一種粘彈性材料-鋼芯組合截面防屈曲耗能支撐的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種防屈曲支撐構(gòu)件，具體地說是一種粘彈性材料-鋼芯組合截面防屈曲耗能支撐。
【背景技術(shù)】
[0002]粘彈性阻尼材料屬于高分子聚合物材料，由于聚合物材料分子鏈組成網(wǎng)格的壓縮、錯(cuò)動(dòng)和松弛會(huì)耗散能量，產(chǎn)生阻尼，故其制成的粘彈性阻尼裝置可用來增加結(jié)構(gòu)的阻尼。粘彈性材料在受到交變應(yīng)力作用產(chǎn)生變形時(shí)，部分能量如位能那樣貯存起來，另一部分能量則被耗散或轉(zhuǎn)化為熱能，這種能量的耗散或轉(zhuǎn)化表現(xiàn)為機(jī)械阻尼，具有減震(振)作用。因此，這種材料既具有粘性又具有很好的彈性，既可以貯存能量，又可以耗散能量，所以用該種材料制成的耗能裝置力與位移滯回曲線近似于橢圓形，耗能能力強(qiáng)，能夠有效減小建筑物的風(fēng)振及地震反應(yīng)。與位移相關(guān)型阻尼器相比(例如防屈曲耗能支撐)，粘彈性阻尼裝置在所有振動(dòng)條件下都能進(jìn)行耗能，即使在較小的振動(dòng)條件下，也能夠進(jìn)行耗能。它不像滯回耗能裝置(金屬耗能裝置和摩擦耗能裝置)那樣需要有較大的相對(duì)位移才能發(fā)生屈服變形或克服摩擦力以發(fā)揮它們的耗能作用。所以粘彈性阻尼裝置既能同時(shí)用于結(jié)構(gòu)的地震和風(fēng)振控制，又避免了其它耗能(阻尼)器存在的耗能器初始剛度如何與結(jié)構(gòu)側(cè)移剛度相匹配的問題。
[0003]但是由該種阻尼材料制作的裝置其耗能能力受外界環(huán)境影響較大，尤其是溫度的影響，溫度升高時(shí)耗能能力減弱，故其耗能能力較不穩(wěn)定。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中，防屈曲支撐是通過鋼材的軸向壓拉來消耗能量的位移相關(guān)型阻尼器，它主要由防屈曲支撐內(nèi)芯單元和外圍約束約束機(jī)構(gòu)組成，內(nèi)芯單元與外圍約束機(jī)構(gòu)間留有間隙或采用無粘結(jié)材料填充。防屈曲支撐內(nèi)芯作為軸向受力構(gòu)件，其在外圍約束機(jī)構(gòu)的側(cè)向約束下，當(dāng)受到拉力和壓力作用時(shí)，均能達(dá)到全截面的充分屈服，能更好的消耗輸入結(jié)構(gòu)的地震能量，從而起到抗震耗能的作用，且其性能穩(wěn)定，不受環(huán)境溫度等因素影響，構(gòu)造簡(jiǎn)單，造價(jià)較低，易于更換。
[0005]理想的防屈曲支持要求其性能為:低屈服，確保在小震下就可以耗能；耗能能力大，保證在大震下也可以達(dá)到減震耗能的效果；變形量大，與地震作用下的建筑物的層間變形相適應(yīng)。然而，在實(shí)際實(shí)施中，防屈曲支撐存在如下問題:(1)當(dāng)采用普通鋼材(如Q235B)作為防屈曲支撐內(nèi)芯耗能單元時(shí)，其耗能階段多集中于主體結(jié)構(gòu)處于中震作用及大震作用階段，對(duì)于當(dāng)主體結(jié)構(gòu)處于小震階段時(shí)，其只提供主體結(jié)構(gòu)附加剛度，并無耗能能力；當(dāng)采用低屈服強(qiáng)度的鋼材(如Q195)時(shí)，導(dǎo)致防屈曲耗能支撐的后期承載性能有限，同時(shí)，耗能能力不能達(dá)到很高的水平。(2)防屈曲耗能支撐內(nèi)芯單元切割邊由于熱應(yīng)力的影響會(huì)大大降低內(nèi)芯單元低周期疲勞壽命，當(dāng)內(nèi)芯單元進(jìn)入塑性應(yīng)變時(shí)此類問題尤為突出，會(huì)造成內(nèi)芯單元在地震過程中提前發(fā)生斷裂而不能夠充分發(fā)揮其耗能能力，這種內(nèi)芯單元加工過程中的切割所造成的對(duì)低周疲勞壽命的影響也是設(shè)計(jì)人員無法準(zhǔn)確估計(jì)的。【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型的目的就是提供一種粘彈性材料-鋼芯組合截面防屈曲耗能支撐，采用粘彈性阻尼材料實(shí)現(xiàn)防屈曲支撐在小側(cè)移、微振動(dòng)作用下的耗能；采用粘彈性材料與鋼芯組合截面的形式，有效降低支撐受力性能對(duì)內(nèi)芯鋼結(jié)構(gòu)材料缺陷的敏感性，使得支撐受力性能更加可靠。
[0007]本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種粘彈性材料-鋼芯組合截面防屈曲耗能支撐，在“一”字形構(gòu)件兩端的頂面和底面中心位置上分別焊接有豎向加勁肋構(gòu)件，構(gòu)成端部截面為十字形的端部基體；在所述“一”字形構(gòu)件的頂面和底面分別并置有兩個(gè)方鋼管構(gòu)件，所述方鋼管構(gòu)件的兩端設(shè)置在所述端部基體的十字分隔直角槽內(nèi)；在相鄰兩個(gè)所述方鋼管構(gòu)件的共面外側(cè)壁上焊接有連接板構(gòu)件，在所述“一”字形構(gòu)件中部的頂面和底面分別焊接兩個(gè)豎向的限位構(gòu)件，所述限位構(gòu)件穿插到所述方鋼管構(gòu)件上對(duì)應(yīng)開出的插孔中；在所述“一”字形構(gòu)件表面附著有粘彈性材料構(gòu)件。
[0008]在每個(gè)所述方鋼管構(gòu)件兩端的端面上分別焊接有端部封板構(gòu)件。
[0009]所述連接板構(gòu)件的寬度不大于兩個(gè)所述方鋼管構(gòu)件的寬度加“一”字形構(gòu)件/豎向加勁肋構(gòu)件的厚度。
[0010]本實(shí)用新型結(jié)合粘彈性阻尼材料的耗能特點(diǎn)，對(duì)現(xiàn)有防屈曲耗能支撐進(jìn)行改進(jìn)，采用粘彈性阻尼材料實(shí)現(xiàn)防屈曲耗能支撐在小側(cè)移、微振動(dòng)作用下的耗能；采用粘彈性材料與鋼芯組合截面的形式，有效降低防屈曲耗能支撐的受力性能對(duì)內(nèi)芯鋼結(jié)構(gòu)材料缺陷的敏感性，使得防屈曲耗能支撐的受力性能更加可靠。
[0011]本實(shí)用新型融合了粘彈性阻尼裝置減震(振)和防屈曲支撐消能減震(振)兩項(xiàng)技術(shù)。采用粘彈性阻尼材料與“一”字形構(gòu)件相組合的結(jié)構(gòu)形式，合理地利用了粘彈性阻尼材料在小側(cè)移、微振動(dòng)作用下提供阻尼以及消減震(振)動(dòng)能量的特性，拓展了現(xiàn)有防屈曲耗能支撐的耗能范圍，為防屈曲耗能支撐的應(yīng)用拓展了空間。同時(shí)，本實(shí)用新型采用防屈曲支撐技術(shù)有效地降低了粘彈性阻尼裝置因外部因素(如溫度等)不同而降低減震效果的影響。
[0012]本實(shí)用新型可有效地降低防屈曲耗能支撐受力性能對(duì)內(nèi)芯鋼結(jié)構(gòu)材料缺陷(切割溫度應(yīng)力等)的敏感性，使得防屈曲耗能支撐的受力性能更加可靠。
[0013]本實(shí)用新型采用普通鋼材(Q235B)作為內(nèi)芯耗能單元，吸收了粘彈性阻尼裝置的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了該防屈曲支撐在小震作用下消耗地震能量的目的，同時(shí)避免了采用低屈服強(qiáng)度的鋼材(Q195)所導(dǎo)致的防屈曲耗能支撐的后期承載性能有限和耗能能力不高的問題。本實(shí)用新型所采用的構(gòu)件和耗能材料來源廣，性價(jià)比高，使用壽命長(zhǎng)。本實(shí)用新型可廣泛應(yīng)用于土木工程結(jié)構(gòu)消能減震(振)技術(shù)。
【附圖說明】
[0014]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2是圖1的A-A向剖面圖。
[0016]圖3是圖1的B-B向剖面圖。
[0017]圖4是圖1的C-C向剖面圖。
[0018]圖5是橫板構(gòu)件與粘彈性材料構(gòu)件的結(jié)合示意圖。
[0019]圖中:1、豎向加勁肋構(gòu)件，2、端部封板構(gòu)件，3、連接板構(gòu)件，4、方鋼管構(gòu)件，5、“一”字形構(gòu)件，6、粘彈性材料構(gòu)件，7、限位構(gòu)件。
【具體實(shí)施方式】
[0020]如圖1所示，本實(shí)用新型是在“一”字形構(gòu)件5兩端的頂面和底面中心位置上分別焊接有豎向加勁肋構(gòu)件1，構(gòu)成端部截面為十字形的端部基體(圖2)。“一”字形構(gòu)件5與豎向加勁肋構(gòu)件I組成內(nèi)芯耗能單元。在“一”字形構(gòu)件5的頂面和底面分別并置有兩個(gè)方鋼管構(gòu)件4，方鋼管構(gòu)件4的兩端設(shè)置在端部基體的十字分隔直角槽內(nèi)(圖3)。在相鄰兩個(gè)方鋼管構(gòu)件4的共面外側(cè)壁上焊接有連接板構(gòu)件3，四個(gè)連接板構(gòu)件3將四個(gè)方鋼管構(gòu)件4拘束在一起，組成外部約束單元。連接板構(gòu)件3的寬度不大于兩個(gè)方鋼管構(gòu)件4的寬度加一個(gè)豎向加勁肋構(gòu)件I或一個(gè)“一”字形構(gòu)件5的厚度。圖1中，在每個(gè)方鋼管構(gòu)件4兩端的端面上分別焊接端部封板構(gòu)件2。
[0021]如圖1、圖4所示，在“一”字形構(gòu)件5中部的頂面和底面各自焊接兩個(gè)直立的限位構(gòu)件7，限位構(gòu)件7穿插到在方鋼管構(gòu)件4上對(duì)應(yīng)開出的插孔中。在“一”字形構(gòu)件5與方鋼管構(gòu)件4的接觸面上通過硫化或粘貼的方式設(shè)置有粘彈性材料構(gòu)件6。粘彈性材料構(gòu)件6采用粘彈性阻尼材料如SA-3型高阻尼粘彈性材料等。
[0022]圖1中，本防屈曲耗能支撐的內(nèi)芯耗能單元的中段部分為一字型截面的約束屈服段F，內(nèi)芯耗能單元的兩端無方鋼管構(gòu)件的部分為十字型截面的無約束非屈服段E，內(nèi)芯耗能單元的兩端有方鋼管構(gòu)件的部分為十字型截面的約束非屈服段G。由此構(gòu)成一種粘彈性材料-鋼芯組合截面防屈曲耗能支撐。
[0023]本實(shí)用新型中的豎向加勁肋構(gòu)件1、端部封板構(gòu)件2、連接板構(gòu)件3、“一”字形構(gòu)件5和限位構(gòu)件7均為鋼板可采用Q235B鋼板制成。方鋼管構(gòu)件4可采用由Q235B材料制成的直角方鋼管，在方鋼管一面的中部開孔，穿接限位構(gòu)件7，與限位構(gòu)件7共同組成防滑機(jī)構(gòu)。
[0024]本實(shí)用新型是一種粘彈性材料-鋼芯組合截面防屈曲耗能支撐，在多遇地震及風(fēng)荷載作用過程中，該防屈曲支撐為主體結(jié)構(gòu)提供較大初始剛度，減小結(jié)構(gòu)層間位移；在其處于小位移狀態(tài)時(shí)，內(nèi)芯耗能單元的“一”字形構(gòu)件5尚未屈服，在其處于彈性狀態(tài)時(shí)，此受力階段下的粘彈性材料構(gòu)件6提供附加阻尼。本實(shí)用新型主要通過以下兩種方式提供附加阻尼:
[0025](I)粘彈性材料構(gòu)件6與“一”字形構(gòu)件5通過硫化方式組合為一體，成為組合截面，該組合截面在軸向壓力及拉力交變應(yīng)力的作用下，粘彈性材料構(gòu)件6提供附加阻尼，消耗微震(振)動(dòng)能量；
[0026](2)由于“一”字形構(gòu)件5的泊松效應(yīng)，增大方鋼管構(gòu)件4與粘彈性材料構(gòu)件6間的摩擦力，粘彈性材料構(gòu)件6在摩擦力作用下產(chǎn)生剪切變形，為結(jié)構(gòu)提供附加阻尼。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種粘彈性材料-鋼芯組合截面防屈曲耗能支撐，其特征是:在“一”字形構(gòu)件兩端的頂面和底面中心位置上分別焊接有豎向加勁肋構(gòu)件，構(gòu)成端部截面為十字形的端部基體；在所述“一”字形構(gòu)件的頂面和底面分別并置有兩個(gè)方鋼管構(gòu)件，所述方鋼管構(gòu)件的兩端設(shè)置在所述端部基體的十字分隔直角槽內(nèi)；在相鄰兩個(gè)所述方鋼管構(gòu)件的共面外側(cè)壁上焊接有連接板構(gòu)件，在所述“一”字形構(gòu)件中部的頂面和底面分別焊接兩個(gè)豎向的限位構(gòu)件，所述限位構(gòu)件穿插到所述方鋼管構(gòu)件上對(duì)應(yīng)開出的插孔中；在所述“一”字形構(gòu)件表面附著有粘彈性材料構(gòu)件。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粘彈性材料-鋼芯組合截面防屈曲耗能支撐，其特征是:在每個(gè)所述方鋼管構(gòu)件兩端的端面上分別焊接有端部封板構(gòu)件。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的粘彈性材料-鋼芯組合截面防屈曲耗能支撐，其特征是:所述連接板構(gòu)件的寬度不大于兩個(gè)所述方鋼管構(gòu)件的寬度加“一”字形構(gòu)件/豎向加勁肋構(gòu)件的厚度。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種粘彈性材料-鋼芯組合截面防屈曲耗能支撐，其結(jié)構(gòu)是在“一”字形構(gòu)件兩端的頂面和底面中心位置上分別焊接有豎向加勁肋構(gòu)件，構(gòu)成端部截面為十字形的端部基體；在所述“一”字形構(gòu)件的頂面和底面分別并置有兩個(gè)方鋼管構(gòu)件，所述方鋼管構(gòu)件的兩端設(shè)置在所述端部基體的十字分隔直角槽內(nèi)；在相鄰兩個(gè)所述方鋼管構(gòu)件的共面外側(cè)壁上焊接有連接板構(gòu)件，在所述“一”字形構(gòu)件中部的頂面和底面分別焊接兩個(gè)豎向的限位構(gòu)件，所述限位構(gòu)件穿插到所述方鋼管構(gòu)件上對(duì)應(yīng)開出的插孔中；在所述“一”字形構(gòu)件表面附著有粘彈性材料構(gòu)件。本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)小側(cè)移、微振動(dòng)作用下的耗能，降低支撐受力性能對(duì)內(nèi)芯鋼結(jié)構(gòu)材料缺陷的敏感性。
【IPC分類】E04B1/98
【公開號(hào)】CN204753880
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520441518
【發(fā)明人】王兵
【申請(qǐng)人】河北鴻筑源科技有限公司
【公開日】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2015年6月25日