专利名称：多屈服点免断裂防屈曲支撑及方法
技术领域：
本发明涉及一种建筑构件，特别是涉及一种多屈服点免断裂防屈曲支撑及方法。
背景技术：
地震区的建筑结构都要考虑结构的抗震，在现有技术中，由于框架支撑结构的建 筑功能布置灵活、抗震性能良好而得到广泛应用，但是由于框架支撑结构体系中的钢支撑 在受压时会产生屈曲，故往往需要加大支撑的断面以符合设计需求，这样材料的浪费较多， 并且增大了地震响应，从而又降低了其经济性，即便如此，仍然不能保证在强震动下避免屈 曲的发生，在框架支撑体系中采用防屈曲支撑代替普通钢支撑可减小结构刚度、避免大震 下的支撑失稳，因此，防屈曲支撑得到了越来越多地应用。目前，防屈曲支撑一般由三个基本部分组成，一是屈服单元，二是屈曲约束单元和 三是连接单元，当屈服单元受压时，由于受到外部的屈曲约束单元的约束，使得屈服单元不 会发生屈曲，当压力达到其屈服极限时，屈服单元会发生屈服从而消耗输入体系的能量，防 屈曲支撑的一个重要性能指标是其延展性能，也就是防屈曲支撑极限伸长量与屈服伸长量 的比值。普通的防屈曲支撑均采用单一材料制成，由于受单一材料性质的限制，普通的防 屈曲支撑的延展性能并不很好，而自然界实际发生的地震有大有小，一般可以根据烈度区 分为小震、中震、大震、超大震；而普通防屈曲支撑在小震下进入工作，则在大震下就容易断 裂；而要保证大震下不断裂，则必须设置成在小震时不能进入工作，在现有技术中，目前的 普通防屈曲支撑一般是在小震下不工作，以实现大震时不断裂的目的。因此，普通防屈曲支撑在小震下与普通钢支撑作用相差不大，并没有进行工作，起 到消能作用，改善建筑物在小震下抗震性能的目标并没有实现，从而使防屈曲支撑的应用 仍受到相当大的限制，普通防屈曲支撑存在的另一个问题是其在超出工作范围时会发生断 裂，导致其瞬间丧失承载力和刚度，这种情况一般在建筑遭受超大震时出现，而建筑在超大 震作用下，一般已接近倒塌，如果此时防屈曲支撑的承载力和刚度突然丧失，很容易导致建 筑物直接发生倒塌。对于现有技术中的普通防屈曲支撑，总结有以下的不足。1.现有技术中大多的普通防屈曲支撑，在小震时不能起作用。2.在大震或超大震时易出现承载力和刚度突然丧失。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种多屈服点免断裂防屈曲支撑及方法，其基本原理之一 是利用两种不同性能的屈服装置分别进入屈服来消耗能量，在小震时一次屈服单元进行工 作，中、大地震时一次屈服单元和二次屈服单元同时工作。其发明目的是利用两种不同性能的支撑相并联，并且分别进入屈服来消耗能量， 在应对中、小地震时一次屈服单元进行工作，大、中地震时二次屈服单元工作，由于采用两种不同性能的支撑制作屈服单元，防屈曲支撑的延展性能得到了很大提高，在大、中、小地 震时均能发挥出消耗能量的作用，并通过免断裂单元在超大地震作用下，该防屈曲支撑不 会发生断裂，可以继续工作的方法。本发明的另一个发明目的是通过本实施例中的具体结构，实现一次屈服单元和二 次屈服单元的并联组合，从而根据具体结构达到在不同地震度的情况下实现消耗能量，杜 绝建筑物倒塌，减少地震损失，以弥补现有技术中屈曲支撑的不足。为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的一种多屈服点免断裂防屈曲支撑方法，它包括有一次屈服单元、二次屈服单元和 免断裂单元，所述二次屈服单元由腹板屈服和夹持约束构成，所述一次屈服单元和二次屈 服单元分别采用两种不同屈服机制制作，所述一次屈服单元和二次屈服单元为并联关系， 在小震情况下一次屈服单元进入工作状态，中、大震情况下二次屈服单元进入工作状态，并 且与一次屈服单元共同消耗能量，在大震或超大震情况下免断裂单元工作，防止支撑刚度 突然丧失，杜绝建筑物直接发生倒塌。所述一次屈服单元为上下两侧分别固定的铅块，在发生相对位移时，使铅块产生 剪切变形，进入屈服状态，并消耗能量；所述二次屈服单元中的腹板屈服为除却翼缘后的工 字钢腹板，所述夹持约束为两个挟持在工字钢腹板两侧的夹持钢管构成，当中、大震情况工 字钢腹板受压变形，夹持约束的夹持钢管约束了工字钢腹板发生的失稳破坏；免断裂单元 为两个挟持在工字钢腹板两侧的夹持钢管采用螺栓与长螺栓孔固定，在夹持在大震或超大 震时，螺栓与长螺栓孔之间发生挤压，防屈曲支撑刚度增大，可防止工字钢腹板断裂。一种多屈服点免断裂防屈曲支撑，它包括有一次屈服单元、二次屈服单元和免断 裂单元，所述二次屈服单元由腹板屈服和夹持约束构成，所述的二次屈服单元中的腹板屈 服是在工字钢的中部去除了翼缘后的工字钢腹板，所述工字钢两端为支撑区，中部去除了 翼缘的部分为二次屈服单元消能区；所述夹持约束是在工字钢两侧分别设置有夹持钢管， 所述一次屈服单元是在位于工字钢上支撑区的工字钢翼缘与夹持钢管之间设置有铅块，所 述铅块的两个侧面分别与其相对应的工字钢翼缘和夹持钢管相固连，所述免断裂单元是在 工字钢两侧的夹持钢管上相对应的位置上设置有数个长槽型螺栓孔，在位于工字钢支撑部 所对应夹持钢管上长槽型螺栓孔的工字钢上设有螺栓孔，所述夹持钢管通过穿过螺栓孔的 螺栓与长螺栓孔固定在所述工字钢腹板的两侧。作为进一步的优化，所述多屈服点免断裂防屈曲支撑，包括有间隙阻隔单元，间隙 阻隔单元为垫片，该垫片设置在夹持钢管和二次屈服单元消能区的工字钢腹板之间。作为进一步的优化，所述夹持钢管为截面呈方形的通管。本发明的多屈服点免断裂防屈曲支撑及方法，结构简单，加工方便，性能稳定，成 本低廉，免于维护、具有多个屈服点，可在小震下发挥消能作用，在大震下可稳定工作，同时 具有超大震下的防断裂措施，能够较为明显的减小震害，可广泛用于新建建筑结构或已有 建筑的加固中，以达到抗震抗风、提高结构刚度、控制侧移的目的。
图1为本发明的侧视结构示意图。图2为图1的俯视结构示意图。
图3为图1中C-C向剖视结构示意图。图4为图1中D-D向剖视结构示意图。图5为图1中E-E向剖视结构示意图。图6为现有技术中防屈曲支撑的出力曲线图。图7为本发明中防屈曲支撑的出力曲线图。图中，1支撑区、2夹持钢管、3垫片、4螺栓与长螺栓孔、5工字钢腹板、6工字钢翼 缘、7 二次屈服单元、8 —次屈服单元、9工字钢、10铅块。
具体实施例方式下面将结合附图对本发明中的具体实施例作进一步详细说明。如图1和图2所示，本发明涉及的多屈服点免断裂防屈曲支撑方法，它包括有一次 屈服单元8、二次屈服单元7和免断裂单元，所述二次屈服单元7由腹板屈服和夹持约束构 成，所述一次屈服单元8和二次屈服单元7分别采用两种不同屈服机制制作，所述一次屈服 单元8和二次屈服单元7为并联关系，在小震情况下一次屈服单元8进入工作状态，中、大 震情况下二次屈服单元7进入工作状态，并且与一次屈服单元8共同消耗能量，在大震或超 大震情况下免断裂单元工作，防止支撑刚度突然丧失，杜绝建筑物直接发生倒塌。所述一次屈服单元8为上下两侧分别固定的铅块10，在发生相对位移时，使铅块 10产生剪切变形，进入屈服状态，并消耗能量；所述二次屈服单元7中的腹板屈服为除却翼 缘后的工字钢腹板5，所述夹持约束为两个挟持在工字钢腹板5两侧的夹持钢管2构成，当 中、大震情况工字钢腹板5受压变形，夹持约束的夹持钢管2约束了工字钢腹板5发生的 失稳破坏；免断裂单元为两个挟持在工字钢腹板5两侧的夹持钢管2采用螺栓与长螺栓孔 4固定，在大震或超大震时，螺栓与长螺栓孔4之间发生挤压，防屈曲支撑刚度增大，可防止 工字钢腹板断裂。如图3-图5所示，本发明涉及的多屈服点免断裂防屈曲支撑，它包括有一次屈服 单元8、二次屈服单元7和免断裂单元，所述二次屈服单元7由腹板屈服和夹持约束构成，所 述的二次屈服单元7中的腹板屈服是在工字钢9的中部去除了翼缘后的工字钢腹板5，所述 工字钢9两端为支撑区1，中部去除了翼缘的部分为二次屈服单元7消能区；所述夹持约束 是在工字钢9两侧分别设置有夹持钢管2，所述一次屈服单元8是在位于工字钢9支撑区上 的工字钢翼缘6与夹持钢管2之间设置有铅块10，所述铅块10的两个侧面分别与其相对应 的工字钢翼缘6和夹持钢管2相固连，所述免断裂单元是在工字钢9两侧的夹持钢管2上 相对应的位置上设置有数个螺栓与长螺栓孔，在位于工字钢支撑部1所对应夹持钢管2上 的螺栓与长螺栓孔的工字钢9上设有螺栓孔，所述夹持钢管2通过穿过螺栓孔的螺栓与长 螺栓孔固定在所述工字钢腹板5的两侧。作为进一步的优化，所述多屈服点免断裂防屈曲支撑，包括有间隙阻隔单元，间隙 阻隔单元为垫片3，该垫片3设置在夹持钢管2和二次屈服单元7消能区的工字钢腹板5之 间。作为进一步的优化，所述夹持钢管2为截面呈方形的通管。图6为现有技术中一般防屈曲支撑的出力曲线图，通过曲线图看到，在初始阶段 出力曲线为一个斜线，表明在此阶段中防屈曲支撑没有消耗能量，在大震和大震过后的阶段出力曲线回转形成一个滞回环，表明在此阶段中防屈曲支撑在逐渐缩小和丧失消耗能量 的能力或已完全断裂。图7为本发明中的多屈服点免断裂防屈曲支撑出力曲线图，将工字型钢9的两端 形成支撑区1，在小震作用下建筑框架结构会发生侧向变形，工字型钢9也随着发生侧向变 形，此时借助于一次屈服单元8与夹持钢管2发生相对轴向位移，铅块10发生剪切变形、进 入屈服并消耗能量；在中震和大震作用下，二次屈服单元7会进入屈服，在地震力的往复作 用下，消能支撑承受往复拉力和压力的作用，在屈曲约束单元的约束下，二次屈服单元7不 会发生失稳破坏，实现消能目标；地震作用超出大震水平时，螺栓与长螺栓孔4之间发生挤 压，消能支撑刚度增大，可防止消能段的断裂，并能防止结构倒塌。综上所述，本发明中的多屈服点免断裂防屈曲支撑的结构简单，加工方便，性能稳 定，成本低廉，免于维护、具有多个屈服点，可在小震下发挥消能作用，在大震下可稳定工 作，同时具有超大震下的防断裂措施，能够较为明显的减小震害，可广泛用于新建建筑结构 或已有建筑的加固中，以达到抗震抗风、提高结构刚度、控制侧移的目的。以上所述仅为本发明的较佳具体实施例，并非用来局限本发明的专利范围，凡运 用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均同理包含于本发明的范围内。
权利要求
1.一种多屈服点免断裂防屈曲支撑方法，其特征在于，它包括有一次屈服单元、二次屈 服单元和免断裂单元，所述二次屈服单元由腹板屈服和夹持约束构成，所述一次屈服单元 和二次屈服单元分别采用两种不同屈服机制制作，所述一次屈服单元和二次屈服单元为并 联关系，在小震情况下一次屈服单元进入工作状态，中、大震情况下二次屈服单元进入工作 状态，并且与一次屈服单元共同消耗能量，在大震或超大震情况下免断裂单元工作，防止支 撑刚度突然丧失，杜绝建筑物直接发生倒塌。
2.根据权利要求1所述的多屈服点免断裂防屈曲支撑方法，其特征在于，所述一次屈 服单元为上下两侧分别固定的铅块，在发生相对位移时，使铅块产生剪切变形，进入屈服状 态，并消耗能量；所述二次屈服单元中的腹板屈服为除却翼缘后的工字钢腹板，所述夹持约 束为两个挟持在工字钢腹板两侧的夹持钢管构成，当中、大震情况工字钢腹板受压变形，夹 持约束的夹持钢管约束了工字钢腹板发生的失稳破坏；免断裂单元为两个挟持在工字钢腹 板两侧的夹持钢管采用螺栓与长螺栓孔固定，在夹持在大震或超大震时，螺栓与长螺栓孔 之间发生挤压，防屈曲支撑刚度增大，可防止工字钢腹板断裂。
3.一种多屈服点免断裂防屈曲支撑，其特征在于，它包括有一次屈服单元、二次屈服单 元和免断裂单元，所述二次屈服单元由腹板屈服和夹持约束构成，所述的二次屈服单元中 的腹板屈服是在工字钢的中部去除了翼缘后的工字钢腹板，所述工字钢两端为支撑区，中 部去除了翼缘的部分为二次屈服单元消能区；所述夹持约束是在工字钢两侧分别设置有夹 持钢管，所述一次屈服单元是在位于工字钢上支撑区的工字钢翼缘与夹持钢管之间设置有 铅块，所述铅块的两个侧面分别与其相对应的工字钢翼缘和夹持钢管相固连，所述免断裂 单元是在工字钢两侧的夹持钢管上相对应的位置上设置有数个螺栓与长螺栓孔，在位于工 字钢支撑部所对应夹持钢管上的螺栓与长螺栓孔的工字钢上设有螺栓孔，所述夹持钢管通 过穿过螺栓孔的螺栓与长螺栓孔固定在所述工字钢腹板的两侧。
4.根据权利要求3所述的多屈服点免断裂防屈曲支撑，其特征在于，包括有间隙阻隔 单元，间隙阻隔单元为垫片，该垫片设置在夹持钢管和二次屈服单元消能区的工字钢腹板 之间。
5.根据权利要求3所述的多屈服点免断裂防屈曲支撑，其特征在于，所述夹持钢管为 截面呈方形的通管。
全文摘要
本发明涉及的多屈服点免断裂防屈曲支撑及方法，有一次屈服单元、二次屈服单元和免断裂单元，所述一次屈服单元和二次屈服单元分别采用两种不同屈服机制并联工作，防屈曲支撑中二次屈服单元是由腹板屈服和夹持约束构成，一次屈服单元是在位于工字钢翼缘与夹持钢管之间设置有铅块，免断裂单元是在工字钢两侧的夹持钢管上设置有数个长槽型螺栓孔，本方案结构简单，加工方便，性能稳定，成本低廉，免于维护、具有多个屈服点，可在小震下发挥消能作用，在大震下可稳定工作，同时具有超大震下的防断裂措施，能够较为明显的减小震害，可广泛用于新建建筑结构或已有建筑的加固中，以达到抗震抗风、提高结构刚度、控制侧移的目的。
文档编号E04B1/98GK102080420SQ20101057007
公开日2011年6月1日 申请日期2010年12月2日 优先权日2010年12月2日
发明者李文峰, 苗启松 申请人:李文峰, 苗启松