[发明专利]一种纤维预拉杆式自定心型钢屈曲约束支撑

说明书

技术领域

本发明属于土木工程领域，涉及一种用于在多遇地震和罕遇地震下耗能减震的纤维预拉杆式自定心屈曲工字型钢约束支撑。

背景技术

地震给人类带来极其严重的灾难。传统的抗震设计采用的是延性设计方法，即在地震作用下，通过结构的部分构件的提前屈服和破坏，但整体不至于丧失功能，依靠构件的塑性变形来耗散大部分的地震能量，达到主体结构的安全目的。其中，屈曲约束支撑由于具有耗能能力强、减震效果好和震后易更换等优点，在近年来得到广泛的应用。

工字型钢是传统屈曲约束支撑的主要形式之一，其主要组成部分包括：型钢耗能单元、屈曲约束机构（内约束矩形管和外约束矩形管）以及减少摩擦阻力的单元。屈曲约束支撑在小震和设计风荷载作用下，始终处在全构件的弹性变形阶段，对于原结构提供足够的刚度和强度，作为结构的抗侧支撑。在中震和大震作用下，屈曲约束支撑的型钢耗能单元会进入屈服阶段，但由于屈曲约束机构的作用而不会出现屈曲，从而通过塑性变形耗散地震能量，减少主体结构的地震影响，保证主体的安全性。

然而，传统型钢屈曲约束支撑虽然能够有效减小结构在地震过程中的最大位移，但由于型钢耗能单元屈服后刚度较低，在卸载后无法回到初始位置，使得型钢屈曲支撑约束结构体系在强震后易于产生较大的残余变形，其平均残余层间变形可达最大层间位移的40%~60%。过大的残余变形为震后的结构修复增加了困难，亦会大幅增加震后修复的成本，甚至导致结构最终不得不拆除重建。

针对传统型钢屈曲约束支撑的上述问题，本发明提出了一种利用玄武岩纤维预拉杆体系来实现型钢屈曲约束支撑自定心功能的装置和技术，以有效减小屈曲约束支撑及其结构体系的震后残余变形。

发明内容

技术问题：本发明针对已有屈曲约束支撑体系残余变形过大的缺陷，提供一种有效减小屈曲约束支撑体系的残余变形，大幅提升工程结构震后可修复性的纤维预拉杆式自定心型钢屈曲约束支撑。

技术方案：本发明的纤维预拉杆式自定心型钢屈曲约束支撑，包括工字钢耗能单元、位于工字钢耗能单元的腹板两侧的两个内约束矩形管、套在工字钢耗能单元和两个内约束矩形管外的外约束矩形管、设置在工字钢耗能单元两端的两块端板、连接两块端板的纤维拉杆、与端板连接的连接部件；工字钢耗能单元一边的内壁与内约束矩形管的一端连接，另一边的外壁与外约束矩形管的一端连接，工字钢耗能单元的腹板上设置有阵列排列的小孔，端板与内约束矩形管和外约束矩形管的端部接触，所述纤维拉杆位于内约束矩形管中，并施加有预应力将两端的端板拉紧，在两块端板的外侧均连接有连接部件。

本发明中，端板上设置有与工字钢耗能单元截面相匹配的缺口，端板插入工字钢耗能单元端部。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

（1）本技术方案能够有效控制型钢屈曲约束支撑结构的残余变形。当承受强烈地震作用时，结构将产生较大的层间位移，致使型钢屈曲约束支撑的型钢耗能单元产生较大的轴向力。当型钢耗能单元进入屈服耗能后，累积产生的塑性变形将无法自动恢复。而玄武岩纤维拉杆式自定心系统将为型钢屈曲约束支撑提供稳定持续的弹性恢复力，使屈曲约束支撑在屈服并产生较大塑性变形后，仍然能够强迫其回归初始位置，在最大程度上减小甚至消除型钢屈曲约束支撑结构体系的残余变形，从而大幅减小结构震后修复的成本与难度。

（2）本技术方案能够确保型钢支撑在拉压往复受力状态下始终保持自定心功能。由于在地震作用过程中，结构将会产生往复的层间变形，型钢屈曲约束支撑的型钢耗能单元的受力也是拉、压往复交替的过程，所产生的塑性变形同样也是拉、压往复变化。本技术方案设计的玄武岩纤维拉杆式自定心系统能够在支撑受拉和受压状态下均产生恢复力：支撑受拉时，内约束管向左推左端端板，外约束管向右推右端端板，纤维预拉杆部件相对伸长，产生阻碍型钢耗能单元变形的弹性力，有将支撑拉回初始状态的趋势，实现自定心功能；当支撑受压时，内约束管向右推右端端板，外约束管向左推左端端板，纤维拉杆仍然相对伸长，产生阻碍型钢耗能单元变形的弹性力，有将支撑拉回初始状态的趋势，同样实现自定心功能。因此，本技术方案确保了型钢支撑在拉压往复受力状态下始终能够保持自定心功能。