一種粘彈性-防屈曲耗能支撐的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種防屈曲支撐構(gòu)件，具體地說是一種粘彈性-防屈曲耗能支撐。
【背景技術(shù)】
[0002]粘彈性阻尼器能夠?yàn)榻Y(jié)構(gòu)提供一定剛度的同時提供較大的阻尼；它的力與位移滯回曲線近似于橢圓形，耗能能力強(qiáng)，能夠有效減小建筑物的風(fēng)振及地震反應(yīng)。與位移相關(guān)型阻尼器相比(例如防屈曲耗能支撐)，粘彈性阻尼器在所有振動條件下都能進(jìn)行耗能，即使在較小的振動條件下，也能夠進(jìn)行耗能。它不像滯回耗能裝置(如金屬耗能裝置和摩擦耗能裝置)那樣需要有較大的相對位移才能發(fā)生屈服變形或克服摩擦力以發(fā)揮它們的耗能作用。所以粘彈性阻尼器既能同時用于結(jié)構(gòu)的地震和風(fēng)振控制，又避免了其它耗能(阻尼)器存在的耗能器初始剛度如何與結(jié)構(gòu)側(cè)移剛度相匹配的問題。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，防屈曲支撐是一種通過鋼材的軸向壓拉來消耗能量的位移相關(guān)型阻尼器，它主要由防屈曲支撐內(nèi)芯單元和外圍約束約束機(jī)構(gòu)組成，內(nèi)芯單元與外圍約束機(jī)構(gòu)間留有間隙或采用無粘結(jié)材料填充。防屈曲支撐內(nèi)芯作為軸向受力構(gòu)件，其在外圍約束機(jī)構(gòu)的側(cè)向約束下，當(dāng)受到拉力和壓力的作用時，均能達(dá)到全截面的充分屈服，能夠更好地消耗輸入結(jié)構(gòu)的地震能量，從而起到抗震耗能的作用。
[0004]理想的防屈曲支持要求其性能為:一是低屈服性，以確保在小震下就可以耗能；二是耗能能力大，以保證在大震下也可以達(dá)到減震耗能的效果；三是變形量大，以與地震作用下的建筑物的層間變形相適應(yīng)。
[0005]然而，在實(shí)際實(shí)施過程中，防屈曲支撐存在有以下兩個問題:一是由于防屈曲耗能支撐屬于位移相關(guān)型耗能構(gòu)件，與主體結(jié)構(gòu)相對層間位移大小有關(guān)，當(dāng)結(jié)構(gòu)處于小震狀態(tài)下時，結(jié)構(gòu)層間相對位移較小，難以達(dá)到防屈曲耗能支撐層間屈服位移，構(gòu)件處于彈性狀態(tài)，不能實(shí)現(xiàn)耗能的預(yù)期目標(biāo)，無法消減由于小震產(chǎn)生的慣性力及結(jié)構(gòu)振動，同時在正常使用條件下無法消減風(fēng)荷載、室外環(huán)境等引起的結(jié)構(gòu)振動。二是防屈曲支撐為結(jié)構(gòu)增加了剛度的同時附帶了一定的重量，這樣就需要主體結(jié)構(gòu)承受由此產(chǎn)生的重力和地震慣性力，增大了主體結(jié)構(gòu)的受力。對于使用要求(如小側(cè)移、微振動等)較高、振源較強(qiáng)但有減振需求，或是中等程度(如設(shè)防烈度)地震下需要確保建筑功能性，同時，在罕遇地震下需要保證優(yōu)異的抗震性能的情況下，單一使用防屈曲支撐技術(shù)就難以做到兩者兼顧了。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型的目的就是提供一種粘彈性-防屈曲耗能支撐，以解決現(xiàn)有防屈曲耗能支撐會增大主體結(jié)構(gòu)的受力并且在小震狀態(tài)下無法消減由小震所產(chǎn)生的慣性力及結(jié)構(gòu)振動、在正常狀態(tài)下無法消減結(jié)構(gòu)振動的問題。
[0007]本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種粘彈性-防屈曲耗能支撐，包括內(nèi)芯耗能單元、I級外圍約束機(jī)構(gòu)、II級外圍約束機(jī)構(gòu)、粘彈性材料構(gòu)件、端部封板構(gòu)件和無粘結(jié)填充材料構(gòu)件。
[0008]所述內(nèi)芯耗能單元包括“一”字形耗能內(nèi)芯構(gòu)件和端部加勁肋構(gòu)件；所述“一”字形耗能內(nèi)芯構(gòu)件為端部寬、中部窄的長條板體，所述端部加勁肋構(gòu)件焊接在所述“一”字形耗能內(nèi)芯構(gòu)件兩端寬體部的頂面中心線和兩端寬體部的底面中心線上，所述內(nèi)芯耗能單元的兩個端部分別組成截面為十字形的端部基體。
[0009]所述I級外圍約束機(jī)構(gòu)包括四個方鋼管構(gòu)件和四個連接板構(gòu)件；所述方鋼管構(gòu)件設(shè)置在所述內(nèi)芯耗能單元周圍四角；所述連接板構(gòu)件焊接在相鄰兩個所述方鋼管構(gòu)件的共面外側(cè)壁上，方鋼管構(gòu)件與連接板構(gòu)件組成內(nèi)部為“十”字型的空腔；所述連接板構(gòu)件的兩端分別開有中心穿插條縫，所述“一”字形耗能內(nèi)芯構(gòu)件的兩端寬體部的側(cè)沿或所述端部加勁肋構(gòu)件的側(cè)沿穿插在所在位置上的所述連接板構(gòu)件的中心穿插條縫中；所述I級外圍約束機(jī)構(gòu)的一端焊接在所述內(nèi)芯耗能單元一端的所述端部基體上，所述I級外圍約束機(jī)構(gòu)的另一端為自由端。
[0010]所述II級外圍約束機(jī)構(gòu)是由四個鋼板構(gòu)件通過沿邊依次相接所組成的方形筒體，每個所述鋼板構(gòu)件位于所述I級外圍約束機(jī)構(gòu)中的一個所述連接板構(gòu)件的外端面；在每個所述鋼板構(gòu)件的兩端分別開有中心穿接條縫，所述“一”字形耗能內(nèi)芯構(gòu)件兩端寬體部的側(cè)沿或所述端部加勁肋構(gòu)件的側(cè)沿穿接在所在位置上的所述鋼板構(gòu)件的中心穿接條縫中，所述鋼板構(gòu)件其中一端的中心穿接條縫與所穿入的所述“一”字形耗能內(nèi)芯構(gòu)件的側(cè)沿或所穿入的所述端部加勁肋構(gòu)件側(cè)沿通過焊接方式固定相接，所述II級外圍約束機(jī)構(gòu)的另一端為自由端，所述II級外圍約束機(jī)構(gòu)的自由端與所述I級外圍約束機(jī)構(gòu)的自由端分設(shè)在所述內(nèi)芯耗能單元的兩端。
[0011]所述粘彈性材料構(gòu)件設(shè)置在所述鋼板構(gòu)件與所述連接板構(gòu)件之間，使所述I級外圍約束機(jī)構(gòu)與所述II級外圍約束機(jī)構(gòu)連接在一起。
[0012]所述I級外圍約束機(jī)構(gòu)與端部封板構(gòu)件間留有間隙；所述II級外圍約束機(jī)構(gòu)與端部封板構(gòu)件間留有間隙。
[0013]所述無粘結(jié)填充材料構(gòu)件設(shè)置在所述I級外圍約束機(jī)構(gòu)與所述內(nèi)芯耗能單元之間。
[0014]所述連接板構(gòu)件的兩端與所述方鋼管構(gòu)件的兩端平齊，與所述內(nèi)芯耗能單元及端部封板構(gòu)件焊接。
[0015]本實(shí)用新型是一種粘彈性-防屈曲耗能支撐，在多遇地震及風(fēng)荷載作用過程中，該防屈曲支撐可為主體結(jié)構(gòu)提供較大的初始剛度，減小結(jié)構(gòu)的層間位移，其處于小位移狀態(tài)下，內(nèi)芯耗能單元構(gòu)件尚未屈服而處于彈性狀態(tài)，在此受力階段，由于I級外圍約束機(jī)構(gòu)與II級外圍約束機(jī)構(gòu)間產(chǎn)生相對速度，使粘彈性材料構(gòu)件提供所需求的阻尼，此時I級外圍約束機(jī)構(gòu)、II級外圍約束機(jī)構(gòu)與粘彈性材料構(gòu)件共同起到了粘彈性阻尼器的作用，內(nèi)芯耗能單元構(gòu)件、I級外圍約束機(jī)構(gòu)及II級外圍約束機(jī)構(gòu)共同起到防屈曲支撐的作用，為主體結(jié)構(gòu)提供剛度，不附加阻尼，實(shí)現(xiàn)了在小側(cè)移、微振動作用下的耗能預(yù)期目標(biāo)。在中遇地震或有較強(qiáng)振源的情況下，隨著外部作用的增大，層間相對位移及層間相對速度均有所增加，本實(shí)用新型的內(nèi)芯耗能單元構(gòu)件開始屈服耗能，粘彈性材料構(gòu)件繼續(xù)進(jìn)一步的耗能。在罕遇地震作用下，隨著外部地震作用的進(jìn)一步加大，建筑物的主體結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)也繼續(xù)增大，本實(shí)用新型的內(nèi)芯耗能單元構(gòu)件充分屈服耗能，粘彈性材料構(gòu)件繼續(xù)耗能，此時本實(shí)用新型可為主體結(jié)構(gòu)提供最大阻尼的需求，保證了主體結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的抗震性能，達(dá)到本實(shí)用新型預(yù)期的功能目標(biāo)。
[0016]本實(shí)用新型融合了粘彈性阻尼器減振和防屈曲支撐消能減震兩項(xiàng)技術(shù)，合理地利用了粘彈性阻尼材料在小側(cè)移、微振動作用下提供阻尼和消減震(振)動能量的特性，拓展了現(xiàn)有防屈曲耗能支撐的耗能范圍，為防屈曲支撐的應(yīng)用拓展了空間。同時，本實(shí)用新型采用防屈曲支撐技術(shù)，有效地降低了粘彈性阻尼器因外部激蕩頻率等因素不同而降低減震效果的影響。
[0017]本實(shí)用新型采用內(nèi)、外雙約束機(jī)構(gòu)，可為防屈曲支撐提供更大的側(cè)向約束剛度，有利于防屈曲支撐耗能能力的充分發(fā)揮，為主體結(jié)構(gòu)提供更大的阻尼需求，同時提高了構(gòu)件的安全儲備。
[0018]本實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)耗能構(gòu)件初始屈服低而整體變形大的需要，實(shí)現(xiàn)小震階段，支撐提供足夠剛度同時提供附加阻尼，實(shí)現(xiàn)了不同地震設(shè)防水準(zhǔn)下均能屈服耗能的性能要求，通過不同技術(shù)耗能，構(gòu)件自身耗能能力得到了合理分配，降低了采用單一耗能技術(shù)對構(gòu)件自身帶來的負(fù)擔(dān)，避免了在大荷載作用下支撐的破壞，確保了支撐的安全，延長了支撐的使用壽命。
[0019]本實(shí)用新型所采用的構(gòu)件和耗能材料均為鋼材，材料來源廣，成本低，使用壽命長。
[0020]本實(shí)用新型可廣泛應(yīng)用于土木工程結(jié)構(gòu)消能減震