[發明專利]一種耗能元件及預應力免屈曲耗能支撐構件

有效

• 申請號: 201410151963.1
• 申請日: 2014-04-16
• 公開（公告）號: CN103967158A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 顧盛;唐柏鑒;陳滿軍;曹潔
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學;昆山市建設工程質量檢測中心
• 主分類號: E04B1/98
• 分類號: E04B1/98
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明屬于建筑結構技術領域，涉及一種建筑結構抗震減災的耗能元件及耗能支撐構件，更具體地說，是涉及一種耗能元件及預應力免屈曲耗能支撐構件。

背景技術

為提高框架結構的承載能力和側向剛度，增大結構建造高度，避免過多地加大梁柱截面及相應的用鋼量，以框架結構為基礎，沿結構高度布置一定數量的支撐所形成的框架-支撐結構是一種經濟有效的常用抗側力結構體系?，F有支撐主要有按照當前規范設計的普通支撐及防屈曲支撐。這兩種支撐存在以下問題：普通支撐容易受壓屈曲，其拉壓滯回反應明顯不對稱，大震時的往復荷載極易造成支撐本身和連接的失效或破壞，且屈曲后的滯回耗能能力變差，難以有效地消耗地震輸入的能量；防屈曲支撐采用雙線性滯回模型，滯回曲線飽滿，耗能能力強，但這種支撐體系在地震作用后，尤其是大震后，存在很大的殘余變形，使得加固修復比較困難，甚至無法修復，造成了經濟損失并且影響使用；另外，對建筑結構的維修如果影響建筑使用，會對公眾心理帶來較大的沖擊，導致公眾對建筑的安全產生懷疑。

框架-支撐結構在地震或強風等水平往復荷載作用下，支撐構件要承受反復拉壓軸向力，但常規支撐的受壓穩定承載力通常小于其抗拉承載力，受壓時容易屈曲，受壓屈曲后，其承載能力降低，剛度退化，導致在整個地震或風災過程中，無法提供穩定的耗能能力；支撐構件受壓屈曲破壞，也將增大災后的維修費用。為此，發明人賀擁軍等提出了單向耗能支撐構件（ZL201320455039.3），單向耗能支撐構件在結構各層中成對反向布置，當地震或風往復作用使單向耗能支撐構件受壓時，通過與支撐垂直的拉桿裝置，使得單向耗能支撐構件承受的軸向壓力大大減小或消失，防止單向耗能支撐構件受壓屈曲，從而降低災后的維修費用。但是，僅受拉一側的支撐構件起作用，受壓一側的支撐構件不但沒起到耗能作用，連最基本的抗側作用都沒有，這也造成了極大的資源浪費。

隨著工程技術的不斷進步，以及材料工藝的發展，預應力拉索在建筑結構中的作用日益被工程技術人員所認識和掌握，預應力拉索的索材也日趨多樣化，有鋼絲繩索體、鋼絞線索體、鋼絲束索體和鋼拉桿索體，帶有預應力拉索的結構越來越多地應用在大跨度公共與工業建筑中。上海新國際博覽中心的展覽大廳及南京火車站候車大廳，均以預應力拉桿作為抗風支撐；發明人唐柏鑒等提出的一種預應力巨型支撐-框架結構（ZL20092023698.6），將預應力拉索作為側向支撐應用到了普通鋼框架領域。研究表明，將大跨預應力拉索作為側向支撐，預應力為斜向布置的柔性拉索建立了軸向剛度和穩定性，使預緊過的拉索既可承受拉力，也可承受壓力（只要預應力大于外部荷載引起的壓應力），從而為結構提供彈性約束支撐，且無需考慮壓桿穩定性問題。在地震和強風作用下，預應力拉索支撐中的內力表現為受拉索拉力增大，受壓索拉力減小，由于拉索的高強度特性，受拉索雖然拉力增大，但仍處于彈性階段，受壓索則拉力減小，更是處于彈性階段。因此，必須指出，預應力拉索雖然可以作為側向支撐，為結構提供抗側剛度，但它不具有耗散地震和風災輸入建筑結構的能量的功能，這也正是目前預應力拉索支撐進一步突破和廣泛應用的瓶頸。

發明內容

本發明的目的是針對上述現有技術存在的普通剛性支撐容易受壓屈曲而預應力拉索支撐又不具有耗散地震和風災輸入建筑結構的能量的功能的缺陷和技術問題，提供一種耗能元件及預應力免屈曲耗能支撐構件。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種耗能元件，包括外筒、內筒、彈簧和螺栓副；所述外筒為一端面開設有中心孔，另一端面設置有第二耳環，其余四面靠近耳環端對稱設有至少一個通孔的六面空腔體；所述內筒安置在所述外筒內，由一段圓管和一段管徑遠大于圓管外徑的矩形鋼管相連接構成，所述圓管的端頭從內向外可滑動穿入在所述外筒開設有中心孔中，端面還設置有第一耳環，所述矩形鋼管的四個面上對應所述外筒設有的通孔均設置有長徑沿軸向的腰形通孔；所述彈簧套裝在所述內筒的圓管上，彈簧的一端抵擋在所述內筒的矩形鋼管與圓管相連接的端面上，另一端抵擋在所述外筒開設有中心孔一端的內端面上；所述外筒與內筒通過所述螺栓副連接為一體。

作為本發明的優選，上述所述內筒的矩形鋼管的四個面上還設置有摩擦元件，所述的摩擦元件由粘彈性材料制成。

作為本發明的優選，上述所述的通孔為4個，2個一組，偏離并平行軸線對稱設置。

作為本發明的優選，上述所述的腰形通孔為2個，偏離并平行軸線對稱設置。

作為本發明的優選，上述所述的連接為焊接。

作為本發明的優選，上述所述的外筒為可裝配式結構。