截面部分，过渡部分和竹节部分。所述耗能段与自复位段截面均为圆形，连接套筒截面为环形，夹持段与竹节部分相连的部分截面为环形，其余部分为圆形截面。

所述约束构件截面为圆环，其在端部进行开孔，约束构件通过端部的螺栓与夹持端顶紧连接。约束构件长度满足一侧耗能段的边缘到另一侧耗能段的竹节部分上螺栓孔中心点位于外约束部件的内部，连接套管和夹持段的外直径略小于外约束部件的内径，使得两者之间存在微间隙。

核心部构件全部由金属组成，其自复位段由记忆合金材料SMA制作，SMA具有超弹性的特性，在地震作用发生之后能够使结构一定程度恢复变形。从而减小地震给结构带来的破坏和损伤。核心构件的竹节段与约束构件之间存在微间隙，可限制核心构件的侧向位移，通过控制竹节部分与等截面部分的截面积之比，使得竹节部分始终保持在弹性范围，耗能段和自复位段的等截面部分与约束构件之间存在较大间隙，等截面部分可以产生变形以耗能。全部构件使用螺栓连接，避免了焊接产生的残余应力。钢耗能段及自复位段可根据需求进行不同规格的选用及更换。

作为优选，所述核心构件耗能段与自复位段的竹节部分与等截面部分横截面积之比应大于1.6。保证竹节部分以及夹持端的屈服承载力大于中间等截面部分的极限承载能力，从而保证在整个工作周期内竹节部分始终保持弹性。

作为优选，所述竹节部分沿轴线和直径剖开截面对角线长度大于约束部分的内径。

对竹节部分沿轴线与直径方向切开截面对角线长度的这一限制会有效约束竹节部分在约束部件内部的转动，进而限制等截面部分的变形。

作为优选，所述夹持段位于耗能段、自复位段与连接套筒构成的整体的外侧与结构相连。

考虑到夹持段也需要保持弹性，其截面外直径以内的面积与耗能段中间等截面部分面积的比值应至少为1.6。

本实用新型具有以下有益效果：

1.采用耗能段进行能量的消耗，同时使用SMA材料自复位段来减小地震作用后结构中产生的残余变形。

2.耗能段与自复位段之间通过螺纹与连接套筒进行拧紧连接。可以在震后根据损伤情况实现灵活更换的功能，同时自复位段与耗能段可以根据现实情况选用不同规格，适用范围更加广泛。

3.该自复位装配式竹节形圆棒耗能杆，其核心部件由耗能段、自复位段、连接套管以及夹持段，沿纵向共轴线连接构成，核心部件通过定位螺栓与约束构件相连，约束构件与竹节部分只存在微间隙，可以限制核心构件产生过大的转动，同时防止耗能段发生过早的屈曲破坏，约束构件与核心构件之间无需填充混凝土，使得构造及施工更加简洁方便。

4.自复位装配式竹节圆棒耗能杆，等截面部分的截面积相对竹节部分和夹持段较小，在相同材料的情况下屈服应力相同，但屈服力较小，因此对约束部件的刚度要求相应不高，于是使用钢套管即可，从而使得本自复位装配式竹节圆棒耗能杆构造简单，自重较轻，安装过程较为简单方便。

5.自复位装配式竹节形圆棒耗能杆的竹节部分、夹持段与等截面部分的截面积之比应大于1.6，使得竹节部分与夹持段始终保持弹性，整个耗能杆不会发生局部失稳，且相比传统屈曲约束支撑不需要设置加劲肋来保持局部稳定，构造更加简单。

6.全部使用螺栓及螺纹进行连接，可以避免焊接产生的残余应力。

附图说明

图1是本发明实施例的自复位装配式竹节形圆棒耗能杆平视图；

图2是本发明实施例的自复位装配式竹节形圆棒耗能杆A-A剖面图；

图3是本发明实施例的自复位装配式竹节形圆棒耗能杆B-B剖面图；

图4是本发明实施例的自复位装配式竹节形圆棒耗能杆C-C剖面图；

图5是本发明实施例的自复位装配式竹节形圆棒耗能杆D-D剖面图；

图6是本发明实施例的自复位装配式竹节形圆棒耗能杆核心部件耗能段平视图；

图7是本发明实施例的自复位装配式竹节形圆棒耗能杆核心部件自复位段平视图；

图8是本发明实施例的自复位装配式竹节形圆棒耗能杆核心部件连接套管平视图；

图9是本发明实施例的自复位装配式竹节形圆棒耗能杆核心部件夹持段平视图；

图10是本发明实施例的自复位装配式竹节形圆棒耗能杆约束部件平视图；

图11是本发明实施例的自复位装配式竹节形圆棒耗能杆定位螺栓平视图；

图12是本发明实施例的自复位装配式竹节形圆棒耗能杆核心部件平视图；

图13是本发明实施例的自复位装配式竹节形圆棒耗能杆核心部件E-E剖面图；

图14是本发明实施例的自复位装配式竹节形圆棒耗能杆核心部件F-F剖面图；

图15是本发明实施例的自复位装配式竹节形圆棒耗能杆核心部件G-G剖面图；

图16是本发明实施例的自复位装配式竹节形圆棒耗能杆核心部件H-H剖面图；

具体实施方式

结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

实施例

如图1-11所示：一种自复位装配式竹节形圆棒耗能杆，包括核心部件(1)、外约束部件(2)和定位螺栓(3)，其特征在于所述核心部件(1)由两个耗能段(1-1)、一个自复位段(1-2)、两个连接套管(1-3)和两个夹持段(1-4)沿纵向共轴线连接构成，定位螺栓位于耗能段和自复位段的竹节部分，自复位段(1-2)位于中间，两个耗能段(1-1)位于自复位段两侧，在竹节部分通过连接套管(1-3)拧紧连接。耗能段 (1-1)的竹节部分(1-1-3)在两端与夹持段(1-4)通过螺纹连接，形成整体，共同形成核心部件(1)。

所述外约束部件(2)为圆钢管，核心部件(1)位于外约束部件(2)的内部，外约束部件(2)的长度满足一侧耗能段(1-1)的边缘到另一侧耗能段的竹节部分(1-1-3) 上螺栓孔(1-1-4)中心点位于外约束部件(2)的内部。连接套管(1-3)和夹持段 (1-4)的外直径略小于外约束部件(2)的内径，使得两者之间存在微间隙。所述耗能段(1-1)与自复位段(1-2)截面均为圆形，连接套筒(1-3)截面为环形，夹持段(1- 4)与竹节部分(1-1-3)相连的部分截面为环形，其余部分为圆形截面。螺栓孔(1-1- 4)、(1-2-4)以及(1-3-1)均为沿直径方向贯穿开孔。螺栓孔的内径使得定位螺栓 (3)可以穿过螺栓孔并与之拧紧连接。

核心部件(1)中耗能段(1-1)与自复位段(1-2)的竹节部分(1-1-3)、(1-2- 3)分别与本段等截面部分(1-1-1)、(1-2-1)的比值应该大于1.6。

竹节部分(1-1-3)与(1-2-3)沿轴线和直径剖开截面对角线长度大于外约束部件(2) 的内径。

需要说明的是，在不脱离本发明的原理的前提下，本技术领域的普通技术人员还可以做出改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的规格组成部分均可用现有技术加以改进。

Claims (6)

1.一种自复位装配式竹节形圆棒耗能杆，包括核心部件(1)、外约束部件(2)和定位螺栓(3)，其特征在于：

所述核心部件(1)由两个耗能段(1-1)、自复位段(1-2)、连接套管(1-3)和夹持段(1-4)沿纵向同轴线连接构成，自复位段(1-2)位于核心部件(1)的中间，两个耗能段(1-1)位于自复位段两侧，通过连接套管(1-3)拧紧连接，外侧两端拧紧连接夹持段(1-4)，共同形成核心部件(1)，所述外约束部件(2)为圆形管；所述定位螺栓(3)为高强螺栓，所述耗能段(1-1)与自复位段(1-2)各截面均为圆形，连接套管(1-3)截面为环形，耗能段的竹节部分(1-1-3)可以全部通过螺纹与夹持段(1-4)连接；外约束部件(2)位于核心部件(1)内部，其长度满足一端耗能段的边缘到另一端耗能段的竹节部分上螺栓孔(1-1-4)中心点位于外约束部件(2)的内部，其内径略大于连接套管(1-3)和夹持段(1-4)的外直径，使得两者之间存在微间隙；所述各螺栓孔均为沿直径方向开孔，且直径均相等，定位螺栓(3)能够从各孔中穿过，耗能段的等截面部分(1-1-1)与竹节部分的面积比使得核心部件在轴向拉压力作用下等截面部分(1-1-1)进入屈服，而竹节部分(1-1-3)保持弹性、过渡部分(1-1-2)介于弹性和塑性之间；夹持段(1-4)保持弹性，自复位段(1-2)具有超弹性的特性，其经历地震作用后将不会产生残余变形。

2.根据权利要求1所述的一种自复位装配式竹节形圆棒耗能杆，其特征在于：所述耗能段(1-1)、连接套管(1-3)、夹持段(1-4)和定位螺栓(3)为钢材制作，自复位段(1-2)为形状记忆合金制作。

3.根据权利要求1所述的一种自复位装配式竹节形圆棒耗能杆，其特征在于：所述耗能段(1-1)的等截面部分(1-1-1)的长度有多种规格可以更换，自复位段(1-2)的等截面部分(1-2-1)的直径与长度有多种也有多种规格可以更换，外约束部件(2)的长度有多种规格可以更换。

4.根据权利要求1所述的一种自复位装配式竹节形圆棒耗能杆，其特征在于：所述耗能段(1-1)与自复位段(1-2)通过连接套管(1-3)连接，并使用短螺栓(3-2)固定，耗能段(1-1)或自复位段(1-2)发生破坏之后可以进行更换。

5.根据权利要求1所述的一种自复位装配式竹节形圆棒耗能杆，其特征在于：所述耗能段(1-1)的竹节部分(1-1-3)与等截面部分(1-1-1)直径之比应大于1.6，过渡部分(1-1-2)的直径从等截面部分(1-1-1)直径大小逐渐变化为竹节部分(1-1-3)的直径大小，变化趋势为一段切于等截面部分(1-1-1)外表面的圆弧；自复位段(1-2)的等截面部分(1-2-1)与竹节部分(1-2-3)直径之比在0.8以内，过渡部分(1-2-2)的直径从等截面部分(1-2-1)直径大小逐渐变化为竹节部分(1-2-3)的直径大小，变化趋势为一段切于等截面部分(1-2-1)外表面的圆弧，耗能段(1-1)的竹节部分(1-1-3)与自复位段(1-2)的竹节部分(1-2-3)直径和长度相同。

6.根据权利要求1所述的一种自复位装配式竹节形圆棒耗能杆，其特征在于：所述连接套管(1-3)与夹持段(1-4)的外径相同，略小于外约束部件(2)的内径，使得外约束部件与核心部件存在小间隙，定位螺栓(3)有长螺栓(3-1)和短螺栓(3-2)两种规格，二者为直径相同的钢质高强螺栓，长螺栓(3-1)和短螺栓(3-2)的长度分别为外约束部件(2)与连接套管(1-3)的直径长度。

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