低屈服點(diǎn)鋼高耗散粘彈性屈曲約束支撐的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種具有高耗能能力的屈曲約束支撐，本發(fā)明中的低屈服點(diǎn)鋼高耗散粘彈性屈曲約束支撐由核心單元、高耗散粘彈性材料、約束單元構(gòu)成。核心單元采用低屈服點(diǎn)鋼材，支撐在較小的地震力下進(jìn)入屈服而耗能，更好地保護(hù)主體結(jié)構(gòu)；本發(fā)明中的無(wú)粘結(jié)層采用的是一種高耗散粘彈性材料，不僅可以有效減少核心單元與約束單元之間的摩擦力，而且高耗散粘彈性材料在被剪切和擠壓的過(guò)程中可吸收部分振動(dòng)能量，支撐可提供更穩(wěn)定、飽滿的滯回曲線，高耗散粘彈性材料提供核心單元變形所需間隙的同時(shí)又限制了核心單元屈服段的屈曲變形和相關(guān)曲率，從而有效提高屈服段的低周疲勞壽命；本發(fā)明中的約束單元采用工字形全鋼組合截面的形式，截面輕巧簡(jiǎn)單、力學(xué)概念清晰、易標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、鋼材可方便回收再利用。
【專利說(shuō)明】
低屈服點(diǎn)鋼高耗散粘彈性屈曲約束支撐
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明是一種可用于新建建筑和既有建筑抗震加固的耗能減震器。
【背景技術(shù)】
[0002]地震是威脅人類安全和造成土木結(jié)構(gòu)大面積破壞的主要自然災(zāi)害之一，傳統(tǒng)的土木結(jié)構(gòu)抗震方式是采取加大梁柱截面尺寸的“硬抗”方式，然而這種方式有時(shí)難以滿足實(shí)際要求，有時(shí)會(huì)造成巨大的成本增加。采用結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制方式耗散結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能量被認(rèn)為是一種有效的新型抗震方式，屈曲約束支撐就是一種典型的被動(dòng)減震控制裝置，它由核心單元和外圍約束單元組成，在小震作用下，屈曲約束支撐相當(dāng)于不失穩(wěn)的中心支撐，給建筑主體結(jié)構(gòu)提供側(cè)向剛度；在中震或大震作用下，由于受到外圍約束單元的限制，核心單元可以在拉壓狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)全截面屈服而不發(fā)生構(gòu)件屈曲，給主體結(jié)構(gòu)提供較大阻尼而耗散地震能量。屈曲約束支撐因其較好的耗能能力以及造價(jià)低廉倍受科研界和工程界的關(guān)注，然而它仍存在以下技術(shù)問(wèn)題需要進(jìn)一步研究并予以改善:1)核心單元屈服點(diǎn)偏高，地震時(shí)啟動(dòng)耗能單元的閥點(diǎn)較高；2)若采用低屈服點(diǎn)鋼材作為核心單元，雖容易導(dǎo)致核心單元屈服，但也會(huì)導(dǎo)致核心單元的低周疲勞壽命降低，如何保護(hù)好核心單元及提高其使用壽命是個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題；3)屈曲約束支撐的約束單元通常采用鋼管混凝土或鋼筋混凝土，從而導(dǎo)致構(gòu)件的重量較大及構(gòu)件加工精度較低，并且回收再利用性較差。
[0003]為解決上述關(guān)于屈曲約束支撐的技術(shù)難題，本發(fā)明的核心單元采用低屈服點(diǎn)鋼材，支撐在較小的地震作用下核心單元屈服并耗能，有效地保護(hù)了主體結(jié)構(gòu)；本發(fā)明中的無(wú)粘結(jié)層采用的是一種高耗散粘彈性材料，高耗散粘彈性材料提供核心單元變形所需間隙的同時(shí)又限制了核心單元屈服段的屈曲變形和相關(guān)曲率，在核心單元發(fā)生側(cè)向膨脹或屈服時(shí)，高耗散粘彈性材料能均勻的把局部側(cè)向力傳遞到外層約束單元，這種柔性的約束方式能減少核心單元的局部破壞及提高核心單元的低周疲勞壽命，同時(shí)高耗散粘彈性材料在被剪切和擠壓的過(guò)程中可吸收部分振動(dòng)能量，整個(gè)屈曲約束支撐可提供更穩(wěn)定、飽滿的滯回曲線；本發(fā)明中的約束單元采用工字形全鋼組合截面的形式，截面輕巧簡(jiǎn)單、側(cè)向約束剛度較大、力學(xué)概念清晰、易標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、施工方便且可拆卸回收再利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問(wèn)題:本發(fā)明的目的是提供一種性能優(yōu)良、價(jià)格低廉、易標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的屈曲約束支撐。
[0005]技術(shù)方案:本發(fā)明中的低屈服點(diǎn)鋼高耗散粘彈性屈曲約束支撐由核心單元、高耗散粘彈性材料、約束單元構(gòu)成。核心單元沿縱向包括約束屈服段、約束非屈服段、無(wú)約束非屈服段。約束屈服段是耗能段，采用低屈服點(diǎn)鋼材，并在中間部分設(shè)置限位凸起用于限制約束單元的滑動(dòng)；約束非屈服段采用變截面的形式以降低應(yīng)力集中；無(wú)約束非屈服段開(kāi)設(shè)螺栓孔，可通過(guò)螺栓與主體結(jié)構(gòu)連接，無(wú)約束非屈服段的兩側(cè)通過(guò)角焊縫設(shè)置加勁肋，加勁肋有部分伸入約束單元。約束單元由兩類共計(jì)四個(gè)工字形的構(gòu)件通過(guò)焊接組合而成，a類的工字形構(gòu)件在兩端預(yù)留一定長(zhǎng)度的壓縮空間(長(zhǎng)度由實(shí)際需求確定)，b類的工字形構(gòu)件在中間預(yù)留凹槽與核心單元的凸起咬合起到限位的作用。將一定厚度的高耗散粘彈性材料(厚度由實(shí)際需求確定)貼在核心單元上。
[0006]將低屈服點(diǎn)鋼高耗散粘彈性屈曲約束支撐采用對(duì)角斜向或人字形布置于層間。在小震和風(fēng)振下，與普通支撐一樣，低屈服點(diǎn)鋼高耗散粘彈性屈曲約束支撐不會(huì)發(fā)生屈曲，此時(shí)只對(duì)建筑主體結(jié)構(gòu)提供側(cè)向剛度；在中震和大震下，核心單元約束屈服段會(huì)進(jìn)入屈服，發(fā)生往復(fù)彈塑性變形進(jìn)而耗能。高耗散粘彈性材料提供核心單元變形所需間隙的同時(shí)又限制了核心單元屈服段的屈曲變形和相關(guān)曲率，在核心單元發(fā)生側(cè)向膨脹或屈服時(shí)，高耗散粘彈性材料能均勻的把局部側(cè)向力地傳遞到外層約束單元，這種柔性的約束方式能減少核心單元的局部破壞及提高核心單元的低周疲勞壽命，同時(shí)高耗散粘彈性材料在被剪切和擠壓的過(guò)程中可吸收部分振動(dòng)能量，整個(gè)屈曲約束支撐可提供更穩(wěn)定、飽滿的滯回曲線。
[0007]本發(fā)明中的約束單元采用工字形全鋼組合截面的形式，截面輕巧簡(jiǎn)單、側(cè)向約束剛度較大、力學(xué)概念清晰、易標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、施工方便且可拆卸回收再利用。
[0008]由此可以看出，低屈服點(diǎn)鋼高耗散粘彈性屈曲約束支撐具有高耗能能力、使用壽命長(zhǎng)、加工精度高、回收利用性好等優(yōu)點(diǎn)。
[0009]有益效果:本發(fā)明的低屈服點(diǎn)鋼高耗散粘彈性屈曲約束支撐具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0010](一)核心單元采用低屈服點(diǎn)鋼材，在小震下便可耗散振動(dòng)能量，耗能啟動(dòng)閥點(diǎn)低。
[0011]( 二)無(wú)粘結(jié)層采用高耗散粘彈性材料可以提高核心單元屈服段的低周疲勞壽命及增加屈曲約束支撐的耗能能力。
[0012](三)約束單元采用工字形全鋼組合截面的形式，截面輕巧簡(jiǎn)單、側(cè)向約束剛度較大、力學(xué)概念清晰、易標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、施工方便且可拆卸回收再利用。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是低屈服點(diǎn)鋼高耗散粘彈性屈曲約束支撐耗能段截面圖；
[0014]圖2是核心單元的構(gòu)造圖；
[0015]圖3(a)是約束單元的構(gòu)造圖1 ;
[0016]圖3(b)是約束單元的構(gòu)造圖1I ；
[0017]圖4是低屈服點(diǎn)鋼高耗散粘彈性屈曲約束支撐效果圖；
[0018]其中，I為核心單元；2為高耗散粘彈性材料；3為約束單元；4為約束屈服段；5為約束非屈服段；6為非約束非屈服段；7為限位凸起；8為加勁肋；9為螺栓孔；10為凹槽；11為限位空間。
【具體實(shí)施方式】
[0019]如圖1?圖4所示，本發(fā)明中的低屈服點(diǎn)鋼高耗散粘彈性屈曲約束支撐由核心單元(I)、高耗散粘彈性材料(2)、約束單元(3)構(gòu)成。核心單元(I)采用屈服強(qiáng)度為100?200Mpa的鋼材，如BLY100，LYP100, BLY160。核心單元(I)沿縱向包括約束屈服段(4)、約束非屈服段(5)、無(wú)約束非屈服段(6)。約束屈服段(4)是耗能段，采用低屈服點(diǎn)鋼材，并在中間部分設(shè)置限位凸起(7)(依據(jù)阻尼力噸位而定)用于限制約束單元的滑動(dòng)；約束非屈服段(5)采用變截面的形式以降低應(yīng)力集中；無(wú)約束非屈服段開(kāi)設(shè)螺栓孔(9)，可通過(guò)螺栓與主體結(jié)構(gòu)連接，無(wú)約束非屈服段的兩側(cè)通過(guò)角焊縫設(shè)置加勁肋(8)，加勁肋有部分伸入約束單元(3)。約束單元(3)采用Q235鋼材，由a，b兩類共計(jì)四個(gè)工字形的構(gòu)件通過(guò)焊接組合而成，a類工字形構(gòu)件在兩端預(yù)留一定長(zhǎng)度的壓縮空間(11)，b類工字形構(gòu)件在中間預(yù)留凹槽(10)與核心單元⑴的限位凸起(7)咬合起到限位的作用。無(wú)粘結(jié)層(2)采用高耗散粘彈性材料，如丁基橡膠、硅橡膠、丁腈橡膠為基體的粘彈性材料。將一定厚度的高耗散粘彈性材料粘貼在核心單元(I)上。
[0020]將低屈服點(diǎn)鋼高耗散粘彈性屈曲約束支撐采用對(duì)角斜向或人字形布置于層間。在小震和風(fēng)振下，與普通支撐一樣，低屈服點(diǎn)鋼高耗散粘彈性屈曲約束支撐不會(huì)發(fā)生屈曲，此時(shí)只對(duì)建筑主體結(jié)構(gòu)提供側(cè)向剛度；在中震和大震下，核心單元約束屈服段(4)會(huì)進(jìn)入屈月艮，發(fā)生往復(fù)彈塑性變形進(jìn)而耗能。高耗散粘彈性材料(2)提供核心單元(I)變形所需間隙的同時(shí)又限制了核心單元約束屈服段(4)的屈曲變形和相關(guān)曲率，在核心單元(I)發(fā)生側(cè)向膨脹或屈服時(shí)，高耗散粘彈性材料(2)能均勻的把局部側(cè)向力地傳遞到外層約束單元
(3)，這種柔性的約束方式能減少核心單元(I)的局部破壞及提高核心單元(I)的低周疲勞壽命，同時(shí)高耗散粘彈性材料(2)在被剪切和擠壓的過(guò)程中可吸收部分振動(dòng)能量，整個(gè)屈曲約束支撐可提供更穩(wěn)定、飽滿的滯回曲線。
[0021]本發(fā)明中的約束單元(3)采用工字形全鋼組合截面的形式，截面輕巧簡(jiǎn)單、側(cè)向約束剛度較大、力學(xué)概念清晰、易標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、施工方便且可拆卸回收再利用。
[0022]由此可以看出，低屈服點(diǎn)鋼高耗散粘彈性屈曲約束支撐具有高耗能能力、使用壽命長(zhǎng)、加工精度高、回收利用性好等優(yōu)點(diǎn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種低屈服點(diǎn)鋼高耗散粘彈性屈曲約束支撐，其構(gòu)成分為三個(gè)部分:核心單元(I)，高耗散粘彈性材料(2)，約束單元(3)。核心單元(I)沿縱向包括約束屈服段(4)，約束非屈服段(5)，無(wú)約束非屈服段(6)。約束屈服段為耗能段，中間設(shè)置限位凸起(7);約束非屈服段(5)采用變截面形式，并在板的兩側(cè)設(shè)置加勁肋(8);無(wú)約束非屈服段上開(kāi)設(shè)螺栓孔(9)，通過(guò)連接板與主體結(jié)構(gòu)相連。約束單元(3)由兩類工字形截面的構(gòu)件組成，a類工字形截面構(gòu)件在兩端設(shè)置壓縮空間(11)，b類工字形截面構(gòu)件在中間設(shè)置凹槽(10)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低屈服點(diǎn)鋼高耗散粘彈性屈曲約束支撐，其特征在于所述的核心單元(I)采用了低屈服點(diǎn)鋼，核心單元是通過(guò)低屈服點(diǎn)鋼在塑性區(qū)發(fā)生反復(fù)拉壓變形而耗能；高耗散粘彈性材料一方面提供核心單元變形所需間隙，同時(shí)又限制核心單元屈服段的屈曲變形和相關(guān)曲率，從而有效提高屈服段的低周疲勞壽命；另一方面核心單元振動(dòng)往復(fù)變形會(huì)導(dǎo)致高耗散粘彈性材料發(fā)生剪切和擠壓，高耗散粘彈性材料可耗散振動(dòng)能量，增加屈曲約束支撐的耗能能力。3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的低屈服點(diǎn)鋼高耗散粘彈性屈曲約束支撐，其特征在于外圍約束單元采用了四個(gè)工字型截面構(gòu)件焊接而成的形式，在用料較少的情況下能提供較大的外圍抗彎剛度，充分考慮屈曲約束支撐受力特點(diǎn)，構(gòu)件加工制作方便，易標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，維修施工方便，并可拆卸回收再利用。
【文檔編號(hào)】E04G23/02GK105888090SQ201410652441
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2014年11月12日
【發(fā)明人】徐趙東, 江乾偉
【申請(qǐng)人】徐趙東, 南京東瑞減震控制科技有限公司