CN111691567A - 一种新型双阶屈曲约束钢支撑 - Google Patents

一种新型双阶屈曲约束钢支撑 Download PDF

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吴洋洋
季凤梅
周凯
张礼
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Nantong Lanke Shock Absorption Technology Co ltd
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Abstract

本发明公开了一种新型双阶屈曲约束钢支撑，包括轴向延伸的耗能单元、摩擦板、摩擦材料、面外约束单元以及紧固单元；耗能单元包括两端连接段和中间耗能段；所述面外约束单元为至少两个，分别设于中间耗能段的外侧面；所述摩擦板设于中间耗能段径向的端部，且与任一两端连接段固定连接；所述摩擦材料设于摩擦板与面外约束单元之间；紧固单元将摩擦板、摩擦材料以及面外约束单元紧固锁紧约束。本发明增加了一阶摩擦耗能单元，使得屈曲约束支撑在很小的位移时就能发挥耗能效果。采用纯钢面外约束替代传统的套管混凝土约束，大大降低了屈曲约束支撑的重量。

Description

一种新型双阶屈曲约束钢支撑
技术领域
本发明涉及屈曲约束支撑领域，尤其是一种新型双阶屈曲约束钢支撑。
背景技术
传统的结构抗震方法是通过提高结构本身的强度和刚度来抵御地震作用，同时利用结构的延性来消耗地震输入的能量。这种方法的缺点是在中震或大震中主要依靠结构自身的损伤来消耗能量，而由于地震作用强度和特性往往是不确定的，因此结构在地震中容易产生严重的破坏甚至出现倒塌，从而造成重大的经济损失和人员伤亡，并为震后的援救以及结构修复带来很大困难。
结构振动控制方法是改善结构抗震性能的一种积极有效的措施，给结构增加耗能装置是目前公认的最有效的结构振动控制的方法之一。耗能装置把本来应有主体结构消耗的地震能量大部分转移给耗能装置来耗散，大大减轻结构自身由于塑性耗能所产生的损伤，有效避免结构在地震中发生严重损伤和倒塌，因此这种技术具有很好的经济性和应用前景。
屈曲约束支撑是作为做常见的耗能装置，能够在受拉和受压的情况下都能达到屈服的支撑构件，滞回曲线饱满稳定，不但可作为结构构件，屈服后也是一种性能优良的阻尼器，改善了传统支撑在受压时发生屈曲的缺点。
但是屈曲约束支撑存在较大的初始弹性刚度，在结构位移较小的情况下不能发挥耗能作用，存在小震情况不能起到耗能作用的缺陷。此外常见的屈曲约束支撑的面外约束采用外套筒内填充混凝土的约束方式，导致支撑重量大，不利于现场安装。
发明内容
发明目的：为了解决现有技术所存在的问题，本发明提供了一种新型双阶屈曲约束钢支撑，解决了屈曲约束支撑小位移不能耗能以及支撑重量大不利于现场安装的问题。
技术方案：为达到上述目的，本发明可采用如下技术方案：一种新型双阶屈曲约束钢支撑，包括轴向延伸的耗能单元、摩擦板、摩擦材料、面外约束单元以及紧固单元；
所述耗能单元包括两端连接段)和中间耗能段；
所述面外约束单元为至少两个，分别设于中间耗能段的外侧面；
所述摩擦板设于中间耗能段径向的端部，且与任一两端连接段固定连接；
所述摩擦材料设于摩擦板与面外约束单元之间；
所述紧固单元将摩擦板、摩擦材料以及面外约束单元紧固锁紧约束。
所述中间耗能段外表面包裹设有包裹层，所述包裹层采用橡胶制备而成；起到预留中间耗能段屈曲变形的空间。包裹层常用橡胶等材料，厚度通常较薄。
更进一步的，所述摩擦板的材质为聚四氟乙烯，黄铜板，高分子复合材料中的一种。
所述面外约束单元采用抗弯刚度大的槽钢、角钢、矩形钢中的一种制备而成；当槽钢等面外刚度不满足要求时，可以根据需要增加加劲肋。
所述紧固单元包括螺栓、螺母以及蝶形弹簧；所述螺栓穿过面外约束单元、摩擦材料、摩擦板、蝶形弹簧后与螺母相配合；所述螺母与蝶形弹簧接触部位设有垫片；所述紧固单元通过螺母锁紧将面外约束单元、摩擦材料、摩擦板约束在一起，并施加一定的预紧力；紧固单元的预紧力可以对中间耗能段起到面外约束作用，同时为屈曲约束钢支撑一阶单元产生摩擦力；垫片起到增大接触面，分散预紧力的作用；所述蝶形弹簧由若干碟形弹簧串联，起到保持预紧力的作用。
更进一步的，所述耗能单元的两端连接段与中间耗能段一体成型或通过焊接成型。
在一些实施方式中，所述中间耗能段横截面的构造形式为一字型，所述面外约束单元为两个，分别设于中间耗能段的外侧面；所述面外约束单元两个长边侧端向外与面向垂直延伸形成凹型结构，所述摩擦板为两块，每个摩擦板贴合在两个面外约束单元的相应侧的延伸部位；所述摩擦材料设于摩擦板与面外约束单元之间；所述紧固单元依次穿过面外约束单元的延伸部位、摩擦材料、摩擦板将其紧固锁紧约束。
在一些实施方式中，所述中间耗能段横截面的构造形式为一字型，所述面外约束单元为两个，分别设于中间耗能段的外侧面；所述面外约束单元两个长边侧端向外与面向垂直延伸形成凹型结构，所述摩擦板为两块，分别设于中间耗能段两个长边侧且与中间耗能段对齐设置在同一平面，所述面外约束单元分别贴合在中间耗能段以及两侧的摩擦板形成的平面外侧，所述摩擦材料设于摩擦板与面外约束单元之间；所述紧固单元依次穿过面外约束单元、摩擦材料、摩擦板将其紧固锁紧约束。
在一些实施方式中，所述中间耗能段横截面的构造形式为十字型，所述面外约束单元为四个，且为L型结构，分别贴合设于中间耗能段的十字形结构形成的四个L型外侧面；所述摩擦板相应为四块，分别设于中间耗能段四个长边侧且与中间耗能段相应侧边对齐设置在同一平面，每个面外约束单元分别贴合在中间耗能段相应侧的L型外侧面以及其侧端的摩擦板形成的平面外侧，所述摩擦材料设于摩擦板与面外约束单元之间；所述紧固单元依次穿过面外约束单元、摩擦材料、摩擦板将其紧固锁紧约束。
在一些实施方式中，所述中间耗能段横截面的构造形式为H型，所述面外约束单元为两个，分别设于中间耗能段的H型腰部的两个外侧面；所述面外约束单元两个长边侧端向外与面向垂直延伸形成凹型结构与之配合，所述摩擦板为四块，分别设于中间耗能段两个长边侧且与中间耗能段对齐设置在同一平面，所述面外约束单元分别贴合在中间耗能段以及两侧的摩擦板形成的平面外侧，所述摩擦材料设于摩擦板与面外约束单元之间；所述紧固单元依次穿过面外约束单元、摩擦材料、摩擦板将其紧固锁紧约束。
有益效果：本发明具有以下优点：
1)增加了一阶摩擦耗能单元，使得屈曲约束支撑在很小的位移时就能发挥耗能效果。采用纯钢面外约束替代传统的套管混凝土约束，大大降低了屈曲约束支撑的重量。
2)本发明的新型双阶屈曲约束钢支撑工作时，当位移较小，中间耗能段仍处于弹性阶段时，摩擦板与摩擦材料已经发生相对位移产生摩擦力，一阶单元进行耗能，解决了传统屈曲约束支撑在小震或中震无法耗能的问题；此外采用纯钢面外约束单元替代传统的套筒混凝土约束，减少了屈曲约束支撑的体积，降低了重量。
附图说明
图1是本发明实施例1新型双阶屈曲约束钢支撑主视结构示意图；
图2是图1A-A剖视结构示意图；
图3是图2局部放大结构示意图；
图4是本发明实施例1各部件拆解轴测示意图；
图5是本发明实施例2新型双阶屈曲约束钢支撑主视结构示意图；
图6是图5A-A剖视结构示意图；
图7是本发明实施例2各部件拆解轴测示意图；
图8是本发明实施例3新型双阶屈曲约束钢支撑主视结构示意图；
图9是图8A-A剖视结构示意图；
图10是本发明实施例3各部件拆解轴测示意图；
图11是本发明实施例4新型双阶屈曲约束钢支撑主视结构示意图；
图12是图11A-A剖视结构示意图；
图13是本发明实施例4各部件拆解轴测示意图。
具体实施方式
实施例1：
请参阅图1-图4所示，本发明公开了一种新型双阶屈曲约束钢支撑，包括轴向延伸的耗能单元1、摩擦板2、摩擦材料3、面外约束单元4以及紧固单元5；
所述耗能单元1包括一体成型的两端连接段11和中间耗能段12；其中中间耗能段12横截面的构造形式为一字型，所述面外约束单元4为两个，分别设于中间耗能段12的外侧面；所述面外约束单元4两个长边侧端向外与面向垂直延伸形成凹型结构，所述摩擦板2为两块，每个摩擦板2贴合在两个面外约束单元4的相应侧的延伸部位；所述摩擦材料3设于摩擦板2与面外约束单元4之间；所述紧固单元5依次穿过面外约束单元4的延伸部位、摩擦材料3、摩擦板2将其紧固锁紧约束。
所述摩擦板2且与任一两端连接段11固定连接；所述中间耗能段12外表面包裹设有包裹层，所述包裹层采用橡胶制备而成；起到预留中间耗能段屈曲变形的空间。包裹层常用橡胶等材料，厚度通常较薄。所述摩擦板2的材质为聚四氟乙烯，黄铜板，高分子复合材料中的一种。
所述面外约束单元4采用抗弯刚度大的槽钢、角钢、矩形钢中的一种制备而成；当槽钢等面外刚度不满足要求时，可以根据需要增加加劲肋。
所述紧固单元5包括螺栓51、螺母52以及蝶形弹簧53；所述螺栓51穿过面外约束单元4、摩擦材料3、摩擦板2、蝶形弹簧53后与螺母52相配合；所述螺母52与蝶形弹簧53接触部位设有垫片54；所述紧固单元通过螺母锁紧将面外约束单元4、摩擦材料3、摩擦板2约束在一起，并施加一定的预紧力；紧固单元的预紧力可以对中间耗能段起到面外约束作用，同时为屈曲约束钢支撑一阶单元产生摩擦力；垫片起到增大接触面，分散预紧力的作用；所述蝶形弹簧由若干碟形弹簧串联，起到保持预紧力的作用。
实施例2：
请参阅图5-图7所示，本发明公开了一种新型双阶屈曲约束钢支撑，其他实施方式与实施例1相同，不同之处在于：
所述耗能单元1包括一体成型的两端连接段11和中间耗能段12；其中中间耗能段12横截面的构造形式为一字型，所述面外约束单元4为两个，分别设于中间耗能段12的外侧面；所述面外约束单元4两个长边侧端向外与面向垂直延伸形成凹型结构，所述摩擦板2为两块，分别设于中间耗能段12两个长边侧且与中间耗能段12对齐设置在同一平面，所述面外约束单元4分别贴合在中间耗能段12以及两侧的摩擦板2形成的平面外侧，所述摩擦材料3设于摩擦板2与面外约束单元4之间；所述紧固单元5依次穿过面外约束单元4、摩擦材料3、摩擦板2将其紧固锁紧约束。
实施例3：
请参阅图8-10所示，本发明公开了一种新型双阶屈曲约束钢支撑，其他实施方式与实施例1相同，不同之处在于：
所述耗能单元1包括一体成型的两端连接段11和中间耗能段12；所述中间耗能段12横截面的构造形式为十字型，所述面外约束单元4为四个，且为L型结构，分别贴合设于中间耗能段12的十字形结构形成的四个L型外侧面；所述摩擦板2相应为四块，分别设于中间耗能段12四个长边侧且与中间耗能段12相应侧边对齐设置在同一平面，每个面外约束单元4分别贴合在中间耗能段12相应侧的L型外侧面以及其侧端的摩擦板2形成的平面外侧，所述摩擦材料3设于摩擦板2与面外约束单元4之间；所述紧固单元5依次穿过面外约束单元4、摩擦材料3、摩擦板2将其紧固锁紧约束。
实施例4：
请参阅图11-13所示，在一些实施方式中，所述中间耗能段12横截面的构造形式为H型，所述面外约束单元4为两个，分别设于中间耗能段12的H型腰部的两个外侧面；所述面外约束单元4两个长边侧端向外与面向垂直延伸形成凹型结构与之配合，所述摩擦板2为四块，分别设于中间耗能段12两个长边侧且与中间耗能段12对齐设置在同一平面，所述面外约束单元4分别贴合在中间耗能段12以及两侧的摩擦板2形成的平面外侧，所述摩擦材料3设于摩擦板2与面外约束单元4之间；所述紧固单元5依次穿过面外约束单元4、摩擦材料3、摩擦板2将其紧固锁紧约束。此外，所述摩擦板2上方还设有垫板6，进一步增加其锁紧的稳固性。
本发明的新型双阶屈曲约束钢支撑在工作时，当位移较小，中间耗能段仍处于弹性阶段时，摩擦板与摩擦材料已经发生相对位移产生摩擦力，一阶单元进行耗能，解决了传统屈曲约束支撑在小震或中震无法耗能的问题；此外采用纯钢面外约束单元替代传统的套筒混凝土约束，减少了屈曲约束支撑的体积，降低了重量。

Claims (10)

1.一种新型双阶屈曲约束钢支撑，其特征在于包括轴向延伸的耗能单元(1)、摩擦板(2)、摩擦材料(3)、面外约束单元(4)以及紧固单元(5)；
所述耗能单元(1)包括两端连接段(11)和中间耗能段(12)；
所述面外约束单元(4)为至少两个，分别设于中间耗能段(12)的外侧面；
所述摩擦板(2)设于中间耗能段(12)径向的端部，且与任一两端连接段(11)固定连接；
所述摩擦材料(3)设于摩擦板(2)与面外约束单元(4)之间；
所述紧固单元(5)将摩擦板(2)、摩擦材料(3)以及面外约束单元(4)紧固锁紧约束。
2.根据权利要求1所述的新型双阶屈曲约束钢支撑，其特征在于：所述中间耗能段(12)外表面包裹设有包裹层，所述包裹层采用橡胶制备而成。
3.根据权利要求1所述的新型双阶屈曲约束钢支撑，其特征在于：所述摩擦板(2)的材质为聚四氟乙烯，黄铜板，高分子复合材料中的一种。
4.根据权利要求1所述的新型双阶屈曲约束钢支撑，其特征在于：所述面外约束单元(4)采用抗弯刚度大的槽钢、角钢、矩形钢中的一种制备而成。
5.根据权利要求1所述的新型双阶屈曲约束钢支撑，其特征在于：所述紧固单元(5)包括螺栓(51)、螺母(52)以及蝶形弹簧(53)；所述螺栓(51)穿过面外约束单元(4)、摩擦材料(3)、摩擦板(2)、蝶形弹簧(53)后与螺母(52)相配合；所述螺母(52)与蝶形弹簧(53)接触部位设有垫片(54)。
6.根据权利要求1所述的新型双阶屈曲约束钢支撑，其特征在于：所述耗能单元(1)的两端连接段(11)与中间耗能段(12)一体成型或通过焊接成型。
7.根据权利要求1所述的新型双阶屈曲约束钢支撑，其特征在于：所述中间耗能段(12)横截面的构造形式为一字型，所述面外约束单元(4)为两个，分别设于中间耗能段(12)的外侧面；所述面外约束单元(4)两个长边侧端向外与面向垂直延伸形成凹型结构，所述摩擦板(2)为两块，每个摩擦板(2)贴合在两个面外约束单元(4)的相应侧的延伸部位；所述摩擦材料(3)设于摩擦板(2)与面外约束单元(4)之间；所述紧固单元(5)依次穿过面外约束单元(4)的延伸部位、摩擦材料(3)、摩擦板(2)将其紧固锁紧约束。
8.根据权利要求1所述的新型双阶屈曲约束钢支撑，其特征在于：所述中间耗能段(12)横截面的构造形式为一字型，所述面外约束单元(4)为两个，分别设于中间耗能段(12)的外侧面；所述面外约束单元(4)两个长边侧端向外与面向垂直延伸形成凹型结构，所述摩擦板(2)为两块，分别设于中间耗能段(12)两个长边侧且与中间耗能段(12)对齐设置在同一平面，所述面外约束单元(4)分别贴合在中间耗能段(12)以及两侧的摩擦板(2)形成的平面外侧，所述摩擦材料(3)设于摩擦板(2)与面外约束单元(4)之间；所述紧固单元(5)依次穿过面外约束单元(4)、摩擦材料(3)、摩擦板(2)将其紧固锁紧约束。
9.根据权利要求1所述的新型双阶屈曲约束钢支撑，其特征在于：所述中间耗能段(12)横截面的构造形式为十字型，所述面外约束单元(4)为四个，且为L型结构，分别贴合设于中间耗能段(12)的十字形结构形成的四个L型外侧面；所述摩擦板(2)相应为四块，分别设于中间耗能段(12)四个长边侧且与中间耗能段(12)相应侧边对齐设置在同一平面，每个面外约束单元(4)分别贴合在中间耗能段(12)相应侧的L型外侧面以及其侧端的摩擦板(2)形成的平面外侧，所述摩擦材料(3)设于摩擦板(2)与面外约束单元(4)之间；所述紧固单元(5)依次穿过面外约束单元(4)、摩擦材料(3)、摩擦板(2)将其紧固锁紧约束。
10.根据权利要求1所述的新型双阶屈曲约束钢支撑，其特征在于：所述中间耗能段(12)横截面的构造形式为H型，所述面外约束单元(4)为两个，分别设于中间耗能段(12)的H型腰部的两个外侧面；所述面外约束单元(4)两个长边侧端向外与面向垂直延伸形成凹型结构与之配合，所述摩擦板(2)为四块，分别设于中间耗能段(12)两个长边侧且与中间耗能段(12)对齐设置在同一平面，所述面外约束单元(4)分别贴合在中间耗能段(12)以及两侧的摩擦板(2)形成的平面外侧，所述摩擦材料(3)设于摩擦板(2)与面外约束单元(4)之间；所述紧固单元(5)依次穿过面外约束单元(4)、摩擦材料(3)、摩擦板(2)将其紧固锁紧约束。
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