專利名稱：自動恢復(fù)軸線居中功能的復(fù)合型耗能支撐構(gòu)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種建筑領(lǐng)域的支撐構(gòu)件，具體地說是一種具有自動恢復(fù)軸線居中功
能的摩擦與軟鋼屈服復(fù)合型耗能支撐構(gòu)件。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)體系主要是傳統(tǒng)的線彈性設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)不能有效和安全地抵抗強(qiáng) 地震和強(qiáng)臺風(fēng)等，為了降低地震和風(fēng)災(zāi)作用于建筑結(jié)構(gòu)的荷載峰值，現(xiàn)已轉(zhuǎn)向采用建筑結(jié) 構(gòu)發(fā)生屈服的塑性設(shè)計(jì)思想，但對于建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生屈服的塑性設(shè)計(jì)思想，耗散地震和風(fēng)災(zāi) 輸入建筑結(jié)構(gòu)的能量，也意味著建筑結(jié)構(gòu)自身的損傷，這就產(chǎn)生了一個問題要恢復(fù)到建筑 結(jié)構(gòu)發(fā)生損傷前的結(jié)構(gòu)抗力水平，必須對所有發(fā)生損傷的結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行更換或加固，這可 能產(chǎn)生巨大的維修費(fèi)用，同時(shí)在某些情況下(如大量柱損傷)會變得不具操作性；同時(shí)，對 建筑結(jié)構(gòu)的維修工作如果影響建筑正常使用，會對社會公眾心理帶來較大沖擊，導(dǎo)致公眾 對建筑的安全性產(chǎn)生懷疑。在抗震技術(shù)研究中，最新的塑性設(shè)計(jì)思想是將結(jié)構(gòu)的損傷限制 在某一類構(gòu)件中發(fā)生；從降低維修費(fèi)用和不影響建筑正常使用的角度，限制損傷僅發(fā)生于 支撐構(gòu)件中是較為合適的；但支撐構(gòu)件自身的滯回曲線不夠豐滿，耗能能力不強(qiáng)；同時(shí)，支 撐受壓屈曲后，支撐軸線會偏離中心線，如果不能在受拉時(shí)恢復(fù)軸線居中，則再次受壓時(shí)承 載力會嚴(yán)重降低，導(dǎo)致支撐無法提供穩(wěn)定的耗能能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明專利的目的在于提供一種自動恢復(fù)軸線居中功能的復(fù)合型耗能支撐構(gòu)件。
以實(shí)現(xiàn)具有自動恢復(fù)軸線居中功能、擁有穩(wěn)定良好的耗能能力、在地震和風(fēng)災(zāi)中，利用耗能
支撐中耗能部件消耗輸入結(jié)構(gòu)的能量，降低作用于結(jié)構(gòu)力的峰值，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)中梁、柱等重要
構(gòu)件不發(fā)生損傷破壞，從而降低災(zāi)后維修費(fèi)用，同時(shí)維修作業(yè)不影響建筑正常使用。 本發(fā)明由一個封閉箱室構(gòu)成的主支撐桿、布置在主支撐桿內(nèi)的對中拉桿、與主支
撐桿一端連接的耗能組合件及外連接耳板組成；所述主支撐桿是由具有閉口截面的金屬管
件、一端的端封板、另一端的封底板構(gòu)成，其端封板通過外連接耳板與外部節(jié)點(diǎn)連接；所述
耗能組合件由金屬箱形外殼及安裝在箱形外殼內(nèi)部的摩擦板組件和橢圓軟鋼組件組成；主
支撐桿的一端穿過耗能組合件的箱形外殼與耗能組合件的橢圓軟鋼組件和摩擦板組件連
接在一起；所述對中拉桿的一端錨固在主支撐桿的端封板上、另一端錨固在耗能組合件的
外殼上；所述耗能組合件的箱形外殼外側(cè)通過外連接耳板與外部節(jié)點(diǎn)連接。 所述摩擦板組件由與箱形外殼焊接的矩形鋼板和粘貼于矩形鋼板上的摩擦元件
或粘彈性材料組成，在矩形鋼板上開有豎直腰形螺栓孔。 所述橢圓軟鋼組件由低屈服點(diǎn)鋼材制成的左右橢圓弧形變厚度板和上下的加強(qiáng) 板組成，上下的加強(qiáng)板將左右橢圓弧形變厚度板連接成為一個整體。
所述中拉桿的幾何形心與耗能支撐的軸線重合。 所述主支撐桿的具有閉口截面的金屬管件內(nèi)填充有高強(qiáng)砂漿材料，在中拉桿表面涂抹有隔離油脂。 本發(fā)明布置于建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，在正常使用情況下，可以充當(dāng)一般支撐件提供結(jié)構(gòu)需 要的抗側(cè)剛度；當(dāng)承受強(qiáng)烈的地震及風(fēng)災(zāi)作用時(shí)，耗能支撐中的耗能組合件開始工作，利用 摩擦板組件的滑動摩擦和橢圓軟鋼組件的塑性變形耗散輸入能量，降低結(jié)構(gòu)反應(yīng)，確保結(jié) 構(gòu)中梁、柱構(gòu)件不發(fā)生損傷破壞。當(dāng)災(zāi)后進(jìn)行維修時(shí)，僅需要對梁、柱進(jìn)行一般性維護(hù)處理， 同時(shí)對自動恢復(fù)軸線居中功能的耗能支撐的維修僅需要更換耗能組合件，這樣既可最大限 度降低維修費(fèi)用，同時(shí)維修作業(yè)也不會影響建筑的正常使用。


圖1是本發(fā)明剖面?zhèn)纫暯Y(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是圖1中I-I橫剖面圖； 圖3是圖1中II-II橫剖面圖； 圖4是圖1中III-III橫剖面圖； 圖5是摩擦板組件零件示意圖； 圖6是橢圓軟鋼組件零件示意圖； 圖7是本發(fā)明在建筑結(jié)構(gòu)中布置情況示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明 參照圖1 :本發(fā)明由主支撐桿1、耗能組合件2及對中拉桿3、外連接耳板4組成。
其中主支撐桿是由具有閉口截面的金屬管件7、一端的端封板5、另一端的封底板 6形成封閉箱室，端封板5通過外連接耳板4與外部節(jié)點(diǎn)連接 耗能組合件2是耗能支撐的耗能部件，由金屬外殼10、摩擦板組件8和橢圓軟鋼 組件9組成；外殼10外側(cè)通過外連接耳板4與外部節(jié)點(diǎn)連接，摩擦板組件8和橢圓軟鋼組 件9安裝在外殼10內(nèi)部。主支撐桿1通過連接件11、12與耗能組合件2的橢圓軟鋼組件 9和摩擦板組件8連接在一起。 對中拉桿3由若干根精軋螺紋鋼拉桿組成，對中拉桿3的幾何形心與耗能支撐的 軸線重合；對中拉桿貫穿主支撐桿兩側(cè)內(nèi)壁，其一端錨固在主支撐桿的端封板5上、另一端 錨固在耗能組合件的外殼10上， 參照圖2 :對中拉桿3布置在主支撐桿1的閉口薄壁金屬截面7內(nèi)部，材料可以采 用精軋螺紋鋼，也可以采用其他預(yù)應(yīng)力棒材，對中拉桿3的截面幾何中心應(yīng)與耗能支撐的 軸線重合。 參照圖3 :摩擦板組件8焊接在耗能組合件2的外殼10內(nèi)側(cè)，在主支撐桿1的閉 口薄壁金屬截面7外側(cè)相應(yīng)位置設(shè)有連接件12，連接件12可由雙角鋼肢背相對組成，肢間 距為摩擦板組件8厚度。 參照圖4 :橢圓軟鋼組件9位于主支撐桿1下方位置，根據(jù)設(shè)計(jì)耗能能力的需要， 橢圓軟鋼組件9可以平行布置若干組，也可以斜交布置如干組。 參照圖5 :摩擦板組件8由與外殼10焊連的矩形鋼板13和粘貼于矩形鋼板13上 的摩擦元件14組成。矩形鋼板13上開有豎直腰形螺栓孔，允許螺栓15在腰形螺栓孔中滑動，產(chǎn)生連接件12與摩擦元件14間的滑動摩擦耗能。 參照圖6 :橢圓軟鋼組件9由左右的橢圓弧形變厚度板16和上下的加強(qiáng)板17組成。左右的橢圓弧形變厚度板16由具有良好塑性的低屈服點(diǎn)鋼材制成，為耗能支撐2的主要屈服耗能部件，在耗能支撐承受拉壓變形時(shí)，橢圓弧形變厚度板16在拉壓變形作用下發(fā)生彎曲屈服，通過塑性變形耗散輸入能量；上下的加強(qiáng)板17將左右橢圓弧形變厚度板16連接成為一個整體。在上下的加強(qiáng)板17上設(shè)有螺栓孔，用于與支撐桿1的封底板6上及耗能組合件2的外殼10上的對應(yīng)位置設(shè)置的連接件11進(jìn)行連接。 參照圖7 :自動恢復(fù)軸線居中功能的耗能支撐21可作為中心支撐或偏心支撐設(shè)置在結(jié)構(gòu)構(gòu)架中。在結(jié)構(gòu)承受一般側(cè)向作用情況下，自動恢復(fù)軸線居中功能的耗能支撐21承受的軸向力小于摩擦元件14提供的靜摩擦力，主支撐桿1與耗能組合件2件不會發(fā)生相對位移，此時(shí)自動恢復(fù)軸線居中功能的耗能支撐充當(dāng)一般支撐提供結(jié)構(gòu)所需的抗側(cè)剛度。當(dāng)結(jié)構(gòu)承受強(qiáng)烈地震作用和嚴(yán)重的風(fēng)災(zāi)時(shí)，當(dāng)自動恢復(fù)軸線居中功能的耗能支撐21承受的軸向力超過摩擦元件14提供的靜摩擦力，主支撐桿1與耗能組合件2發(fā)生相對位移，提供連接件12與摩擦元件14間的滑動摩擦耗能，當(dāng)相對位移幅值較大時(shí)，橢圓弧形變厚度板16發(fā)生彎曲屈服，產(chǎn)生塑性鉸，通過塑性變形耗散輸入能量，而對中拉桿3可確保耗能支撐21在拉壓循環(huán)狀態(tài)下，軸線在受拉時(shí)自動恢復(fù)到居中的位置。此時(shí)，耗能支撐21提供的結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度開始降低，相應(yīng)輸入結(jié)構(gòu)的振動能量降低，結(jié)構(gòu)的動力反應(yīng)相應(yīng)減小，柱、梁中承受的作用力峰值相比下降；同時(shí)，由于耗能支撐21中耗能組合件2的摩擦耗能及屈服耗能成為耗散輸入振動能量的主要力量，柱、梁等主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需要承擔(dān)耗散輸入振動能量的作用；因此，可以保證柱、梁等主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件不會發(fā)生嚴(yán)重?fù)p傷。在災(zāi)后維修時(shí)，僅需要更換耗能組合件就可以使建筑物的抗力水平恢復(fù)到設(shè)計(jì)要求。
權(quán)利要求
一種自動恢復(fù)軸線居中功能的復(fù)合型耗能支撐構(gòu)件，其特征在于，由一個封閉箱室構(gòu)成的主支撐桿、布置在主支撐桿內(nèi)的對中拉桿、與主支撐桿一端連接的耗能組合件及外連接耳板組成；所述主支撐桿是由具有閉口截面的金屬管件、一端的端封板、另一端的封底板構(gòu)成，其端封板通過外連接耳板與外部節(jié)點(diǎn)連接；所述耗能組合件由金屬箱形外殼及安裝在箱形外殼內(nèi)部的摩擦板組件和橢圓軟鋼組件組成；主支撐桿的一端穿過耗能組合件的箱形外殼與耗能組合件的橢圓軟鋼組件和摩擦板組件連接在一起；所述對中拉桿的一端錨固在主支撐桿的端封板上、另一端錨固在耗能組合件的外殼上；所述耗能組合件的箱形外殼外側(cè)通過外連接耳板與外部節(jié)點(diǎn)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的自動恢復(fù)軸線居中功能的復(fù)合型耗能支撐構(gòu)件，其特征在 于，所述摩擦板組件由與箱形外殼焊接的矩形鋼板和粘貼于矩形鋼板上的摩擦元件或粘彈 性材料組成，在矩形鋼板上開有豎直腰形螺栓孔。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動恢復(fù)軸線居中功能的復(fù)合型耗能支撐構(gòu)件，其特征在 于，所述橢圓軟鋼組件由低屈服點(diǎn)鋼材制成的左右橢圓弧形變厚度板和上下加強(qiáng)板組成， 所述上下加強(qiáng)板將左右橢圓弧形變厚度板連接成為一個整體。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動恢復(fù)軸線居中功能的復(fù)合型耗能支撐構(gòu)件，其特征在 于，所述中拉桿的幾何形心與耗能支撐的軸線重合。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的自動恢復(fù)軸線居中功能的復(fù)合型支撐耗能構(gòu)件，其特征在 于，所述主支撐桿的具有閉口截面的金屬管件內(nèi)填充有高強(qiáng)砂漿材料，在中拉桿表面涂抹 有隔離油脂。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自動恢復(fù)軸線居中功能的復(fù)合型耗能支撐構(gòu)件。由主支撐桿、布置在主支撐桿內(nèi)的對中拉桿、與主支撐桿一端連接的耗能組合件、外連接耳板組成；主支撐桿的一端通過連接件與耗能組合件的橢圓軟鋼組件和摩擦板組件連接在一起，對中拉桿的一端錨固在主支撐桿的端封板上、另一端錨固在耗能組合件的外殼上，耗能組合件的箱形外殼外側(cè)通過外連接耳板與外部節(jié)點(diǎn)連接。本發(fā)明利用摩擦板組件的滑動摩擦和橢圓軟鋼組件的塑性變形耗散輸入能量，降低結(jié)構(gòu)反應(yīng)，確保結(jié)構(gòu)中梁、柱構(gòu)件不發(fā)生損傷破壞。本發(fā)明的維修僅需要更換組合件，可最大限度降低維修費(fèi)用，維修作業(yè)時(shí)也不會影響建筑的正常使用。
文檔編號E04B1/98GK101761145SQ200910226690
公開日2010年6月30日 申請日期2009年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月21日
發(fā)明者周緒紅, 許紅勝, 賀擁軍 申請人:長沙理工大學(xué)