一种耗能段可更换的自复位防屈曲支撑装置

1.本发明属于土木工程消能减震技术领域，尤其是一种耗能段可更换的耗能段可更换的自复位防屈曲支撑装置。


背景技术：

2.防屈曲支撑由内核构件和外围约束构件组成，内核构件承受轴向压力，外围构件约束内核构件的横向位移，使其在轴压作用下发生全截面屈服。它既可以在小震下给主体结构提供抗侧刚度和强度，又可以在大震时利用其自身的塑性变形消耗地震能量，减少甚至避免结构的破坏，因此得到了广泛的工程应用。但是，该构件的最大缺点是在强震时变形比较大，屈服后无法自动恢复到初始位置。且目前一些可更换自复位支撑在震后修复时，需要更换整个支撑，导致修复难度大和成本较高。
3.另外，传统的防屈曲支撑，在发生地震后内部的变形情况无法监测，只能通过拆卸整跟支撑才能观察。


技术实现要素：

4.本发明旨在解决目前防屈曲支撑震后修复时需要整个更换和无法监测的问题，从而提供一种耗能段可更换的耗能段可更换的自复位防屈曲支撑装置，震后修复时不需要整个更换，屈服后能自动恢复到初始位置，并且可以监测内部情况。
5.为实现上述发明目的，本发明提供一种耗能段可更换的自复位防屈曲支撑装置，包括弹性支撑段和屈曲耗能段，屈曲耗能段设置在中部，其两端的弹性支撑段为对称构件，所述弹性支撑段包括钢管套筒和支撑段芯板，所述支撑段芯板纵向贯穿于钢管套筒中，钢管套筒内填细骨料混凝土；钢管套筒一端固定连接第一端板；屈曲耗能段包括耗能段芯板和两个u型钢板，所述耗能段芯板与支撑段芯板可拆卸连接，耗能段芯板上设有光纤光栅传感器，所述光纤光栅传感器连接外部的光纤设备，所述两个u型钢板两端分别固定连接第二端板，两个u型钢板可拆卸套装在耗能段芯板的外侧，两端分别与第一端板可拆卸连接，所述两端钢管套筒内贯穿设置预应力筋，预应力筋的两端通过锚具锚固在钢管套筒两端。
6.进一步地，所述支撑段芯板为两侧带螺栓孔的十字连接板；所述耗能段芯板为两个对称的t型连接板，t型连接板包括软钢板和第二连接板，软钢板两端中部开方形豁口，豁口两侧焊接第二连接板，豁口大小与十字连接板的厚度匹配，第二连接板上设有螺栓孔；十字连接板带螺栓孔的板插入第二连接板中间，并用螺栓连接。
7.进一步地，所述软钢板两端宽，中间窄，宽窄交界处逐步过渡。
8.进一步地，所述u型钢板开口处向外侧翻边，翻边上设有螺栓孔，两个u型钢板通过螺栓连接在一起。
9.进一步地，所述的光纤光栅传感器一共有六个，每个耗能段芯板中部有三个间隔排列的传感器。
10.进一步地，所述u型钢板一侧中部开设用于穿过光纤光栅传感器和光纤设备连接
线的孔洞。
11.本发明提出的一种耗能段可更换的耗能段可更换的自复位防屈曲支撑装置，小震作用下为结构提供刚度；中大震作用下发挥减震阻尼器的作用，通过支撑构件的变形及破坏来耗散输入结构的能量；支撑构件的变形及破坏被设定在核心受力单元的削弱段，即屈曲约束支撑的屈曲耗能段，这利用了核心单元局部削弱相当于其他部位增强的原理；该构件震后可实现监测且只需通过拆除屈曲耗能段的螺栓，即可实现耗能软钢的更换；由于存在预应力筋，构件又可以在震后恢复到初始状态；光纤光栅传感器可以对屈曲耗能段内部变形情况进行监测。
附图说明
12.图1是本发明的结构示意图；
13.图2是本发明的安装视图；
14.图3是本发明实例中所述的弹性支撑段示意图；
15.图4是本发明实例中所述的屈曲耗能段示意图；
16.图5是本发明实例中所述的耗能软钢与连接板连接示意图；
17.其中，1、钢管套筒；2、孔洞；3、预应力筋；4、光纤光栅传感器；5、第一端板；6、第二端板；7、u型钢板；8、锚具；9、十字连接板；10、螺栓孔；11、螺栓；12、软钢板；13、第二连接板。
具体实施方式
18.参照图1至5所示，本发明的耗能段可更换的自复位防屈曲支撑包括弹性支撑段和屈曲耗能段，屈曲耗能段设置在中部，其两端的弹性支撑段为对称构件，以下只说明其中一段。弹性支撑段包括方形钢管套筒1，钢管套筒1里面支撑段芯板采用十字连接板9，并填充细骨料混凝土，钢管套筒1端部设置四个预留孔洞，十字连接板9两端其中一个板两侧设有螺栓孔。预应力筋3贯穿两端钢管套筒1的四个预留孔洞，预应力筋3两端用锚具8锚固在钢管套筒1两端。钢管套筒1一端四周焊接第一端板5，第一端板5上设有螺栓孔，用于连接屈曲耗能段。
19.屈曲耗能段外侧包括两个对称的预制u型钢板7和焊接在其两端外侧的第二端板6，u型钢板7开口处向外侧翻边，翻边上设有螺栓孔10，两个u型钢板7通过螺栓连接在一起，两个u型钢板7两端分别固定连接第二端板6，第二端板6上设有螺栓孔。第二端板6与第一端板5通过螺栓连接。屈曲耗能段里面包括耗能段芯板，耗能段芯板为两个对称的t型连接板，t型连接板包括软钢板12和第二连接板13，软钢板12两端宽，中间窄，宽窄交界处逐步过渡，软钢板12两端中部开方形豁口，豁口两侧焊接第二连接板13，豁口大小与十字连接板9的厚度匹配，第二连接板13上设有螺栓孔；十字连接板9带螺栓孔的板插入第二连接板13中间，并用螺栓连接。每个软钢板12中间位置外侧贴敷三个间隔排列的光纤光栅传感器4，共六个光纤光栅传感器4。同时在u型钢板7一侧中部开孔洞2，用于穿过光纤光栅传感器4与外界光纤设备的连接线，实现监测。
20.本发明制作安装方法是：先制作弹性支撑段，将涂有无粘结材料的十字连接板9放在钢管套筒1正中心的位置，两端伸出钢管套筒1外，然后进行填充细骨料混凝土，并预留孔道。然后第一端板5焊接钢管套筒1端部四周。十字连接板9在工厂预制。接下来制作复位装
置，用四根预应力筋3通过预留孔道并在钢管套筒1两端用锚具8进行锚固。下一步安装屈曲耗能段，将第二连接板13与软钢板12进行焊接，钢板上贴敷传感器，利用连接板与钢板的空隙与带螺栓孔的十字连接板9用螺栓进行连接。对称预制的u型钢板7和第二端板67通过焊接进行连接，然后两个u型钢板7进行螺栓连接。拆卸时只需要拆掉屈曲耗能段所有的螺栓就可实现可更换。
21.工作原理：当地震发生时，耗能段可更换的自复位防屈曲支撑外侧的钢管套筒1和u型钢板7约束内侧构件的横向位移，由于t型连接板采用低屈服点钢，并且其中部横截面小，利用局部削弱相当于其他部分增强的原理，将破坏集中于屈曲耗能段，使t型连接板发生全截面屈服，它既可以在小震下给主体结构提供抗侧刚度和强度，又可以在大震时利用其自身的塑性变形消耗地震能量，减少甚至避免结构的破坏，同时，屈曲耗能段破坏后只需要拆除其两端和内部的连接螺栓即可进行更换。由于存在预应力筋3，构件又可以在震后恢复到初始状态。


技术特征：
1.一种耗能段可更换的自复位防屈曲支撑装置，其特征在于，包括弹性支撑段和屈曲耗能段，屈曲耗能段设置在中部，其两端的弹性支撑段为对称构件，所述弹性支撑段包括钢管套筒(1)和支撑段芯板，所述支撑段芯板(9)纵向贯穿于钢管套筒(1)中，钢管套筒(1)内填细骨料混凝土；钢管套筒(1)一端固定连接第一端板(5)；屈曲耗能段包括耗能段芯板和两个u型钢板(7)，所述耗能段芯板与支撑段芯板(9)可拆卸连接，耗能段芯板上设有光纤光栅传感器(4)，所述光纤光栅传感器(4)连接外部的光纤设备，所述两个u型钢板(7)两端分别固定连接第二端板(6)，两个u型钢板(7)可拆卸套装在耗能段芯板的外侧，两端分别与第一端板(5)可拆卸连接，所述两端钢管套筒(1)内贯穿设置预应力筋(3)，预应力筋(3)的两端通过锚具(8)锚固在钢管套筒(1)两端。2.根据权利要求1所述的一种耗能段可更换的自复位防屈曲支撑装置，其特征在于：所述支撑段芯板(9)为两侧带螺栓孔的十字连接板；所述耗能段芯板为两个对称的t型连接板，t型连接板包括软钢板(12)和第二连接板(13)，软钢板(12)两端中部开方形豁口，豁口两侧焊接第二连接板(13)，豁口大小与十字连接板的厚度匹配，第二连接板(13)上设有螺栓孔；十字连接板带螺栓孔的板插入第二连接板(13)中间，并用螺栓连接。3.根据权利要求2所述的一种耗能段可更换的自复位防屈曲支撑装置，其特征在于：所述软钢板(12)两端宽，中间窄，宽窄交界处逐步过渡。4.根据权利要求1所述的一种耗能段可更换的自复位防屈曲支撑装置，其特征在于：所述u型钢板(7)开口处向外侧翻边，翻边上设有螺栓孔，两个u型钢板(7)通过螺栓连接在一起。5.根据权利要求1所述的一种耗能段可更换的自复位防屈曲支撑装置，其特征在于：所述的光纤光栅传感器(4)一共有六个，每个耗能段芯板中部有三个间隔排列的传感器。6.根据权利要求1所述的一种耗能段可更换的自复位防屈曲支撑装置，其特征在于：所述u型钢板(7)一侧中部开设用于穿过光纤光栅传感器(4)和光纤设备连接线的孔洞(2)。

技术总结
本发明提供一种耗能段可更换的自复位防屈曲支撑装置，包括弹性支撑段和屈曲耗能段，屈曲耗能段设置在中部，其两端的弹性支撑段为对称构件，本发明提出的一种耗能段可更换的自复位防屈曲支撑装置，小震作用下为结构提供刚度；中大震作用下发挥减震阻尼器的作用，通过支撑构件的变形及破坏来耗散输入结构的能量，该构件震后可实现监测且只需通过拆除屈曲耗能段的螺栓，即可实现耗能软钢的更换。即可实现耗能软钢的更换。即可实现耗能软钢的更换。


技术研发人员：窦立军 方东健 张新 王新雅 曹景博 胡宁 罗澳国 田自强 胡晓宇 王子恒
受保护的技术使用者：长春工程学院
技术研发日：2022.01.21
技术公布日：2022/4/15