專利名稱：輕型三重金屬圓管屈曲約束支撐耗能器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型屈曲約束支撐耗能器，屬于土木工程領(lǐng)域，可用于新建或加固工 程結(jié)構(gòu)，提高其抗震能力，從而提高結(jié)構(gòu)安全性。
背景技術(shù)：
在正常使用或結(jié)構(gòu)遭遇較小地震作用時，結(jié)構(gòu)中設(shè)置的屈曲約束支撐耗能器能為結(jié)構(gòu) 提供有效支撐，而在中震或罕遇地震作用下，它將利用金屬的屈服、滯回性能耗散地震能 量，保護主體結(jié)構(gòu)，地震后可以方便地予以更換。
屈曲約束支撐耗能器一般由核心受力部件、屈曲約束部件、無粘結(jié)隔離和可壓縮層及 端部連接部件等部分組成，基本受力原理是在屈曲約束部件的限制下，核心受力部件在 整個受力過程中始終處于接近軸向受力狀態(tài)而不會發(fā)生整體或低階的局部屈曲，在外力作 用下產(chǎn)生拉壓塑性變形從而消耗地震輸入結(jié)構(gòu)的能量。
屈曲約束支撐的核心受力部件又可以劃分成以下三個區(qū)域約束屈服段、約束非屈服 段和無約束非屈服段。約束屈服段作為核心受力部件的最重要區(qū)域，以往最常見的截面形 式為一字型、十字型截面。無約束非屈服段是屈曲約束支撐與主體結(jié)構(gòu)相連的部分，通常 為螺栓連接，也可采用焊接連接。為了保證耗能器在受力過程中僅在約束屈服段產(chǎn)生屈服 效應(yīng)，并保證端部連接的可靠性，需確保無約束非屈服段始終處于彈性狀態(tài)，為了達到這 一目的，以往的措施為加大無約束非屈服段的面積，或采取加勁肋等構(gòu)造措施。約束非屈 服段是連接約束屈服段和無約束屈服段的部分，由于上述兩個部分的截面積不等，約束非 屈服段作為兩者之間的過渡部分，截面的變化應(yīng)該平緩，從而避免應(yīng)力集中。核心受力部 件常采用延性較好的Q235B鋼材或低屈服鋼材制作。
屈曲約束部件作為屈曲約束支撐的重要組成部分，需要有足夠的抗彎剛度，才能確保 核心受力部件處于較為理想的軸向拉、壓受力狀態(tài)并產(chǎn)生拉壓塑性變形，從而使得屈曲約 束支撐發(fā)揮優(yōu)越的耗能性能?，F(xiàn)有的屈曲約束支撐耗能器中，屈曲約束部件一般采用鋼套 管內(nèi)灌混凝土、砂漿的方式來為核心受力部件提供約束。由于混凝土或砂漿自重較大，給 耗能器的制作、安裝及性能帶來不利影響。同時由于混凝土或砂漿質(zhì)量的離散性，也影響了耗能器耗能性能的穩(wěn)定發(fā)揮?，F(xiàn)有屈曲約束支撐耗能器的另一個問題是通過加大端部截 面來保護非屈曲段，但往往增加了制造時的困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種構(gòu)造合理、制造 安裝方便，同時具有穩(wěn)定耗能能力的輕型三重金屬管屈曲約束支撐耗能器。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下 一種輕型三重金屬圓管屈曲約束支撐耗能器，包括核心受力 部件、屈曲約束部件、定位栓以及端部連接件組成，所述的核心受力部件為核心受力管， 所述的屈曲約束部件為內(nèi)約束管、外約束管和填充板條，所述的核心受力管設(shè)置在內(nèi)約束 管和外約束管之間，且其長度大于內(nèi)約束管和外約束管的長度，在所述的核心受力管、內(nèi) 約束管與外約束管的一端采用定位栓固定，在所述的核心受力管的中部沿管的圓周等分地 設(shè)置有至少兩個長槽，所述的端部連接件設(shè)置在核心受力管的兩端，所述的填充板條固定 于內(nèi)約束管的外表面上，該填充板條的形狀與所述的長槽相適應(yīng)。
由于受到內(nèi)、外約束管的限制，核心受力部件在承受壓力時將不會發(fā)生沿圓管徑向的 低階屈曲變形，從而迫使其達到接近全截面屈服的受力狀態(tài)。為了防止核心受力管產(chǎn)生沿 圓管切向的變形，在所述的內(nèi)約束管的外表面上設(shè)置填充板條，該填充板材的形狀與所述 的長槽相適應(yīng)。這一措施特別在核心受力管受壓屈服后將發(fā)揮作用，此時若不采取如上措 施，由于核心金屬切線模量降低、抗彎剛度急劇下降，而沿徑向的屈曲受到內(nèi)、外約束管 的限制，核心受力管有可能產(chǎn)生切向變形。
為了減少核心受力管端部約束非屈服段區(qū)域的應(yīng)力集中程度，在所述的核心受力管上 還設(shè)置有導(dǎo)流孔，該導(dǎo)流孔位于約束屈服段有效區(qū)域的外側(cè)。
由于內(nèi)、外約束管的長度比核心受力管要短，為了在制造時便于固定三者的位置關(guān)系， 在三重金屬管的一端相同位置開設(shè)定位孔，并穿入定位栓。在核心受力管上，定位孔的位 置位于長槽外側(cè)的約束非屈服段，并在長槽的中心延伸線上。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點
1、 本發(fā)明的輕型三重金屬圓管屈曲約束支撐耗能器，包括核心受力管以及內(nèi)外約束 管，并通過在核心受力管約束屈服段內(nèi)開長槽的方式來確保約束非屈服段和無約束非屈服 段處于彈性受力狀態(tài)，構(gòu)造簡單，制作方便，易于實現(xiàn)。
2、 通過在核心受力管的長槽外即約束非屈服段上開設(shè)導(dǎo)流孔，減小了核心受力管端 部約束非屈服段區(qū)域的應(yīng)力集中程度，導(dǎo)流孔的設(shè)置可以使約束屈服段中的應(yīng)力傳遞到約束非屈服段中時能夠適當分流，使約束非屈服段中的應(yīng)力分布更加趨于平均化，從而保證 這一區(qū)域中的應(yīng)力始終處于較低水平而不會進入屈服狀態(tài)，保護約束非屈服段和無約束非 屈服段，并使無約束非屈服段與端部連接板的連接更加可靠。
3、 在內(nèi)約束管上設(shè)置填充板條，填充板條通過強力結(jié)構(gòu)膠粘貼或其它方式固定在內(nèi) 約束管的外表面上，其位置與核心受力管的長槽相對應(yīng)，其寬度略小于長槽的寬度，其長 度小于長槽的長度并留下核心受力管壓縮變形的空間。填充板條的作用在于防止核心受力 管產(chǎn)生沿圓管切向的變形。特別是在核心受力管受壓屈服后，由于核心金屬切線模量降低、 抗彎剛度急劇下降，而沿徑向的屈曲受到內(nèi)、外約束管的限制，核心受力管有可能產(chǎn)生切 向變形，此時填充板條可依靠內(nèi)約束管的剛度為核心受力管提供支撐。
4、 輕型三重金屬圓管屈曲約束支撐耗能器全部由金屬制成，材料離散性小，性能穩(wěn) 定；顯著減小了屈曲約束支撐的重量，降低了施工難度；
5、 輕型三重金屬圓管屈曲約束支撐耗能器核心受力管的無約束段采用圓管型截面， 在各個方向上均具有較大的抗彎剛度，可有效防止該區(qū)段內(nèi)產(chǎn)生整體或局部屈曲現(xiàn)象；
6、 本發(fā)明的定位孔，在核心受力管上的位置位于長槽外側(cè)的約束非屈服段，并在長 槽的中心延伸線上。在耗能器工作時，此處的應(yīng)力很小，不會影響耗能能力的正常發(fā)揮。
7、 本發(fā)明的輕型三重金屬圓管屈曲約束支撐耗能器除了端部連接外不采用焊接工藝， 沒有焊接殘余應(yīng)力，也不產(chǎn)生焊接殘余變形，可進一步保證其性能的穩(wěn)定。
8、 由于采用圓形截面，本發(fā)明的輕型三重金屬圓管屈曲約束支撐耗能器具有優(yōu)美的 外觀，不需要進行其它修飾即可滿足大多數(shù)結(jié)構(gòu)的外形要求，在應(yīng)用到空間結(jié)構(gòu)減震中具 有特別的優(yōu)勢。


圖1為本發(fā)明提供的輕型三重金屬圓管屈曲約束支撐耗能器組裝后的俯視圖
圖2為本發(fā)明提供的輕型三重金屬圓管屈曲約束支撐耗能器組裝后的側(cè)視圖
圖3為本發(fā)明提供的輕型三重金屬圓管屈曲約束支撐耗能器核心受力管俯視圖
圖4為本發(fā)明提供的輕型三重金屬圓管屈曲約束支撐耗能器核心受力管側(cè)視圖
圖5為本發(fā)明提供的輕型三重金屬圓管屈曲約束支撐耗能器內(nèi)約束管及填充板條俯視
圖
圖6為本發(fā)明提供的輕型三重金屬圓管屈曲約束支撐耗能器內(nèi)約束管及填充板條側(cè)視
7為圖1的A—A剖面 圖8為圖1的B—B剖面
圖9為本發(fā)明提供的輕型三重金屬圓管屈曲約束支撐耗能器的中間部分分解圖(不包 含端部連接件)
圖10為本發(fā)明提供的輕型三重金屬圓管屈曲約束支撐耗能器組裝后的外觀示意圖 圖11為本發(fā)明提供的輕型三重金屬圓管屈曲約束支撐耗能器組裝過程示意圖
具體實施例方式
本節(jié)結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細描述
1、 輕型三重金屬圓管屈曲約束支撐耗能器主要由三個金屬圓管組成，即由內(nèi)到外分 別為內(nèi)約束管1、核心受力管2和外約束管3。核心受力管作為耗能器的核心受力部件， 內(nèi)、外約束管組成耗能器的屈曲約束部件。核心受力管采用延性較好的Q235B鋼材、低屈 服鋼材或其它具有良好延性的金屬材料制成，而內(nèi)、外約束管一般采用鋼管制作。三根金 屬圓管采用設(shè)置在一端的定位栓5固定相對位置。輕型三重金屬圓管屈曲約束支撐耗能器 通過機加工制作而成，相互間的尺寸精度可以得到很好的控制，同時主要材料為金屬，材 料性能的離散性較小，可以保證其穩(wěn)定的性能；
2、 輕型三重金屬圓管屈曲約束支撐耗能器的核心受力管可以劃分為約束屈服段L0、 約束非屈服段L1和無約束非屈服段L2，其中L0、 Ll區(qū)域的部分被約束在內(nèi)、外約束管 中，而約束屈服段L0的截面上設(shè)有長槽202，開槽的目的是為了減小約束屈服段的受力面 積，使得承受軸力時該部分截面率先進入屈服階段。本說明書附圖中以核心受力管開設(shè)兩 個長槽的耗能器為例來說明其原理，但本發(fā)明的實際實施可能包括更多對稱分布的長槽；
3、 為了減小端部約束非屈服段L1區(qū)域的應(yīng)力集中程度，設(shè)置應(yīng)力導(dǎo)流孔201。應(yīng)力 導(dǎo)流孔201的位置處于每個受力板條的正中，并處于約束非屈服段內(nèi)，兩端各設(shè)一處。導(dǎo) 流孔201的設(shè)置可以使約束屈服段L0中的應(yīng)力傳遞到約束非屈服段L1中時能夠適當分流， 使Ll中的應(yīng)力分布更加趨于平均化，從而保證這一區(qū)域中的應(yīng)力始終處于較低水平而不 會進入屈服狀態(tài)，保護約束非屈服段L1和無約束非屈服段L2，并使L2與端部連接板的連 接更加可靠；
4、 填充板條6通過強力結(jié)構(gòu)膠粘貼或其它方式固定在內(nèi)約束管1的外表面上，其位 置與核心受力管2的長槽202相對應(yīng)，其寬度略小于202的寬度。填充板條的作用在于防 止核心受力管產(chǎn)生沿圓管切向的變形。特別是在核心受力管受壓屈服后，由于核心金屬切線模量降低、抗彎剛度急劇下降，而沿徑向的屈曲受到內(nèi)、外約束管的限制，核心受力管 有可能產(chǎn)生切向變形，此時填充板條可依靠內(nèi)約束管的剛度為核心受力管提供支撐；
5、 在核心受力管2與內(nèi)約束管1、外約束管3—端的相同位置開設(shè)有定位孔501，在 制作完成后穿入定位栓5來保證三重金屬圓管的相對位置。定位孔501的位置應(yīng)相對于核 心受力管的長槽頂部，并處于約束非屈服段L1范圍內(nèi)；
6、 端部連接件4設(shè)置在核心受力管2的兩端，可采用對接焊縫或角焊縫進行連接。
7、 核心受力管2與內(nèi)約束管1、外約束管3之間的間隙以及長槽202、填充板條6側(cè) 表面之間的間隙在制造許可的條件下盡可能地小，可保證核心受力管在受壓時僅發(fā)生高階 屈曲，從而發(fā)揮穩(wěn)定的耗能能力。這些間隙的存在同時也提供核心受力管在受壓時由于泊 松效應(yīng)引起的側(cè)向膨脹空間。上述間隙表面也可采用低摩擦鍍層或無粘結(jié)涂層來進一步減 小接觸時產(chǎn)生的摩擦力，防止長期使用過程中的腐蝕。
本發(fā)明的制作工序
1) 、按照設(shè)計參數(shù)對核心受力管2中部開設(shè)長槽202，并在約束非屈服段的受力板條 兩端正中位置開設(shè)應(yīng)力導(dǎo)流孔201，在一端的長槽中心線延伸線位置開設(shè)定位孔501;
2) 、在內(nèi)約束管1的相應(yīng)位置開設(shè)定位孔501，并將內(nèi)約束管1穿入核心受力管2， 確定相對位置后臨時固定；
3) 、制作形狀、大小合適的填充板條6，分別確定相對位置后采用強力結(jié)構(gòu)膠粘貼或 其它方式固定于內(nèi)約束管1的表面；
4) 、在外約束管3的相應(yīng)位置開設(shè)定位孔501，并將己經(jīng)組裝好的部件穿入，確定相 對位置后采用定位栓5固定；
5) 、將兩端的連接部件4采用焊接的方式與核心受力管兩端進行連接；
6) 、上述部件的表面可在組裝前采用低摩擦鍍層或無粘結(jié)涂層來減小受力時的接觸摩擦。
權(quán)利要求
1、一種輕型三重金屬圓管屈曲約束支撐耗能器，包括核心受力部件、屈曲約束部件、定位栓(5)以及端部連接件(4)組成，其特征在于所述的核心受力部件為核心受力管(2)，所述的屈曲約束部件為內(nèi)約束管(1)、外約束管(3)和填充板條(6)，所述的核心受力管(2)設(shè)置在內(nèi)約束管(1)和外約束管(3)之間，且其長度大于內(nèi)約束管(1)和外約束管(3)的長度，在所述的核心受力管(2)、內(nèi)約束管(1)與外約束管(3)的一端采用定位栓(5)固定，在所述的核心受力管(2)的中部沿管的圓周等分地設(shè)置有至少兩個長槽(202)，所述的端部連接件(4)設(shè)置在核心受力管(2)的兩端，所述的填充板條(6)固定于內(nèi)約束管(1)的外表面上，該填充板條(6)的形狀與所述的長槽(202)相適應(yīng)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕型三重金屬圓管屈曲約束支撐耗能器，其特征在于在 所述的核心受力管(2)上還設(shè)置有導(dǎo)流孔(201)，該導(dǎo)流孔(201)位于長槽(202)的 外側(cè)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的輕型三重金屬圓管屈曲約束支撐耗能器，其特征在于 通過在核心受力管(2)、內(nèi)約束管(1)和外約束管(3) —端的同一位置設(shè)置定位孔(501)， 并穿入定位栓(5)來確定三重金屬管之間的安裝位置，在核心受力管(2)上，定位孔位 于長槽(202)的外側(cè)，并在長槽的中心延伸線上。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕型三重金屬圓管屈曲約束支撐耗能器，其特征在于所 述的核心受力管(2)由金屬制成，所述的內(nèi)約束管(1)由金屬制成，所述的外約束管(3) 由金屬制成，所述的填充板條(6)由金屬制成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種輕型三重金屬圓管屈曲約束支撐耗能器，由核心受力管、屈曲約束管、定位栓和端部連接件組成。核心受力管由屈服強度較低、具有優(yōu)良延性的金屬材料制成，通過在中部開槽來加強端部截面，確保端部截面在整個受力過程中處于彈性受力狀態(tài)，位于屈曲約束內(nèi)管、外管之間；屈曲約束管由內(nèi)約束管、外約束管和填充板條組成，內(nèi)外約束管限制核心受力管沿著徑向的局部屈曲，并提供防止耗能器整體屈曲的抗彎剛度；填充板條通過與內(nèi)管沿著支撐軸向相連，具有相當?shù)目箯潉偠龋梢韵拗坪诵墓芮窝刂邢虻囊苿樱欢ㄎ凰ㄓ糜诠潭ㄈ亟饘賵A管之間的相對位置。
文檔編號E04B1/98GK101413298SQ200810236268
公開日2009年4月22日 申請日期2008年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月19日
發(fā)明者京 吳, 王春林, 葛漢彬, 趙福令 申請人:東南大學(xué)