[实用新型]单向夹具传力低预应力自复位支撑

说明书

一种单向夹具传力低预应力自复位支撑，其特征在于：由仅受拉屈服的耗能外筒和自复位系统组成，其中耗能外筒由高强钢棒‑夹具单向传力系统、耗能软钢棒和右端板串联形成。自复位系统包括内筒、中筒和预应力复位元件，预应力复位元件由后张拉预应力筋及设置在其锚固端的弹性弹簧串联组成。仅需施加少许预应力即能实现支撑震后完全复位；无需构件精加工即可实现稳定可靠的关键部件单向传力机制；支撑轴向变形能力强，设计灵活。本实用新型在实现自复位支撑低预应力特性的同时，仅使用工程界广泛应用的元件组成，无需构件精加工，造价低廉，性能可靠，且变形能力强，可广泛用于新建建筑抗震设计和既有建筑抗震加固。

技术领域

本实用新型应用于新建建筑抗震设计和既有建筑抗震加固。

背景技术

自复位支撑是近十年来发展起来的一种新型支撑技术，在地震工程领域有着广泛的应用前景。自复位支撑的显著特征是在控制结构最大响应的同时，兼控结构的残余位移响应，进而减小结构在震后的修复费用和修复时间，帮助结构在震后迅速恢复使用功能，即具有“抗震韧性”。

现有的自复位支撑技术存在多项技术难点，限制了其工程应用。主流的自复位支撑基本原理为：设计装置，使得无论支撑压缩还是伸长，预应力复位元件都会弹性变形，利用预应力复位元件的弹性恢复力提供自复位能力；同时叠加耗能系统，形成旗帜形滞回曲线。其中，预应力复位元件为后张拉预应力筋(PT筋)或预应力弹簧。在此原理前提下，自复位支撑需较大的预应力(不小于屈服强度的1/2)才能实现复位机理，造成了制作费用高、加工难、存在安全隐患和长期荷载作用下预应力损失等问题。此外，为满足较大的预应力水平，在支撑设计上必将需要较多的预应力元件材料和预应力系数 (材料预应力与极限强度的比值)。前者将导致支撑屈服后刚度大，支撑轴力大，增加支撑与结构连接节点和相邻结构构件的地震需求；后者将降低支撑的轴向变形能力。

最接近现有技术，中国专利申请201811248386.2公开一种《低预应力自复位耗能支撑》，该对比文件产品的结构特点、功能及局限分析：

对比文件中的关键部件是刻齿系统，其力学机理是单向传力机制，即在刻齿系统受拉时承力，在刻齿系统受压时不承力。即通过将刻齿系统与耗能系统串联，来实现支撑卸载时，耗能系统无法进入受压区来抵抗支撑复位的机理。刻齿系统包括上刻齿，下刻齿，外筒和刻齿复位弹簧。上刻齿和下刻齿在初始状态咬合，上刻齿与外筒左端头连接，下刻齿与耗能系统连接；每一齿的方向设计，使得外筒左端头与外筒右端头趋向于远离，即耗能系统趋向于伸长时，刻齿卡住传力；外筒左端头与外筒右端头趋向于靠近，即耗能系统趋向于缩短时，刻齿自由滑动；刻齿复位弹簧给上刻齿和下刻齿施加一个靠近的弹性力；外筒套设在内筒和中筒的外围。对比文件产品为节约空间，刻齿复位弹簧沿着支撑轴向方向布置，通过上刻齿与外筒左端头之间设置的倾斜面来为刻齿提供复位机制。对比文件产品需精加工的上刻齿、下刻齿和刻齿复位弹簧等元件，在实际应用中难以有效降低支撑造价；此外，刻齿系统通过刻齿咬合传力和上下刻齿打开滑动，存在局部应力集中，其在动力荷载下的单向传力机制亦尚需验证。

对比文件产品自复位支撑的变形能力有限，只能通过降低支撑的预应力需求水平，可在一定程度上提升自复位支撑的变形能力，但由于使用常用的钢绞线PT筋，该支撑仍难以满足工程需求。目前学界与工程界关于提升自复位支撑的变形能力，有两个思路： 1)增加额外的支撑部件和多组PT筋；2)使用弹性变形能力更大的材料(如形状记忆合金SMA)。前者增加了支撑的复杂度和造价，后者也需采用特殊的材料，皆不利于自复位支撑的推广。

实用新型内容

本实用新型目的在于克服现有技术不足，以中国专利申请《低预应力自复位耗能支撑》(申请号201811248386.2)为基础进一步研发，公开一种单向夹具传力低预应力自复位支撑，在实现自复位支撑低预应力特性的同时，综合解决已有低预应力自复位支撑需精加工、性能不稳定和轴向变形能力不足的问题。

技术方案