具有分級屈服功能的防屈曲支撐的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有分級屈服功能的防屈曲支撐，包括套筒，套筒內(nèi)設(shè)有耗能組，在套筒和耗能組之間填充混凝土；在混凝土與耗能組之間設(shè)有橡膠隔層；耗能組包括并列設(shè)置有2個以上耗能單元，相鄰耗能單元之間設(shè)有橡膠隔層；每個耗能單元的兩側(cè)端部分別開有直徑相同的圓孔，各耗能單元上的圓孔直徑不相等；剛性連接件依次穿過所有耗能單元端部所開圓孔后與建筑結(jié)構(gòu)連接。本發(fā)明在大震時能提供較高耗能能力，在小震時亦可變形屈服發(fā)揮耗能作用。
【專利說明】
具有分級屈服功能的防屈曲支撐
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)減震領(lǐng)域，具體涉及一種具有分級屈服功能的防屈曲支撐。
【背景技術(shù)】
[0002]防屈曲耗能支撐常用于地震引起的工程結(jié)構(gòu)的振動控制，通常采用低屈服點(diǎn)軟鋼作為耗能材料，通過鋼材屈服產(chǎn)生塑性變形達(dá)到耗散地震能量，從而減輕結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的目的。為了防止耗能構(gòu)件在受壓時過早屈曲，通常在耗能軟鋼外包裹混凝土等約束材料以提高其抗屈曲能力?，F(xiàn)有的防屈曲支撐通常只設(shè)置單個耗能單元，變形時只有一個屈服點(diǎn)。
[0003]以現(xiàn)有的一個耗能單元為例，屈服力F=Aoy(oyS材料屈服應(yīng)力)確定后，橫截面積A便確定。耗能單元屈服位移uy=Uy(L為耗能段長度，^為材料屈服應(yīng)變)，支撐的彈性剛度K=EA/UE為彈性模量)<^不變時，L越小，uy越小，支撐可以在較小變形下屈服；但L越小，K越大，結(jié)構(gòu)整體剛度增加，在小震下結(jié)構(gòu)變形較小，耗能支撐可能不屈服，同時還可引起結(jié)構(gòu)加速度反應(yīng)的增加。因此，現(xiàn)有的防屈曲耗能支撐不能同時適用于大震和小震情況下的耗會K。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種具有分級屈服功能的防屈曲支撐，該支撐在大震時能提供較高耗能能力，在小震時亦可變形屈服發(fā)揮耗能作用。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一種具有分級屈服功能的防屈曲支撐，包括套筒，套筒內(nèi)設(shè)有耗能組，在套筒和耗能組之間填充混凝土;在混凝土與耗能組之間設(shè)有橡膠隔層；
所述耗能組包括并列設(shè)置有2個以上耗能單元，相鄰耗能單元之間設(shè)有橡膠隔層；
每個耗能單元的兩側(cè)端部分別開有直徑相同的圓孔，各耗能單元上的圓孔直徑不相等;剛性連接件依次穿過所有耗能單元端部所開圓孔后固定在建筑結(jié)構(gòu)上。建筑結(jié)構(gòu)變形，剛性連接件發(fā)生相對位移變化，隨著兩端剛性連接件相對位移的變化，各個耗能單元分級啟動產(chǎn)生變形并發(fā)揮耗能作用。
[0006]各個耗能單元端部開孔直徑各不相同，使防屈曲支撐開始受壓或受拉時各個耗能單元兩端傳力點(diǎn)距離不同。因此，在兩端的剛性連接件發(fā)生相對位移時，直徑較小的耗能單元首先變形屈服發(fā)揮耗能作用，當(dāng)變形增大時，其余耗能單元根據(jù)圓孔孔徑的大小依次受力發(fā)生變形屈服并發(fā)揮耗能作用。橡膠隔層也可產(chǎn)生剪切變形發(fā)揮耗能作用。
[0007]更進(jìn)一步的方案是，各耗能單元為軟鋼板，即為“一”字形截面，包括從中間向兩側(cè)依次設(shè)置的耗能段、彈性段、剛性端部，且耗能段、彈性段、剛性端部的寬度依次增大;所述圓孔開設(shè)在剛性端部上。該結(jié)構(gòu)能提高耗能單元的能耗，便于能量的消耗。
[0008]更進(jìn)一步的方案是，所述耗能段、彈性段、剛性端部一體成型，為一個整體。該結(jié)構(gòu)能提尚整個耗能單兀的強(qiáng)度，提尚穩(wěn)定性。
[0009]更進(jìn)一步的方案是，耗能段、彈性段通過第一過渡板連接，第一過渡板的兩側(cè)為平滑曲線，第一過渡板的最短端的寬度與耗能段的寬度相同，第一過渡板的最長端的寬度與彈性段的寬度相同；彈性段、剛性端部通過第二過渡板連接，第二過渡板為楔形結(jié)構(gòu)，第二過渡板的最短端的寬度與彈性段的寬度相同，第二過渡板的最長端的寬度與剛性端部的寬度相同。
[0010]更進(jìn)一步的方案是，所述耗能段、第一過渡板、彈性段、第二過渡板、剛性端部一體成型。
[0011]更進(jìn)一步的方案是，所述圓孔直徑成等差數(shù)列，且剛性連接件的直徑與最小圓孔的直徑相等。
[0012]本發(fā)明的有益效果在于:
建筑結(jié)構(gòu)變形通過剛性連接件相對位移傳遞給支撐，由于各耗能單元端部上圓孔直徑大小不同，各耗能單元分別在剛性連接件相對位移不同的時候啟動，因此可以根據(jù)結(jié)構(gòu)變形幅度提供不同級別的耗能能力(即:在小震僅啟動少數(shù)耗能單元，大震下啟動多數(shù)耗能單元，滿足不同結(jié)構(gòu)變形幅度下對支撐耗能能力和支撐附加剛度的不同需求)，實(shí)現(xiàn)支撐對結(jié)構(gòu)的控制優(yōu)化。該支撐構(gòu)造簡單，實(shí)用經(jīng)濟(jì)。各耗能單元分級啟動，避免多個耗能單元同時啟動而過大增加結(jié)構(gòu)整體剛度，導(dǎo)致在小震下結(jié)構(gòu)加速度和層剪力等響應(yīng)過大的問題。
【附圖說明】
[0013]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中:
圖1是本發(fā)明具有分級屈服功能的防屈曲支撐的主視結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明具有分級屈服功能的防屈曲支撐的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是采用三個并聯(lián)耗能單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是圖1中a_a截面的#lj面不意圖；
圖5是圖1中b-b截面的剖面示意圖；
圖6是本實(shí)施例的滯回曲線。
[0014]其中:1、套筒，2、混凝土，3、軟鋼耗能單元，4、橡膠隔層，5、剛性連接件，6、耗能段，
7、彈性段，8、剛性端部，9、圓孔，10、第一過渡板，11、第二過渡板。
【具體實(shí)施方式】
[0015]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0016]參見圖1-圖5，一種具有分級屈服功能的防屈曲支撐，包括套筒I，套筒I內(nèi)設(shè)有軟鋼耗能組，在套筒I和軟鋼耗能組之間填充有混凝土 2;在混凝土 2與軟鋼耗能組之間設(shè)有橡膠隔層4;
軟鋼耗能組包括并列設(shè)置有2個以上軟鋼耗能單元3(本實(shí)施例采用3個軟鋼耗能單元3)，相鄰軟鋼耗能單元3之間設(shè)有橡膠隔層4;
各軟鋼耗能單元3為軟鋼板，即為“一”字形截面，包括從中間向兩側(cè)依次設(shè)置的耗能段
6、彈性段7、剛性端部8，且耗能段6、彈性段7、剛性端部8的寬度依次增大;每個軟鋼耗能單元3的兩側(cè)端部(剛性端部8)上分別開有直徑相同的圓孔9，各軟鋼耗能單元3上的圓孔9直徑不相等;剛性連接件5依次穿過所有軟鋼耗能單元3端部所開圓孔9后與建筑結(jié)構(gòu)連接，建筑結(jié)構(gòu)變形通過剛性連接件5傳遞給軟鋼耗能單元3。各個軟鋼耗能單元3端部圓孔9直徑各不相同，開始受壓或受拉時各個軟鋼耗能單元3兩端傳力點(diǎn)距離不同。因此，在兩端的剛性連接件5發(fā)生相對位移時，直徑較小的軟鋼耗能單元3首先變形屈服發(fā)揮耗能作用，當(dāng)變形增大時，其余軟鋼耗能單元3根據(jù)圓孔9直徑的大小依次受力發(fā)生變形屈服并發(fā)揮耗能作用。軟鋼耗能單元3之間的橡膠隔層也可產(chǎn)生剪切變形發(fā)揮耗能作用。
[0017]為了更好的實(shí)現(xiàn)能耗，在耗能段6、彈性段7之間設(shè)置第一過渡板10，第一過渡板10的兩側(cè)為平滑曲線，第一過渡板10的最短端的寬度與耗能段6的寬度相同，第一過渡板10的最長端的寬度與彈性段7的寬度相同；在彈性段7、剛性端部8之間設(shè)置第二過渡板11，第二過渡板11為楔形結(jié)構(gòu)，第二過渡板11的最短端的寬度與彈性段7的寬度相同，第二過渡板11的最長端的寬度與剛性端部8的寬度相同；耗能段6、第一過渡板10、彈性段7、第二過渡板
11、剛性端部8—體成型。
[0018]本實(shí)施例中，三個軟鋼耗能單元3等長，均由耗能段6，彈性段7和剛性端部8組成。在軟鋼耗能單元3軸向上軟鋼耗能單元C的圓孔直徑大于軟鋼耗能單元B的圓孔直徑，軟鋼耗能單元B的圓孔直徑大于軟鋼耗能單元A的圓孔直徑。剛性連接件5的直徑與最小圓孔直徑(即軟鋼耗能單元A的圓孔直徑)相等。
[0019]安裝時，剛性連接件5穿過所有三個軟鋼耗能單元3在端部的圓孔9，通過螺栓將剛性連接件5固定在建筑結(jié)構(gòu)上。使用狀態(tài)下，剛性連接件5將結(jié)構(gòu)的變形傳遞給軟鋼耗能單元3。由于軟鋼耗能單元A的圓孔直徑最小，剛性連接件5的相對位移首先傳遞給軟鋼耗能單元A，軟鋼耗能單元A變形至屈服產(chǎn)生耗能作用；隨著變形增大，軟鋼耗能單元B的圓孔9邊緣與剛性連接件5接觸，軟鋼耗能單元B啟動，并產(chǎn)生變形屈服發(fā)揮耗能作用；當(dāng)變形繼續(xù)增大時，軟鋼耗能單元C啟動并發(fā)揮耗能作用。正向加載和反向加載時，均是軟鋼耗能單元A先啟動，然后是軟鋼耗能單元B，軟鋼耗能單元C依次啟動。
[0020]圖6為本實(shí)施例的滯回曲線，縱坐標(biāo)為軸力，橫坐標(biāo)為變形?？梢钥闯觯緦?shí)施例有三個屈服點(diǎn)，分別對應(yīng)軟鋼耗能單元A，軟鋼耗能單元B，軟鋼耗能單元C的屈服點(diǎn)。本發(fā)明在可以在提供較高耗能能力的同時，避免向結(jié)構(gòu)附加過高的附加彈性剛度，耗能能力隨變形增大而增加。
【主權(quán)項】
1.一種具有分級屈服功能的防屈曲支撐，其特征在于:包括套筒，套筒內(nèi)設(shè)有耗能組，在套筒和耗能組之間填充混凝土;在混凝土與耗能組之間設(shè)有橡膠隔層； 所述耗能組包括并列設(shè)置有2個以上耗能單元，相鄰耗能單元之間設(shè)有橡膠隔層； 每個耗能單元的兩側(cè)端部分別開有直徑相同的圓孔，各耗能單元上的圓孔直徑不相等;剛性連接件依次穿過所有耗能單元端部所開圓孔后與建筑結(jié)構(gòu)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有分級屈服功能的防屈曲支撐，其特征在于:所述耗能單元為軟鋼板，包括從中間向兩側(cè)依次設(shè)置的耗能段、彈性段、剛性端部，且耗能段、彈性段、剛性端部的寬度依次增大;所述圓孔開設(shè)在剛性端部上。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有分級屈服功能的防屈曲支撐，其特征在于:所述耗能段、彈性段、剛性端部一體成型，為一個整體。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的具有分級屈服功能的防屈曲支撐，其特征在于:耗能段、彈性段通過第一過渡板連接，第一過渡板的兩側(cè)為平滑曲線，第一過渡板的最短端的寬度與耗能段的寬度相同，第一過渡板的最長端的寬度與彈性段的寬度相同；彈性段、剛性端部通過第二過渡板連接，第二過渡板為楔形結(jié)構(gòu)，第二過渡板的最短端的寬度與彈性段的寬度相同，第二過渡板的最長端的寬度與剛性端部的寬度相同。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有分級屈服功能的防屈曲支撐，其特征在于:所述耗能段、第一過渡板、彈性段、第二過渡板、剛性端部一體成型。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有分級屈服功能的防屈曲支撐，其特征在于:所述圓孔直徑成等差數(shù)列，且剛性連接件的直徑與最小圓孔的直徑相等。
【文檔編號】E04B1/98GK106088381SQ201610573269
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月20日
【發(fā)明人】蒲武川, 黃斌
【申請人】武漢理工大學(xué)