技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于土木工程領(lǐng)域，涉及一種用于減小工程結(jié)構(gòu)地震災(zāi)害的圓管自定心屈曲約束支撐端部連接裝置。

背景技術(shù)：

地震給人類帶來極其嚴(yán)重的災(zāi)難。傳統(tǒng)的抗震設(shè)計(jì)采用的是延性設(shè)計(jì)方法，即在地震作用下，通過結(jié)構(gòu)部分構(gòu)件（例如耗能支撐）的提前屈服和破壞，但整體不至于喪失功能，依靠構(gòu)件的塑性變形來耗散大部分的地震能量，從而達(dá)到保證主體結(jié)構(gòu)安全的目的。其中，屈曲約束支撐由于具有耗能能力強(qiáng)、減震效果好和震后易更換等優(yōu)點(diǎn)，在近年來得到廣泛的應(yīng)用。

屈曲約束支撐是一種金屬屈服耗能構(gòu)件，它由承受軸向荷載的核心單元和防止核心單元產(chǎn)生低階屈曲的約束單元組成。屈曲約束支撐在小震和設(shè)計(jì)風(fēng)荷載作用下，始終處在全構(gòu)件的彈性變形階段，為結(jié)構(gòu)提供足夠的剛度和強(qiáng)度。在中震和大震作用下，屈曲約束支撐的核心單元會(huì)進(jìn)入屈服階段，從而通過塑性變形耗散地震能量，減少主體結(jié)構(gòu)的地震影響，保證主體的安全性。但是屈曲約束支撐較低的屈服后剛度則會(huì)使其框架結(jié)構(gòu)在震后易于產(chǎn)生較大殘余變形，從而大幅提高了結(jié)構(gòu)修復(fù)的難度和費(fèi)用。

為有效控制屈曲約束支撐的殘余變形，可將由預(yù)拉桿、雙重套管和端板組成的自定心系統(tǒng)引入屈曲約束支撐中，形成自定心屈曲約束支撐。地震時(shí)，自定心屈曲約束支撐憑借施加在預(yù)拉桿中的預(yù)張力能有效克核心單元的塑性變形，從而顯著減小支撐的殘余變形，使其達(dá)到自定心的效果。但傳統(tǒng)自定心屈曲約束支撐初始剛度很大，會(huì)導(dǎo)致地震時(shí)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的基底剪力。此外，受套管長(zhǎng)度加工誤差的影響，傳統(tǒng)自定心屈曲約束支撐的初始剛度難以確定，使得結(jié)構(gòu)的基本周期無法精確估計(jì)，從而影響結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。由于傳統(tǒng)預(yù)拉桿材料極限彈性應(yīng)變較小，在產(chǎn)生較大變形后會(huì)引起不可恢復(fù)的塑性應(yīng)變，甚至發(fā)生預(yù)拉桿的斷裂，從而導(dǎo)致預(yù)張力的損失，不但影響結(jié)構(gòu)的自定心效果，還會(huì)形成薄弱層效應(yīng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問題：本發(fā)明針對(duì)已有自定心屈曲約束支撐初始剛度大，受套管長(zhǎng)度加工誤差的影響顯著和發(fā)生較大變形時(shí)易出現(xiàn)預(yù)拉桿斷裂的缺陷，提供一種既能減小自定心屈曲約束支撐的初始剛度，降低套管長(zhǎng)度加工誤差影響，而且還能有效避免預(yù)拉桿斷裂的圓管自定心屈曲約束支撐端部連接裝置。

技術(shù)方案：本發(fā)明的圓管自定心屈曲約束支撐端部連接裝置，包括夾層橡膠端板、穿過夾層橡膠端板的圓管形連接件、插入所述圓管形連接件無約束端并與圓管形連接件上、下外表面連接的摩擦內(nèi)板、連接在所述摩擦內(nèi)板兩側(cè)的摩擦外板。夾層橡膠端板包括橡膠墊、設(shè)置在所述橡膠墊朝向摩擦內(nèi)板一側(cè)的端板、設(shè)置在所述橡膠墊另一側(cè)的內(nèi)墊板和外墊板，外墊板位于內(nèi)墊板的外側(cè)，通過螺栓將所述端板、橡膠墊和內(nèi)墊板相互固定，通過鋼卡將所述端板、橡膠墊和外墊板相互固定。摩擦內(nèi)板與摩擦外板的連接方式為：在所述摩擦內(nèi)板上設(shè)置有槽孔，在摩擦外板上設(shè)有螺栓孔，將槽孔沿圓管形連接件的軸向布設(shè)，將螺栓穿過螺栓孔和槽孔使摩擦內(nèi)板和摩擦外板連為一體。

進(jìn)一步的，本發(fā)明端部連接裝置中，夾層橡膠端板上設(shè)置有用以穿過圓管形連接件的缺口，所述內(nèi)墊板位于缺口內(nèi)側(cè)，所述外墊板位于缺口外側(cè)。

進(jìn)一步的，本發(fā)明端部連接裝置中，圓管形連接件的無約束端設(shè)有與夾層橡膠端板的缺口相匹配的槽口，圓管形連接件的無約束端穿過夾層橡膠端板的缺口，摩擦內(nèi)板通過所述槽口插入圓管形連接件無約束端。

本發(fā)明的圓管自定心屈曲約束支撐端部連接裝置與自定心屈曲約束支撐的連接方式為：圓管形連接件的約束端分別與自定心屈曲約束支撐的核心板一端和外套管焊接、外墊板與自定心屈曲約束支撐的外套管接觸、內(nèi)墊板與自定心屈曲約束支撐的內(nèi)套管接觸、設(shè)置在內(nèi)套管中的預(yù)拉桿在施加預(yù)應(yīng)力后通過錨具錨固在端板上。

有益效果：本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）本發(fā)明技術(shù)方案能有效減小自定心屈曲約束支撐的初始剛度。傳統(tǒng)的自定心屈曲約束支撐初始剛度等于內(nèi)、外套管、預(yù)拉桿和核心板的軸向剛度之和，為避免內(nèi)、外套管發(fā)生整體或局部屈曲，套管通常具有很大的軸向剛度，導(dǎo)致自定心屈曲約束支撐的初始剛度較大。而本發(fā)明采用了夾層橡膠端板，使得端板中的橡膠墊與內(nèi)、外套管串聯(lián)在一起。由于橡膠的彈性模量很低，從而能顯著降低自定心屈曲約束支撐的初始剛度，既能有效控制結(jié)構(gòu)地震時(shí)的基底剪力，降低建造費(fèi)用，又能降低結(jié)構(gòu)地震時(shí)的最大樓層加速度，減小了建筑中的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和設(shè)備損傷程度。

（2）本發(fā)明技術(shù)方案能有效降低套管長(zhǎng)度加工誤差對(duì)自定心屈曲約束支撐初始剛度的影響。在傳統(tǒng)的自定心屈曲約束支撐統(tǒng)中，由于套管長(zhǎng)度加工誤差的存在，在施加預(yù)張力后長(zhǎng)度較短的套管兩端無法與兩側(cè)端板同時(shí)接觸，使得自定心屈曲約束支撐的初始剛度與理論值相差較大，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的基本周期難以確定，對(duì)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)造成影響。而本發(fā)明采用了夾層橡膠端板，并且夾層橡膠端板分別通過外墊板和內(nèi)墊板與外套管和內(nèi)套管接觸。由于橡膠的彈性模量較低，使得長(zhǎng)度較短的套管也能與兩側(cè)端板同時(shí)接觸，從而有效降低了套管長(zhǎng)度加工誤差對(duì)自定心屈曲約束支撐初始剛度的影響。

（3）本發(fā)明能有效避免預(yù)拉桿的斷裂。與傳統(tǒng)的自定心屈曲約束支撐端部連接裝置相比，本發(fā)明由于帶有摩擦保險(xiǎn)裝置，當(dāng)自定心屈曲約束支撐軸力達(dá)到其的滑動(dòng)摩擦力時(shí)，摩擦保險(xiǎn)裝置便啟動(dòng)，而自定心屈曲約束支撐主體不再繼續(xù)變形。因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，只需計(jì)算出預(yù)拉桿斷裂時(shí)對(duì)應(yīng)的自定心屈曲約束支撐軸力限值，并取摩擦保險(xiǎn)裝置的滑動(dòng)摩擦力小于該值，便能防止預(yù)拉桿的斷裂，從而保證在控制結(jié)構(gòu)殘余變形的同時(shí)，避免由于預(yù)拉桿斷裂引起的結(jié)構(gòu)薄弱層效應(yīng)。

（4）本發(fā)明能有效的控制自定心屈曲約束支撐的最大軸力。由于傳統(tǒng)自定心屈曲約束支撐端部連接裝置僅起到連接自定心屈曲約束支撐與主體結(jié)構(gòu)并傳遞內(nèi)力的作用，而不能控制自定心屈曲約束支撐軸力。在大震作用下，由于結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較大變形，而引起自定心屈曲約束支撐軸力過大，會(huì)對(duì)相鄰節(jié)點(diǎn)和構(gòu)件產(chǎn)生不利影響，甚至引起結(jié)構(gòu)的局部破壞。而本發(fā)明由于帶有摩擦保險(xiǎn)裝置，當(dāng)摩擦保險(xiǎn)裝置啟動(dòng)后，自定心屈曲約束支撐的軸力便不再增加，從而避免相鄰構(gòu)件的破壞，有利于保證大震下結(jié)構(gòu)的整體性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明裝置的正視圖；

圖2為本發(fā)明裝置與自定心屈曲約束支撐連接后的構(gòu)造示意圖；

圖3為圖2的A-A剖面圖；

圖4為圖2的B-B剖面圖；

圖5為圖2的C-C剖面圖；

圖6為摩擦內(nèi)板的正視圖；

圖7為摩擦內(nèi)板的側(cè)視圖；

圖8為摩擦外板的正視圖；

圖9為摩擦外板的側(cè)視圖；

圖10為夾層橡膠端板正視圖；

圖11為夾層橡膠端板后視圖；

圖12為夾層橡膠端板側(cè)視圖；

圖13為橡膠墊正視圖；

圖14為橡膠墊側(cè)視圖；

圖15為圓管形連接件正視圖；

圖16為圓管形連接件側(cè)視圖；

圖17為本發(fā)明的原位示意圖；

圖18為本發(fā)明裝置受拉的工作示意圖；

圖19為本發(fā)明裝置受壓的工作示意圖。

圖中有：夾層橡膠端板1、端板11、橡膠墊12、內(nèi)墊板13、外墊板14、鋼卡15、缺口16、圓管形連接件2、槽口21、摩擦內(nèi)板3、槽孔31、摩擦外板4、螺栓孔41、自定心屈曲約束支撐外套管5、自定心屈曲約束支撐內(nèi)套管6、核心板7、預(yù)拉桿8、錨具9。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合說明書附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說明。

如圖1~圖5和圖10~圖16所示，本發(fā)明的圓管自定心屈曲約束支撐端部連接裝置，包括夾層橡膠端板1，穿過夾層橡膠端板1的圓管形連接件2，插入圓管形連接件2無約束端并與圓管形連接件2上、下外表面連接的摩擦內(nèi)板3，設(shè)置在摩擦內(nèi)板3兩側(cè)的摩擦外板4。夾層橡膠端板1包括橡膠墊12，設(shè)置在橡膠墊12靠近摩擦內(nèi)板3一側(cè)的端板11，設(shè)置在橡膠墊12另一側(cè)的內(nèi)墊板13和外墊板14，外墊板14位于內(nèi)墊板13的外側(cè)，并保證外墊板14與內(nèi)墊板13之間存在間隙，通過螺栓將端板11、橡膠墊12和內(nèi)墊板13相互固定，通過鋼卡15將端板11、橡膠墊12和外墊板14相互固定。圓管形連接件2無約束端上開有多個(gè)槽口21，夾層橡膠端板1上設(shè)置有與圓管形連接件2無約束端相匹配的缺口16，以保證圓管形連接件2的無約束端能穿過夾層橡膠端板1，且圓管形連接件2能沿自定心屈曲約束支撐的軸向與夾層橡膠端板1相對(duì)滑移。摩擦內(nèi)板3通過槽口21插入圓管形連接件2無約束端。

如圖1~圖9所示，摩擦內(nèi)板3與摩擦外板4的連接方式為：在摩擦內(nèi)板3上設(shè)有槽孔31，在摩擦外板4上設(shè)有螺栓孔41，將槽孔31沿圓管形連接件2的軸向布設(shè)，將螺栓穿過螺栓孔41和槽孔31使摩擦內(nèi)板3和摩擦外板4連為一體。螺栓可在槽孔31中滑動(dòng)，擰緊螺絲后在摩擦內(nèi)板3和摩擦外板4之間可以產(chǎn)生摩擦力，當(dāng)外力大于摩擦內(nèi)板3和摩擦外板4之間的最大靜摩擦力后，摩擦內(nèi)板3和摩擦外板4可沿著槽孔31相對(duì)滑移，形成摩擦保險(xiǎn)裝置。基于支撐自定心屈曲約束支撐中預(yù)拉桿的極限彈性應(yīng)力和截面面積，得到預(yù)拉桿斷裂時(shí)支撐的軸向荷載，然后通過改變施加在螺栓上的扭矩使摩擦內(nèi)板3和摩擦外板4之間的最大靜摩擦力小于該軸力，以避免由于支撐軸力過大而引起預(yù)拉桿的斷裂。

如圖2~圖5所示，圓管自定心屈曲約束支撐端部連接裝置與自定心屈曲約束支撐的連接方式為：圓管形連接件2的約束端分別與自定心屈曲約束支撐的核心板7一端和外套管5焊接，外墊板14與自定心屈曲約束支撐的外套管5接觸，內(nèi)墊板13與自定心屈曲約束支撐的內(nèi)套管6接觸，設(shè)置在內(nèi)套管6中的預(yù)拉桿8在施加預(yù)應(yīng)力后通過錨具9錨固在端板11上。自定心屈曲約束支撐另一端既可采用傳統(tǒng)的自定心屈曲約束支撐端部連接裝置，也可采用圓管自定心屈曲約束支撐端部連接裝置，但支撐另一端的連接裝置需分別與核心板7的另一端和內(nèi)套管6焊接，以保證隨著結(jié)構(gòu)的變形，自定心屈曲約束支撐兩端的連接裝置能分別帶動(dòng)外套管5和內(nèi)套管6產(chǎn)生相互錯(cuò)動(dòng)，使自定心系統(tǒng)啟動(dòng)，為結(jié)構(gòu)提供剛度和自定心恢復(fù)力。

圓管自定心屈曲約束支撐端部連接裝置的工作原理如圖17~圖19所示，當(dāng)自定心屈曲約束支撐未承受外荷載時(shí)（見圖17），由于對(duì)預(yù)拉桿8施加了初始預(yù)張力，通過橡膠墊12的變形，可使存在套管長(zhǎng)度加工誤差的外套管5和內(nèi)套管6都能與夾層橡膠端板1接觸。當(dāng)自定心屈曲約束支撐受拉時(shí)（見圖18），圓管自定心屈曲約束支撐端部連接裝置會(huì)帶動(dòng)外套管5向右移動(dòng)并頂推夾層橡膠端板1，而另一端的自定心屈曲約束支撐端部連接裝置會(huì)帶動(dòng)內(nèi)套管6向左移動(dòng)并與夾層橡膠端板1脫離，外墊板14在外套管5的頂推下會(huì)擠壓其下部的橡膠墊12，而內(nèi)套管6與內(nèi)墊板13脫離后，內(nèi)墊板13下部的橡膠墊12會(huì)松弛，核心板在支撐兩端連接裝置的帶動(dòng)下受拉伸長(zhǎng)。當(dāng)自定心屈曲約束支撐受壓時(shí)（見圖19），圓管自定心屈曲約束支撐端部連接裝置會(huì)帶動(dòng)外套管5向左移動(dòng)并與夾層橡膠端板1脫離，而另一端的自定心屈曲約束支撐端部連接裝置會(huì)帶動(dòng)內(nèi)套管6向右移動(dòng)并頂推夾層橡膠端板1，內(nèi)墊板12在內(nèi)套管6的頂推下會(huì)擠壓其下部的橡膠墊12，而外套管5與外墊板14脫離后，外墊板14下部的橡膠墊12會(huì)松弛，核心板在支撐兩端連接裝置的帶動(dòng)下受壓縮短。無論自定心屈曲約束支撐受拉或受壓，橡膠墊12均有局部受壓和松弛，從而使得橡膠墊12的剛度能串聯(lián)到自定心屈曲約束支撐中。摩擦保險(xiǎn)裝置工作原理為：當(dāng)?shù)卣鹱饔孟陆Y(jié)構(gòu)變形較小時(shí)，變形完全集中于自定心屈曲約束支撐，而摩擦保險(xiǎn)裝置不啟動(dòng)；當(dāng)?shù)卣鹱饔孟陆Y(jié)構(gòu)變形較大時(shí)，變形首先集中于自定心屈曲約束支撐，當(dāng)支撐軸力達(dá)到摩擦內(nèi)板3和摩擦外板4之間的最大靜摩擦力后，摩擦內(nèi)板3和摩擦外板4便產(chǎn)生相對(duì)滑移，自定心屈曲約束支撐軸力不再增加，變形集中于摩擦保險(xiǎn)裝置，一方面避免了預(yù)拉桿的斷裂，另一方面控制了自定心屈曲約束支撐的最大軸力，防止對(duì)相鄰節(jié)點(diǎn)和構(gòu)件產(chǎn)生不利的影響。

上述實(shí)施例僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和等同替換，這些對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求進(jìn)行改進(jìn)和等同替換后的技術(shù)方案，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。