[发明专利]装配整体式减震支撑

说明书

技术领域

本发明涉及装配整体式减震支撑，属于土木工程结构消能减震（振）技术领域。

背景技术

防屈曲支撑是一种常见的消能减震装置，在建筑工程领域得到了较为广泛的应用。普通支撑在大震作用下屈曲失稳，接近于受弯机制。防屈曲支撑的外包约束构件限制支撑的弯曲变形，使支撑主要承受轴向力，并在拉压时均能屈服耗能。这种拉压同性使得防屈曲支撑体系较之普通支撑框架具有造价低、结构安全度高以及结构设计灵活等优点。但防屈曲支撑本身也存在局限性。中/大震下防屈曲支撑耗能性能优良，但在小震及微振下，防屈曲支撑仍处于弹性阶段不耗能。这样对于侧移、舒适度要求高的高层建筑和高耸结构来说，防屈曲支撑体系就不能满足要求。

黏弹性阻尼器由黏弹性阻尼材料与钢板叠合黏结而成，依靠黏弹性材料的剪切滞回耗能特性，给主体结构提供附加刚度和阻尼，减少主体结构的动力反应，达到减振的效果。黏弹性阻尼器性能可靠、构造简单、耗能能力强，并且能全阶段耗能，不像防屈曲支撑那样需要较大的相对位移才能屈服变形发挥耗能作用。

有研究人员提出综合利用不同耗能原理或机制来设计新型耗能减震器，即耗能器同时利用两种或两种以上方式耗能的思想，研究开发了多种新型耗能减振器。

近年来有工程人员提出防屈曲支撑与黏弹性阻尼器并联结合的受力机理。一种制作方法是黏弹性材料一面与芯材黏贴，一面与剪切钢板黏贴。剪切钢板同时也作为外包约束构件。芯材在轴向力作用下产生变形，同时带动黏弹性材料产生剪切变形而耗能，这样可以实现防屈曲支撑在变形较小时耗能。这种制作方式存在较大缺陷。一方面，剪切变形不均匀，中间小两头大，支撑中部黏弹性材料剪切变形会远小于两端处黏弹性材料的剪切变形，这样对于黏弹性材料的利用效果较差。另一方面，黏弹性材料与钢板的黏贴需要经过高温硫化，将支撑的芯材整体入炉加热既不方便又影响低周疲劳性能。此外，芯材在塑性条件下变形较大，再加上黏弹性材料剪切变形不均匀，容易造成黏弹性材料的撕裂。

还有一种制作方法是黏弹性材料两面分别黏贴于两块剪切钢板，内侧剪切钢板紧挨着芯材，与芯材于端部焊接在一起。外侧剪切钢板同时也作为防屈曲支撑的外包约束构件。这样虽然避免了前一种制作方法带来了上述三个方面的问题，但也有不足之处。一方面，为了满足黏弹性材料剪切变形的需要，外包约束构件内部预留了一定空间，这样就不能对芯材屈服段在全长范围内进行屈曲约束，从而形成明显薄弱点。另一方面，考虑到安全性与经济性，芯材拉/压应变达到设计值时，黏弹性材料剪切变形应接近极限剪切变形；芯材处于弹性阶段时，黏弹性材料剪切变形较小，耗散的能量有限，材料利用率也较低。

发明内容

本发明的目的在于从工作机理和构造形式上克服上述缺陷，提出一种装配整体式减震支撑。其工作机理为带有限位功能的黏弹性阻尼元件与弹簧构件串联之后再与防屈曲支撑并联。当装配整体式减震支撑整体变形较小时，防屈曲支撑元件的耗能芯材处于弹性阶段不耗能，黏弹性阻尼元件剪切变形耗能；当装配整体式减震支撑整体变形较大时，耗能芯材屈服耗能，挡板将黏弹性材料的剪切变形限制在许可变形范围内，而弹簧承担大部分变形。黏弹性阻尼元件与防屈曲支撑元件协同工作，小变形时由黏弹性阻尼元件耗能，大变形时主要由防屈曲支撑元件耗能。

本发明提出的装配整体式减震支撑，由防屈曲支撑元件2、黏弹性阻尼元件3和限位装置4组成，其中：

所述防屈曲支撑元件2由耗能芯材5、无黏结层6、外包约束构件7及支撑端板8组成，耗能芯材5外围包裹有无黏结层6，无黏结层6外围包裹有外包约束构件7，耗能芯材5两端伸出无黏结层6，并连接支撑端板8；

所述黏弹性阻尼元件3由黏弹性材料9、盖板10和底板11组成，盖板10和底板11之间设置黏弹性材料9；

所述限位装置4由弹簧12、挡板13及隔板14组成；

所述防屈曲支撑元件2两端的四周设有黏弹性阻尼元件3，所述黏弹性阻尼元件3的底板11通过螺栓连接防屈曲支撑元件2的外包约束构件7；隔板14位于耗能芯材5两端伸出无黏结层6端部，隔板14和盖板10一端之间设有挡板13，将黏弹性材料9的剪切变形限制在一定范围内；支撑端板８和隔板14之间由弹簧12相连。

本发明中，所述耗能芯材5采用软钢制成，截面形式为一字型或十字型结构。

本发明中，具有限位功能的黏弹性阻尼元件3与弹簧串联后，再与防屈曲支撑元件2并联。黏弹性阻尼元件3与防屈曲支撑元件2协同工作，变形较小时防屈曲支撑元件处于弹性阶段不耗能，黏弹性阻尼元件耗能；变形较大时主要由防屈曲支撑元件的耗能芯材5屈服耗能。