一種分段屈服變形可控防屈曲支撐裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種消能減震裝置，具體涉及一種防屈曲耗能支撐型構件，可應用于建筑結構的消能減震。
【背景技術】
[0002]目前，為解決普通支撐受壓屈曲以及滯回性能差的問題，一般在支撐外部設置套管，約束支撐的受壓屈曲。防屈曲支撐僅有芯板與其它構件連接，所受的荷載全部由芯板承擔，外套筒和填充材料僅約束芯板受壓屈曲，使芯板在受壓和受拉下均能進入屈服，因而防屈曲支撐的滯回性能優(yōu)良。防屈曲支撐一方面可以避免普通支撐拉壓承載力差異顯著的缺陷，另一方面具有金屬阻尼器的耗能能力，可以在結構中充當“保險絲”，地震中可減輕主體結構的破壞。目前防屈曲支撐越來越多應用在建筑結構的消能減震設計中。
[0003]但是傳統(tǒng)的防屈曲支撐及應用一般有三個特點:①耗能段芯板通常沿長度方向為均一截面，軸向變形均勻分布于芯板全長范圍；②傳統(tǒng)防屈曲支撐的構造本身一般沒有對芯板的最大軸向變形進行限制的保護裝置；③應用中一般要求芯板在小震下保持彈性，進入中震以后才發(fā)揮耗能作用。以上幾個特點導致傳統(tǒng)防屈曲支撐耗能效率較低，并且自身不具備變形限制保護功能，較難從小震到大震全過程發(fā)揮高效的耗能作用，使防屈曲支撐的應用范圍受到限制，不能滿足當前工程中對防屈曲支撐逐漸提高的技術要求。根據(jù)目前所能獲知的資料，逐漸開始出現(xiàn)對防屈曲支撐耗能機制改良的不同嘗試，如中國專利“多級串聯(lián)防屈曲支撐及制作方法”(公開號:CN102493570A，公開日:2012.06.13)和“多級并聯(lián)防屈曲支撐”(公開號:CN102493571A，公開日:2012.06.13)，通過采取構造措施，可以一定程度上改善防屈曲支撐耗能效果，但構造形式復雜，制作生產較為困難，制作成本較高。
【實用新型內容】
[0004]針對現(xiàn)有技術的不足，本實用新型旨在提供一種分段屈服變形可控防屈曲支撐裝置，在保留傳統(tǒng)防屈曲支撐受壓不屈曲的基本功能的基礎上，通過改變原有變形均布于芯板全長范圍內的特點，使得芯板按照設定的順序分區(qū)段漸進式進入屈服，提高支撐在小變形下的耗能效果；同時對各區(qū)段的最大變形進行限制，使支撐本身具有自我保護功能。最終實現(xiàn)防屈曲支撐在更大的范圍內良好耗能，提高安全性。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術方案:
[0006]—種分段屈服變形可控防屈曲支撐裝置，包括外鋼套筒、設置于外鋼套筒內部的芯板以及外鋼套筒和芯板之間的填充材料，芯板和填充材料之間還設置有緩沖材料；芯板沿長度方向分為若干不同的區(qū)段，每個區(qū)段上開設不同寬度的縫隙；另外，所述芯板不同區(qū)段之間的過渡區(qū)域開設有橢圓形螺栓孔，而在外鋼套筒相應位置開設圓形螺栓孔，所述外鋼套筒和芯板之間通過所述橢圓形螺栓孔和圓形螺栓孔安裝有限位螺栓。
[0007]需要說明的是，在芯板上沿長度方向設置不同的區(qū)段，并通過在各區(qū)段上設置不同寬度的縫隙以實現(xiàn)每個區(qū)段的有效耗能面積不同，從而使芯板分為多個耗能區(qū)段，不同耗能區(qū)段根據(jù)地震作用的水平不同，進入屈服的順序不一樣，最終可以實現(xiàn)小震、中震、大震中各區(qū)段發(fā)揮不同的耗能作用。另外，通過螺栓可以限制芯板相對于外鋼套筒的軸向變形量。
[0008]進一步地，根據(jù)所需要的各區(qū)段有效面積比例確定相應區(qū)段芯板所開縫隙的寬度。
[0009]進一步地，所述橢圓形螺栓孔的長向沿芯板軸向布置，螺栓孔長向直徑尺寸根據(jù)限位螺栓在孔內的可移動距離達到耗能區(qū)段芯板軸向變形的控制需要而定。
[0010]本實用新型的有益效果在于:
[0011]1、通過將芯板從傳統(tǒng)的在全長范圍內的均一耗能改進為分區(qū)段漸進式耗能，提高小變形下的耗能效果；
[0012]2、實現(xiàn)了不同區(qū)段最大變形量的有效控制，具有自我變形保護功能；
[0013]3、擴大了防屈曲支撐的耗能應用范圍，可從小震到大震全過程發(fā)揮良好耗能作用；
[0014]4、中間區(qū)段可不用軟鋼，僅在兩端大震耗能區(qū)采用軟鋼，降低了防屈曲支撐的材料成本。
[0015]5、構造簡單，加工制作成本低。
【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型的橫斷面圖；
[0017]圖2為圖1中的芯板結構示意圖；
[0018]圖3為圓形螺栓孔在外鋼套筒的布置示意圖。
[0019]圖4為本實用新型性能計算機模擬結果示意圖。
【具體實施方式】
[0020]以下將結合附圖對本實用新型作進一步的描述，需要說明的是，本實施例以本技術方案為前提，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本實用新型的保護范圍并不限于本實施例。
[0021]如圖1所示，一種分段屈服變形可控防屈曲支撐裝置，包括外鋼套筒2、設置于外鋼套筒2內部的芯板I以及外鋼套筒2和芯板I之間的填充材料3，芯板I和填充材料3之間還設置有緩沖材料(圖中未示)。所述填充材料采用灰漿或混凝土，而所述緩沖材料為無粘結材料。
[0022]如圖2、圖3所示，芯板I沿長度方向分為不同的區(qū)段11、12、和13，每個區(qū)段11、12、13上分別開設不同寬度的縫隙111、121、131，以實現(xiàn)三個區(qū)段的有效截面積不同，縫隙111、121、131的寬度分別記為11、t2、t3，則三個區(qū)段的有效面積分別記為Al、A2、A3，確保A1〈A2〈A3，其具體比值可根據(jù)所控制的每個區(qū)段最大變形量以及芯板材料的屈服強度、屈服后的強化參數(shù)進行計算，如Al、A2的比例關系原則上應保證區(qū)段11芯板屈服強化后，在達到最大限制變形量之前，芯板軸力不會導致區(qū)段12發(fā)生屈服，A2、A3之間的比例關系類似。確定Al、A2、A3的有效數(shù)值后，可進一步確定各區(qū)段的縫隙寬度，原則上有tl>t2H3。
[0023]進一步地，所述芯板區(qū)段12和區(qū)段13之間的過渡區(qū)域開設有橢圓形螺栓孔14，區(qū)段11和區(qū)段12之間的過渡區(qū)域開設有橢圓形螺栓孔15，而在外鋼套筒2相應位置開設圓形螺栓孔21，所述外鋼套筒2和芯板I之間通過所述橢圓形螺栓孔和圓形螺栓孔安裝有限位螺栓4。
[0024]通過限位螺栓4將芯板I和外鋼套筒2連接起來，芯板I相對于外鋼套筒2可實現(xiàn)沿軸向的有限變形。限位螺栓4在橢圓形螺栓孔中可發(fā)生的相對移動量即為所控制的該芯板區(qū)段的軸向拉伸或壓縮的幅值范圍。一般可限制芯板的相對軸向變形為2%，此時防屈曲支撐的性能較為穩(wěn)定。根據(jù)耗能區(qū)段的長度和相對變形限值，可計算該區(qū)段的絕對伸縮量，從而得到橢圓形螺栓孔的長軸直徑。記橢圓形螺栓孔14的長軸直徑為d2，橢圓形螺栓孔15的長軸直徑為dl，原則上有dl〈d2。
[0025]需要進一步說明的是，本實用新型的分段屈服變形可控防屈曲支撐裝置，在制作過程中，應確保芯板I上所開設的縫隙以及橢圓形螺栓孔不會被外鋼套筒2內的填充材料3填充，否則芯板I將失去分段耗能能力。為此需要在芯板I上開設縫隙和孔洞的位置預先用低強度硬質塑料薄板黏貼覆蓋。
[0026]如圖4所示，從計算機模擬本裝置的性能結果滯回曲線來看，曲線上A點代表區(qū)段11開始進入屈服，當變形達到點B時，區(qū)段11變形受到保護限制，該區(qū)段變形不再增大，此時區(qū)段12開始進入屈服；同樣變形達到C點時，區(qū)段12變形得到保護限制，區(qū)段13進入屈服耗能階段；D點變形為整個裝置在罕遇地震下能達到的最大變形，區(qū)段13芯板通過采用軟鋼材料，實現(xiàn)該區(qū)段變形能力滿足最大變形需要。綜上所述，本實用新型實現(xiàn)了各區(qū)段的漸進式屈服耗能。
[0027]對于本領域的技術人員來說，可以根據(jù)以上的技術方案和構思，作出各種相應的改變和變形，而所有的這些改變和變形都應該包括在本實用新型權利要求的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種分段屈服變形可控防屈曲支撐裝置，包括外鋼套筒、設置于外鋼套筒內部的芯板以及外鋼套筒和芯板之間的填充材料，芯板和填充材料之間還設置有緩沖材料；其特征在于:芯板沿長度方向分為若干不同的區(qū)段，每個區(qū)段上開設不同寬度的縫隙；另外，所述芯板不同區(qū)段之間的過渡區(qū)域開設有橢圓形螺栓孔，而在外鋼套筒相應位置開設圓形螺栓孔，所述外鋼套筒和芯板之間通過所述橢圓形螺栓孔和圓形螺栓孔安裝有限位螺栓。2.根據(jù)權利要求1所述的一種分段屈服變形可控防屈曲支撐裝置，其特征在于，根據(jù)所需要的各區(qū)段有效面積比例確定相應區(qū)段芯板所開縫隙的寬度。3.根據(jù)權利要求1所述的一種分段屈服變形可控防屈曲支撐裝置，其特征在于，所述橢圓形螺栓孔的長向沿芯板軸向布置，螺栓孔長向直徑尺寸根據(jù)限位螺栓在孔內的可移動距離達到耗能區(qū)段芯板軸向變形的控制需要而定。
【專利摘要】本實用新型公開了一種分段屈服變形可控防屈曲支撐裝置，包括外鋼套筒、芯板、外鋼套筒和芯板之間的填充材料，芯板和填充材料之間設置有緩沖材料。芯板沿長度方向分為不同的區(qū)段，各區(qū)段開設不同寬度的縫隙，區(qū)段之間過渡段預留橢圓形螺栓孔，外鋼套筒在相應位置預留圓形螺栓孔，通過限位螺栓限制芯板相對于外鋼套筒的軸向變形量。本實用新型通過將芯板在長度方向可按預設的順序實現(xiàn)分段漸進式屈服，可根據(jù)小震、中震、大震不同地震水平分別控制芯板屈服發(fā)生的區(qū)段，提高耗能效率；另外，不同區(qū)段芯板軸向變形的最大量值可有效控制，避免芯材拉斷和受壓時因摩擦力增大而性能不穩(wěn)定。可應用于建筑結構的消能減震。
【IPC分類】E04B1/98
【公開號】CN204876153
【申請?zhí)枴緾N201520610807
【發(fā)明人】安東亞
【申請人】華東建筑設計研究院有限公司
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年8月14日