滚动式调谐质量型防屈曲支撑的制作方法
【专利摘要】一种滚动式调谐质量型防屈曲支撑，属于建筑施工【技术领域】，其在约束构件内部设置滚轮，使约束构件与钢芯之间实现滚动接触；所述约束构件由围绕钢芯的4个套筒组成；所述套筒的接触面上装有滚轮；在约束构件与钢芯之间浇筑填充材料并密封后，所述套筒围绕钢芯贴紧并通过外接板连接成为一个整体，通过回弹元件连接在钢芯上实现来回滚动，使得所述套筒同时具备调谐质量阻尼器振子和防屈曲支撑约束套筒的双重功能。每个子套筒在组装前其生产和加工都彼此独立。分别在这些套筒的接触面上安装滚轮，使每个管件在组装前都成为一个可滚动的“管状小车”。浇筑填充材料并密封后，将这些“管车”围绕钢芯贴紧并通过外接板连接，使原本彼此独立的几个“管车”成为一个整体，在钢芯上实现滚动，其同时具备调谐质量阻尼器振子和防屈曲支撑约束套筒的双重功能。
【专利说明】滚动式调谐质量型防屈曲支撑
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种新型建筑结构复合减震(振)器一调谐质量型防屈曲支撑(TMD-BRB)，是土木工程结构消能减震(振)【技术领域】的一项新工艺技术。
【背景技术】
[0002]防屈曲支撑(BRB)以其优秀的力学性能，制作简单和维护成本低等特点，近年被大量用于新建结构和已有构筑物的加固上。但是，传统BRB有门槛屈服力限制，多在中震以上发挥作用，而在小震和风振条件下，与普通支撑相比并无优势，造价却高于后者。调谐质量阻尼器(TMD)是目前高层建筑风振控制中应用较广的控制技术之一，但集中式TMD需较大支撑装置及阻尼设施，一般的工业与民用建筑难以安放，且功能上调频范围较窄，减风振虽好，减震欠佳；分散式TMD虽弥补了调频范围狭窄的问题，但其空间占用大，经济成本高。
[0003]中国专利(ZL200910077003.4)提出的调频质量防屈曲支撑(TMD-BRB)，将TMD功能巧妙的引入到BRB上，实现了两种阻尼器的有机结合。其特征在于:利用约束套筒作为调谐质量，钢芯作为振动轨道。套筒与钢芯之间去除以往的限位卡，通过弹簧来实现连接。约束套筒与钢芯接触面上加涂润滑材料，使套筒成为TMD振子并具备振动条件。这种新型阻尼器在理论上同时兼顾TMD和BRB两种阻尼器的减震(振)特点和功能:风振、小震条件下，振子会产生反向惯性力来削弱主体结构的振动作用；而在中震、大震及超大震条件下，构件又会发挥其BRB功能，通过钢芯的塑性变形来实现耗能。
[0004]但是，TMD-BRB在生产中存在几个技术难点:(I)振子与钢芯之间接触面的摩擦不好控制，即使采用润滑剂，相关指标要达到设计要求也比较困难；(2)滑动构造对构件初始弯曲，滑动面的光滑度等要求苛刻，并且需要精加工，普通建筑构件加工厂难以承受；(3)滑道在加工和使用过程中极易被沙石等固体颗粒杂质所阻塞，而相关检修也很麻烦；(4)润滑剂的耐久性和密封问题不易解决。
[0005]除开上述技术难点，由于滑动构件较为精密，其运输、安装、维护等一系列费用等都会相应提高。成本高昂使得新技术在市场推广方面存在困境。为使新技术能够真正步入市场，服务社会，极需一套低廉、简单、且能够满足相关设计要求的配套工法技术。
实用新型内容
[0006]本实用新型着力解决滑动式TMD-BRB阻尼器的以上不足，并结合我国现有生产条件，建筑规范，抗震设防特点和工程应用实际等，提供一种新工艺技术。相比传统技术，其不仅制作简单，成本低廉，耐久性更高，而且大幅提升了阻尼器的TMD性能，同时BRB性能也能满足相关规范要求。
[0007]本实用新型具体采用如下技术方案:提出一种滚动式调谐质量型防屈曲支撑，包括在约束构件内部设置滚轮，使约束构件与钢芯之间实现滚动接触。
[0008]所述约束构件由围绕钢芯的4个套筒组成。所述套筒的接触面上装有滚轮。浇筑填充材料并密封后，这些套筒围绕钢芯贴紧并通过外接板连接成为一个整体，通过回弹元件连接在钢芯上实现来回滚动，使得所述套筒同时具备调谐质量阻尼器振子和防屈曲支撑约束套筒的双重功能。
[0009]优选地，所述钢芯具有变截面钢芯。
[0010]优选地，所述钢芯包括十字钢芯，错十字钢芯，一字钢芯及其它不规则截面钢芯。
[0011]优选地，所述滚轮形态包括漏斗形几何体，圆柱形几何体。
[0012]优选地，所述约束套筒内部可以填充材料。
[0013]优选地，所述填充材料为混凝土及所有颗粒材料。
[0014]优选地，所述约束套筒两端可以伸长，即回弹元件可以伸入约束构件。
[0015]优选地，所述回弹元件为螺旋拉升弹簧和压缩弹簧。
[0016]与现有技术相比，本实用新型提出的滚动式TMD-BRB具有明显的技术与经济优势:
[0017]1、本实用新型利用特制滚轮将滑动摩擦变为滚动摩擦，将摩擦系数相较从前缩小了近40倍，构件的TMD性能得到大幅提升；而且根据静力拉压试验，BRB的相关性能也能满足规程《JG/T209 - 2012建筑消能阻尼器》的要求，说明相关构造实现了对复合减震功能的
“兼顾”。
[0018]2、本实用新型提出的“组合式约束套筒”及“后焊组装法”，能够保证所述滚动TMD-BRB构件在材料用量、几何尺寸以及外观形态上，与原滑动构件相比无明显差异，但加工难度和制作成本却降低很多，在一般的建筑构件加工厂中就能完成。
[0019]3、本实用新型提供的工法，避免了对构件钢芯初始弯曲度和振子滑(滚)动平面光滑度的苛刻要求，只要能达到普通建筑规范(如《GB50205-2001钢结构工程施工质量验收规范》)的相关规定，就能不影响构件的正常工作，从而更有利于与现有建筑市场相接轨。
[0020]4、本实用新型避免了对润滑剂地使用，因此不用考虑任何耐久性和密封性的问题，在运输、安装和使用过程中，无需采用什么特别维护手段，环境适应性强。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本实用新型滚动式TMD-BRB的实施例一的构造图；
[0022]图2a-图2d为图1中各所示剖面的剖视图；
[0023]图3a-图3c为本实用新型滚动式TMD-BRB的实施例一滚轮构件示意图；
[0024]图4为本实用新型滚动式TMD-BRB的实施例一滚轮构件安装工法示意图；
[0025]图5为本实用新型滚动式TMD-BRB的实施例一连接板立体示意图；
[0026]图6为本实用新型滚动式TMD-BRB的实施例一振子的制作工法示意图；
[0027]图7为本实用新型滚动式TMD-BRB的实施例一端部套筒延长工法示意图；
[0028]图8为本实用新型滚动式TMD-BRB的实施例一用在结构上的示意图；
[0029]I—端部靴座；2—钢芯；3a—底部弹簧；3b—上部弹簧；4一挡板；5—约束套筒；6一滚轮构件；7—连接板；8—填充材料；9一滚轮；10—轴承；11一滚轮连接件；12—槽壁；13—本实用新型所述TMD-BRB ;14—节点板；15—框架梁；16—框架柱；
[0030]I 一在约束套筒表面向下开槽；II一将滚轮构件放入槽内后将其焊接固定；111 一完成工序II以及密封套筒一侧端口后，浇筑填充材料；IV—与连接板焊接或螺栓连接；
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细描述。
[0032]如图1至图2d所示，本实施例一为一种四管约束十字芯滚动式TMD-BRB。其约束套筒由四个方形带滚轮内填混凝土钢管5，围绕中间的三级变截面十字钢芯2组合而成，其与钢芯两端分别与弹簧3a及3b连接，共同构成滚动TMD振子。
[0033]首先，将端部靴座I焊于十字钢2上构成钢芯。靴座I是弹簧3a、3b与钢芯的连接支座，应具备一定的平面外刚度。十字钢2为三级变截面十字钢芯:中间段既是BRB工作段也是TMD振子轨道；第二级是BRB过渡段，部分长度充当TMD振子轨道；第三级是构件与主体结构的连接段，同时也是防止振子在振动过程中位移过大的限位卡。为避免出现端部失稳，第二级和第三级钢芯钢板的厚度宜高于工作段。
[0034]按设计尺寸和数目要求，制作(或购置)如图3a至3c所示滚轮构件若干个，以及制作(或购置)四个空心方形钢管。如图4，选择一个钢管，在确定滚动接触面后，在钢管表面按工序I所示开槽，按工序II所示固定滚轮构件6。为保持约束套筒5的密封性，此处不宜采用螺栓连接。制作中滚轮构件6不宜高出约束套筒5表平面太多，宜控制在2-5mm范围内。滚轮构件6设置完成后，应先在平面上测试能否正常滚动，无异样则密封套筒5的一边，浇筑混凝土，振捣并填充密实后，密封另一边，完成第一个“管车”制作。如法炮制其余三个“管车”。
[0035]按图5所示制作连接板。为防止钢芯出现整体失稳，连接板中间宜焊接设置一条约束肋板。对于不会出现整体失稳的构件(如构件较短时)，也可以不加约束肋板。
[0036]按图6所示将各个“管车”围绕钢芯2临时固定，盖上连接板7。焊接连接板7和套筒5，形成TMD滚动振子，同时也是BRB的约束套筒。为提高约束构件的防屈曲性能，连接板7两边宜采用满焊。振子组装完成后，要进行下滑实验以考察TMD振子与轨道之间的摩擦系数，若满足设计要求，则在振子两端加装弹簧，完成构件制作；若不满足，则切割连接板，适当调整后重新进行组装，至到达到设计要求为止。
[0037]对于弹簧变形较大的一些构件，可能造成钢芯裸露段过长的情况，此时可按图7所示构造，将套筒5和连接板7伸出一部分，但挡板4仍维持原位置，然后将弹簧3 (3a和3b)伸入筒内。这样就能减小钢芯裸露段长度使其不会在此处发生局部失稳，同时还不影响弹簧的伸缩。
[0038]如图8，构件13制作完毕后，可通过工序IV与主体结构实现对接安装。由于构件是斜向放置，振子会因为自重存在一个初始下滑。所以，底部弹簧3a必须具备受压回弹能力，而顶部弹簧3b必须具备受拉回弹能力。若弹簧的相关性能能够达到设计要求，则也允许只有弹簧3a或只有弹簧3b存在的情况。
【权利要求】
1.一种滚动式调谐质量型防屈曲支撑，其特征在于:其在约束构件内部设置滚轮，使约束构件与钢芯之间实现滚动接触；所述约束构件由围绕钢芯的4个套筒组成；所述套筒的接触面上装有滚轮；在约束构件与钢芯之间浇筑填充材料并密封后，所述套筒围绕钢芯贴紧并通过外接板连接成为一个整体，通过回弹元件连接在钢芯上实现来回滚动，使得所述套筒同时具备调谐质量阻尼器振子和防屈曲支撑约束套筒的双重功能。
2.根据权利要求1所述的滚动式调谐质量型防屈曲支撑，其特征在于，所述的钢芯为变截面钢芯。
3.根据权利要求2所述的滚动式调谐质量型防屈曲支撑，其特征在于，所述钢芯包括十字钢芯，错十字钢芯，一字钢芯。
4.根据权利要求1所述的滚动式调谐质量型防屈曲支撑，其特征在于，所述约束套筒内部有滚轮；约束套筒与钢芯的连接是滚动接触。
5.根据权利要求4所述的滚动式调谐质量型防屈曲支撑，其特征在于，所述滚轮形态包括漏斗形几何体，圆柱形几何体。
6.根据权利要求1所述的滚动式调谐质量型防屈曲支撑，其特征在于，约束套筒既是调谐质量阻尼器的振子，又是防屈曲支撑的防屈曲约束构件。
7.根据权利要求1所述的滚动式调谐质量型防屈曲支撑，其特征在于，所述约束套筒内部填充材料。
8.根据权利要求1所述的滚动式调谐质量型防屈曲支撑，其特征在于，所述回弹元件为螺旋拉升弹簧和压缩弹簧。
9.根据权利要求1所述的滚动式调谐质量型防屈曲支撑，其特征在于，所述约束套筒两端可以伸长，即回弹元件能够深入到套筒内部。
【文档编号】E04B1/98GK203977607SQ201320799692
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2013年12月6日 优先权日:2013年12月6日
【发明者】高向宇, 张玥, 丁彩虹, 李杨龙 申请人:北京工业大学