装配式复合消能减震支撑.pdf

本发明涉及一种装配式复合消能减震支撑，由防屈曲支撑元件和黏弹性阻尼元件两部分构成。防屈曲支撑元件包含芯材、外套筒、无黏结材料、内部填充材料；黏弹性阻尼元件包含黏弹性材料、钢底（盖）板、防翘曲构件。黏弹性阻尼元件可通过焊接、螺栓连接等工艺与防屈曲支撑元件组装在一起，形成装配式复合消能减震支撑。本发明克服了传统防屈曲支撑弹性阶段不耗能的缺点，通过并联黏弹性阻尼元件的方式，提高了支撑整体耗能能力。黏弹性阻尼元件与支撑分体式的加工组装方法，使复合消能减震支撑的力学及耗能机理更加清晰，并且加工运输更方便，有利于批量生产，缩短产品生产周期及降低成本。其构造合理，性能稳定，可同时运用于结构抗震、抗风及减振工程中。

1.  一种装配式复合消能减震支撑，由防屈曲支撑元件(1)和黏弹性阻尼元件(2)构成，所述防屈曲支撑元件(1)包含芯材(3)、外套筒(4)、无黏结材料(5)和内部填充材料(6)；芯材(3)插入外套筒(4)内，芯材(3)外包覆无黏结材料(5)，所述包覆有无黏结材料(5)的芯材外壁与外套筒(4)内壁之间设有内部填充材料(6)；其特征在于，所述黏弹性阻尼元件(2)通过焊接或螺栓连接与防屈曲支撑元件(1)装配成一体；所述黏弹性阻尼元件(2)包含黏弹性材料(8)、钢底板(9)、钢盖板(10)和防翘曲构件(10)，黏弹性材料(8)双面黏贴于钢底板(9)和钢盖板(10)之间，与芯材(3)相贴的钢底板(9)的一端预留螺栓孔以与芯材(3)一端连接，另一端焊接防翘曲构件(11)，所述防翘曲构件(11)位于钢底板(9)和钢盖板(10)之间，钢盖板(10)与外套筒(4)侧板对焊连接。

2.  根据权利要求1所述的装配式复合消能减震支撑，其特征在于所述外套筒(4)的截面形式为工字型或矩形，材料选用高强度钢，经焊接成整体；外套筒(4)侧板较短，用于与钢盖板(10)对焊连接，形成装配式复合消能支撑整体。

3.  根据权利要求1所述的装配式复合消能减震支撑，其特征在于所述防翘曲构件(11)的材料选用高强度钢，底部形状为圆柱体，顶部为半球体，两者经过机械切割加工或通过焊接成一整体，其底部与黏弹性阻尼元件(2)的钢底板(9)通过角焊缝连接，顶部采用低磨擦镀层或无黏结涂层来进一步减小与钢盖板(10)接触时产生的摩擦力。

4.  根据权利要求1所述的装配式复合消能减震支撑，其特征在于所述芯材(3)连接段可焊接加劲肋(7)。

装配式复合消能减震支撑
技术领域
本发明涉及一种装配式复合消能减震支撑，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，作为传统消能减震装置，在新建结构和已有建筑的加固工程中，都得到了较为广泛的应用。防屈曲支撑形式多样，但工作原理类似，即在低屈服点金属芯材外围套上外套筒，限制其整体屈曲或局部屈曲，而外套筒并不承受轴向拉压力。在外套筒的约束下，防屈曲支撑拉压性能相当，滞回曲线饱满，不但能为结构提供一定侧向刚度，还可在中震和大震作用下大量耗散地震输入能量。但是由于芯材在屈服前处于弹性工作状态，在正常使用条件下无法消除风荷载、室内设备、室外环境等引起的结构振动，也无法消减小震作用输入给结构的能量。对于使用要求较高，有抗风、减振需求，并且同时希望在中震和大震作用下也能保证优异的抗震性能的结构，传统防屈曲支撑技术难以兼顾两者的需求。
近来有工程人员提出了在外套筒内部钢板与芯板之间直接填充具有高耗能特性的黏弹性材料，受力机理相当于芯材和黏弹性阻尼器的并联结合。结构在微振动条件下，芯材在轴向力的作用下产生变形，进而带动黏弹性材料产生剪切变形并耗散能量（外套筒刚度较大，在黏弹性材料剪切反力作用下几乎不发生变形）。这样便可实现防屈曲支撑的微振动耗能。在中震和大震作用下，由黏弹性材料剪切与芯板屈服共同耗能，相比传统防支撑具有更大的耗能能力。
然而，因为黏弹性材料与钢板的黏贴需要经过高温硫化，直接将支撑整体入炉加热，支撑长度过长的话，加工并不方便。另一方面，芯材在塑性条件下，变形较大，黏弹性材料直接黏贴与芯材上，容易造成黏弹性材料的撕裂，会对支撑的性能造成一定影响。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提出一种装配式复合消能减震支撑，其基本构造原理是防屈曲支撑元件与黏弹性阻尼元件分离加工，两者各自加工完毕后，再组装成复合消能支撑整体。本发明可实现微振动耗能，同时具有中震和大震作用下保持优异的抗震耗能的优点；并且，对现有含黏弹性材料的防屈曲支撑的构造及加工方法进行了较大改进，有利于批量生产，降低产品生产周期及成本，并且使复合消能减震支撑的力学及耗能机理更加清晰。其构造合理，性能稳定，可同时运用于结构抗震、抗风及减振工程中。
本发明提出的一种装配式复合消能减震支撑，由防屈曲支撑元件1和黏弹性阻尼元件2构成，所述防屈曲支撑元件1包含芯材3、外套筒4、无黏结材料5和内部填充材料6；芯材3插入外套筒4内，芯材3外包覆无黏结材料5，所述包覆有无黏结材料5的芯材外壁与外套筒4内壁之间设有内部填充材料6；其特征在于，所述黏弹性阻尼元件2通过焊接或螺栓连接与防屈曲支撑元件1装配成一体；所述黏弹性阻尼元件2包含黏弹性材料8、钢底板9、钢盖板10和防翘曲构件10，黏弹性材料8双面黏贴于钢底板9和钢盖板10之间，与芯材3相贴的钢底板9的一端预留螺栓孔以与芯材3一端连接，另一端焊接防翘曲构件11，所述防翘曲构件11位于钢底板9和钢盖板10之间，钢盖板10与外套筒4侧板对焊连接。
本发明中，所述外套筒4的截面形式为工字型或矩形，材料选用高强度钢(如Q345钢板或其它易加工、价格便宜的高强度钢)，经焊接成整体；外套筒4侧板较短，用于与2钢盖板10对焊连接，形成复合消能支撑整体。
本发明中，所述防翘曲构件11的材料选用Q345钢或其它易加工、价格适宜的高强度钢，底部形状为圆柱体，顶部为半球体，两者经过机械切割加工也可通过焊接成一整体，其底部与黏弹性阻尼元件2的钢底板9通过角焊缝连接，顶部采用低磨擦镀层或无黏结涂层来进一步减小与钢盖板10接触时产生的摩擦力。
本发明中，所述芯材3可选用低屈服点、延性较好的金属材料，截面形式为一字型，通过机械切割加工方式形成整体。芯材3连接段应预留螺栓孔，用于与黏弹性阻尼元件2及与结构节点板相连。根据需要，芯材3连接段也可焊接加劲肋7，以满足连接及局部稳定性的需要。
本发明中，所述无黏结材料5厚度根据计算得到，外裹于芯材3与内部填充材料6之间，以减小两者之间摩擦力，使支撑拉压性能相当。
本发明中，所述内部填充材料6，根据要求，可选用弹性模量满足要求的细石混凝土、砂浆或其它轻质高强、加工简便、价格低廉的材料，以约束芯材的低阶屈曲。
本发明中，所述黏弹性材料8，可选用高阻尼橡胶或类似具高耗能特性的黏弹性材料。
本发明中，所述钢底板9和钢盖板10可选用Q345钢或其它易加工、价格便宜的高强度钢。极限荷载条件下，钢底板9和钢盖板10也应处于弹性工作状态。
本发明中，所述防翘曲构件11，材料可选用Q345钢或其它易加工、价格适宜的高强度钢。底部形状为圆柱体，顶部为半球体，两者可经过机械切割加工也可通过焊接成一整体。其底部与黏弹性阻尼元件2的钢底板9通过角焊缝连接，顶部可采用低磨擦镀层或无黏结涂层来进一步减小与钢盖板10接触时产生的摩擦力。
本发明中，外套筒4内部须预留一定空间，以供黏弹性材料8剪切变形。
与传统防屈曲支撑及现有整体式加工的含黏弹性材料防屈曲支撑相比，本发明的优点是：
(1)通过在传统防屈曲支撑基础上并联黏弹性阻尼元件，在不影响芯材原有耗能能力前提下，实现支撑微振动耗能并为支撑增加多一种耗能途径，提高支撑耗能能力；
(2)目前黏弹性阻尼器常用的高温硫化炉尺寸大多不能满足支撑整体式的加工，分体式加工方法相对更加容易实现；
(3)分体装配式加工方法，支撑元件与阻尼元件可分别同时加工，利于批量生产，缩短产品生产周期以及降低加工运输成本；
(4)芯材即使处于塑性状态，由于与黏弹性材料直接相黏的黏弹性阻尼元件钢板仍处于弹性状态，并不会造成黏弹性材料反向挤压或撕扯，有利于实现支撑稳定的性能及延长产品寿命；
(5)通过调整黏弹性阻尼元件钢底板厚度，黏弹性材料厚度可相应改变，其厚度范围相对地具有更大的设计自由度；
(6)所用材料成本低廉、力学及耗能机理清晰，构造简单、加工方便、便于更换，减震效果良好。
附图说明
图1是本发明装配式复合消能减震支撑的整体轴测图；
图2是本发明装配式复合消能减震支撑的整体纵向剖面图；
图3是本发明防屈曲支撑元件的整体轴测图；
图4是本发明黏弹性阻尼元件的整体轴测图；
图5是本发明防屈曲支撑元件的横截面图；
图6是本发明黏弹性阻尼元件的俯视图；
图7是本发明黏弹性阻尼元件的侧视图；
图8是本发明防翘曲构件的轴测图；
图中标号：1、防屈曲支撑元件；2、黏弹性阻尼元件；3、芯材；4、外套筒；5、无黏结材料；6、内部填充材料；7、加劲肋；8、高阻尼橡胶；9、钢底板；10、钢盖板；11、防翘曲构件。
具体实施方式
下面通过实施例结合附图进一步说明本发明。
实施例1：
如图1~8所示，本发明为装配式复合消能减震支撑，包括芯材3、外套筒4、无黏结材料5(采用黏性橡胶)、内部填充材料6(采用细石混凝土)、加劲肋7、高阻尼橡胶8、钢底板9、钢盖板10、防翘曲构件11。芯材3采用一字型截面的低屈服点钢材，屈服段通长外裹黏性橡胶5，后于其外围套上Q345钢板焊接而成的工字型外套筒4，并在外套筒4与芯材3之间填充采用细石混凝土的内部填充材料6，形成防屈曲支撑元件1；根据连接及局部稳定需要，在芯材两端焊接加劲肋7。黏弹性阻尼元件钢底板9通过角焊缝于端部连接防翘曲构件11，高阻尼橡胶7布置于钢底板9、钢盖板10之间，一同入炉高温硫化黏贴，形成黏弹性阻尼元件2。最后，防屈曲支撑元件1的外套筒4侧板与黏弹性阻尼元件2的钢盖板9通过对接焊缝连接，芯材3通过高强度摩擦螺栓与钢底板8连接，最终形成复合消能支撑整体。复合消能支撑可通过芯材3及加劲肋7处的高强度摩擦螺栓与结构节点板相连。
以上是本发明的典型实例，本发明的实施不限于此。