一种串联式自复位双屈服点屈曲约束支撑

1.本发明涉及建筑消能减震技术领域，具体涉及一种串联式自复位双屈服点屈曲约束支撑。


背景技术：

2.传统的防屈曲约束支撑(brb)在工程中已经得到了广泛应用，具有拉压性能相同、耗能能力强、抗疲劳能力强的优点。但不可忽视的是brb依然存在一些不足：首先传统brb震后自身无法复位，不能改善结构的残余变形，不利于建筑结构的继续使用和快速修复，造成巨大的修复成本，据研究表明，当建筑结构的残余位移角超过0.5％时，建筑物的修复费用将超过重建费用；其次brb在屈服后刚度严重退化，提供给结构的附加刚度随之骤降，当结构层间刚度下降不协调时，结构层间变形不但迅速增加，而且容易产生薄弱层从而导致结构发生层屈服破坏，甚至发生倒塌。
3.传统的双屈服点屈曲约束支撑(dybrb)在brb的基础上，将高屈服点的耗能材料与传统支撑的低屈服点耗能材料串联起来，使得低屈服点耗能材料屈服后，高屈服点耗能材料依然能够保证支撑具有一定的拉压刚度，从而维持支撑仍能够给结构提供一定的附加刚度，但并没有解决结构在震后存在较大残余变形的问题。
4.常规的自复位屈曲约束支撑(scbrb)在具有一定耗能能力的前提下，利用自复位材料实现自身的复位能力，从而带动结构减小残余变形，但依然受限于自身复位材料的延伸率小以及自身屈服后刚度严重退化的限制。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种串联式自复位双屈服点屈曲约束支撑，解决现有技术中传统的防屈曲约束支撑不能实现分阶段哈耗能及屈服后刚度严重退化的问题。
6.为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：一种串联式自复位双屈服点屈曲约束支撑，包括工字钢腹板和布置在工字钢腹板两侧的槽管，所述的槽管两端盖合有外挡板；
7.所述的工字钢腹板沿长度方向的一侧伸出一侧的外挡板，所述的槽管靠近工字钢腹板的一侧的底板伸出沿长度方向的另一侧的外挡板；
8.所述的串联式自复位双屈服点屈曲约束支撑还包括布置在槽管和工字钢腹板之间的耗能内芯和摩擦片；
9.所述的耗能内芯呈板状结构，耗能内芯一侧与槽管卡接，另一侧与工字钢腹板连接，所述的耗能内芯与槽管卡接处留有间隙；
10.所述的摩擦片布置在工字钢腹板沿长度方向的中部两侧安装的外伸腹板两侧，两侧的摩擦片分别通过角钢和槽管连接；
11.所述的槽管内还布置有复位单元，所述的复位单元为串联式，用于给支撑施加复
位力。
12.本发明还具有如下技术特征：
13.所述的工字钢腹板两侧垂直连接有工字钢板翼缘板，工字钢板翼缘板和工字钢腹板呈工字形布置，工字钢板翼缘板和槽管相连接；
14.所述的外伸腹板连接在工字钢腹板两侧，并且位于工字钢板翼缘板之间。
15.所述的槽管为方形管状结构，包括拉压槽钢和盖合在拉压槽钢上的盖板；
16.所述的拉压槽钢包括槽钢腹板和垂直连接槽钢腹板两侧的拉压槽钢翼缘板，所述的槽钢腹板和工字钢腹板沿支撑轴向平行布置，拉压槽钢翼缘板背向槽钢腹板布置，所述的槽钢腹板的一侧伸出外挡板；
17.所述的盖板与工字钢板翼缘板连接。
18.所述的耗能内芯包括依次连接的第一连接段、第一过渡段耗能段、第二过渡段和第二连接段，所述的第一连接段表面上还布置有凸起块，所述的凸起块与开设在槽钢腹板上的限位孔配合，所述的凸起块背向工字钢腹板布置，所述的限位孔沿支撑轴向的尺寸大于凸起块沿支撑轴向的尺寸。
19.所述的耗能内芯两侧还布置有填充板，所述的填充板布置在槽钢腹板和工字钢腹板之间。
20.所述的外挡板包括布置在工字钢腹板沿长度方向的两端的第一外挡板和第二外挡板，所述的第一外挡板和第二外挡板上开设有矩形通孔，所述的槽钢腹板伸出第二外挡板，工字钢腹板伸出第一外挡板。
21.所述的复位单元包括布置在拉压槽管内的内压方管和用于连接内压方管和外挡板的复位丝；
22.所述的内压方管两端分别盖合有第一内挡板和第二内挡板，所述的第一内挡板在凸起块一侧；
23.所述的复位丝包括连接在第一外挡板和第二内挡板之间的第一复位丝和连接在第二外挡板和第一内挡板之间的第二复位丝，第一复位丝和第二复位丝均至少有两条并交错布置。
24.所述的连接在工字钢腹板两侧的工字钢板翼缘板分别为两块，间隔布置。
25.所述的第一连接段和第二连接段的宽度大于耗能段的宽度；
26.所述的工字钢腹板伸出第一外挡板的部分开设有连接孔，所述的槽钢腹板伸出第二外挡板的部分开设有连接孔。
27.本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
28.(ⅰ)本发明通过摩擦片、耗能内芯以及耗能内芯和拉压槽钢限位孔之间位置关系的设置，在摩擦片处于静摩擦状态和支撑轴向位移增大到耗能内芯与拉压槽钢的限位孔接触，耗能内芯处于弹性状态时都能够提供较大刚度。当结构遭遇强震时，支撑在地震作用下处于不同的刚度阶段，从而调整提供给结构的附加刚度，减小不同楼层刚度差值，使地震作用能够分散在各个楼层，从而改善楼层变形集中效应，促进楼层变形均匀分布，增强结构的整体抗震性能。
29.(ⅱ)本发明在轴向位移小于凸起块与限位孔垂直支撑轴向的表面的间隙宽度时，耗能内芯不发挥作用，摩擦片单独进行耗能，当位移大于等于间隙宽度时，耗能内芯凸起块
与拉压槽钢限位孔发生接触，拉压槽钢带动耗能内芯实现屈服耗能，此时摩擦片与耗能内芯一起耗能，因此能够实现支撑分阶段耗能的目标。
30.(ⅲ)本发明通过复位丝两端分别锚固在外挡板和内挡板，所述外挡板和内挡板处在支撑不同的两端的方式，实现复位材料的串联，使得复位材料的变形只有支撑位移的一半，从而增大了复位材料发生变形而不断裂的位移限值，因此放松了复位材料的延伸率限制。
31.(ⅳ)本发明结构简单，使用方便，可以极大的节约人力物力。
附图说明
32.图1为本发明的结构示意图；
33.图2为本发明的剖视示意图ⅰ；
34.图3为本发明的剖视示意图ⅱ；
35.图4为本发明的剖视示意图ⅲ；
36.图5为本发明的剖视示意图ⅳ；
37.图6为本发明的耗能内芯结构示意图；
38.图7为本发明的剖视示意图
ⅴ
；
39.图8为本发明限位孔位置示意图；
40.图9为本发明在拉压槽钢限位孔与耗能内芯凸起块在垂直支撑轴向的表面的间隙宽度为3mm时的荷载位移曲线。
41.附图中各个标号含义：
42.1-工字钢腹板：
43.2-槽管：
44.2-1拉压槽钢，2-2盖板，2-3连接孔；
45.2-1-1槽钢腹板，2-1-2拉压槽钢翼缘板，2-1-3限位孔
46.3-外挡板
47.3-1第一外挡板，3-2第二外挡板，3-3矩形通孔；
48.4-耗能内芯
49.4-1第一连接段，4-2第一过渡段，4-3耗能段，4-4第二过渡段，4-5第二连接段，4-6凸起块，
50.5-摩擦片
51.6-外伸腹板
52.7-角钢
53.8-复位单元：8-1内压方管；8-2复位丝，8-2-1第一复位丝，8-2-2第二复位丝；
54.8-3第一内挡板，8-4第二内挡板；
55.9-工字钢板翼缘板
56.10-填充板。
57.以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
58.以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本技术技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
59.本发明所用的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“内”、“外”是指相应部件轮廓的内和外，不能将上述术语理解为对本发明的限制。
60.在本发明中，在未作相反说明的情况下，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
61.本发明中的所有部件，如无特殊说明，全部采用现有技术中已知的部件。
62.串联式：将第一复位丝和第二复位丝靠近第一外挡板的一端称为首端时，另一端则相应称为尾端。则在本装置中第一复位丝的尾端和第二复位丝的首段都因连接在第二内挡板、第一内挡板和受压方管组成的几何不变体系上形成了首位相连的形式，这种形式即可称为串联式。
63.实施例1：
64.遵从上述技术方案，如图1～图9所示，包括工字钢腹板1和布置在工字钢腹板1两侧的槽管2，所述的槽管2两端盖合有外挡板3；
65.所述的工字钢腹板1沿长度方向的一侧伸出一侧的外挡板3，所述的槽管2靠近工字钢腹板1的一侧的底板伸出沿长度方向的另一侧的外挡板3；工字钢腹板1和槽管2伸出外挡板3的部分用于实现本发明与建筑物的连接。
66.所述的串联式自复位双屈服点屈曲约束支撑还包括布置在槽管2和工字钢腹板1之间的耗能内芯4和摩擦片5；
67.所述的耗能内芯4呈板状结构，耗能内芯4一侧与槽管2卡接，另一侧与工字钢腹板1连接，所述的耗能内芯4与槽管2卡接处留有间隙；
68.所述的摩擦片5布置在工字钢腹板1沿长度方向的中部两侧安装的外伸腹板6两侧，两侧的摩擦片5分别通过角钢7和槽管2连接；
69.所述的摩擦片5先于耗能内芯4耗能，拉压槽钢2-1与耗能内芯4接触后耗能内芯4开始工作，同时串联的自复位单元8利用利用第一复位丝8-2-1和第二复位丝8-2-2的恢复力提供复位力。
70.所述角钢7翼缘设置有螺栓孔，在螺栓预紧力作用下，高强螺栓对焊接于拉压槽钢2-1的角钢7、内嵌在角钢7表面的摩擦片5、外伸腹板6施加挤压作用，在压力作用下，外伸腹板6与摩擦片5实现摩擦耗能。所述拉压工字钢板外伸腹板6部分提前进行除锈喷砂处理。
71.所述的耗能内芯4布置在拉压槽钢2-1和工字钢腹板1之间，耗能内芯4呈板状结构，耗能内芯4一侧与槽管2卡接，另一侧与工字钢腹板1连接；
72.所述的复位单元8为串联式并布置在槽管2内，用于给支撑施加复位力。
73.耗能内芯4用于耗能，复位单元8利用复位丝的恢复力提供复位力。
74.所述的工字钢腹板1两侧垂直连接有工字钢板翼缘板9，工字钢板翼缘板9和工字钢腹板1呈工字形布置，工字钢板翼缘板9和盖板2-2相连接；
75.所述的外伸腹板6连接在工字钢腹板1两侧，并且位于工字钢板翼缘板9之间。
76.工字钢腹板1、槽管2，在耗能内芯4的弱轴方向上给耗能内芯4提供面外约束。
77.所述的槽管2为方形管状结构，包括拉压槽钢2-1和盖合在拉压槽钢2-1上的盖板2-2；
78.所述的拉压槽钢2-1包括槽钢腹板2-1-1和垂直连接槽钢腹板2-1-1两侧的拉压槽钢翼缘板2-1-2，所述的槽钢腹板2-1-1和工字钢腹板1沿支撑轴向平行布置，拉压槽钢翼缘板2-1-2背向槽钢腹板2-1-1布置，所述的槽钢腹板2-1-1的一侧伸出外挡板3；
79.所述的盖板2-2与工字钢板翼缘板9连接。
80.所述的耗能内芯4包括依次连接的第一连接段4-1、第一过渡段4-2、耗能段4-3、第二过渡段4-4和第二连接段4-5，所述的第一连接段4-1表面上还布置有凸起块4-6，所述的凸起块4-6与开设在槽钢腹板2-1-1上的限位孔2-1-3配合，所述的凸起块4-6背向工字钢腹板1布置；限位孔2-1-3的沿支撑轴向尺寸大于凸起块4-6沿支撑轴向尺寸，限位孔2-1-3垂直于支撑轴向的内表面与所述凸起块4-6垂直于支撑轴向方向的相邻表面间设置有间隙。所述的限位孔2-1-3为通孔式结构，所述的耗能内芯4在所述凸起块4-6一侧表面与所述槽钢腹板2-1-1无翼缘侧表面间设置1-2mm间隙，耗能内芯4的耗能段4-3表面设置有无粘结材料。连接段是起连接作用的。过渡段起到减小耗能内芯应力集中的效果。
81.所述的耗能内芯4两侧还布置有填充板10，所述的填充板10布置在槽管2和拉压工字钢板1-1之间。所述的填充板10与耗能内芯4耗能段4-3相接触的边缘的长度小于耗能内芯4耗能段4-3的长度；填充板10在耗能内芯4强轴方向上给耗能内芯4提供面外约束。
82.所述耗能内芯4平整面一侧与所述工字钢腹板1表面平行且设置1-2mm间隙，通过焊接方式与工字钢腹板1焊接。耗能段4-3表面涂抹有无粘结材料，降低内芯屈服时与工字钢腹板1表面的摩擦。所述槽钢腹板2-1-1的限位孔2-1-3对耗能内芯4的凸起块4-6起限位作用，所述限位孔2-1-3与凸起块4-6沿支撑轴向设置间隙，该间隙宽度为耗能内芯4的启动位移。
83.限位孔2-1-3沿轴向的尺寸大于耗能内芯4凸起块4-6沿该方向的尺寸，以此在限位孔2-1-3与凸起块4-6表面间设置间隙，该间隙宽度为零时，耗能内芯4在拉压槽钢2-1的接触压力下开始工作。
84.所述的工字钢腹板1沿长度方向的两端分别布置有第一外挡板3-1和第二外挡板3-2，所述的第一外挡板3-1和第二外挡板3-2上开设有矩形通孔3-3，所述的槽钢腹板2-1-1伸出第二外挡板3-2，工字钢腹板1伸出第一外挡板3-1；
85.所述的复位单元8包括布置在拉压槽管2内的内压方管8-1和用于连接内压方管8-1和外挡板1-3的复位丝8-2。
86.所述的复位单元8包括布置在拉压槽钢2-1内的内压方管8-1，内压方管8-1两端分别盖合有第一内挡板8-3和第二内挡板8-4，所述的第一内挡板8-3在凸起块4-6一侧；
87.所述的复位单元8还包括连接在内压方管8-1、第一外挡板3-1和第二外挡板3-2之间的复位丝8-2，所述的复位丝8-2包括连接在第一外挡板3-1和第二内挡板8-4之间的第一复位丝8-2-1和连接在第二外挡板3-2和第一内挡板8-3之间的第二复位丝8-2-2，第一复位
丝8-2-1和第二复位丝8-2-2均至少有两条并交错布置。
88.作为本实施例的一种优选：所述的连接在工字钢腹板1两侧的工字钢板翼缘板9分别为两块，间隔布置；
89.作为本实施例的一种优选：所述的第一连接段4-1和第二连段接4-5的宽度大于耗能段4-3的宽度；
90.所述的工字钢腹板1伸出第一外挡板3-1的部分开设有连接孔2-3，所述的槽钢腹板2-1-1伸出第二外挡板3-2的部分开设有连接孔2-3；连接孔2-3的设置方便与结构节点形成销轴连接。
91.用户可以根据自身需求进行支撑布置，当支撑布置在柱间时，布置方式可以为单斜撑、人字形、v字形等。通过在梁柱节点或者梁跨中设置连接件，连接件与本发明的工字钢腹板1和槽钢腹板2-1-1的连接，实现支撑与建筑物的连接。连接方式可以采用螺栓连接、焊接或销轴连接，本发明中仅提及销轴连接，具体实现方式为在工字钢腹板1和槽钢腹板2-1-1上以及连接件上都设置连接孔2-3，然后插入销轴形成销轴连接。当建筑物遭遇地震作用时，梁柱连接件产生的相对运动带动支撑发生轴向的拉伸或压缩变形。
92.当支撑产生轴向拉伸变形时，工字钢腹板1与槽钢腹板2-1-1产生相背运动，工字钢板翼缘板9在工字钢腹板1的带动下对第一外挡板3-1产生接触压力，拉压槽钢翼缘板2-1-2在槽钢腹板2-1-1的带动下对第二外挡板3-2产生接触压力，在接触压力作用下第一外挡板3-1和第二外挡板3-2也产生相背运动，从而带动与第一外挡板3-1锚固在一起的第一复位丝8-2-1和与第二外挡板3-2锚固在一起的第二复位丝8-2-2产生拉伸变形。当地震作用卸载时，已经伸长的第一复位丝8-2-1和第二复位丝8-2-2分别对第一外挡板3-1和第二外挡板3-2产生相向的拉力，从而使后两者产生相向运动。第一外挡板3-1和第二外挡板3-2分别与工字钢板翼缘板9和拉压槽钢翼缘板2-1-2接触后对后两者产生相向的接触压力，在接触压力作用下工字钢板翼缘板9和拉压槽钢翼缘板2-1-2分别带动拉压工字钢板1-1和槽钢腹板2-1-1产生相向运动，从而减小了支撑的拉伸变形。当支撑的变形减小时，与之相连的建筑物的变形也相应的减小。
93.当支撑产生轴向压缩变形时，工字钢腹板1与槽钢腹板2-1-1产生相向运动，工字钢板翼缘板9在工字钢腹板1的带动下对第二外挡板3-2产生接触压力，拉压槽钢翼缘板2-1-2在槽钢腹板2-1-1的带动下对第一外挡板3-1产生接触压力，在接触压力作用下第一外挡板3-1和第二外挡板3-2也产生相背运动，从而带动与第一外挡板3-1锚固在一起的第一复位丝8-2-1和与第二外挡板3-2锚固在一起的第二复位丝8-2-2产生拉伸变形。当地震作用卸载时，已经伸长的第一复位丝8-2-1和第二复位丝8-2-2分别对第一外挡板3-1和第二外挡板3-2产生相向的拉力，从而使后两者产生相向运动。第一外挡板3-1和第二外挡板3-2分别与拉压槽钢翼缘板2-1-2和工字钢板翼缘板9接触后对后两者产生相向的接触压力，在接触压力作用下工字钢板翼缘板9和拉压槽钢翼缘板2-1-2分别带动拉压工字钢板1-1和槽钢腹板2-1-1产生相背运动，从而减小了支撑的压缩变形。当支撑的变形减小时，与之相连的建筑物的变形也相应的减小。
94.当支撑产生轴向变形时，工字钢腹板1与槽钢腹板2-1-1产生相对运动，外伸腹板6和角钢7分别在拉压工字钢板1-1和槽钢腹板2-1-1的带动下也产生相对运动，与角钢7连接的摩擦片5也与外伸腹板6产生相对运动，在此过程中摩擦片5表面与外伸腹板6表面间的摩
擦力在运动的过程中实现摩擦耗能。当拉压工字钢板1-1与槽钢腹板2-1-1相对运动时，与工字钢腹板1连接的耗能内芯4与槽钢腹板2-1-1也产生相对运动，此时耗能内芯4的凸起块4-6在位于槽钢腹板2-1-1上的限位孔2-1-3中运动，当拉压工字钢板1-1与槽钢腹板2-1-1的相对运动较小时，凸起块4-6与限位孔2-1-3在沿支撑轴向不发生接触，当相对运动较大时，限位孔2-1-3与凸起块在支撑轴向发生接触，接触压力带动耗能内芯4产生拉伸或压缩变形，变形超过弹性阶段后，耗能内芯4即进行塑性耗能。
95.本发明能够实现分阶段耗能，更好满足三设防水准标准：当支撑在地震作用下发生拉压变形时，摩擦片因拉压槽钢带动角钢运动会发生与拉压工字钢板的相对运动，在摩擦片的作用下，支撑能够实现在小位移下就能进行耗能的功能。当拉压槽钢继续与拉压工字钢板发生相对运动时，因耗能内芯固定在拉压工字钢板上，耗能内芯的凸起块嵌在拉压槽钢的矩形通孔内，当位移小于凸起块与矩形槽口内表面的间隙宽度时，耗能内芯不发挥作用，当位移大于等于间隙宽度时，耗能内芯凸起块与拉压槽钢矩形槽口发生接触，拉压槽钢带动耗能内芯实现屈服耗能。总而言之，小位移时只有摩擦耗能，位移大于等于耗能内芯凸起块与拉压槽钢槽口的间隙宽度时，摩擦和耗能内芯一起耗能。
96.本发明能够协调结构刚度，改善变形集中效应，促进楼层变形均匀分布：本发明涉及的支撑在摩擦片处于静摩擦状态时和耗能内芯开始工作并处于弹性状态都能提供较大刚度。当结构遭遇强震时，支撑在地震作用下调整自身的刚度，从而调整提供给结构的附加刚度，减小不同楼层刚度差值，使地震作用能够分散在各个楼层，从而改善变形集中效应，实现楼层变形均匀分布，增强结构的整体抗震性能。
97.本发明放松了复位材料延伸率限制，减小对复位材料延伸率的要求：本发明中的复位丝两端分别锚固在外挡板和内挡板，所述外挡板和内挡板处在支撑不同的两端，通过这种方式实现复位材料的串联，使得复位材料的变形只有支撑位移的一半，从而放松了复位材料的延伸率限制。
98.以上所述，仅是本发明的较优具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，不经创造性劳动想到的变化或替换，都涵盖在本发明的保护范围之内。