一种粘弹性材料-钢芯组合截面防屈曲耗能支撑的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种防屈曲支撑构件，具体地说是一种粘弹性材料-钢芯组合截面防屈曲耗能支撑。
【背景技术】
[0002]粘弹性阻尼材料属于高分子聚合物材料，由于聚合物材料分子链组成网格的压缩、错动和松弛会耗散能量，产生阻尼，故其制成的粘弹性阻尼装置可用来增加结构的阻尼。粘弹性材料在受到交变应力作用产生变形时，部分能量如位能那样贮存起来，另一部分能量则被耗散或转化为热能，这种能量的耗散或转化表现为机械阻尼，具有减震(振)作用。因此，这种材料既具有粘性又具有很好的弹性，既可以贮存能量，又可以耗散能量，所以用该种材料制成的耗能装置力与位移滞回曲线近似于椭圆形，耗能能力强，能够有效减小建筑物的风振及地震反应。与位移相关型阻尼器相比(例如防屈曲耗能支撑)，粘弹性阻尼装置在所有振动条件下都能进行耗能，即使在较小的振动条件下，也能够进行耗能。它不像滞回耗能装置(金属耗能装置和摩擦耗能装置)那样需要有较大的相对位移才能发生屈服变形或克服摩擦力以发挥它们的耗能作用。所以粘弹性阻尼装置既能同时用于结构的地震和风振控制，又避免了其它耗能(阻尼)器存在的耗能器初始刚度如何与结构侧移刚度相匹配的问题。
[0003]但是由该种阻尼材料制作的装置其耗能能力受外界环境影响较大，尤其是温度的影响，温度升高时耗能能力减弱，故其耗能能力较不稳定。
[0004]现有技术中，防屈曲支撑是通过钢材的轴向压拉来消耗能量的位移相关型阻尼器，它主要由防屈曲支撑内芯单元和外围约束约束机构组成，内芯单元与外围约束机构间留有间隙或采用无粘结材料填充。防屈曲支撑内芯作为轴向受力构件，其在外围约束机构的侧向约束下，当受到拉力和压力作用时，均能达到全截面的充分屈服，能更好的消耗输入结构的地震能量，从而起到抗震耗能的作用，且其性能稳定，不受环境温度等因素影响，构造简单，造价较低，易于更换。
[0005]理想的防屈曲支持要求其性能为:低屈服，确保在小震下就可以耗能；耗能能力大，保证在大震下也可以达到减震耗能的效果；变形量大，与地震作用下的建筑物的层间变形相适应。然而，在实际实施中，防屈曲支撑存在如下问题:(1)当采用普通钢材(如Q235B)作为防屈曲支撑内芯耗能单元时，其耗能阶段多集中于主体结构处于中震作用及大震作用阶段，对于当主体结构处于小震阶段时，其只提供主体结构附加刚度，并无耗能能力；当采用低屈服强度的钢材(如Q195)时，导致防屈曲耗能支撑的后期承载性能有限，同时，耗能能力不能达到很高的水平。(2)防屈曲耗能支撑内芯单元切割边由于热应力的影响会大大降低内芯单元低周期疲劳寿命，当内芯单元进入塑性应变时此类问题尤为突出，会造成内芯单元在地震过程中提前发生断裂而不能够充分发挥其耗能能力，这种内芯单元加工过程中的切割所造成的对低周疲劳寿命的影响也是设计人员无法准确估计的。【实用新型内容】
[0006]本实用新型的目的就是提供一种粘弹性材料-钢芯组合截面防屈曲耗能支撑，采用粘弹性阻尼材料实现防屈曲支撑在小侧移、微振动作用下的耗能；采用粘弹性材料与钢芯组合截面的形式，有效降低支撑受力性能对内芯钢结构材料缺陷的敏感性，使得支撑受力性能更加可靠。
[0007]本实用新型是这样实现的:一种粘弹性材料-钢芯组合截面防屈曲耗能支撑，在“一”字形构件两端的顶面和底面中心位置上分别焊接有竖向加劲肋构件，构成端部截面为十字形的端部基体；在所述“一”字形构件的顶面和底面分别并置有两个方钢管构件，所述方钢管构件的两端设置在所述端部基体的十字分隔直角槽内；在相邻两个所述方钢管构件的共面外侧壁上焊接有连接板构件，在所述“一”字形构件中部的顶面和底面分别焊接两个竖向的限位构件，所述限位构件穿插到所述方钢管构件上对应开出的插孔中；在所述“一”字形构件表面附着有粘弹性材料构件。
[0008]在每个所述方钢管构件两端的端面上分别焊接有端部封板构件。
[0009]所述连接板构件的宽度不大于两个所述方钢管构件的宽度加“一”字形构件/竖向加劲肋构件的厚度。
[0010]本实用新型结合粘弹性阻尼材料的耗能特点，对现有防屈曲耗能支撑进行改进，采用粘弹性阻尼材料实现防屈曲耗能支撑在小侧移、微振动作用下的耗能；采用粘弹性材料与钢芯组合截面的形式，有效降低防屈曲耗能支撑的受力性能对内芯钢结构材料缺陷的敏感性，使得防屈曲耗能支撑的受力性能更加可靠。
[0011]本实用新型融合了粘弹性阻尼装置减震(振)和防屈曲支撑消能减震(振)两项技术。采用粘弹性阻尼材料与“一”字形构件相组合的结构形式，合理地利用了粘弹性阻尼材料在小侧移、微振动作用下提供阻尼以及消减震(振)动能量的特性，拓展了现有防屈曲耗能支撑的耗能范围，为防屈曲耗能支撑的应用拓展了空间。同时，本实用新型采用防屈曲支撑技术有效地降低了粘弹性阻尼装置因外部因素(如温度等)不同而降低减震效果的影响。
[0012]本实用新型可有效地降低防屈曲耗能支撑受力性能对内芯钢结构材料缺陷(切割温度应力等)的敏感性，使得防屈曲耗能支撑的受力性能更加可靠。
[0013]本实用新型采用普通钢材(Q235B)作为内芯耗能单元，吸收了粘弹性阻尼装置的特点，实现了该防屈曲支撑在小震作用下消耗地震能量的目的，同时避免了采用低屈服强度的钢材(Q195)所导致的防屈曲耗能支撑的后期承载性能有限和耗能能力不高的问题。本实用新型所采用的构件和耗能材料来源广，性价比高，使用寿命长。本实用新型可广泛应用于土木工程结构消能减震(振)技术。
【附图说明】
[0014]图1是本实用新型的结构示意图。
[0015]图2是图1的A-A向剖面图。
[0016]图3是图1的B-B向剖面图。
[0017]图4是图1的C-C向剖面图。
[0018]图5是横板构件与粘弹性材料构件的结合示意图。
[0019]图中:1、竖向加劲肋构件，2、端部封板构件，3、连接板构件，4、方钢管构件，5、“一”字形构件，6、粘弹性材料构件，7、限位构件。
【具体实施方式】
[0020]如图1所示，本实用新型是在“一”字形构件5两端的顶面和底面中心位置上分别焊接有竖向加劲肋构件1，构成端部截面为十字形的端部基体(图2)。“一”字形构件5与竖向加劲肋构件I组成内芯耗能单元。在“一”字形构件5的顶面和底面分别并置有两个方钢管构件4，方钢管构件4的两端设置在端部基体的十字分隔直角槽内(图3)。在相邻两个方钢管构件4的共面外侧壁上焊接有连接板构件3，四个连接板构件3将四个方钢管构件4拘束在一起，组成外部约束单元。连接板构件3的宽度不大于两个方钢管构件4的宽度加一个竖向加劲肋构件I或一个“一”字形构件5的厚度。图1中，在每个方钢管构件4两端的端面上分别焊接端部封板构件2。
[0021]如图1、图4所示，在“一”字形构件5中部的顶面和底面各自焊接两个直立的限位构件7，限位构件7穿插到在方钢管构件4上对应开出的插孔中。在“一”字形构件5与方钢管构件4的接触面上通过硫化或粘贴的方式设置有粘弹性材料构件6。粘弹性材料构件6采用粘弹性阻尼材料如SA-3型高阻尼粘弹性材料等。
[0022]图1中，本防屈曲耗能支撑的内芯耗能单元的中段部分为一字型截面的约束屈服段F，内芯耗能单元的两端无方钢管构件的部分为十字型截面的无约束非屈服段E，内芯耗能单元的两端有方钢管构件的部分为十字型截面的约束非屈服段G。由此构成一种粘弹性材料-钢芯组合截面防屈曲耗能支撑。
[0023]本实用新型中的竖向加劲肋构件1、端部封板构件2、连接板构件3、“一”字形构件5和限位构件7均为钢板可采用Q235B钢板制成。方钢管构件4可采用由Q235B材料制成的直角方钢管，在方钢管一面的中部开孔，穿接限位构件7，与限位构件7共同组成防滑机构。
[0024]本实用新型是一种粘弹性材料-钢芯组合截面防屈曲耗能支撑，在多遇地震及风荷载作用过程中，该防屈曲支撑为主体结构提供较大初始刚度，减小结构层间位移；在其处于小位移状态时，内芯耗能单元的“一”字形构件5尚未屈服，在其处于弹性状态时，此受力阶段下的粘弹性材料构件6提供附加阻尼。本实用新型主要通过以下两种方式提供附加阻尼:
[0025](I)粘弹性材料构件6与“一”字形构件5通过硫化方式组合为一体，成为组合截面，该组合截面在轴向压力及拉力交变应力的作用下，粘弹性材料构件6提供附加阻尼，消耗微震(振)动能量；
[0026](2)由于“一”字形构件5的泊松效应，增大方钢管构件4与粘弹性材料构件6间的摩擦力，粘弹性材料构件6在摩擦力作用下产生剪切变形，为结构提供附加阻尼。
【主权项】
1.一种粘弹性材料-钢芯组合截面防屈曲耗能支撑，其特征是:在“一”字形构件两端的顶面和底面中心位置上分别焊接有竖向加劲肋构件，构成端部截面为十字形的端部基体；在所述“一”字形构件的顶面和底面分别并置有两个方钢管构件，所述方钢管构件的两端设置在所述端部基体的十字分隔直角槽内；在相邻两个所述方钢管构件的共面外侧壁上焊接有连接板构件，在所述“一”字形构件中部的顶面和底面分别焊接两个竖向的限位构件，所述限位构件穿插到所述方钢管构件上对应开出的插孔中；在所述“一”字形构件表面附着有粘弹性材料构件。2.根据权利要求1所述的粘弹性材料-钢芯组合截面防屈曲耗能支撑，其特征是:在每个所述方钢管构件两端的端面上分别焊接有端部封板构件。3.根据权利要求1或2所述的粘弹性材料-钢芯组合截面防屈曲耗能支撑，其特征是:所述连接板构件的宽度不大于两个所述方钢管构件的宽度加“一”字形构件/竖向加劲肋构件的厚度。
【专利摘要】本实用新型涉及一种粘弹性材料-钢芯组合截面防屈曲耗能支撑，其结构是在“一”字形构件两端的顶面和底面中心位置上分别焊接有竖向加劲肋构件，构成端部截面为十字形的端部基体；在所述“一”字形构件的顶面和底面分别并置有两个方钢管构件，所述方钢管构件的两端设置在所述端部基体的十字分隔直角槽内；在相邻两个所述方钢管构件的共面外侧壁上焊接有连接板构件，在所述“一”字形构件中部的顶面和底面分别焊接两个竖向的限位构件，所述限位构件穿插到所述方钢管构件上对应开出的插孔中；在所述“一”字形构件表面附着有粘弹性材料构件。本实用新型可实现小侧移、微振动作用下的耗能，降低支撑受力性能对内芯钢结构材料缺陷的敏感性。
【IPC分类】E04B1/98
【公开号】CN204753880
【申请号】CN201520441518
【发明人】王兵
【申请人】河北鸿筑源科技有限公司
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年6月25日