[發明專利]碳纖維電阻傳感層智能監測免維護屈曲約束支撐

有效

• 申請號: 201310377565.7
• 申請日: 2013-08-26
• 公開（公告）號: CN103422587A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 彭洋;董軍
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: E04B1/98
• 分類號: E04B1/98;G01B7/16;G01N27/20
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 徐激波

技術領域

本發明涉及一種屈曲約束支撐技術，具體涉及一種碳纖維電阻傳感層智能監測免維護屈曲約束支撐。

背景技術

現有屈曲約束支撐能較好地改進結構物的動力特性，提高其抗振或抗震性能。但現有支撐采用被動式約束模式，無法獲知支撐的工作狀態，也不能說明支撐的損傷狀況。

發明內容

本發明的目的在于針對現有屈曲約束支撐無法反映自身工作狀態的缺陷，提出一種具有智能監測功能的新型鋼-復合材料屈曲約束支撐。

本發明采用的技術方案為：一種碳纖維電阻傳感層智能監測免維護屈曲約束支撐，包括耗能鋼芯、GFRP約束段、波形節、成型泡沫、傳感層電極和碳纖維智能傳感層，所述GFRP約束段的兩端設有波形節，GFRP約束段和波形節的內部中心設有耗能鋼芯，GFRP約束段沿耗能鋼芯對稱布置，所述碳纖維智能傳感層位于GFRP約束段內，碳纖維智能傳感層平行設置在耗能鋼芯的長邊兩側，碳纖維智能傳感層與耗能鋼芯之間留有間隙，碳纖維智能傳感層與傳感層電極連接，碳纖維智能傳感層與GFRP約束段連接形成整體結構的空隙內填充有成型泡沫。

作為優選，所述耗能鋼芯端部焊接有兩個加勁肋，形成連接板，上面設有與結構節點板相連接的螺栓孔。

本發明通過整體成型工藝，碳纖維智能層與GFRP約束段形成一個整體，碳纖維智能傳感層和GFRP約束段包裹成型泡沫，成型泡沫為整體成型工藝中GFRP約束段和碳纖維智能傳感層的模子，碳纖維智能傳感層內引出銀導線作為電極，耗能鋼芯位于對稱布置的GFRP約束段和碳纖維智能傳感層中。

有益效果：本發明利用碳纖維智能傳感層的監測耗能鋼芯的工作狀態，進而說明支撐工作性能和損傷情況，碳纖維智能傳感層為復合材料，能很好的和GFRP復合材料約束段融合，形成的整體耐腐蝕性好。采用整體成型工藝一次即可完成傳感層和約束段的制作，簡便高效。本發明從屈曲約束支撐的構造形式及傳感器材料方面進行了創新，具有結構合理、自重輕、耐腐蝕、免維護、能智能監控的特點。新型屈曲約束支撐除具有減少建筑結構的振動響應（如地震、風振等），起到減振（震）保護作用的優點外，還具備工作狀態可知、損傷情況可查的優點，是一種新型智能結構構件。

附圖說明

圖1為本發明支撐整體結構示意圖；

圖2為本發明支撐截面示意圖；

圖3-7為屈曲約束支撐變形歷程圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明做進一步說明。

如圖1和2所示，一種碳纖維電阻傳感層智能監測免維護屈曲約束支撐，包括耗能鋼芯1、GFRP約束段2、波形節3、成型泡沫4、傳感層電極5和碳纖維智能傳感層6，所述GFRP約束段2的兩端設有波形節3，GFRP約束段2和波形節3的內部中心設有耗能鋼芯1，GFRP約束段2沿耗能鋼芯1對稱布置，所述碳纖維智能傳感層6位于GFRP約束段2內，碳纖維智能傳感層6平行設置在耗能鋼芯1的長邊兩側，碳纖維智能傳感層6與耗能鋼芯1之間留有間隙，碳纖維智能傳感層6與傳感層電極5連接，碳纖維智能傳感層6與GFRP約束段2連接形成整體結構的空隙內填充有成型泡沫4。所述耗能鋼芯1端部焊接有兩個加勁肋，形成連接板，上面設有與結構節點板相連接的螺栓孔。

本發明屈曲約束支撐的工作原理是：

屈曲約束支撐工作時，耗能鋼芯與外部GFRP約束段和碳纖維智能傳感層作為一個整體受力，但相比于耗能鋼芯受力單元，波形節軸向剛度較小，軸力分配到外部GFRP約束段和碳纖維智能傳感層的很少，支撐所承受的軸向拉壓力可視為完全由耗能鋼芯受力單元承受。耗能鋼芯受力單元在受拉時可以達到屈服；受壓時，假設支撐所受初始軸力為P，如圖3所示，耗能鋼芯受力單元產生側向變形，耗能鋼芯受力單元側移最大的部位首先與碳纖維智能傳感層接觸，耗能鋼芯受力單元達到最低階屈曲模態，如圖4所示，此時GFRP約束段和碳纖維智能傳感層發生彎曲；隨著軸力的增加，耗能鋼芯受力單元的側向變形增大，由于GFRP約束段和碳纖維智能傳感層的約束限制耗能鋼芯受力單元在接觸點上變形的發展，耗能鋼芯受力單元就會向高階屈曲模態發展，如圖5-7所示，GFRP約束段和碳纖維智能傳感層彎曲變形隨之增大。如此發展下去，只要GFRP約束段和碳纖維智能傳感層具有足夠的抗彎剛度，支撐所受軸力可以一直增加直至耗能鋼芯受力單元達到全截面屈服，此時GFRP約束段和碳纖維智能傳感層未發生彎曲破壞，但耗能鋼芯此時會在局部將碳纖維智能傳感層頂破，如圖7。