一种纤维预拉杆式自定心圆管屈曲约束支撑制造技术

本发明专利技术公开了一种纤维拉杆式自定心圆管屈曲约束支撑，包括核心耗能圆管、位于核心耗能圆管内的内约束圆管、套在核心耗能圆管外的外约束圆管、设置在核心耗能圆管两端的两块端板、连接两块端板的纤维拉杆、与端板连接的连接部件；核心耗能圆管一边的内壁与内约束圆管的一端连接，另一边的外壁与外约束圆管的一端连接，核心耗能圆管的管壁上设置有阵列排列的小孔，核心耗能圆管两端均开有多个槽口，端板上设置有与核心耗能圆管端部相匹配的缺口，端板插入槽口中并与内约束圆管和外约束圆管的端部接触，纤维拉杆位于内约束圆管中，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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于土木工程领域，涉及ー种用于减小工程结构地震灾害的纤维预拉杆式自定心圆管屈曲约束支撑。
技术介绍
地震给人类带来极其严重的灾难。当强地震来临时，工程结构将承受地震输入的巨大能量而产生強烈的结构反应，由此造成的结构局部破坏或整体倒塌构成了地震致灾的最主要因素，需要采取经济可靠、性能高效的结构抗震技木。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。其中圆管式屈曲约束支撑由于具有整体刚度大、耗能性能优良、加工简便制作等优点，在近年来得到了日益广泛的研究和应用。 已有的圆管屈曲约束支撑基本构成主要包括三个部分承受轴向荷载的核心耗能圆管、防止核心部分产生整体或局部屈曲的侧向约束机构(内、外约束管)以及减小摩擦阻力的无粘结材料或间隙。在小震作用下，屈曲约束支撑的各个部分均处于弹性范围内，与主体结构共同组成整体抗侧体系，保证结构的刚度需求与正常使用；在大震作用下，屈曲约束支撑的核心耗能圆管将首先进入屈服状态，通过拉压往复非弾性变形耗散大部分地震能量,迅速衰减主体结构的振动反应,从而达到保护主体结构的目的。然而，现有圆管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，但由于其屈服后刚度较低，在卸载后无法回到初始位置，使得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%飞0%。过大的残余变形为震后的结构修复增加了困难，亦会大幅増加震后修复的成本，甚至导致结构最终不得不拆除重建。针对现有圆管屈曲约束支撑的上述问题，本专利技术提出了ー种利用玄武岩纤维预拉杆体系来实现圆管屈曲约束支撑自定心功能的装置和技木，以有效减小屈曲约束支撑及其结构体系的震后残余变形。
技术实现思路
技术问题本专利技术针对已有圆管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圆管屈曲约束支撑。 技术方案本专利技术的纤维拉杆式自定心圆管屈曲约束支撑，包括核心耗能圆管、位于核心耗能圆管内的内约束圆管、套在核心耗能圆管外的外约束圆管、设置在核心耗能圆管两端的两块端板、连接两块端板的纤维拉杆、与端板连接的连接部件；核心耗能圆管一边的内壁与内约束圆管的一端连接，另ー边的外壁与外约束圆管的一端连接，核心耗能圆管的管壁上设置有阵列排列的小孔，端板与内约束圆管和外约束圆管的端部接触，纤维拉杆位于内约束圆管中，并施加有预应カ将两端的端板拉紧，在两块端板的外侧均连接有连接部件。本专利技术中，核心耗能圆管两端均开有多个槽ロ，端板上设置有与核心耗能圆管端部相匹配的缺ロ，端板插入槽ロ中。有益效果与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果 (I)本技术方案能够有效控制结构残余变形。当承受强烈地震作用吋，结构将产生较大的层间位移，致使屈曲约束支撑的核心耗能圆管产生较大的轴向力。当核心耗能圆管进入屈服耗能后，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支撑在拉压往复受カ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，屈曲约束支撑的核心耗能圆管的受力也是拉、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カ支撑受拉·时，内约束圆管向左推左端端板，外约束圆管向右推右端端板，纤维预拉杆相对伸长，产生阻碍核心耗能部件变形的弹性力，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，内约束圆管向右推右端端板，外约束圆管向左推左端端板，纤维拉杆仍然相对伸长，产生阻碍核心耗能部件变形的弾性力，有将支撑拉回初始状态的趋势，同样实现自定心功能。因此，本技术方案确保了支撑在拉压往复受カ状态下始终能够保持自定心功能。(3)本技术方案为结构的抗震保护提供了两重防线。当结构承受强烈地震作用吋，屈曲约束支撑的核心耗能圆管进入屈服耗能，结构的振动响应得到衰减，构成了第一重保护防线；然而随着地震输入的能量不断増加，核心耗能圆管的累积塑性变形亦不断増大，达到一定程度时将会产生断裂而退出工作，此时玄武岩纤维拉杆由于具有高強度、低弹模和高延伸率的特征，而能够与内、外约束圆管及锚固端板仍然形成正常工作的自定心系统并实现复位功能(第二道防线)，从而为结构提供一定的抗侧刚度，防止结构因核心耗能部件的断裂而倒塌，并充分控制结构因核心耗能部件断裂而产生过大的残余变形。(4)本技术方案为结构的震中和震后全过程损伤控制设计提供了有效方法。传统的抗震设计仅涉及结构在地震过程中的最大位移控制，但对结构的震后损伤控制缺乏有效的设计方法。本技术方案可通过调节三个关键构造參数(核心耗能圆管刚度、玄武岩纤维预拉杆刚度、纤维拉杆预张力)，简便有效地实现震中及震后的全过程损伤控制，其中核心耗能圆管刚度决定了支撑过程中耗散的能量，主要影响结构在地震过程中的最大位移；玄武岩纤维预拉杆刚度一方面能够减小结构在地震过程中的最大位移，另ー方面决定了支撑在地震过程中的弾性恢复カ大小；纤维拉杆预张カ则直接影响支撑震后的残余变形大小。(5)本技术方案制作简便、重量轻、经济高效。本技术方案将传统圆管式屈曲约束支撑的内、外约束管作为实现支撑拉压变形时的推杆，在此基础上引入玄武岩纤维预拉杆及其锚固端板与内、外约束管形成自定心体系，加工制作简便，且仅通过较小的附加重量实现支撑的自复位功能。同时，玄武岩纤维是我国具有自主知识产权和研发生产能力的ー种高性能纤维材料，与碳纤维、玻璃纤维等材料相比，价格相对较为低廉，且其高強度、低弹模和高延伸率的力学性能能够满足自定心系统的需求，因此仅通过附加较小的成本能够进行玄武岩纤维预拉杆式自定心屈曲约束支撑的设计制作。(6)利用具有高強度、低弹性模量和高延伸率的玄武岩纤维拉杆与圆管屈曲约束支撑的内外约束圆管形成自定心系统，使圆管屈曲约束支撑在受拉(压)塑性变形状态甚至断裂状态下，玄武岩纤维拉杆始终保持在弾性受拉状态，为支撑及结构提供稳定的自定心恢复力，使结构体系能够在地震卸载后最大程度地回归至初始位置，可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的可修复性。附图说明图I为本专利技术装置的正视 图2为图I的纵向剖面图； 图3为图I的A-A剖面 图4为图I的B-B剖面 图5为核心耗能圆管的立面 图6为本专利技术装置的原位示意 图7为本专利技术装置的受拉状态示意 图8为本专利技术装置的受压状态示意图。图中有核心耗能圆管I、槽ロ 12、内约束圆管2、外约束圆管3、纤维拉杆4、端板5、缺ロ 51、连接部件6、端板锚固体系7、焊缝8。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术的技术方案进行详细的说明。如图广图4所示，本专利技术的玄武岩纤维拉杆式自定心屈曲约束支撑包括核心耗能圆管I、位于核心耗能圆管I内的内约束圆管2、套在核心耗能圆管I外的外约束圆管3、设置在核心耗能圆管I两端的两块端板5、连接两块端板5的纤维本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纤维预拉杆式自定心圆管屈曲约束支撑，其特征在于，该支撑包括核心耗能圆管（1）、位于所述核心耗能圆管（1）内的内约束圆管（2）、套在核心耗能圆管（1）外的外约束圆管（3）、设置在核心耗能圆管（1）两端的两块端板（5）、连接所述两块端板（5）的纤维拉杆（4）、与端板（5）连接的连接部件（6）；所述核心耗能圆管（1）一边的内壁与内约束圆管（2）的一端连接，另一边的外壁与外约束圆管（3）的一端连接，核心耗能圆管（1）的管壁上设置有阵列排列的小孔（11），端板（5）与内约束圆管（2）和外约束圆管（3）的端部接触，所述纤维拉杆（4）位于内约束圆管（2）中，并施加有预应力将两端的端板（5）拉紧，在所述两块端板（5）的外侧均连接有连接部件（6）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周臻，吴京，陈泉，何贤亭，王春林，孟少平，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：