一种多级控制屈曲阻尼耗能支撑构件的制作方法

本发明涉及建筑结构中阻尼耗能支撑技术领域，特别是指一种多级控制屈曲阻尼耗能支撑构件。

背景技术：

在建筑结构的设计或抗震加固改造中，支撑构件是一种有效提高结构抗侧刚度中的构件，而现有的支撑构件存在受压屈曲问题。针对传统普通支撑构件存在的受压屈曲问题，出现了防屈曲支撑构件这一新型支撑构件形式。常见的防屈曲支撑构件的核心屈服耗能单元、外部屈曲约束单元和滑动机制单元之间的变形空间加工精度要求较高，制作工艺复杂；核心屈服耗能单元采用低屈服点的钢材，依赖进口，受到制约。虽然这类防屈曲支撑构件具有高效的抗震性能，近年来已经在多项工程中得到了应用，但是所采用的防屈曲支撑构件在屈服时刚度下降较多和产生过大的层间相对位移，使结构因刚度下降过快产生的层间相对位移过大引起构件破坏，特别是大震作用时，这种破坏很明显。

另外，若采用双卡栓（或者双活塞）核心双环的屈曲阻尼器，不仅在安装时内环与外环不易固定，而且在使用时内环与外环会产生相对位移。虽然该类阻尼器的层间相对位移小于传统的防屈曲支撑构件产生的层间相对位移，但是仍然会造成所受压力不在一条直线上，轻则会造成阻尼器构成的支撑构件失效，重则会造成支撑的部件发生损坏。

技术实现要素：

针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种多级控制屈曲阻尼耗能支撑构件，解决了现有防屈曲支撑构件易产生较大的层间相对位移而导致层间结构损坏技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种多级控制屈曲阻尼耗能支撑构件，包括同心设置的钢外环管和钢内环管，所述钢外环管的外壁两侧分别设置有相互对应的连接杆件，钢内环管的外壁与钢外环管的内壁通过钢内环管连接钢柱固定连接，钢外环管的内壁与钢内环管的外壁之间设置有与活塞机构，活塞机构和钢内环管连接钢柱对应设置且与连接杆件处于同一条轴线上。本方案中的连接杆件首先将轴力传递给钢外环管，使钢外环管率先屈曲产生一次耗能；当轴力继续增加时，活塞机构之间的缝隙逐渐缩小，当活塞机构的行程被挤压或者拉到尽头后，钢外环管与钢内环管或钢内环管的卡槽实现刚性接触，随着轴力的持续增加，钢内环管也逐步达到屈服，便会产生再一次的耗能。在两次屈曲耗能的整个过程中，本支撑构件所受的轴力始终在一条直线上，刚度在一级屈服下降后会二级增加，既不会产生过大的层间相对位移，又实现了多级控制屈曲阻尼的耗能支撑。

所述活塞机构包括设置在钢外环管的内壁上的筒状卡槽，钢内环管的外壁上设置有与筒状卡槽相配合的卡栓，通过卡栓和筒状卡槽的配合，可以对轴向受力进行可靠地引导，进一步避免了过大层间相对位移的发生。

所述活塞机构包括设置在钢外环管的内壁上的卡栓，钢内环管的外壁上设置有与卡栓相配合的筒状卡槽，卡栓和筒状卡槽的位置互换，能够实现同样的效果。

所述筒状卡槽的外直径与钢内环管的长度之比为0.8～1，筒状卡槽与钢内环管特定尺寸的比例，可以防止连接处出现屈服，使得钢外环管屈服后增加的轴力能够可靠地传递到内环，快速增加刚度，减小变形的效果。

进一步地，所述钢内环管中设置有多孔填充板，多孔填充板可以保证二次屈曲耗能时的稳定性，解决了传统防屈曲支撑屈服后刚度下降较快导致的变形过大的问题。

进一步地，所述多孔填充板为锌板或低屈服的钢材，多孔填充板的直径与板厚的比值为10～15，多孔填充板上的开孔对称设置，所述开孔的面积与整个多孔填充板的面积比值为25%～50%。多孔填充板的特殊设置可以防止出现平面外失稳，另外还能达到拉压承载力对称、滞回曲线饱满的效果。

进一步地，所述连接杆件包括通过钢外环管连接端板与钢外环管连接的钢管，钢外环管连接端板一面为与钢外环管的外壁相贴合的弧形面、另一面为与钢管一端相对接的平面，弧形面可以保证钢外环管连接端板与钢外环管连接的可靠性，平面可以便捷地与钢管的端部进行对接，进而保证传力的稳定性。钢管内填充有聚氨酯，内充聚氨酯的钢管，可以减薄钢管壁厚，降低构件自重，防止连接钢管屈曲，节约钢材。钢管的另一端设置有封堵钢板，封堵钢板的外侧设置带有安装孔的连接端板，通过高强螺栓与连接端板配合可方便地与支撑部件连接。

进一步地，所述钢外环管和钢内环管的直径之比为1.4～2.2，钢外环管和钢内环管的直径与厚度之比均为1.4～2.2，钢外环管和钢内环管之间的间隙为钢外环管的外直径的0.06倍，钢外环管的长度与直径的比为0.5～1.2，钢内环管的长度与直径的比为0.5～1。所述尺寸比例的优点是防止钢外环管、钢内环管出现平面外失稳，达到拉压承载力对称、滞回曲线饱满的效果。

进一步地，所述钢外环管连接端板的直径与钢外环管的长度之比为0.6～1，可以防止钢外环管连接端板强度被破坏。

所述钢内环管连接钢柱为t字形，钢内环管连接钢柱与钢内环管相接的一端为弧形板，弧形板的设置可以保证钢内环管与钢外环管传力的稳定性和可靠性。钢内环管连接钢柱与钢外环管相接的一端为与弧形板相垂直的钢板，弧形板的直径与钢内环管的长度之比为0.8～1。所述尺寸比例的优点是防止连接处出现屈服，使得钢外环管屈服后增加的轴力能够可靠地传递到钢内环管，快速增加刚度，减小变形的效果。

本发明既有良好的二次滞回耗能性能，又可以起到阻尼器的效果，从而达到多级耗能的效果，还可以有效的解决传统的防屈曲支撑屈服后刚度下降较快导致的变形过大问题，可广泛应用于结构抗震加固及抗震设计构件等。本发明通过钢内环管、钢外环管的直径、壁厚以及长度，即可调整多级控制屈曲阻尼耗能支撑构件整体截面的惯性矩及整体刚度，达到多级刚度控制和多级屈曲阻尼耗能的控制，最有效地解决在构件初次屈服后，后期刚度一直下降的问题，有效地控制了多级荷载作用下结构的层间相对位移，并达到耗能的目的。本发明弥补了现有屈曲支撑构件的种类，为结构设计与加固提供了多级刚度控制和多级阻尼耗能，量化地解决中震与大震刚度和阻尼需要的问题。本发明中的构件可采用普通的有屈服点的钢材，提高了钢材的适用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图；

图2图1进a处的放大图；

图3图1的剖视结构示意图；

图4为图3中g-g面的剖视图；

图5为图4中a-a面的剖视图；

图6为图4中b-b面的剖视图；

图7为图4中c-c面的剖视图；

图8为图4中d-d面的剖视图；

图9为图4中e-e面的剖视图;

图10为图4中f-f面的剖视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1，一种多级控制屈曲阻尼耗能支撑构件，如图1所示，包括同心设置的钢外环管1和钢内环管2，所述钢外环管1的外壁两侧分别设置有相互对应的连接杆件，所述连接杆件包括通过钢外环管连接端板4与钢外环管1连接的钢管10，钢外环管连接端板4的一面为与钢外环管1的外壁相贴合的弧形面、另一面为与钢管10一端相对接的平面，弧形面可以保证钢外环管连接端板与钢外环管连接的可靠性，平面可以便捷地与钢管的端部进行对接，进而保证传力的稳定性。

如图4-6所示，所述钢管10内填充有聚氨酯，内充聚氨酯的钢管10可以减薄钢管壁厚，降低构件自重，防止连接钢管屈曲，节约钢材。如图5所示，钢管10另一端设置有封堵钢板11，封堵钢板11的外侧设置带有安装孔的连接端板12，通过高强螺栓与连接端板12配合可方便地与支撑部件连接。

如图3和图10所示，所述钢内环管2的外壁与钢外环管1的内壁通过钢内环管连接钢柱8固定连接，钢内环管连接钢柱8为t字形，钢内环管连接钢柱8与钢内环管2相接的一端为弧形板8-1，弧形板8-1的设置可以保证钢内环管2与钢外环管1传力的稳定性和可靠性。钢内环管连接钢柱8与钢外环管1相接的一端为与弧形板8-1相垂直的钢板8-2，弧形板8-1的直径与钢内环管2的长度之比为0.8～1。所述尺寸比例的优点是防止连接处出现屈服，使得钢外环管1屈服后增加的轴力能够可靠地传递到钢内环管2，快速增加刚度，减小变形的效果。

如图1、图2和图8所示，所述钢外环管1的内壁与钢内环管2的外壁之间设置有与活塞机构，活塞机构和钢内环管连接钢柱8对应设置且与钢管10处于同一条轴线上，同一条轴线的设置方式可以保证钢内环管与钢外环管受力的可靠性。所述活塞机构包括设置在钢外环管1的内壁上的筒状卡槽6，钢内环管2的外壁上设置有与筒状卡槽6相配合的卡栓5，通过卡栓5和筒状卡槽6的配合，可以对轴向受力进行可靠地引导，可避免过大层间相对位移的发生，卡栓5和筒状卡槽6的位置互换，能够实现同样的效果。

本方案中的钢管10首先将轴力传递给钢外环管1，使钢外环管1率先屈曲产生一次耗能；当轴力继续增加时，活塞机构之间的缝隙逐渐缩小，当活塞机构的行程被挤压或者上拉到尽头后，钢外环管1与钢内环管2或筒状卡槽6实现刚性接触，随着轴力的持续增加，钢内环管2也逐步达到屈服，便会产生再一次的耗能。在两次屈曲耗能的整个过程中，本支撑构件所受的轴力始终在一条直线上，既不会产生层间相对位移，又实现了多级控制屈曲阻尼的耗能支撑，既有良好的二次滞回耗能性能，又可以起到阻尼器的效果，从而达到多级耗能的效果，还可以有效的解决传统的防屈曲支撑屈服后刚度下降较快导致的变形过大问题，可广泛应用于结构抗震加固及抗震设计构件等。

实施例2，一种多级控制屈曲阻尼耗能支撑构件，如图8所示，所述筒状卡槽6的外直径与钢内环管2的长度之比为0.8～1，筒状卡槽6与钢内环管2特定尺寸的比例，可以进一步防止连接处出现屈服，使得钢外环管1屈服后增加的轴力能够可靠地传递到内环2，快速增加刚度，减小变形的效果。

本实施例的其他结构与实施例1相同。

实施例3，一种多级控制屈曲阻尼耗能支撑构件，如图1所示，所述钢内环管2中设置有多孔填充板3，多孔填充板3可以保证二次屈曲耗能时的稳定性，解决了传统防屈曲支撑屈服后刚度下降较快导致的变形过大的问题。

本实施例的其他结构与实施例1或2相同。

实施例4，一种多级控制屈曲阻尼耗能支撑构件，如图1-3和图7所示，所述多孔填充板3为锌板或低屈服的钢材，多孔填充板3的直径与板厚的比值为10～15，多孔填充板3上的开孔对称设置，所述开孔的面积与整个多孔填充板的面积比值为25%～50%。多孔填充板的特殊设置可以防止出现平面外失稳，另外还能达到拉压承载力对称、滞回曲线饱满的效果。

本实施例的其他结构与实施例3相同。

实施例5，一种多级控制屈曲阻尼耗能支撑构件，如图7所示，所述钢外环管1和钢内环管2的直径之比为1.4～2.2，钢外环管1和钢内环管2的直径之比和厚度之比均为1.4～2.2；如图2所示，钢外环管1和钢内环管2之间的活塞机构的行程7为钢外环管1的外直径的0.06倍；钢外环管1的长度与直径的比为0.5～1.2，钢内环管2的长度与直径的比为0.5～1。所述尺寸比例的优点是防止钢外环管1、钢内环管2出现平面外失稳，达到拉压承载力对称、滞回曲线饱满的效果。

本实施例的其他结构与实施例1-4任一项相同。

实施例6，一种多级控制屈曲阻尼耗能支撑构件，如图9所示，所述钢外环管连接端板4的的直径与钢外环管1的长度之比为0.6～1，可以防止钢外环管连接端板4强度被破坏。

本实施例的其他结构与实施例5相同。

本发明未详尽之处均为本领域技术人员所公知的常规技术手段。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。