装配整体式减震支撑的制作方法

本实用新型涉及装配整体式减震支撑，属于土木工程结构消能减震（振）技术领域。

背景技术：

防屈曲支撑是一种常见的消能减震装置，在建筑工程领域得到了较为广泛的应用。普通支撑在大震作用下屈曲失稳，接近于受弯机制。防屈曲支撑的外包约束构件限制支撑的弯曲变形，使支撑主要承受轴向力，并在拉压时均能屈服耗能。这种拉压同性使得防屈曲支撑体系较之普通支撑框架具有造价低、结构安全度高以及结构设计灵活等优点。但防屈曲支撑本身也存在局限性。中/大震下防屈曲支撑耗能性能优良，但在小震及微振下，防屈曲支撑仍处于弹性阶段不耗能。这样对于侧移、舒适度要求高的高层建筑和高耸结构来说，防屈曲支撑体系就不能满足要求。

黏弹性阻尼器由黏弹性阻尼材料与钢板叠合黏结而成，依靠黏弹性材料的剪切滞回耗能特性，给主体结构提供附加刚度和阻尼，减少主体结构的动力反应，达到减振的效果。黏弹性阻尼器性能可靠、构造简单、耗能能力强，并且能全阶段耗能，不像防屈曲支撑那样需要较大的相对位移才能屈服变形发挥耗能作用。

有研究人员提出综合利用不同耗能原理或机制来设计新型耗能减震器，即耗能器同时利用两种或两种以上方式耗能的思想，研究开发了多种新型耗能减振器。

近年来有工程人员提出防屈曲支撑与黏弹性阻尼器并联结合的受力机理。一种制作方法是黏弹性材料一面与芯材黏贴，一面与剪切钢板黏贴。剪切钢板同时也作为外包约束构件。芯材在轴向力作用下产生变形，同时带动黏弹性材料产生剪切变形而耗能，这样可以实现防屈曲支撑在变形较小时耗能。这种制作方式存在较大缺陷。一方面，剪切变形不均匀，中间小两头大，支撑中部黏弹性材料剪切变形会远小于两端处黏弹性材料的剪切变形，这样对于黏弹性材料的利用效果较差。另一方面，黏弹性材料与钢板的黏贴需要经过高温硫化，将支撑的芯材整体入炉加热既不方便又影响低周疲劳性能。此外，芯材在塑性条件下变形较大，再加上黏弹性材料剪切变形不均匀，容易造成黏弹性材料的撕裂。

还有一种制作方法是黏弹性材料两面分别黏贴于两块剪切钢板，内侧剪切钢板紧挨着芯材，与芯材于端部焊接在一起。外侧剪切钢板同时也作为防屈曲支撑的外包约束构件。这样虽然避免了前一种制作方法带来了上述三个方面的问题，但也有不足之处。一方面，为了满足黏弹性材料剪切变形的需要，外包约束构件内部预留了一定空间，这样就不能对芯材屈服段在全长范围内进行屈曲约束，从而形成明显薄弱点。另一方面，考虑到安全性与经济性，芯材拉/压应变达到设计值时，黏弹性材料剪切变形应接近极限剪切变形；芯材处于弹性阶段时，黏弹性材料剪切变形较小，耗散的能量有限，材料利用率也较低。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于从工作机理和构造形式上克服上述缺陷，提出一种装配整体式减震支撑。其工作机理为带有限位功能的黏弹性阻尼元件与弹簧构件串联之后再与防屈曲支撑并联。当装配整体式减震支撑整体变形较小时，防屈曲支撑元件的耗能芯材处于弹性阶段不耗能，黏弹性阻尼元件剪切变形耗能；当装配整体式减震支撑整体变形较大时，耗能芯材屈服耗能，挡板将黏弹性材料的剪切变形限制在许可变形范围内，而弹簧承担大部分变形。黏弹性阻尼元件与防屈曲支撑元件协同工作，小变形时由黏弹性阻尼元件耗能，大变形时主要由防屈曲支撑元件耗能。

本实用新型提出的装配整体式减震支撑，由防屈曲支撑元件2、黏弹性阻尼元件3和限位装置4组成，其中：

所述防屈曲支撑元件2由耗能芯材5、无黏结层6、外包约束构件7及支撑端板8组成，耗能芯材5外围包裹有无黏结层6，无黏结层6外围包裹有外包约束构件7，耗能芯材5两端伸出无黏结层6，并连接支撑端板8；

所述黏弹性阻尼元件3由黏弹性材料9、盖板10和底板11组成，盖板10和底板11之间设置黏弹性材料9；

所述限位装置4由弹簧12、挡板13及隔板14组成；

所述防屈曲支撑元件2两端的四周设有黏弹性阻尼元件3，所述黏弹性阻尼元件3的底板11通过螺栓连接防屈曲支撑元件2的外包约束构件7；隔板14位于耗能芯材5两端伸出无黏结层6端部，隔板14和盖板10一端之间设有挡板13，将黏弹性材料9的剪切变形限制在一定范围内；支撑端板８和隔板14之间由弹簧12相连。

本实用新型中，所述耗能芯材5采用软钢制成，截面形式为一字型或十字型结构。

本实用新型中，具有限位功能的黏弹性阻尼元件3与弹簧串联后，再与防屈曲支撑元件2并联。黏弹性阻尼元件3与防屈曲支撑元件2协同工作，变形较小时防屈曲支撑元件处于弹性阶段不耗能，黏弹性阻尼元件耗能；变形较大时主要由防屈曲支撑元件的耗能芯材5屈服耗能。

本实用新型中，所述黏弹性材料9可以选用高阻尼橡胶或其它具有高耗能特性的粘弹性材料。

本实用新型中，黏弹性材料9经过高温硫化黏贴于盖板10及底板11。底板11要宽于盖板10，其上预留螺栓孔，与防屈曲支撑元件2螺栓连接。盖板10要长于底板11，其两端通过焊接与挡板13相连。

本实用新型中，挡板13预留螺栓孔与隔板14相连。考虑到加工工艺及装配过程，隔板14中间开孔，开孔形状及位置要保证隔板14不阻碍耗能芯材5的拉压变形。

本实用新型中，挡板13的作用在于可以将黏弹性材料的剪切变形限制在一定范围内。弹簧12两端分别连接于支撑端板8和隔板14上，其作用在于提供变形能力，满足构件在粘弹性材料剪切变形被限制后的变形需求。

与传统防屈曲支撑及现有含黏弹性的防屈曲支撑相比，本实用新型具有如下优点：

（1）相比于传统防屈曲支撑，本实用新型增加一种耗能途径，克服传统防屈曲支撑弹性范围内不耗能的缺点，实现全阶段耗能；

（2）防屈曲支撑元件2、黏弹性阻尼元件3、限位装置4三部分分开加工，通过螺栓连接装配而成。各部分元件可分别同时加工然后再现场拼装，缩短产品生产周期。且地震后可以只更换部分损坏的元件，具有经济性。

（3）可以布置更大面积的粘弹性材料9，具有更强耗能能力。

（4）可以设计较薄的黏弹性材料，使其在耗能芯材还处于弹性阶段或者刚进入塑性阶段时就接近于理论极限剪切应变。这样就提高了黏弹性材料的利用率，同时限位装置又可以起到保护黏弹性阻尼器的作用。

（5）防屈曲支撑元件2与黏弹性阻尼元件3分开加工，分开设计，具有较大的设计自由度。

附图说明

图1是本实用新型装配整体式减震支撑的整体轴测图；

图2是本实用新型装配整体式减震支撑的工作机理简图；

图3是本实用新型防屈曲支撑元件的整体轴测图；

图4是本实用新型防屈曲支撑元件的横截面图；

图5是本实用新型黏弹性阻尼元件的整体轴测图；

图6是本实用新型黏弹性阻尼元件的横截面图；

图7是本实用新型黏弹性阻尼元件的剖面图；

图8是本实用新型隔板的整体轴测图；

图中标号：2、防屈曲支撑元件；3、黏弹性阻尼元件；4、限位装置；5、耗能芯材；6、无黏结层；7、外包约束构件；8、支撑端板；9、黏弹性材料；10、盖板；11、底板；12、弹簧；13、挡板；14、隔板。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图进一步说明本实用新型。

实施例1：

如图1～8所示，本实用新型为装配整体式减震支撑，包括防屈曲支撑元件2、黏弹性阻尼元件3和限位装置4三部分。

如图１所示，所述防屈曲支撑元件2两端的四周设有黏弹性阻尼元件3，所述黏弹性阻尼元件3的底板11通过螺栓连接防屈曲支撑元件2的外包约束构件7；隔板14位于耗能芯材5两端伸出无黏结层6端部，隔板14和盖板10一端之间设有挡板13，将黏弹性材料9的剪切变形限制在一定范围内；支撑端板８和隔板14之间由弹簧12相连。

如图２所示，具有限位功能的黏弹性阻尼元件3与弹簧12串联之后再与防屈曲支撑元件2并联。

如图３及图4所示，防屈曲支撑元件2由耗能芯材5、无黏结层6、外包约束构件7及支撑端板8组成，无黏结层6外围包裹有外包约束构件7，耗能芯材5两端伸出无黏结层6，并连接支撑端板8。

如图５、图6及图7所示，黏弹性材料9经过高温硫化黏贴于盖板10及底板11；底板11要宽于盖板10，其上预留螺栓孔，与防屈曲支撑元件2螺栓连接；盖板10要长于底板11，其两端通过焊接与挡板13相连。

如图８所示，隔板14上预留螺栓孔，与挡板13螺栓连接；隔板14中间开孔，开孔形状及位置要保证隔板14不阻碍耗能芯材5的拉压变形。

图示中耗能芯材5采用一字型截面软钢，屈服段通长用无粘结层包裹，实际工程中也可以采用其他截面形式。钢板焊接而成的工字型外套筒与无粘结层6之间用细石混凝土填充，形成外包约束构件7。工字型外套筒翼缘预留螺栓孔，与黏弹性阻尼元件的底板螺栓连接。盖板10和挡板13用钢板焊接而成，粘弹性材料置于盖板10和底板11之间，一同入炉高温硫化黏贴，形成黏弹性阻尼元件3。底板11预留螺栓孔与外包约束构件螺栓连接，挡板13预留螺栓孔与隔板14螺栓连接。弹簧12一端与隔板14连接，一端与支撑端板8连接。屈曲支撑元件2、黏弹性阻尼元件3、限位装置4三部分分开加工，通过螺栓连接装配成一个整体，形成本实用新型所述装配整体式减震支撑1。