一种拉压自复位粘弹性耗能支撑的制作方法

本发明涉及建筑结构减震耗能技术领域，尤其是一种拉压自复位粘弹性耗能支撑。

背景技术：

随着我国城镇化进程的加快，城市规模扩大，城市建筑结构更加复杂，在抗震设计中，不仅要考虑保证人民的生命安全，还要考虑控制建筑结构和设备损坏而引起的经济损失，传统结构的抗震方法是通过增强结构本身的抗震性能来被动地抵御地震作用，由于地震的随机性，人们无法准确估计未来地震作用的强度和特性。在基于性能的抗震设计中，建筑的“最大变形”是衡量建筑结构抗震性能和损伤程度的重要指标，震后残余变形更是亟待解决的问题，残余变形很容易使建筑无法满足正常使用极限状态，尤其是过大变形使部分构件造成严重破坏而需要大范围的加固修复，甚至只能推倒重建造成巨大的浪费。为了解决上述问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案，自复位理论随之出现。目前，支撑结构主要有普通钢支撑、防屈曲支撑等，这些支撑结构不具备自我调节功能，主要存在着以下问题：普通钢支撑受压时容易发生屈曲变形，拉压时滞回曲线明显不对称；防屈曲支撑虽然具有较好的耗能能力，但震后无法消除残余变形。

现有技术的自复位支撑大多数采用摩擦耗能形式，存在螺栓易松动、结构形式复杂等问题。粘弹性材料作为目前应用广泛的一种阻尼材料，具有弹性和粘性双重特性，在受到交变应力产生变形时，部分能量如位能那样贮存起来，另一部分能量则耗散转化为热能，这种能量的耗散或转化表现为机械阻尼，具有减震作用，将这些材料的特性实现刚柔的有效结合，达到消除残余变形的目的，以找到一种理想的技术解决方案。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足而设计的一种拉压自复位粘弹性耗能支撑，采用内、外套筒之间填充阻尼材料和套筒内设置弹簧的结构形式，使支撑在外力作用下由粘弹性阻尼材料产生的剪切滞回变形耗能减震，然后利用弹簧的压缩反弹力和复位筋的超弹性，实现拉压自复位的耗能支撑，结构简单，耗能能力强、可自修复，大大改善了支撑的性能，具有布置灵活、安装简便，作业效率高等优点，可有效减小结构残余层间位移角，降低修复成本。

本发明的目的是这样实现的：一种拉压自复位粘弹性耗能支撑，其特点是该耗能支撑由内设有弹簧、粘弹性材料的内筒与两外筒套接而成，两外筒上设有锚具，所述外筒为一端设有“十”字连接件，另一端两侧设有孔道的套筒，套筒内设有挡板；所述孔道为轴向设置，且上、下平行对称设置在外筒两侧的条形长孔；所述弹簧设置在两端套接外筒的内筒内，弹簧两端抵挡在外筒内的挡板上；所述粘弹性材料设置在外筒与内筒的间隙中；所述内筒两侧分别设有与孔道为对应设置的滑杆；所述滑杆为焊接在内筒两侧的螺杆，内筒由滑杆设置在孔道上，且由螺母将内筒与两外筒固定连接；所述锚具由设有穿孔的三棱柱凸块与两高强螺栓组成，三棱柱凸块对称焊接在外筒的上、下两侧，且由高强螺栓将内筒与套接的两外筒锚固连接。

所述“十”字连接件插入外筒且与外筒内壁焊接。

所述复位筋采用形状记忆合金材料制作。

所述外筒和内筒为矩形截面的钢管。

所述粘弹性材料粘结在外筒内壁和内筒外壁之间的竖向间隔中。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

（1）、结构简单，易装配，可以同时实现受压和受拉的自复位，达到了刚性和柔性的结合，结构形式对称，不会发生屈曲变形。

（2）、高强螺栓抵抗外力，当外力增大到一定程度时，高强螺栓沿孔道产生滑移，由内、外筒之间的粘弹性材料产生剪切滞回变形，耗散输入到结构中的振动能量，减小结构的振动反应，从而达到减振效果。

（3）、采用形状记忆合金作为复位筋材料，充分利用该材料的超弹性、形状记忆合效应和高阻尼特性，保证其受拉后的复位性能。

（4）、采用压缩弹簧作为支撑受压时复位材料，同时还有一定耗能作用。

附图说明

图1为发明结构示意图；

图2为本发明主视图；

图3为图2的a-a剖面的结构示意图；

图4为图2的b-b剖面的结构示意图；

图5为外筒结构示意图；

图6为内筒结构示意图；

图7为连接件结构示意图；

图8～图12为本发明装配示意图。

具体实施方式

参阅附图1～图2，本发明由内设有弹簧4、粘弹性材料5的内筒3与两外筒1套接而成的耗能支撑，两外筒1上设有锚具10，所述外筒1为一端设有“十”字连接件7，另一端两侧设有孔道103的套筒，套筒内设有挡板102；所述孔道103为轴向设置，且上、下平行对称设置在外筒1两侧的条形长槽；所述弹簧4设置在两端套接外筒1的内筒3内，弹簧4两端抵挡在外筒1内的挡板102上；所述粘弹性材料5设置在外筒1与内筒3之间的缝隙中；所述锚具10由设有穿孔的三棱柱凸块101与两高强螺栓6组成，且对称焊接在外筒1的上、下两侧；所述内筒3两侧分别设有与孔道103为对应设置的滑杆301；所述滑杆301为焊接在内筒3两侧的螺杆，内筒3由滑杆301设置在孔道103上，且由螺母9将内筒3与两外筒1为固定连接；所述高强螺栓6穿入三棱柱凸块101的两穿孔中并用锚具10锚固；所述两外筒1与内筒3安装固定后，两外筒1之间有一定水平间隔。

参阅附图3，所述“十”字连接件7插入外筒1一端的端口中并与外筒1内壁焊接。

参阅附图4，所述粘弹性材料5为石油沥青和热塑橡胶制成的粘度很高的混合物（brc），粘弹性材料5粘结在外筒1内壁和内筒3外壁之间的竖向间隔中；所述弹簧4外圈直径小于内筒3截面内壁尺寸，弹簧4位于内筒3内部，弹簧4两端抵挡在两外筒1的挡板102上；所述内筒3为矩形截面的钢管，其两侧分别设有与孔道103为对应设置的滑杆301，所述滑杆301直径略小于外筒1条形长孔的宽度，保证滑杆301在孔道103中自由滑动；所述内筒3截面横向外壁尺寸略小于外筒1横向内壁尺寸，内筒3外壁与外筒1内壁在竖向有一定间隔，以保证支撑拉压状态下的伸缩余量。

参阅附图5，所述外筒1一端的两侧设有孔道103，外筒1的上、下分别对称焊接有三棱柱凸块101，外筒1内焊接有挡板102；所述三棱柱凸块101上设有两个穿孔，其孔道直径大于高强螺栓6直径，三棱柱凸块101与外筒1外壁为焊接；所述孔道103为轴向设置，且上、下平行对称设置在外筒1两侧的条形长槽。

参阅附图6，所述内筒3两侧分别设有与孔道103为对应设置的滑杆301；所述滑杆301为焊接在内筒3两侧的螺杆。

参阅附图7，所述“十”字连接件7由两接接板“十”字相交焊接而成，其上设有安装孔。

参阅附图8～图9，本发明是这样安装的：将内筒3插入右端的外筒1中，内筒3一端的两侧上、下八根滑杆301进入外筒1两侧的孔道103中并用螺母9固定，然后将弹簧4套装在内筒3内，且抵挡在外筒1的挡板102上。

参阅附图10，将左端的外筒1与内筒3套装，内筒3另一端两侧上、下的八根滑杆301插入外筒1两侧的孔道103中并用螺母9固定，安装固定后左、右两外筒1之间有一定水平间隔。

参阅附图11，将高强螺栓6分别穿入设置在三棱柱凸块101的穿孔中并用锚具10锚固，所述高强螺栓6采用形状记忆合金材料制作。

参阅附图12，将“十”字连接件7插入两外筒1的外端口中并与外筒1内壁焊接。

本发明在受拉和受压时都包含高强螺栓6抵抗、粘弹性材料5剪切耗能和复位三个状态阶段，受拉时的三个状态阶段分别为：

（一）高强螺栓的抵抗阶段

支撑在初始状态下受力较小，力通过“十”字连接件7传递到外筒1，进而传到由滑杆301与螺母9组成的紧固件抵抗，螺母9的紧固力和外筒1间的摩擦力与外力大小相等，方向相反，支撑受力平衡，并保持原来长度不变。

（二）剪切耗能阶段

随着外力增大，支撑外力大于螺母9的紧固力与外筒1之间的摩擦力，滑杆301与螺母9组成的紧固件开始沿着长条形的孔道103滑移，左端的外筒1在外力的作用下相对于内筒3向左运动，右端的外筒1相对于内筒3向右运动，左、右两外筒1相对距离增大，同时带动外筒1与内筒3之间的粘弹性材料5产生剪切变形和剪切速度，外力产生的能量转化成粘弹性材料5的热能。

（三）复位阶段

随着左、右两外筒1的相对运动，支撑长度增大，左、右两外筒1分别带动三棱柱凸块101运动，高强螺栓6随之伸长，当外力消除时，由于高强螺栓6的超弹性和形状记忆效应，高强螺栓6开始恢复原长，并拉动三棱柱凸块101进而带动两外筒1复位。

本发明受压时的三个状态阶段分别为：

（一）高强螺栓的抵抗阶段

支撑受力在初始状态下，受力较小，力通过“十”字连接件7传递到外筒1，进而传到由滑杆301与螺母9组成的紧固件抵抗，螺母9的紧固力和外筒1之间的摩擦力与外力大小相等，方向相反，支撑受力平衡，并保持原来长度不变。

（二）剪切耗能阶段

随着外力增大，支撑外力大于螺母9的紧固力与外筒1之间的摩擦力，滑杆301与螺母9组成的紧固件开始沿着长条形的孔道103滑移，左端的外筒1在外力的作用下相对于内筒3向右运动，右端的外筒1相对于内筒3向左运动，左、右两外筒1相对距离减小，同时带动外筒1和内筒3之间的粘弹性材料5产生的剪切变形和剪切速度，外力产生的能量转化成粘弹性材料5的热能。

（三）复位阶段

随着左、右两外筒1的相对运动，支撑长度减小，左、右两外筒1分别带动三棱柱凸块101运动，使得弹簧4被压缩，当外力消除时，弹簧4开始恢复原长，并顶推两外筒1内的挡板102，进而带动两外筒1复位。

以上只是对本发明作进一步的说明，旨在解读本发明的技术方案，并非用以限制本专利，凡为本发明等效实施，均应包含于本专利的权利要求范围之内。