低屈服点钢高耗散粘弹性屈曲约束支撑的制作方法
【专利摘要】本发明提出了一种具有高耗能能力的屈曲约束支撑，本发明中的低屈服点钢高耗散粘弹性屈曲约束支撑由核心单元、高耗散粘弹性材料、约束单元构成。核心单元采用低屈服点钢材，支撑在较小的地震力下进入屈服而耗能，更好地保护主体结构；本发明中的无粘结层采用的是一种高耗散粘弹性材料，不仅可以有效减少核心单元与约束单元之间的摩擦力，而且高耗散粘弹性材料在被剪切和挤压的过程中可吸收部分振动能量，支撑可提供更稳定、饱满的滞回曲线，高耗散粘弹性材料提供核心单元变形所需间隙的同时又限制了核心单元屈服段的屈曲变形和相关曲率，从而有效提高屈服段的低周疲劳寿命；本发明中的约束单元采用工字形全钢组合截面的形式，截面轻巧简单、力学概念清晰、易标准化生产、钢材可方便回收再利用。
【专利说明】
低屈服点钢高耗散粘弹性屈曲约束支撑
技术领域
[0001]本发明是一种可用于新建建筑和既有建筑抗震加固的耗能减震器。
【背景技术】
[0002]地震是威胁人类安全和造成土木结构大面积破坏的主要自然灾害之一，传统的土木结构抗震方式是采取加大梁柱截面尺寸的“硬抗”方式，然而这种方式有时难以满足实际要求，有时会造成巨大的成本增加。采用结构振动控制方式耗散结构的振动能量被认为是一种有效的新型抗震方式，屈曲约束支撑就是一种典型的被动减震控制装置，它由核心单元和外围约束单元组成，在小震作用下，屈曲约束支撑相当于不失稳的中心支撑，给建筑主体结构提供侧向刚度；在中震或大震作用下，由于受到外围约束单元的限制，核心单元可以在拉压状态下实现全截面屈服而不发生构件屈曲，给主体结构提供较大阻尼而耗散地震能量。屈曲约束支撑因其较好的耗能能力以及造价低廉倍受科研界和工程界的关注，然而它仍存在以下技术问题需要进一步研究并予以改善:1)核心单元屈服点偏高，地震时启动耗能单元的阀点较高；2)若采用低屈服点钢材作为核心单元，虽容易导致核心单元屈服，但也会导致核心单元的低周疲劳寿命降低，如何保护好核心单元及提高其使用寿命是个关键问题；3)屈曲约束支撑的约束单元通常采用钢管混凝土或钢筋混凝土，从而导致构件的重量较大及构件加工精度较低，并且回收再利用性较差。
[0003]为解决上述关于屈曲约束支撑的技术难题，本发明的核心单元采用低屈服点钢材，支撑在较小的地震作用下核心单元屈服并耗能，有效地保护了主体结构；本发明中的无粘结层采用的是一种高耗散粘弹性材料，高耗散粘弹性材料提供核心单元变形所需间隙的同时又限制了核心单元屈服段的屈曲变形和相关曲率，在核心单元发生侧向膨胀或屈服时，高耗散粘弹性材料能均匀的把局部侧向力传递到外层约束单元，这种柔性的约束方式能减少核心单元的局部破坏及提高核心单元的低周疲劳寿命，同时高耗散粘弹性材料在被剪切和挤压的过程中可吸收部分振动能量，整个屈曲约束支撑可提供更稳定、饱满的滞回曲线；本发明中的约束单元采用工字形全钢组合截面的形式，截面轻巧简单、侧向约束刚度较大、力学概念清晰、易标准化生产、施工方便且可拆卸回收再利用。
【发明内容】
[0004]技术问题:本发明的目的是提供一种性能优良、价格低廉、易标准化生产的屈曲约束支撑。
[0005]技术方案:本发明中的低屈服点钢高耗散粘弹性屈曲约束支撑由核心单元、高耗散粘弹性材料、约束单元构成。核心单元沿纵向包括约束屈服段、约束非屈服段、无约束非屈服段。约束屈服段是耗能段，采用低屈服点钢材，并在中间部分设置限位凸起用于限制约束单元的滑动；约束非屈服段采用变截面的形式以降低应力集中；无约束非屈服段开设螺栓孔，可通过螺栓与主体结构连接，无约束非屈服段的两侧通过角焊缝设置加劲肋，加劲肋有部分伸入约束单元。约束单元由两类共计四个工字形的构件通过焊接组合而成，a类的工字形构件在两端预留一定长度的压缩空间(长度由实际需求确定)，b类的工字形构件在中间预留凹槽与核心单元的凸起咬合起到限位的作用。将一定厚度的高耗散粘弹性材料(厚度由实际需求确定)贴在核心单元上。
[0006]将低屈服点钢高耗散粘弹性屈曲约束支撑采用对角斜向或人字形布置于层间。在小震和风振下，与普通支撑一样，低屈服点钢高耗散粘弹性屈曲约束支撑不会发生屈曲，此时只对建筑主体结构提供侧向刚度；在中震和大震下，核心单元约束屈服段会进入屈服，发生往复弹塑性变形进而耗能。高耗散粘弹性材料提供核心单元变形所需间隙的同时又限制了核心单元屈服段的屈曲变形和相关曲率，在核心单元发生侧向膨胀或屈服时，高耗散粘弹性材料能均匀的把局部侧向力地传递到外层约束单元，这种柔性的约束方式能减少核心单元的局部破坏及提高核心单元的低周疲劳寿命，同时高耗散粘弹性材料在被剪切和挤压的过程中可吸收部分振动能量，整个屈曲约束支撑可提供更稳定、饱满的滞回曲线。
[0007]本发明中的约束单元采用工字形全钢组合截面的形式，截面轻巧简单、侧向约束刚度较大、力学概念清晰、易标准化生产、施工方便且可拆卸回收再利用。
[0008]由此可以看出，低屈服点钢高耗散粘弹性屈曲约束支撑具有高耗能能力、使用寿命长、加工精度高、回收利用性好等优点。
[0009]有益效果:本发明的低屈服点钢高耗散粘弹性屈曲约束支撑具有以下优点:
[0010](一)核心单元采用低屈服点钢材，在小震下便可耗散振动能量，耗能启动阀点低。
[0011]( 二)无粘结层采用高耗散粘弹性材料可以提高核心单元屈服段的低周疲劳寿命及增加屈曲约束支撑的耗能能力。
[0012](三)约束单元采用工字形全钢组合截面的形式，截面轻巧简单、侧向约束刚度较大、力学概念清晰、易标准化生产、施工方便且可拆卸回收再利用。
【附图说明】
[0013]图1是低屈服点钢高耗散粘弹性屈曲约束支撑耗能段截面图；
[0014]图2是核心单元的构造图；
[0015]图3(a)是约束单元的构造图1 ;
[0016]图3(b)是约束单元的构造图1I ；
[0017]图4是低屈服点钢高耗散粘弹性屈曲约束支撑效果图；
[0018]其中，I为核心单元；2为高耗散粘弹性材料；3为约束单元；4为约束屈服段；5为约束非屈服段；6为非约束非屈服段；7为限位凸起；8为加劲肋；9为螺栓孔；10为凹槽；11为限位空间。
【具体实施方式】
[0019]如图1?图4所示，本发明中的低屈服点钢高耗散粘弹性屈曲约束支撑由核心单元(I)、高耗散粘弹性材料(2)、约束单元(3)构成。核心单元(I)采用屈服强度为100?200Mpa的钢材，如BLY100，LYP100, BLY160。核心单元(I)沿纵向包括约束屈服段(4)、约束非屈服段(5)、无约束非屈服段(6)。约束屈服段(4)是耗能段，采用低屈服点钢材，并在中间部分设置限位凸起(7)(依据阻尼力吨位而定)用于限制约束单元的滑动；约束非屈服段(5)采用变截面的形式以降低应力集中；无约束非屈服段开设螺栓孔(9)，可通过螺栓与主体结构连接，无约束非屈服段的两侧通过角焊缝设置加劲肋(8)，加劲肋有部分伸入约束单元(3)。约束单元(3)采用Q235钢材，由a，b两类共计四个工字形的构件通过焊接组合而成，a类工字形构件在两端预留一定长度的压缩空间(11)，b类工字形构件在中间预留凹槽(10)与核心单元⑴的限位凸起(7)咬合起到限位的作用。无粘结层(2)采用高耗散粘弹性材料，如丁基橡胶、硅橡胶、丁腈橡胶为基体的粘弹性材料。将一定厚度的高耗散粘弹性材料粘贴在核心单元(I)上。
[0020]将低屈服点钢高耗散粘弹性屈曲约束支撑采用对角斜向或人字形布置于层间。在小震和风振下，与普通支撑一样，低屈服点钢高耗散粘弹性屈曲约束支撑不会发生屈曲，此时只对建筑主体结构提供侧向刚度；在中震和大震下，核心单元约束屈服段(4)会进入屈月艮，发生往复弹塑性变形进而耗能。高耗散粘弹性材料(2)提供核心单元(I)变形所需间隙的同时又限制了核心单元约束屈服段(4)的屈曲变形和相关曲率，在核心单元(I)发生侧向膨胀或屈服时，高耗散粘弹性材料(2)能均匀的把局部侧向力地传递到外层约束单元
(3)，这种柔性的约束方式能减少核心单元(I)的局部破坏及提高核心单元(I)的低周疲劳寿命，同时高耗散粘弹性材料(2)在被剪切和挤压的过程中可吸收部分振动能量，整个屈曲约束支撑可提供更稳定、饱满的滞回曲线。
[0021]本发明中的约束单元(3)采用工字形全钢组合截面的形式，截面轻巧简单、侧向约束刚度较大、力学概念清晰、易标准化生产、施工方便且可拆卸回收再利用。
[0022]由此可以看出，低屈服点钢高耗散粘弹性屈曲约束支撑具有高耗能能力、使用寿命长、加工精度高、回收利用性好等优点。
【主权项】
1.一种低屈服点钢高耗散粘弹性屈曲约束支撑，其构成分为三个部分:核心单元(I)，高耗散粘弹性材料(2)，约束单元(3)。核心单元(I)沿纵向包括约束屈服段(4)，约束非屈服段(5)，无约束非屈服段(6)。约束屈服段为耗能段，中间设置限位凸起(7);约束非屈服段(5)采用变截面形式，并在板的两侧设置加劲肋(8);无约束非屈服段上开设螺栓孔(9)，通过连接板与主体结构相连。约束单元(3)由两类工字形截面的构件组成，a类工字形截面构件在两端设置压缩空间(11)，b类工字形截面构件在中间设置凹槽(10)。2.根据权利要求1所述的低屈服点钢高耗散粘弹性屈曲约束支撑，其特征在于所述的核心单元(I)采用了低屈服点钢，核心单元是通过低屈服点钢在塑性区发生反复拉压变形而耗能；高耗散粘弹性材料一方面提供核心单元变形所需间隙，同时又限制核心单元屈服段的屈曲变形和相关曲率，从而有效提高屈服段的低周疲劳寿命；另一方面核心单元振动往复变形会导致高耗散粘弹性材料发生剪切和挤压，高耗散粘弹性材料可耗散振动能量，增加屈曲约束支撑的耗能能力。3.根据权利要求1和2所述的低屈服点钢高耗散粘弹性屈曲约束支撑，其特征在于外围约束单元采用了四个工字型截面构件焊接而成的形式，在用料较少的情况下能提供较大的外围抗弯刚度，充分考虑屈曲约束支撑受力特点，构件加工制作方便，易标准化生产，维修施工方便，并可拆卸回收再利用。
【文档编号】E04G23/02GK105888090SQ201410652441
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年11月12日
【发明人】徐赵东, 江乾伟
【申请人】徐赵东, 南京东瑞减震控制科技有限公司