竹节形圆棒耗能杆制造技术

本发明专利技术公开了一种竹节形圆棒耗能杆，包括核心部件、外约束部件和定位销钉；所述核心部件由多个消能段、中间限位段、竹节段和两端连接段沿纵向同轴线连接构成，中间限位段位于核心部件的中间，竹节段与消能段间隔分布，布置在中间限位段的两侧，并与中间限位段共同形成整体，外侧两端固接两端连接段，共同形成核心部件。所述中间限位段、竹节段和两端连接段的截面都为圆形，中间限位段的中间沿直径方向开孔一，消能段由圆棒沿长度方向切削制作使得消能段的截面为两平行对边，另外两短边为原弧线。形成的新截面面积使得核心部件在轴向拉压力作用下消能段进入屈服，而中间限位段、竹节段和两端连接段始终保持弹性。

Bamboo shaped round bar energy dissipation rod

The invention discloses a bamboo shaped rod rod core components, including energy consumption, external constraint component and a positioning pin; the core part is composed of a plurality of energy dissipation section, middle section, limit slub segment and two ends are connected along the longitudinal axis of the same section of the connection of a middle spacing section is located in the core parts of the middle, bamboo section of energy dissipation and interval distribution, arranged at both sides of the middle spacing section, and the middle spacing section together form a whole, outside of the two ends are fixed at both ends of the connecting segment, form core components. The middle section of the limit section, and both ends of the connecting section of the bamboo section is circular, the middle segment of the middle limit of an opening along the diameter direction, energy dissipation section from round bar along the length direction of the cutting section can eliminate making section are two parallel to the side, the other two short side for the original arc. The new section area is formed so that the energy dissipation section of the core member enters the yield under the axial tension force, while the middle limit section, the slub section and the connecting section at both ends remain elastic.

【技术实现步骤摘要】
竹节形圆棒耗能杆
本专利技术属于土木工程领域，涉及一种用于减小工程结构地震响应的屈曲约束支撑。
技术介绍
城市及其建筑物遭遇强烈地震时不仅会发生结构破坏，还会产生火灾等次生灾害，并由此引发一系列连锁灾害反应。据此研究者提出的消能减震的概念，旨在通过在结构中安装耗能装置，通过其吸收与耗散能量，有效地减小结构地震响应，从而避免结构主体部位的严重破坏。软钢阻尼器是一种性能优越的消能减震构件，在日本和美国等发达国家已取得快速的推广应用，而我国对于软钢阻尼器的研究与应用尚处于起步阶段，仍存在许多问题需要进一步解决。耗能杆作为一种新型的软钢阻尼器，在小震作用下要求保持弹性，与结构协同工作，提供足够的整体侧向刚度，而在设防烈度或者罕遇地震作用下，耗能杆的核心部件进入屈服，且外约束部件对核心的变形进行有效地约束，抑制耗能杆的局部或整体失稳，实现耗能杆的拉压屈服耗能。因此，耗能杆既可以作为结构的普通支撑，又同时兼有耗能装置的作用，最终使得主体结构在地震作用下不至发生破坏或仅有较轻程度的破坏，是一种理想的消能减震装置。传统屈曲约束支撑的外约束部件通常由钢与混凝土组合而成，造价相对较低，但是仍存在一定的问题：(1)浇注混凝土的质量，如密实度，受工艺的影响较大，混凝土凝固会延长了制作时间，降低了生产效率；(2)由于混凝土局部不密实可能导致局部被核心部件压碎，从而引起核心部件局部屈曲，降低耗能杆性能；(3)为了保证核心受力部件能够自由拉压，常在核心受力部件包裹无粘结材料，使得混凝土与核心受力部件表面脱开，同时给核心受力部件受压膨胀提供一定的空间，但是在浇筑和振捣混凝土的过程中，很难保证无粘结材料按照设计要求包裹核心受力部件，从而影响屈曲约束支撑的性能。进一步，采用全钢约束截面的竹形屈曲约束支撑，如专利申请号：201610121121.0，其核心部件为多个圆形消能段和圆形弹性段沿纵向同轴线相间设置构成，但是由于圆形消能段受压会发生扭转变形，扭转变形的存在会导致圆形芯棒局部变形的增加，从而降低屈曲约束支撑的低周疲劳性能。
技术实现思路
本专利技术为解决钢与混凝土组合约束部件的屈曲约束支撑中混凝土密实和无粘结材料设置困难及对性能的影响、同时竹形屈曲约束支撑的受压易发生扭转变形、以及无限位段的耗能杆存在外约束部件滑移导致的滞回曲线不对称、耗能性能低下等问题，提出了一种新型带有限位段的竹节形圆棒耗能杆。本专利技术采用的技术方案为：一种竹节形圆棒耗能杆，包括核心部件、外约束部件和定位销钉；所述核心部件由多个消能段、中间限位段、竹节段和两端连接段沿纵向同轴线连接构成，中间限位段位于核心部件的中间，竹节段与消能段间隔分布，布置在中间限位段的两侧，并与中间限位段共同形成整体，外侧两端固接两端连接段，共同形成核心部件。所述中间限位段、竹节段和两端连接段的截面都为圆形，中间限位段的中间沿直径方向开孔一，消能段由圆棒沿长度方向切削制作使得消能段的截面为两平行对边，另外两短边为原弧线。形成的新截面面积使得核心部件在轴向拉压力作用下消能段进入屈服，而中间限位段、竹节段和两端连接段始终保持弹性。所述外约束部件为圆形管，核心部件位于外约束部件内部，外约束部件的长度满足两端连接段的一端位于外约束部件的内部，且中间限位段、竹节段和两端连接段的直径略小于外约束部件的内径，使得两者之间存在微间隙，微间隙略大于中间限位段在最大轴向压力作用下的径向变形值。所述外约束部件的中间沿直径方向开孔二，孔二的直径略大于中间限位段上的开孔一，且使得定位销钉能够从孔二和孔一中穿过。核心部件的消能段由圆棒沿长度方向切削制作而成，消能段的截面为两平行对边与圆弧短边，圆弧短边与外约束部件之间仅存在微间隙。此类局部切削方法使得消能段受压时的弯曲变形为垂直于削弱面，很大程度避免了消能段的扭转变形，此外，消能段圆弧短边、中间限位段、竹节段以及两端连接段与外约束管部件之间，仅存在微间隙，核心部件的侧向变形也得到有效约束。由此消能段扭转变形以及核心部件的侧向变形都得到很好的约束，又进一步降低了核心部件的表面应变，提高了耗能杆的低周疲劳性能。作为优选，所述核心部件为钢材制作时，中间限位段、竹节段和两端连接段的横截面面积至少为消能段的1.6倍以上。当核心部件为钢材制作时，竹节形圆棒耗能杆的核心部件在屈服后会伴有超强现象，即承载力进一步提高，这种现象的主要原因归为：(1)钢材的应变硬化，根据本申请专利技术人对前期进行的多种钢材(Q235、Q345、Q390)循环加载实验，结合已有文献成果，确定钢材的应变硬化系数约为1.42；(2)受压承载力调整，竹节形圆棒耗能杆的核心部件与外约束部件之间存在不可避免的摩擦以及泊松效应，根据本申请专利技术人大量试验结果，受压承载力调整的最大值可取为1.13。由此可得，竹节形圆棒耗能杆超强系数w可取为1.6(即1.42×1.13的值)。因此，本专利技术规定所述核心部件中间限位段、竹节段和两端连接段的横截面面积至少为消能段的1.6倍，可保证中间限位段、竹节段和两端连接段的屈服承载力大于竹节形圆棒耗能杆最大承载力，中间限位段、竹节段和两端连接段在荷载作用下可始终保持弹性。作为优选，所述中间限位段的长度至少大于其半径。中间限位段与外约束部件的中间皆沿着直径方向开孔，使得定位销钉能够从外约束部件的孔和中间限位段的孔中穿过。开孔的半径大小一般取为1.5mm，在开孔处会引起较大的应力集中，根据申请人前期的试验结果，中间限位段长度大于半径时，可以保证定位销钉的有效工作，不出现中间限位段的提前破坏。作为优选，所述竹节段沿轴线和直径剖开截面对角线长度大于外约束部件的内径。当竹节段沿轴线和直径剖开截面对角线长度大于外约束部件的内径时，竹节段在外约束部件内部的转动将会被有效地约束，从而进一步地抑制消能段的变形，提高竹节形圆棒耗能杆的性能。作为优选，所述两个两端连接段位于消能段和中间限位段形成整体的外侧与结构相连。考虑到与结构的相连，两端连接段沿圆周方向可开螺牙形成连接螺杆，螺杆的净截面面积至少为消能段的1.5倍以上。作为优选，所述核心部件的多个消能段的两平行对边的间距从核心部件的两端往中间逐渐减小。当多个消能段的两平行对边的间距由核心部件两端往中间逐渐减小时，竹节形圆棒耗能杆在轴向荷载作用下，将形成类似于连续“塑性铰”的逐个消能段进入塑性的机制，在充分发挥竹节形圆棒耗能杆耗能能力的同时，减少了材料的使用。本专利技术具有以下有益效果：1.竹节形圆棒耗能杆核心部件的消能段由圆棒沿长度方向切削制作而成，消能段的截面为两平行对边与两圆弧短边，圆弧短边与外约束部件之间仅存在微间隙。2.竹节形圆棒耗能杆消能段的局部削弱方法，使得消能段侧向变形为垂直于两消能段平行对边，很大程度避免了消能段的扭转变形，此外，消能段圆弧短边、中间限位段、竹节段以及两端连接段与外约束管部件之间，仅存在微间隙，核心部件的侧向变形得到有效约束。由此消能段扭转变形以及核心部件的侧向变形都得到很好的约束，降低了核心部件的表面应变，提高了屈曲约束支撑的低周疲劳性能。3.竹节形圆棒耗能杆核心部件由多个消能段、中间限位段、竹节段和两端连接段沿纵向同轴线连接构成，在轴力作用下消能段的弯曲变形又受到外约束部件圆弧面的抑制，所以消能段发生屈服的同时避免了过大的屈曲变形，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种竹节形圆棒耗能杆，包括核心部件(1)、外约束部件(2)和定位销钉(3)，其特征在于：所述核心部件(1)由多个消能段(1‑1)、中间限位段(1‑2)、竹节段(1‑3)和两端连接段(1‑4)沿纵向同轴线连接构成，中间限位段(1‑2)位于核心部件(1)的中间，竹节段(1‑3)与消能段(1‑1)间隔分布，布置在中间限位段(1‑2)的两侧，并与中间限位段(1‑2)共同形成整体，外侧两端固接两端连接段(1‑4)，共同形成核心部件(1)；所述中间限位段(1‑2)、竹节段(1‑3)和两端连接段(1‑4)的截面都为圆形，中间限位段(1‑2)的中间沿直径方向开孔一(1‑2‑1)，所述消能段(1‑1)沿长度方向切削制作使得消能段的截面为两平行对边(1‑1‑1)，另外两短边为原弧线(1‑1‑2)；所述外约束部件(2)为圆形管，核心部件(1)位于外约束部件(2)内部，外约束部件(2)的长度满足两端连接段(1‑4)的一端位于外约束部件(2)的内部，且中间限位段(1‑2)、竹节段(1‑3)和两端连接段(1‑4)的直径略小于外约束部件(2)的内径，使得两者之间存在微间隙；所述外约束部件(2)的中间沿直径方向开孔二(2‑1)，孔二(2‑1)的直径略大于中间限位段(1‑2)上的开孔一(1‑2‑1)，且使得定位销钉(3)能够从孔二(2‑1)和孔一(1‑2‑1)中穿过。...

【技术特征摘要】
1.一种竹节形圆棒耗能杆，包括核心部件(1)、外约束部件(2)和定位销钉(3)，其特征在于：所述核心部件(1)由多个消能段(1-1)、中间限位段(1-2)、竹节段(1-3)和两端连接段(1-4)沿纵向同轴线连接构成，中间限位段(1-2)位于核心部件(1)的中间，竹节段(1-3)与消能段(1-1)间隔分布，布置在中间限位段(1-2)的两侧，并与中间限位段(1-2)共同形成整体，外侧两端固接两端连接段(1-4)，共同形成核心部件(1)；所述中间限位段(1-2)、竹节段(1-3)和两端连接段(1-4)的截面都为圆形，中间限位段(1-2)的中间沿直径方向开孔一(1-2-1)，所述消能段(1-1)沿长度方向切削制作使得消能段的截面为两平行对边(1-1-1)，另外两短边为原弧线(1-1-2)；所述外约束部件(2)为圆形管，核心部件(1)位于外约束部件(2)内部，外约束部件(2)的长度满足两端连接段(1-4)的一端位于外约束部件(2)的内部，且中间限位段(1-2)、竹节段(1-3)和两端连接段(1-4)的直径略小于外约束部件(2)的内径，使得两者之间存在微间隙；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王春林，刘烨，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32