專利名稱：一種帶有受拉間隙保護部件的屈曲約束支撐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于土木工程領(lǐng)域，可用于新建工程或加固舊有結(jié)構(gòu)，具體來說，涉及一種帶有受拉間隙保護部件的屈曲約束支撐。
技術(shù)背景 在正常使用條件或多遇地震作用下，屈曲約束支撐作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件，能為結(jié)構(gòu)提供有效剛度。在基本烈度地震或罕遇地震作用下，屈曲約束支撐將先于其它結(jié)構(gòu)部件進入屈服狀態(tài)，通過滯回來耗散地震輸入的大部分能量，減輕甚至避免主體結(jié)構(gòu)損傷，震后可通過更換屈曲約束支撐來快速恢復(fù)結(jié)構(gòu)的使用功能。已有的屈曲約束支撐由核心受カ部件、屈曲約束部件、左端部連接部件和右端部連接部件組成，核心受カ部件的左端與左端部連接部件固定連接，核心受カ部件的右端與右端部連接部件固定連接，核心受カ部件的表面由屈曲約束部件可移動包裹，即核心受カ部件的表面大部分由屈曲約束部件覆蓋，并且屈曲約束部件可以在核心受カ部件的表面移動。該種屈曲約束支撐的基本受カ原理是在屈曲約束部件的限制下，核心受カ部件在整個受カ過程中始終處于接近軸向受カ狀態(tài)，受壓時為高階多波屈曲而不會發(fā)生大幅低階屈曲，在外力作用下通過拉壓塑性變形消耗地震輸入結(jié)構(gòu)的能量。近年來幾次主要大地震，如1994年Northridge地震、1995年日本Kobe地震、1999年中國臺灣Chi-Chi地震和2008年汶川地震等，由于地震動表現(xiàn)出的位移脈沖特性或地震烈度遠大于設(shè)防烈度，使工程結(jié)構(gòu)直接承受高能量沖擊，產(chǎn)生了超出預(yù)期的大位移或大變形，造成結(jié)構(gòu)嚴(yán)重損傷甚至倒塌破壞。結(jié)構(gòu)在超大地震(大于罕遇地震烈度)或者脈沖型地震作用下，屈曲約束支撐將會屈服，從而利用其滯回性能耗散地震能量、減輕地震震害。但由于屈曲約束支撐屈服后層間剛度驟降，可能會在相應(yīng)位置形成薄弱層。這時結(jié)構(gòu)的層間變形很難控制，將產(chǎn)生更大的結(jié)構(gòu)變形，甚至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生倒塌或傾覆。在反復(fù)地震作用下，屈曲約束支撐也可能因低周疲勞而斷裂，其后果更為不利。
發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種帶有受拉間隙保護部件的屈曲約束支撐，提高在超大地震作用下工程結(jié)構(gòu)中屈曲約束支撐的變形控制能力，防止屈曲約束支撐斷裂，提高工程結(jié)構(gòu)的抗倒塌能力。技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本技術(shù)方案的一種帶有受拉間隙保護部件的屈曲約束支撐，包括核心受カ部件、屈曲約束部件、左端部連接部件和右端部連接部件，核心受カ部件的左端與左端部連接部件固定連接，核心受カ部件的右端和右端部連接部件固定連接，核心受カ部件的表面由屈曲約束部件可移動包裹，還包括受拉間隙保護部件，該受拉間隙保護部件的左端與左端部連接部件連接，受拉間隙保護部件的右端和右端部連接部件連接，并且受拉間隙保護部件的直線長度大于左端部連接部件和右端部連接部件之間的距離。進ー步，所述的帶有受拉間隙保護部件的屈曲約束支撐，還包括受壓間隙保護部件，該受壓間隙保護部件位于左端部連接部件和右端部連接部件之間，受壓間隙保護部件的長度小于左端部連接部件和右端部連接部件之間的距離；受壓間隙保護部件與左端部連接部件固定連接，或者與右端部連接部件固定連接，或者與屈曲約束部件固定連接。有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下有益效果I.當(dāng)結(jié)構(gòu)承受超出預(yù)計的強烈地震作用時，帶有受拉間隙保護部件的屈曲約束支撐將避免屈曲約束支撐在受拉的狀態(tài)下產(chǎn)生不可控制的變形，從而避免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生明顯的薄弱層造成倒塌。在本技術(shù)方案中，受拉間隙保護部件的直線長度大于左端部連接部件和右端部連接部件之間的距離，所以受拉間隙保護部件擁有冗余長度。屈曲約束支撐伸長，相對變形小于冗余長度時，受拉間隙保護部件不參與受カ；相對變形大于冗余長度時，受拉間隙保護部件參與傳力。拉伸變形超出冗余長度時，受拉間隙保護部件提供部分剛度(核心受力部件起作用吋)或全部剛度(核心受カ部件斷裂退出工作吋)，從而減小屈曲約束支撐兩端相對拉伸變形。本技術(shù)方案在受拉過程中實行了對屈曲約束支撐的保護，提高了屈曲約束支撐的變形控制能力，避免屈曲約束支撐在受拉的狀態(tài)下產(chǎn)生不可控制的變形，從而避免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生明顯的薄弱層造成倒塌。2.當(dāng)結(jié)構(gòu)承受超出預(yù)計的強烈地震作用時，帶有受拉間隙保護部件的屈曲約束支撐將避免屈曲約束支撐在受壓的狀態(tài)下產(chǎn)生不可控制的變形，從而避免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生明顯的薄弱層造成倒塌。在改進方案中，添加了受壓間隙保護部件。受壓間隙保護部件的長度小于左端部連接部件和右端部連接部件之間的距離，即受壓間隙保護部件具有一定的短缺長度。當(dāng)屈曲約束支撐受到壓力作用吋，屈曲約束支撐縮短，相對變形小于短缺長度吋，受壓間隙保護部件不參與受カ；相對變形大于短缺長度吋，受壓間隙保護部件提供部分(核心受力部件起作用吋)或全部剛度(核心受カ部件斷裂退出工作吋)，從而減小屈曲約束支撐兩端的相對壓縮變形?？梢姡倪M方案使得結(jié)構(gòu)在受拉和受壓過程中均實行了對屈曲約束支撐的保護，提高了屈曲約束支撐的變形控制能力?？筛鶕?jù)需要選擇受拉カ和壓力作用時的保護，也可僅在受拉カ作用時起保護。3.當(dāng)結(jié)構(gòu)承受超出預(yù)計的強烈地震作用吋，受拉間隙保護部件或者受壓間隙保護部件將顯著減小屈曲約束支撐的最大變形，從而減小核心受カ部件的塑性累計變形，防止核心受カ部件在持續(xù)地震作用下產(chǎn)生低周疲勞破壞。4.當(dāng)結(jié)構(gòu)承受更加強烈地震作用、屈曲約束支撐的核心受カ部件經(jīng)歷大應(yīng)變反復(fù)作用而斷裂退出工作后，受拉間隙保護部件和受壓間隙保護部件仍將分別在構(gòu)件產(chǎn)生大幅拉、壓變形時為結(jié)構(gòu)提供可靠的抗側(cè)剛度，避免變形無限制發(fā)展，防止結(jié)構(gòu)倒塌。這可作為防止結(jié)構(gòu)倒塌的最后一道防線。因此，本實用新型實行了兩階段對屈曲約束支撐的保護，即核心受カ部件穩(wěn)定工作階段的保護和核心受カ部件退出工作階段的保護，提高了屈曲約束支撐的變形控制能力。5.受拉間隙保護部件和受壓間隙保護部件只在結(jié)構(gòu)發(fā)生特別大變形的時候才參加工作，有利于防止受拉間隙保護部件和受壓間隙保護部件由于過早參與工作而破壞。受拉間隙保護部件的冗余長度和受壓間隙保護部件的短缺長度，可保證在結(jié)構(gòu)承受預(yù)計地震作用、發(fā)生中等程度變形時充分利用核心受カ部件的耗能作用減輕地震響應(yīng)。同時，整個屈曲約束支撐結(jié)構(gòu)簡單，制作方便，易于實現(xiàn)。

圖I為本實用新型的第一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖I的俯視圖。圖3為本實用新型的改進方案的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為圖3的俯視圖。圖5為圖3的A — A剖面圖。圖6為圖3的B —B剖面圖。圖I為本實用新型的第二種結(jié)構(gòu)在改進方案中的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為本實用新型的第三種結(jié)構(gòu)在改進方案中的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中有核心受カ部件I、屈曲約束板2、屈曲約束槽鋼3、左端部連接部件4、受拉間隙保護部件5、受壓間隙保護部件6、右端部連接部件7、螺栓8、左螺母9、右螺母10、限位彈簧11、左緊固件12、右緊固件13。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的技術(shù)方案進行詳細的說明。如圖I和圖2所示，本實用新型的一種帶有受拉間隙保護部件的屈曲約束支撐，包括核心受カ部件I、屈曲約束部件、左端部連接部件4、右端部連接部件7和受拉間隙保護部件5。核心受カ部件I的左端與左端部連接部件4固定連接，核心受カ部件I的右端和右端部連接部件7固定連接。核心受カ部件I的表面由屈曲約束部件可移動包裹，即核心受カ部件I的表面大部分由屈曲約束部件覆蓋，并且屈曲約束部件可以在核心受カ部件I的表面自由移動。在圖I和圖2中，屈曲約束部件由屈曲約束板2和屈曲約束槽鋼3組成。核心受カ部件I嵌在屈曲約束板2和屈曲約束槽鋼3之間。除此以外，屈曲約束部件還可以依照核心受カ部件I的形狀由其他形式構(gòu)成，這ー點在現(xiàn)有技術(shù)中是公知的。受拉間隙保護部件5的左端與左端部連接部件4連接，受拉間隙保護部件5的右端和右端部連接部件7連接，并且受拉間隙保護部件5的直線長度大于左端部連接部件4和右端部連接部件7之間的距離。因為受拉間隙保護部件5的直線長度大于左端部連接部件4和右端部連接部件7之間的距離，所以，受拉間隙保護部件5具有一定的冗余長度，即受拉間隙保護部件5在拉直狀態(tài)下，其兩端之間的距離，大于左端部連接部件4和右端部連接部件7之間的距離。受拉間隙保護部件5可由彈性模量和抗拉強度較高的金屬或非金屬材料，例如采用高強度鋼筋、高強度鋼絞線和高強度復(fù)合纖維制成。采用上述結(jié)構(gòu)的帶有受拉間隙保護部件5的屈曲約束支撐，在左端部連接部件4和右端部連接部件7之間，増加設(shè)置了受拉間隙保護部件5。由于受拉間隙保護部件5的長度大于左端部連接部件4和右端部連接部件7之間的距離，所以受拉間隙保護部件5擁有冗余長度。當(dāng)屈曲約束支撐受到拉力作用時，屈曲約束支撐伸長，相對變形量小于冗余長度吋，受拉間隙保護部件5不參與受カ;相對變形量大于冗余長度時，受拉間隙保護部件5參與傳力，提供部分剛度(核心受カ部件起作用吋)或全部剛度(核心受カ部件斷裂退出工作吋)，從而減小屈曲約束支撐兩端相對拉伸變形。本技術(shù)方案在受拉過程中實行了對屈曲約束支撐的保護，提高了屈曲約束支撐的變形控制能力。作為ー種改進方案，如圖3、圖4、圖5和圖6所示，所述的帶有受拉間隙保護部件5的屈曲約束支撐，還包括受壓間隙保護部件6。受壓間隙保護部件6具有足夠的抗壓強度和抗屈曲能力，例如鋼管、環(huán)狀鋼管混凝土構(gòu)件。受壓間隙保護部件6的形狀可以有多種，例如矩形套管、圓形套管、正六邊形套管。在圖3和圖4中，受壓間隙保護部件6是矩形套管。受壓間隙保護部件6位于左端部連接部件4和右端部連接部件7之間。受壓間隙保護部件6的長度小于左端部連接部件4和右端部連接部件7之間的距離。受壓間隙保護部件6與左端部連接部件4固定連接，或者受壓間隙保護部件6與右端部連接部件7固定連接，或者受壓間隙保護部件6與屈曲約束部件固定連接。因為受壓間隙保護部件6的長度小于左端部連接部件4和右端部連接部件7之間的距離，所以無論受壓間隙保護部件6與左端部連接部件4、或者右端部連接部件7、或者屈曲約束部件固定連接吋，受壓間隙保護部件6 與左端部連接部件4之間，或者受壓間隙保護部件6與右端部連接部件7之間都會留有間隙。上述改進方案中，在原有技術(shù)方案中添加了受壓間隙保護部件6。受壓間隙保護部件6的長度小于左端部連接部件4和右端部連接部件7之間的距離，即受壓間隙保護部件6具有一定的短缺長度。在屈曲約束支撐受拉力作用的過程中，受壓間隙保護部件6不參與工作。當(dāng)屈曲約束支撐受到壓力作用時，屈曲約束支撐縮短，相對變形量小于短缺長度吋，受壓間隙保護部件6不參與受カ；相對變形量大于短缺長度吋，受壓間隙保護部件6提供部分(核心受カ部件起作用吋)或全部剛度(核心受カ部件斷裂退出工作吋)，從而減小屈曲約束支撐兩端的相對壓縮變形。在這個過程中，受拉間隙保護部件5不參與工作。可見，改進方案使得結(jié)構(gòu)在受拉和受壓過程中均實行了對屈曲約束支撐的保護，提高了屈曲約束支撐的變形控制能力。可根據(jù)需要選擇受拉カ和壓力作用時的保護，也可僅在受拉力作用時起保護。當(dāng)結(jié)構(gòu)承受強烈地震作用，屈曲約束支撐的核心受カ部件I經(jīng)歷大應(yīng)變反復(fù)作用而斷裂退出工作后，受拉間隙保護部件5和受壓間隙保護部件6將在構(gòu)件產(chǎn)生較大的拉、壓變形時仍為結(jié)構(gòu)提供可靠的抗側(cè)剛度，避免變形無限制發(fā)展，防止結(jié)構(gòu)倒塌。這可作為防止結(jié)構(gòu)倒塌的最后一道防線。在上述技術(shù)方案中，受拉間隙保護部件5可以有多種，本技術(shù)方案優(yōu)選剛性桿或者柔性索。如圖I至圖6所示，受拉間隙保護部件5是剛性桿。剛性桿的左端伸出左端部連接部件4，在剛性桿左端的端頭設(shè)置左螺母9。剛性桿的右端伸出右端部連接部件7，在剛性桿右端的端頭設(shè)置右螺母10。左螺母9和右螺母10之間的距離大于左端部連接部件4和右端部連接部件7之間的距離。為相對固定剛性桿在屈曲約束支撐中的位置，避免其不必要的位移，可以設(shè)置限位彈簧11。該限位彈簧11位于左螺母9和左端部連接部件4之間，或者位于右螺母10和右端部連接部件7之間，或者同時位于左螺母9和左端部連接部件4之間以及右螺母10和右端部連接部件7之間。如圖7和圖8所示，受拉間隙保護部件5還可以是柔性索。柔性索與左端部連接部件4和右端部連接部件7的連接方式有兩種。第一種連接方式是在柔性索的左端的端頭設(shè)置左緊固件12，柔性索的右端的端頭設(shè)置右緊固件13，然后將柔性索的右緊固件13和右端部連接部件7固定連接，柔性索的左緊固件12與左端部連接部件4固定連接；第ニ種連接方式是將柔性索的左端伸出左端部連接部件4，然后在柔性索左端的端頭設(shè)置左緊固件12，將柔性索的右端伸出右端部連接部件7，然后在柔性索右端的端頭設(shè)置右緊固件13。其中在第二種連接方式中，為固定柔性索在屈曲約束支撐中的位置，避免其不必要的位移，可以設(shè)置限位彈簧11。限位彈簧11可以位于左緊固件12和左端部連接部件4之間，或者位于右緊固件13和右端部連接部件7之間，或者同時位于左緊固件12和左端部連接部件4之間以及右緊固件13和右端部連接部件7之間。 本技術(shù)方案的結(jié)構(gòu)形狀可以是多種，現(xiàn)僅以如圖3至圖6所示的結(jié)構(gòu)為例，予以說明。如圖3至圖6所示，核心受カ部件I呈板狀體。屈曲約束部件由兩個屈曲約束板2和兩個屈曲約束槽鋼3組成。受拉間隙保護部件5是剛性桿，數(shù)量是兩根。受壓間隙保護部件6是矩形套管。兩個屈曲約束板2和兩個屈曲約束槽鋼3位于核心受カ部件I的外 側(cè)四周，并且兩個屈曲約束板2相互對應(yīng)，兩個屈曲約束槽鋼3相互對應(yīng)。屈曲約束板2和屈曲約束槽鋼3之間固定連接，例如可以用螺栓8連接。屈曲約束板2和屈曲約束槽鋼3作為ー個整體，可以在核心受カ部件I的外表面自由移動。核心受カ部件I的左端與左端部連接部件4固定連接，核心受カ部件I的右端與右端部連接部件7固定連接。兩根剛性桿位于核心受カ部件I的外側(cè)，并且以核心受カ部件I為對稱軸，對稱分布在核心受カ部件I的兩邊。剛性桿的右端伸出右端部連接部件7，在剛性桿右端的端頭設(shè)置右螺母10，左螺母9和右螺母10之間的距離大于左端部連接部件4和右端部連接部件7之間的距離。受壓間隙保護部件6設(shè)置在屈曲約束部件和受拉間隙保護部件5的外國，受壓間隙保護部件6的右端與右端部連接部件7固定連接。受壓間隙保護部件6的長度小于左端部連接部件4與右端部連接部件7之間的凈距離。左端部連接部件4、右端部連接部件7的截面大于受壓間隙保護部件6的外圍尺寸，以便在需要時能夠利用左端部連接部件4和右端部連接部件7將壓カ傳遞給受壓間隙保護部件6。安裝時，首先，將屈曲約束板2和屈曲約束槽鋼3組裝在核心受カ部件I的外側(cè)，并擰緊連接屈曲約束板2和屈曲約束槽鋼3的螺栓8 ;然后，將核心受カ部件I與右端部連接部件7固定連接，并套上受壓間隙保護部件6，即矩形套管，將矩形套管與右端部連接部件7固定連接；隨后，將核心受カ部件I與左端部連接部件4連接；接著，將剛性桿穿過左端部連接部件4和右端部連接部件7 ;最后，在剛性桿的兩端分別芽上個限位彈黃11，并抒上左螺母9和右螺母10，調(diào)節(jié)好左螺母9和左端部連接部件4之間的間隙，以及右螺母10螺母與右端部連接部件7之間的間隙。由于屈曲約束支撐中的核心受カ部件I和屈曲約束部件的形狀和位置靈活多變。只要是在現(xiàn)有的屈曲約束支撐中添加受拉間隙保護部件5，不管受拉間隙保護部件5是何種形狀的部件，只要該受拉間隙保護部件5的左端與左端部連接部件4連接，受拉間隙保護部件5的右端和右端部連接部件7連接，并且受拉間隙保護部件5的直線長度大于左端部連接部件4和右端部連接部件7之間的距離，即落入本專利的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種帶有受拉間隙保護部件的屈曲約束支撐，包括核心受カ部件(I)、屈曲約束部件、左端部連接部件(4)和右端部連接部件(7)，核心受カ部件(I)的左端與左端部連接部件(4)固定連接，核心受カ部件(I)的右端和右端部連接部件(7)固定連接，核心受カ部件(I)的表面由屈曲約束部件可移動包裏，其特征在于，還包括受拉間隙保護部件(5)，該受拉間隙保護部件(5)的左端與左端部連接部件(4)連接，受拉間隙保護部件(5)的右端和右端部連接部件(7)連接，并且受拉間隙保護部件(5)的直線長度大于左端部連接部件(4)和右端部連接部件(7)之間的距離。
2.按照權(quán)利要求I所述的帶有受拉間隙保護部件的屈曲約束支撐，其特征在于，還包括受壓間隙保護部件(6 )，該受壓間隙保護部件(6 )位于左端部連接部件(4 )和右端部連接部件(7)之間，受壓間隙保護部件(6)的長度小于左端部連接部件(4)和右端部連接部件(7)之間的距離；受壓間隙保護部件(6)與左端部連接部件(4)固定連接，或者與右端部連接部件(7)固定連接，或者與屈曲約束部件固定連接。
3.按照權(quán)利要求I或2所述的帶有受拉間隙保護部件的屈曲約束支撐，其特征在于，所述的受拉間隙保護部件(5)是剛性桿，剛性桿左端的端頭設(shè)置左螺母(9)，剛性桿右端的端頭設(shè)置右螺母(10)。
4.按照權(quán)利要求3所述的帶有受拉間隙保護部件的屈曲約束支撐，其特征在于，還包括限位彈簧(11)，限位彈簧(11)位于左螺母(9)和左端部連接部件(4)之間，或者位于右螺母(10)和右端部連接部件(7)之間，或者同時位于左螺母(9)和左端部連接部件(4)之間以及右螺母(10)和右端部連接部件(7)之間。
5.按照權(quán)利要求I或2所述的帶有受拉間隙保護部件的屈曲約束支撐，其特征在干，所述的受拉間隙保護部件(5)是柔性索，柔性索的左端的端頭設(shè)置左緊固件(12)，左緊固件(12)與左端部連接部件(4)固定連接，柔性索的右端的端頭設(shè)置右緊固件(13)，右緊固件(13)和右端部連接部件(7)固定連接。
6.按照權(quán)利要求I或2所述的帶有受拉間隙保護部件的屈曲約束支撐，其特征在于，所述的受拉間隙保護部件(5)是柔性索，該柔性索的左端伸出左端部連接部件(4)，并在柔性索左端的端頭設(shè)置左緊固件(12)，柔性索的右端伸出右端部連接部件(7)，并在柔性索右端的端頭設(shè)置右緊固件(13)。
7.按照權(quán)利要求6所述的帶有受拉間隙保護部件的屈曲約束支撐，其特征在干，還包括限位彈簧(11)，限位彈簧(11)位于左緊固件(12)和左端部連接部件(4)之間，或者位于右緊固件(13)和右端部連接部件(7)之間，或者同時位于左緊固件(12)和左端部連接部件(4 )之間以及右緊固件(13 )和右端部連接部件(7 )之間。
專利摘要本實用新型公開了一種帶有受拉間隙保護部件的屈曲約束支撐，包括核心受力部件、屈曲約束部件、左端部連接部件和右端部連接部件，核心受力部件的左端與左端部連接部件固定連接，核心受力部件的右端和右端部連接部件固定連接，核心受力部件的表面由屈曲約束部件可移動包裹，還包括受拉間隙保護部件，該受拉間隙保護部件的左端與左端部連接部件連接，受拉間隙保護部件的右端和右端部連接部件連接，并且受拉間隙保護部件的直線長度大于左端部連接部件和右端部連接部件之間的距離。該屈曲約束支撐可以提高在超大地震作用下工程結(jié)構(gòu)中屈曲約束支撐的變形控制能力，防止屈曲約束支撐斷裂，提高工程結(jié)構(gòu)的抗倒塌能力。
文檔編號E04B1/98GK202390950SQ20112047552
公開日2012年8月22日 申請日期2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月25日
發(fā)明者吳京, 王春林, 葛漢彬 申請人:東南大學(xué)