[发明专利]一种耗能元件及预应力免屈曲耗能支撑构件

说明书

技术领域

本发明属于建筑结构技术领域，涉及一种建筑结构抗震减灾的耗能元件及耗能支撑构件，更具体地说，是涉及一种耗能元件及预应力免屈曲耗能支撑构件。

背景技术

为提高框架结构的承载能力和侧向刚度，增大结构建造高度，避免过多地加大梁柱截面及相应的用钢量，以框架结构为基础，沿结构高度布置一定数量的支撑所形成的框架-支撑结构是一种经济有效的常用抗侧力结构体系。现有支撑主要有按照当前规范设计的普通支撑及防屈曲支撑。这两种支撑存在以下问题：普通支撑容易受压屈曲，其拉压滞回反应明显不对称，大震时的往复荷载极易造成支撑本身和连接的失效或破坏，且屈曲后的滞回耗能能力变差，难以有效地消耗地震输入的能量；防屈曲支撑采用双线性滞回模型，滞回曲线饱满，耗能能力强，但这种支撑体系在地震作用后，尤其是大震后，存在很大的残余变形，使得加固修复比较困难，甚至无法修复，造成了经济损失并且影响使用；另外，对建筑结构的维修如果影响建筑使用，会对公众心理带来较大的冲击，导致公众对建筑的安全产生怀疑。

框架-支撑结构在地震或强风等水平往复荷载作用下，支撑构件要承受反复拉压轴向力，但常规支撑的受压稳定承载力通常小于其抗拉承载力，受压时容易屈曲，受压屈曲后，其承载能力降低，刚度退化，导致在整个地震或风灾过程中，无法提供稳定的耗能能力；支撑构件受压屈曲破坏，也将增大灾后的维修费用。为此，发明人贺拥军等提出了单向耗能支撑构件（ZL201320455039.3），单向耗能支撑构件在结构各层中成对反向布置，当地震或风往复作用使单向耗能支撑构件受压时，通过与支撑垂直的拉杆装置，使得单向耗能支撑构件承受的轴向压力大大减小或消失，防止单向耗能支撑构件受压屈曲，从而降低灾后的维修费用。但是，仅受拉一侧的支撑构件起作用，受压一侧的支撑构件不但没起到耗能作用，连最基本的抗侧作用都没有，这也造成了极大的资源浪费。

随着工程技术的不断进步，以及材料工艺的发展，预应力拉索在建筑结构中的作用日益被工程技术人员所认识和掌握，预应力拉索的索材也日趋多样化，有钢丝绳索体、钢绞线索体、钢丝束索体和钢拉杆索体，带有预应力拉索的结构越来越多地应用在大跨度公共与工业建筑中。上海新国际博览中心的展览大厅及南京火车站候车大厅，均以预应力拉杆作为抗风支撑；发明人唐柏鉴等提出的一种预应力巨型支撑-框架结构（ZL20092023698.6），将预应力拉索作为侧向支撑应用到了普通钢框架领域。研究表明，将大跨预应力拉索作为侧向支撑，预应力为斜向布置的柔性拉索建立了轴向刚度和稳定性，使预紧过的拉索既可承受拉力，也可承受压力（只要预应力大于外部荷载引起的压应力），从而为结构提供弹性约束支撑，且无需考虑压杆稳定性问题。在地震和强风作用下，预应力拉索支撑中的内力表现为受拉索拉力增大，受压索拉力减小，由于拉索的高强度特性，受拉索虽然拉力增大，但仍处于弹性阶段，受压索则拉力减小，更是处于弹性阶段。因此，必须指出，预应力拉索虽然可以作为侧向支撑，为结构提供抗侧刚度，但它不具有耗散地震和风灾输入建筑结构的能量的功能，这也正是目前预应力拉索支撑进一步突破和广泛应用的瓶颈。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术存在的普通刚性支撑容易受压屈曲而预应力拉索支撑又不具有耗散地震和风灾输入建筑结构的能量的功能的缺陷和技术问题，提供一种耗能元件及预应力免屈曲耗能支撑构件。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种耗能元件，包括外筒、内筒、弹簧和螺栓副；所述外筒为一端面开设有中心孔，另一端面设置有第二耳环，其余四面靠近耳环端对称设有至少一个通孔的六面空腔体；所述内筒安置在所述外筒内，由一段圆管和一段管径远大于圆管外径的矩形钢管相连接构成，所述圆管的端头从内向外可滑动穿入在所述外筒开设有中心孔中，端面还设置有第一耳环，所述矩形钢管的四个面上对应所述外筒设有的通孔均设置有长径沿轴向的腰形通孔；所述弹簧套装在所述内筒的圆管上，弹簧的一端抵挡在所述内筒的矩形钢管与圆管相连接的端面上，另一端抵挡在所述外筒开设有中心孔一端的内端面上；所述外筒与内筒通过所述螺栓副连接为一体。

作为本发明的优选，上述所述内筒的矩形钢管的四个面上还设置有摩擦元件，所述的摩擦元件由粘弹性材料制成。

作为本发明的优选，上述所述的通孔为4个，2个一组，偏离并平行轴线对称设置。

作为本发明的优选，上述所述的腰形通孔为2个，偏离并平行轴线对称设置。

作为本发明的优选，上述所述的连接为焊接。

作为本发明的优选，上述所述的外筒为可装配式结构。