CN220266892U - 一种多阶屈服耗能支撑 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多阶屈服耗能支撑，包括：固定约束箱体，具有一呈直线状的腔体，其上设置有多个圆孔和腰孔；支撑构件，位于所述腔体中；U型耗能单元，具有多个，由一体成型的上部连接臂、耗能臂和下部连接臂组成；所述下部连接臂通过螺栓A固定在所述支撑构件上，所述上部连接臂通过螺栓B分别连接至圆孔和腰孔处，所述U型耗能单元的耗能方向与直线状的腔体的方向相同。本实用新型多阶屈服耗能支撑实现了多阶段耗能的目的，利用多个U型耗能单元并联耗能的方式，通过在支撑上部固定槽钢腰部开设圆孔和腰孔，让U型耗能单元分阶参与工作，大幅提升支撑的刚度和承载力。达到了既能提高主体结构的刚度与强度，又能控制结构层间变形的要求。

Description

一种多阶屈服耗能支撑

技术领域

本实用新型涉及土木工程消能减震技术领域，尤其涉及一种多阶屈服耗能支撑。

背景技术

防屈曲约束支撑因具有较高的抗侧刚度和良好的变形能力，常用于有抗震要求的高层结构中。防屈曲约束支撑能为主体结构提供额外的刚度和强度，提高结构的抗倒塌性和震后可恢复性。

传统的位移型防屈约束曲支撑普遍只有单一屈服点，通过内芯耗能部件的塑性变形消耗地震能量。在多遇地震作用下，防屈曲约束支撑一般保持弹性状态，支撑仅为主体结构提供抗侧刚度，起不到耗能减震的作用；在罕遇地震作用下，支撑进入塑性状态，表现出优越的耗能能力，但容易在沿结构高度上产生残余变形和损伤集中，若损伤和变形集中在某一楼层，就会迅速形成薄弱层，造成结构倒塌。薄弱层的形成严重限制结构的延性和耗能能力，控制结构的层间变形和避免薄弱层的形成是抗震设计的重要组成部分。而且，防屈曲约束支撑设计与加工复杂，在强震作用下支撑会产生较大的塑性变形，维修和更换内芯核心耗能部件困难。更为重要的是，防屈曲约束支撑一旦发生断裂，将造成严重的生命财产损失。

实用新型内容

本实用新型提供了一种多阶屈服耗能支撑，以解决上述现有技术中的技术问题。

本实用新型采用的技术方案是：提供一种多阶屈服耗能支撑，包括：

固定约束箱体，具有一呈直线状的腔体，其上设置有多个圆孔和腰孔；

支撑构件，位于所述腔体中；

U型耗能单元，具有多个，由一体成型的上部连接臂、耗能臂和下部连接臂组成；所述下部连接臂通过螺栓A固定在所述支撑构件上，所述上部连接臂通过螺栓B分别连接至圆孔和腰孔处，所述U型耗能单元的耗能方向与直线状的腔体的方向相同。

进一步的，所述固定约束箱体包括第一连接端头、固定筒体、约束套管；所述约束套管通过螺栓E固定在所述固定筒体的内侧壁上；所述第一连接端头固定安装于所述固定筒体上。

进一步的，所述约束套管包括固定槽钢和约束钢板；所述固定槽钢包括上部固定槽钢和下部固定槽钢，所述上部固定槽钢、下部固定槽钢和两块约束钢板通过螺栓D围合成方管状结构的约束套管。

进一步的，所述多个圆孔和腰孔设置于所述上部固定槽钢上。

进一步的，所述固定筒体为顶部开口的盒装结构，位于所述固定筒体内的支撑构件端部与固定筒体底部具有一定距离。

进一步的，所述支撑构件为T型钢，包括底板和竖板，所述U型耗能单元对称设置于竖板两侧；所述下部连接臂固定在所述底板上；所述支撑构件远离固定筒体的一端设置有第二连接端头。

进一步的，所述支撑构件为H型钢，包括顶板、竖板和底板，所述U型耗能单元对称设置于竖板两侧；所述下部连接臂固定在所述底板上，所述顶板上对应于圆孔和腰孔的位置开设有多个条形活动孔，所述螺栓B依次穿过圆孔/腰孔、条形活动孔连接至U型耗能单元的上部连接臂；所述支撑构件远离固定筒体的一端设置有第二连接端头。

进一步的，所述第一连接端头的中心线、支撑构件的中心线、第二连接端头的中心线共线。

进一步的，所述U型耗能单元为直金属板冷弯成型或直金属板热轧成型。

进一步的，所述腰孔的长度大于两倍所述U型耗能单元的屈服变形小于两倍所述U型耗能单元的极限变形。

本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型的多阶屈服耗能支撑安装方便、更换和修复简、耗能稳定且具有一定冗余度。

(2)U型耗能单元具有稳定的耗能能力、良好的抗疲劳性能和优越的塑性变形，可以满足不同抗震设防要求下支撑的性能。多个U型耗能单元并联参与耗能将具有一定的冗余度，一个或多个U型耗能单元失效仍能继续工作。将U型耗能单元作为支撑内芯耗能部件，让U型耗能单元分阶参与工作，既能在中震作用下耗能，又满足大震作用下的减震需求；在提高主体结构刚度和强度的同时，又能控制结构的层间变形，防止薄弱层的形成，提高结构的抗倒塌性。

(3)本实用新型多阶屈服耗能支撑实现了多阶段耗能的目的，利用多个U型耗能单元并联耗能的方式，通过在支撑上部固定槽钢腰部开设圆孔和腰孔，让U型耗能单元分阶参与工作，大幅提升支撑的刚度和承载力。达到了既能提高主体结构的刚度与强度，又能控制结构层间变形的要求。

(4)U型耗能单元构造简单，设计灵活，可通过主体结构的结构参数和承载力的需求改变U型耗能单元的宽度b、厚度t、弯曲直径D、直段长度h和数量等参数，满足不同抗震设防支撑的性能要求。

(5)本实用新型的多阶屈曲耗能支撑施工方便，检修和更换简单，U型耗能单元、支撑构件和固定约束箱体均采用螺栓连接，在震后便于检查，检修和更换内芯耗能部件效率高，节约了大量的时间成本。

(6)本实用新型的多阶屈曲耗能支撑支撑截面面积小，支撑布置灵活，支撑构件采用H型钢，U型耗能单元放置在H型钢左右两侧内部，减小了支撑截面面积，可使支撑在主体结构中布置更加灵活。

附图说明

图1是本实用新型公开的多阶屈服耗能支撑的整体结构示意图；

图2是本实用新型公开的多阶屈服耗能支撑的爆炸图；

图3是本实用新型公开的多阶屈服耗能支撑的主视图；

图4是本实用新型公开的多阶屈服耗能支撑的附视图；

图5是图4中沿支撑中心线作的剖视图；

图6是图3中沿A-A线作的剖视图；

图7是图3中沿B-B线作的剖视图；

图8是图3中沿C-C线作的剖视图；

图9是图3中沿D-D线作的剖视图；

图10A是本实用新型公开的多阶屈服耗能支撑中的U型形耗能单元的结构示意图；

图10B是图10A所示的U型耗能单元的左视图；

图11A是本实用新型公开的多阶屈服耗能支撑的支撑构件上部翼缘的结构示意图；

图11B是本实用新型公开的多阶屈服耗能支撑的支撑构件下部翼缘的结构示意图；

图12A是本实用新型公开的多阶屈服耗能支撑的上部固定槽钢的结构示意图；

图12B是本实用新型公开的多阶屈服耗能支撑的下部固定槽钢的结构示意图；

图13是本实用新型公开的多阶屈服耗能支撑的约束钢板的结构示意图；

图14是本实用新型公开的多阶屈服耗能支撑实施方式在主体结构中的安装示意图。

附图标记：1-固定约束箱体，11-第一连接端头，12-固定筒体，13-固定槽钢，131-上部固定槽钢，131A-圆孔，131B-腰孔，132-下部固定槽钢，14-约束钢板，2-支撑构件，21-条形活动孔，22-固定端板，23-第二连接端头，3-U型耗能单元，31-连接臂，311-上部连接臂，312-下部连接臂，32-耗能臂，41-螺栓A，42-螺栓B，43-螺栓C，44-螺栓D，45-螺栓E，50-主体结构。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步详细描述，但本实用新型的实施方式不限于此。需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

在本实用新型中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本实用新型及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本实用新型中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1：

参见图1-图14，本实施例公开一种多阶屈服耗能支撑，包括：固定约束箱体1，具有一呈直线状的腔体，其上设置有多个圆孔131A和腰孔131B；支撑构件2，位于所述腔体中；U型耗能单元3，具有多个，由一体成型的上部连接臂311、耗能臂32和下部连接臂312组成；所述下部连接臂312通过螺栓A41固定在所述支撑构件2上，所述上部连接臂311通过螺栓B42分别连接至圆孔131A和腰孔131B处，所述U型耗能单元3的耗能方向与直线状的腔体的方向相同。

参见图2，所述固定约束箱体1包括第一连接端头11、固定筒体12、约束套管；所述约束套管通过螺栓E45固定在所述固定筒体12的内侧壁上；所述第一连接端头11固定安装于所述固定筒体12上。

参见图2、图12A-图13，在一些实施例方式中，所述约束套管包括固定槽钢13和约束钢板14；固定槽钢13可为冷弯等边槽钢，所述固定槽钢13包括上部固定槽钢131和下部固定槽钢132，所述上部固定槽钢131、下部固定槽钢132和两块约束钢板14通过螺栓D44围合成方管状结构的约束套管。该种施例方式使得约束套管为可拆卸结构，方便安装及拆卸U型耗能单元3。

在另一些实施例方式中，所述约束套管为方管(图中未示出)，将U型耗能单元安装在支撑构件上之后，插入约束套管中，然后通过螺栓B实现U型耗能单元与约束套管之间的连接。该种施例方式对U型耗能单元、约束套管的加工精度要求高，开设的螺纹孔位置需要准确无误，否则将无法实现安装；此外，拆卸U型耗能单元也较为麻烦。

具体的，参见图2、图12A，所述多个圆孔131A和腰孔131B设置于所述上部固定槽钢131上。圆孔131A可以四个一组，通过四个螺栓B42连接；腰孔131B同样可以四个为一组。圆孔131A和腰孔131B可以间隔布置，也可以如图12A所示集中布置在上部固定槽钢131两端。

参见图2、图5-图6，所述固定筒体12为顶部开口的盒装结构，位于所述固定筒体12内的支撑构件2端部与固定筒体12底部具有一定距离。该距离需保证支撑构件2在耗能变形的情况下，支撑构件2的端部不会触碰到固定筒体12底部。

在一些实施例方式中，所述支撑构件为T型钢(图中未示出)，包括底板和竖板，所述U型耗能单元对称设置于竖板两侧；所述下部连接臂固定在所述底板上；所述支撑构件远离固定筒体的一端设置有第二连接端头。该种施例方式中，U型耗能单元的上部连接臂直接通过螺栓B分别连接至圆孔和腰孔处。

参见图2、图11A-图11B，在另一些实施例方式中，所述支撑构件2为H型钢，包括顶板、竖板和底板，所述U型耗能单元3对称设置于竖板两侧；参见图11A，所述下部连接臂312固定在所述底板上；参见图11B，所述顶板上对应于圆孔131A和腰孔131B的位置开设有多个条形活动孔21；所述螺栓B42依次穿过圆孔131A/腰孔131B、条形活动孔21连接至U型耗能单元3的上部连接臂311；所述支撑构件2远离固定筒体12的一端设置有第二连接端头23。

支撑构件2无论采用T型钢还是H型钢，均需保证螺栓B42在腰孔131B中能随着U型耗能单元3的形变而移动，从而保证了与圆孔131A相连的U型耗能单元3先形变耗能，待螺栓B42抵触到腰孔131B端部侧壁时，与腰孔131B相连的U型耗能单元3再形变耗能，实现了U型耗能单元3分阶参与工作。

参见图1、图14，所述第一连接端头11的中心线、支撑构件2的中心线、第二连接端头23的中心线共线，从而将耗能集中在U型耗能单元3。第一连接端头11和第二连接端头23上设置有多个用于与主体结构50相连的螺孔。

参见图10A-图10B，所述U型耗能单元3为一体成型结构，其通过直金属板冷弯成型或直金属板热轧成型，从而形成两个平行且等长的连接臂31和半圆形状的耗能臂32，连接臂31包括上部连接臂311和下部连接臂312。两个对称设置在支撑构件2上的U型耗能单元3构成一个U型耗能组件。多组U型耗能组件在支撑内部并联工作，在耗能过程中，U型耗能单元3塑性屈服位置不断发生改变，充分发挥其耗能能力和抗疲劳能力，一个或多个U型耗能单元3失效，其余U型耗能单元3仍能继续保持工作。

约束固定箱体的各组成部分均可由钢材制成，U型耗能单元3的屈服承载力小于所述支撑构件2、所述固定约束箱体1的屈服承载力，让固定约束箱体1和支撑构件2之间保持弹性状态，确保带多阶屈服耗能支撑的变形集中在U型耗能单元3处。

进一步的，所述腰孔131B的长度大于两倍所述U型耗能单元3的屈服变形小于两倍所述U型耗能单元3的极限变形。

U型耗能单元3作用原理如下：在地震作用下，因固定约束箱体和支撑构件2均保持弹性状态，带U型耗能单元3的多阶段屈服耗能支撑的变形集中于U型耗能单元处，通过U型耗能单元的弹塑性变形起到消耗地震能量的目的。U型耗能单元3的承载力特性主要由其宽度b、厚度t和直径D决定，单个U型耗能单元3的初始屈服承载力F可以根据以下公式估算：

其中f_y是U型耗能单元材料的屈服强度，b为试件的宽度，t为试件的厚度，D为U型耗能单元弯曲弧度的直径。

U型耗能单元3的变形范围和长度h有关。多阶耗能支撑的承载力和变形能力可过改变U型耗能单元3的宽度b、厚度t、直径D和长度h确定，进而满足不同要求的设计需求，设计灵活。为了保证U型耗能单元在支撑构件2内部，单个U型耗能单元3的宽度b以根据以下公式计算：

其中b_h是支撑构件2的宽度，t_w为支撑构件2腹板厚度。

本实用新型多阶屈服耗能支撑实现了多阶段耗能的目的，利用多个U型耗能单元3并联耗能的方式，通过在支撑上部固定槽钢131腰部开设圆孔131A和腰孔131B，让U型耗能单元3分阶参与工作，大幅提升支撑的刚度和承载力。达到了既能提高主体结构50的刚度与强度，又能控制结构层间变形的要求。

U型耗能单元3构造简单，设计灵活，可通过主体结构50的结构参数和承载力的需求改变U型耗能单元3的宽度b、厚度t、弯曲直径D、直段长度h和数量等参数，满足不同抗震设防支撑的性能要求。

本实用新型的多阶屈曲耗能支撑施工方便，检修和更换简单，U型耗能单元3、支撑构件2和固定约束箱体1均采用螺栓连接，在震后便于检查，检修和更换内芯耗能部件效率高，节约了大量的时间成本。

本实用新型的多阶屈曲耗能支撑支撑截面面积小，支撑布置灵活，支撑构件2采用H型钢，U型耗能单元3放置在H型钢左右两侧内部，减小了支撑截面面积，可使支撑在主体结构50中布置更加灵活。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种多阶屈服耗能支撑，其特征在于，包括：

固定约束箱体，具有一呈直线状的腔体，其上设置有多个圆孔和腰孔；

支撑构件，位于所述腔体中；

U型耗能单元，具有多个，由一体成型的上部连接臂、耗能臂和下部连接臂组成；所述下部连接臂通过螺栓A固定在所述支撑构件上，所述上部连接臂通过螺栓B分别连接至圆孔和腰孔处，所述U型耗能单元的耗能方向与直线状的腔体的方向相同。

2.根据权利要求1所述的多阶屈服耗能支撑，其特征在于，所述固定约束箱体包括第一连接端头、固定筒体、约束套管；所述约束套管通过螺栓E固定在所述固定筒体的内侧壁上；所述第一连接端头固定安装于所述固定筒体上。

3.根据权利要求2所述的多阶屈服耗能支撑，其特征在于，所述约束套管包括固定槽钢和约束钢板；所述固定槽钢包括上部固定槽钢和下部固定槽钢，所述上部固定槽钢、下部固定槽钢和两块约束钢板通过螺栓D围合成方管状结构的约束套管。

4.根据权利要求3所述的多阶屈服耗能支撑，其特征在于，所述多个圆孔和腰孔设置于所述上部固定槽钢上。

5.根据权利要求2所述的多阶屈服耗能支撑，其特征在于，所述固定筒体为顶部开口的盒装结构，位于所述固定筒体内的支撑构件端部与固定筒体底部具有一定距离。

6.根据权利要求2所述的多阶屈服耗能支撑，其特征在于，所述支撑构件为T型钢，包括底板和竖板，所述U型耗能单元对称设置于竖板两侧；所述下部连接臂固定在所述底板上；所述支撑构件远离固定筒体的一端设置有第二连接端头。

7.根据权利要求2所述的多阶屈服耗能支撑，其特征在于，所述支撑构件为H型钢，包括顶板、竖板和底板，所述U型耗能单元对称设置于竖板两侧；所述下部连接臂固定在所述底板上，所述顶板上对应于圆孔和腰孔的位置开设有多个条形活动孔，所述螺栓B依次穿过圆孔/腰孔、条形活动孔连接至U型耗能单元的上部连接臂；所述支撑构件远离固定筒体的一端设置有第二连接端头。

8.根据权利要求6或7所述的多阶屈服耗能支撑，其特征在于，所述第一连接端头的中心线、支撑构件的中心线、第二连接端头的中心线共线。

9.根据权利要求1所述的多阶屈服耗能支撑，其特征在于，所述U型耗能单元为直金属板冷弯成型或直金属板热轧成型。

10.根据权利要求1所述的多阶屈服耗能支撑，其特征在于，所述腰孔的长度大于两倍所述U型耗能单元的屈服变形小于两倍所述U型耗能单元的极限变形。