一种变截面负泊松比胞元开孔圆筒核心屈曲约束支撑

本技术涉及土木工程结构减震领域以及屈曲约束支撑领域，尤其涉及一种变截面负泊松比胞元开孔圆筒核心屈曲约束支撑。

背景技术：

1、地震作为危害人类的几大自然灾害之一，当地震来临时，会对建筑、道路、桥梁等设施造成巨大的破坏，为人类社会造成不可估量的经济损失，最重要的是会造成大量的人员伤亡，我国处于环太平洋地震带和亚欧板块交界处，由于板块运动，我国发生地震的概率很大。为减小地震带来的破坏，需要对建筑采取加固和抗震的措施。支撑可以提高建筑的抗侧移刚度，传统支撑比较简易，当地震发生时普通支撑会很快发生一阶屈服的大变形，抗侧刚度不足且耗能能力很小。屈曲约束支撑作为一种高性能、低成本的建筑构件已经美国和日本，包括我国的台湾地区得到广泛应用。

2、负泊松比结构由于具有优良的能量吸收特性，而被广泛应用在防护、减震及缓冲吸能装置，在耗能构件体积质量一致的情况下，负泊松比构件往往能够表现出优越的能量耗散特性。原理在于负泊松比构件承受拉压作用力时，周期性负泊松比胞元通过自身面内旋转使构件表现出较好的变形性能，从而消耗较多的外部能量。

3、发生中震或者大震时所含的能量非常大，地震作用下屈曲约束支撑的核心单元发生大变形时滞回性能较差，耗能能力有待提高。目前，大多数屈曲约束支撑的截面形式为一字型核心方形约束，这类截面的支撑在施工和安装时比较麻烦，很少有圆筒形截面的屈曲约束支撑。为此我们在屈曲约束支撑的基础上提出一种具有更高耗能能力的变截面负泊松比胞元开孔圆筒核心屈曲约束支撑。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于：针对现有技术的不足，提供一种变截面负泊松比胞元开孔圆筒核心屈曲约束支撑，以解决屈曲约束支撑在地震时耗散的能量有限且核心单元发生大变形时滞回性能较差和施工和安装比较麻烦的问题。

2、本实用新型的技术方案如下：

3、本实用新型一种变截面负泊松比胞元开孔圆筒核心屈曲约束支撑，包括核心单元、内约束套筒、外约束套筒和端部连接板；所述核心单元设置在内约束套筒和外约束套筒之间，且与内约束套筒和外约束套筒之间存在间隙；所述核心单元包括中间的圆筒耗能段、两端的上连接块和下连接块，圆筒耗能段设置有负泊松比结构，上连接块和下连接块分别与端部连接板嵌合连接。

4、以上结构，采用在圆筒核心单元中间的圆筒耗能段设置负泊松比结构来提高支撑的耗能能力，提高支撑的滞回性能，内外约束套筒的设置，当圆筒核心耗能段受压力时，其半径变小，与内约束套筒外壁接触，可直接进入高阶模态的屈曲变形，提高构件的耗能能力；圆筒核心耗能段受拉力时，其半径变大，与外约束套筒内壁接触摩擦，提高构件的耗能能力。

5、进一步地，所述负泊松比结构由负泊松比胞元开孔构成，所述负泊松比胞元开孔包括内凹三角形胞元开孔或内凹六边形胞元开孔。

6、以上结构，负泊松比结构有多层负泊松比胞元构成，且下一层的负泊松比胞元的顶部抵住上一层负泊松比胞元的下端，例如当负泊松比胞元开孔为内凹三角形胞元开孔时，下层的内凹三角形胞元开孔上角抵住上层内凹三角形胞元开孔内凹的位置。

7、进一步地，所述核心单元的上连接块和下连接块、内约束套筒和外约束套筒两侧分别设置有矩形开口。

8、进一步地，所述端部连接板分为相同形状大小的上端部连接板和下端部连接板。

9、进一步地，所述端部连接板包括梯形面板和加劲肋板，所述加劲肋板安装在梯形面板两侧。

10、进一步地，所述梯形面板、上连接块和下连接块相对应位置上分别设置有螺栓孔。

11、以上结构，上端部连接板和下端部连接板嵌入核心单元、内约束套筒和外约束套筒两侧的矩形开口将整个装置连接起来，将螺栓拧入梯形面板、上连接块和下连接块相对应位置的螺栓孔进行进一步的固定，使得整个结构连接稳定，耐久性好，安装和施工较为方便。

12、进一步地，所述梯形面板分别嵌入上连接块和下连接块的矩形开口与上连接块和下连接块相嵌合焊接。

13、进一步地，所述核心单元、内约束套筒、外约束套筒和端部连接板均为钢板。

14、进一步地，所述间隙中设置有无粘接材料，所述无粘接材料包括聚乙烯或珍珠棉中的一种。

15、与现有的技术相比本实用新型的有益效果是：

16、1、本实用新型通过在圆筒核心单元中间的圆筒耗能段设置负泊松比结构来提高支撑的耗能能力，提高支撑的滞回性能，内外约束套筒的设置，当圆筒核心耗能段受压力时，其半径变小，与内约束套筒外壁接触，可直接进入高阶模态的屈曲变形，提高构件的耗能能力；圆筒核心耗能段受拉力时，其半径变大，与外约束套筒内壁接触摩擦，提高构件的耗能能力。

17、2、本实用新型采用全钢结构连接稳定，耐久性好，安装和施工较方便。

技术特征：

1.一种变截面负泊松比胞元开孔圆筒核心屈曲约束支撑，其特征在于，包括核心单元(1)、内约束套筒(3)、外约束套筒(2)和端部连接板；所述核心单元(1)设置在内约束套筒(3)和外约束套筒(2)之间，且与内约束套筒(3)和外约束套筒(2)之间存在间隙；所述核心单元(1)包括中间的圆筒耗能段(7)、两端的上连接块(6)和下连接块(8)，圆筒耗能段(7)设置有负泊松比结构，上连接块(6)和下连接块(8)分别与端部连接板嵌合连接。

2.根据权利要求1所述的一种变截面负泊松比胞元开孔圆筒核心屈曲约束支撑，其特征在于，所述负泊松比结构由负泊松比胞元开孔(71)构成，所述负泊松比胞元开孔(71)包括内凹三角形胞元开孔或内凹六边形胞元开孔。

3.根据权利要求1所述的一种变截面负泊松比胞元开孔圆筒核心屈曲约束支撑，其特征在于，所述核心单元(1)的上连接块(6)和下连接块(8)、内约束套筒(3)和外约束套筒(2)两侧分别设置有矩形开口(12)。

4.根据权利要求1所述的一种变截面负泊松比胞元开孔圆筒核心屈曲约束支撑，其特征在于，所述端部连接板包括相同形状大小的上端部连接板(4)和下端部连接板(5)。

5.根据权利要求4所述的一种变截面负泊松比胞元开孔圆筒核心屈曲约束支撑，其特征在于，所述端部连接板包括梯形面板(9)和加劲肋板(10)，所述加劲肋板(10)安装在梯形面板(9)两侧。

6.根据权利要求5所述的一种变截面负泊松比胞元开孔圆筒核心屈曲约束支撑，其特征在于，所述梯形面板(9)、上连接块(6)和下连接块(8)相对应位置上分别设置有螺栓孔(11)。

7.根据权利要求6所述的一种变截面负泊松比胞元开孔圆筒核心屈曲约束支撑，其特征在于，所述梯形面板(9)分别嵌入上连接块(6)和下连接块(8)的矩形开口(12)与上连接块(6)和下连接块(8)相嵌合焊接。

8.根据权利要求1所述的一种变截面负泊松比胞元开孔圆筒核心屈曲约束支撑，其特征在于，所述核心单元(1)、内约束套筒(3)、外约束套筒(2)和端部连接板均为钢板。

9.根据权利要求1所述的一种变截面负泊松比胞元开孔圆筒核心屈曲约束支撑，其特征在于，所述间隙中设置有无粘接材料，所述无粘接材料包括聚乙烯或珍珠棉中的一种。

技术总结
本技术公开一种变截面负泊松比胞元开孔圆筒核心屈曲约束支撑，包括核心单元(1)、内约束套筒(3)、外约束套筒(2)和端部连接板；所述核心单元(1)设置在内约束套筒(3)和外约束套筒(2)之间，且与内约束套筒(3)和外约束套筒(2)之间存在间隙；所述核心单元(1)包括中间的圆筒耗能段(7)、两端的上连接块(6)和下连接块(8)，圆筒耗能段(7)设置有负泊松比结构，上连接块(6)和下连接块(8)分别与端部连接板嵌合连接。本技术采用在圆筒核心单元开变截面负泊松比胞元开孔的形式，提高了支撑的耗能能力，提高支撑的滞回性能。

技术研发人员：王宪杰,陈永党,蒋东海,王鑫,唐跃,胡德杰
受保护的技术使用者：云南大学
技术研发日：20230504
技术公布日：2024/1/14