一种新型双芯栅格式防屈曲支撑结构论文和设计

全文摘要

本实用新型公开了一种新型双芯栅格式防屈曲支撑结构，该防屈曲支撑结构包括格栅、铅芯、不锈钢芯、外包钢、盖板和连接端板；所述铅芯位于结构正中，并套装于不锈钢芯的下端凹槽内；所述格栅均匀围绕在不锈钢芯周围，上下两端为矩形，中间部分为格栅形状，且中间部分格栅点焊于不锈钢芯上，所述盖板上有通孔且外缘连接外包钢；所述外包钢与两端的盖板形成封闭空间，其中浇筑混凝土；连接端板下部有一矩形凹槽以焊接固定格栅的矩形部分，其上部均匀分布20个通孔以连接预埋接头的螺栓；该防屈曲支撑结构能够在地震时吸收和耗散地震产生的能量，保护主体结构不被破坏，能适用于各种土木工程结构，尤其是大型的建筑和桥梁结构。

主设计要求

1.一种新型双芯栅格式防屈曲支撑结构，其特征在于该防屈曲支撑结构包括格栅、铅芯、不锈钢芯、外包钢、盖板、连接端板；所述铅芯的断面为圆形，位于结构正中，套装于所述不锈钢芯的下端凹槽内，铅芯的外径和所述不锈钢芯凹槽内径一致；所述格栅上下两端为矩形，中间部分为格栅形状，两个部分点焊连接，且中间部分格栅点焊于所述不锈钢芯上；所述格栅有四个，每两个相邻的格栅之间的角度为90°，所述四个格栅均匀围绕在不锈钢芯周围，其顶端与所述不锈钢芯的顶端平齐；所述盖板外缘为圆形，且有两个交叉的矩形通孔，交叉点处有圆形通孔，所述格栅和不锈钢芯的组合零件穿过盖板的通孔；所述盖板的外缘连接外包钢且端面与所述外包钢的端面平齐，所述外包钢的形状为圆筒形；外包钢与两端的所述盖板形成封闭空间，在所述封闭空间内浇筑混凝土，并包围所述格栅的中间部分，所述不锈钢芯的中间部分，及所述铅芯的全部；所述连接端板下部有一个矩形凹槽用来焊接所述格栅的矩形部分，其上部均匀分布20个通孔用来固定连接预埋接头的螺栓。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种新型双芯栅格式防屈曲支撑结构，其特征在于该防屈曲支撑结构为双芯栅格式。

3.根据权利要求1所述的一种新型双芯栅格式防屈曲支撑结构，其特征在于所述铅芯与所述不锈钢芯之间套装连接。

4.根据权利要求1所述的一种新型双芯栅格式防屈曲支撑结构，其特征在于所述栅格均匀围绕在不锈钢芯周围，且中间部分格栅点焊于不锈钢芯上。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及结构工程抗震领域，具体是一种新型双芯栅格式防屈曲支撑结构。

背景技术

防屈曲支撑是一种常见的耗能减震工程构件，它的作用原理是在地震时先于主体结构屈服，吸收和耗散地震产生的能量，保护主体结构不被破坏。它主要由三个基本部分组成：内芯屈服耗能元件，外包约束构件和中间咬合滑动单元。由于其性能稳定，在实际中保护作用突出，在很多大型建筑物中如大型体育场，高层办公楼，跨海大桥等均有广泛应用。但是，目前现有防屈曲支撑结构存在一些不足。

申请号为201610398426.6的发明专利提供了一种二阶段屈服防屈曲支撑结构，此结构可根据地震产生能量大小的不同，能够分阶段吸收和耗散地震能量，产生多次变形并分成两阶段屈服，解决了结构屈曲后刚度退化严重的问题，但是此结构的外包约束构件由四块钢板焊接而成，焊接面积较大会产生较大的焊接应力，造成焊缝处的延展性差，不利于屈曲耗能。

申请号为201611197765.4的发明专利提供了一种双板式防屈曲支撑结构，此结构在减少焊接面积的同时提高支撑承载能力，但是，复合双板式的不对称结构导致其抗弯刚度不对称，则此结构对建筑物的保护作用会在某个方向上被削弱，对建筑物的保护有限。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是：提供一种双芯栅格式防屈曲支撑结构。该防屈曲支撑结构主要解决已有设计中的：焊接面积过大造成应力集中、长期暴露易锈蚀、只能单向耗能等缺点，本设计具有结构简单、价格低廉、不易锈蚀、多方向多维耗能的优点。

为解决上述技术问题，本实用新型解决所述技术问题的技术方案是：提供一种防屈曲支撑结构，其特征在于该防屈曲支撑结构包括格栅、铅芯、不锈钢芯、外包钢、盖板、连接端板；所述铅芯的断面为圆形，位于结构正中，套装于所述不锈钢芯的下端凹槽内，铅芯的外径和所述不锈钢芯凹槽内径一致；格栅上下两端为矩形，中间部分为格栅形状，两个部分点焊连接，且中间部分格栅点焊于不锈钢芯上；所述格栅一般有四个，每两个相邻的格栅之间形成角度为90°，所述四个格栅均匀围绕在不锈钢芯周围，其顶端与所述不锈钢芯的顶端平齐；所述盖板外缘为圆形，且有两个交叉的矩形通孔，交叉点处有圆形通孔，所述格栅和不锈钢芯的组合零件穿过盖板的通孔；所述盖板的外缘连接外包钢且端面与所述外包钢的端面平齐，所述外包钢的形状为圆筒形；外包钢与两端的所述盖板形成封闭空问，在所述封闭空间内浇筑混凝土，并包围所述格栅的中间部分，所述不锈钢芯的中间部分，及所述铅芯的全部；所述连接端板下部有一个矩形凹槽用来焊接固定所述格栅的矩形部分，其上部均匀分布20个通孔用来固定连接预埋接头的螺栓。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

(1)将铅芯与钢芯套装连接，充分利用铅材和钢材的耗能性能。由于铅材本身有动态再结晶功能，因此在设计变形范围内，可做几千次循环而不出现刚度退化现象，能够保证其本身力学性能不变，工作性能非常稳定；铅芯与钢芯配合使用能够保证结构的整体刚度与稳定性。因此，通过加入铅材并利用其塑性变形能力来提供阻尼，能够充分饱满结构在往复运动下的滞回环，提高结构的耗能性。

(2)加劲板采用栅格式设计。格栅可与周围混凝土共同工作保证更好的嵌固性，并可在周围混凝土破坏后显著增大与破坏混凝土之间的摩擦性能。本结构可利用格栅与破坏混凝土间的反复摩擦进一步提高耗能性，且格栅与芯棒间焊接面积小，不易产生应力集中现象。

(3)外包钢管及混凝土可保证结构的稳定性，同时防止环境水渗入结构内部，避免了芯材及格栅在恶劣环境下的锈蚀，提高了结构有效工作寿命，且具有结构简单，加工方便，价格低廉的特点。

(4)对于不同受力情况，由不同部件针对性耗能。结构受拉时，栅格与混凝土由嵌固转为摩擦耗能状态；结构受压时，主要由铅芯与钢芯共同产生变形耗能，并充分利用铅材的塑性变形性能进行耗能；结构受弯时，由外包钢管、铅芯及格栅共同耗能。这种耗能方式可降低单个部件的耗能压力，防止单一部件失效损坏，保证结构在复杂地震情况下有效耗能，对建筑形成多级、多维、多层次的保护。

附图说明

图1是本实用新型一种新型双芯栅格式防屈曲支撑结构一种实施例的整体结构主视示意图；

图2是本实用新型一种新型双芯栅格式防屈曲支撑结构一种实施例的格栅部件1的主视示意图；

图3是本实用新型一种新型双芯栅格式防屈曲支撑结构一种实施例的圆形四槽盖板整体结构俯视示意图；

图4是本实用新型一种新型双芯栅格式防屈曲支撑结构一种实施例的方形四槽盖板整体结构俯视示意图；

图5是本实用新型一种新型双芯栅格式防屈曲支撑结构一种实施例的圆形六槽盖板整体结构俯视示意图；

图6是本实用新型一种新型双芯栅格式防屈曲支撑结构一种实施例的连接端板部件6的主视示意图；

图7是本实用新型一种新型双芯栅格式防屈曲支撑结构一种实施例的局部剖视示意图；

图8是本实用新型一种新型双芯栅格式防屈曲支撑结构一种实施例的铅芯与不锈钢芯套装结构主视示意图；

图9是本实用新型一种新型双芯栅格式防屈曲支撑结构一种实施例的盖板部件5的主视示意图；

图10是本实用新型一种新型双芯栅格式防屈曲支撑结构一种实施例的局部放大示意图；

图中：1、格栅，2、铅芯，3、不锈钢芯，4、外包钢，5、盖板，6、连接端板。

具体实施方式

下面给出本实用新型的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本实用新型，不限制本申请权利要求的保护范围。

本实用新型提供了一种新型双芯栅格式防屈曲支撑结构(参见图1-10，简称耗能支撑装置)，其特征在于该耗能支撑装置包括格栅1、铅芯2、不锈钢芯3、外包钢4、盖板5、连接端板6；

所述连接端板6用螺栓连接于建筑物的预埋接头上，连接端板6的上部均匀分布20个通孔，用来固定连接预埋接头的螺栓；且下部有一个矩形凹槽，用来焊接固定格栅1；所述格栅1的上下两端为矩形，中间部分为格栅形状，两个部分为点焊连接；本实施例中格栅1有四个，每两个相邻的格栅1之间形成角度为90°；所述四个格栅1相互包围形成一个中空的长方体，中空长方体内放置圆形的不锈钢芯3；所述不锈钢芯3的顶端与所述格栅1的顶端平齐；对称的两个所述格栅1之间夹持所述不锈钢芯3，并焊于所述连接端板6的矩形凹槽内；所述不锈钢芯3与所述格栅1之间用点焊连接；

所述不锈钢芯3的下端有一凹槽用来套装固定铅芯2；所述铅芯2的断面为圆形；所述铅芯2的外径和所述不锈钢芯3凹槽内径一样大；

所述格栅1矩形部分的下端连接盖板5，所述盖板5位于所述连接端板6的下方；所述盖板5上有两个交叉的矩形通孔，交叉点处有圆形通孔；所述四个格栅1和不锈钢芯3的组合零件穿过盖板5的通孔；所述盖板5的外缘为圆形；

所述盖板5的外缘连接外包钢4；所述盖板5的端面与所述外包钢4的端面平齐；所述外包钢4的形状为圆筒形。

本实用新型的进一步特征在于本结构为上下对称结构。

所述外包钢4与两端的所述盖板5形成封闭空间，在所述封闭空间内浇筑混凝土，所述格栅1的中间部分格栅被嵌在混凝土中。所述混凝土包围所述不锈钢芯3和铅芯2。

上下两个所述不锈钢芯3之间不接触，只套装固定所述铅芯2的两端部位。

两个对称的所述格栅1形成一个平面，所述连接端板6只连接其中一组共面所述格栅1，在圆周方向上至少有四个所述格栅1，能够保证各个方向上的刚度均匀性。

所述格栅1可以形成多个共面结构，与之配合的盖板5中央制作相应数量的通槽，所述外包钢4的形状可以为圆筒形，也可以为方形，与之配合的所述盖板5外缘可以为圆形或方形。

本实用新型一种新型双芯栅格式防屈曲支撑结构的工作原理和工作过程是：两端的连接端板6用螺栓连接至建筑物的预埋接头上，对建筑物起到支撑的作用。当地震来临时，建筑物运动的方向是不确定的，那么本结构的变形方向也是不确定的。对于压缩方向的变形，主要由铅芯1进入塑性变形阶段进行耗能减震，若压缩量较大且已经超过铅芯1的长度，则两个钢芯2开始接触进一步耗能减震，这种结构能够同时适应大震和中震的情况。对于拉伸方向的变形，由于格栅1所具有的特殊格栅结构，保证了格栅1能够充分的嵌在混凝土中，而且能够在强烈地震情况下与周围破碎混凝土反复摩擦，进行摩擦耗能。对于弯曲方向的变形，首先由铅芯2弯曲耗能，其次由对称布置的两个格栅1进行弯曲耗能，最后由外包钢4弯曲耗能，实现了多维耗能的特点。

本结构能够吸收各个方向的变形破坏能量，也能够同时适应中震和大震两种情况，对于中震不会出现建筑物先于耗能支撑装置破坏的情况，对于大震不会出现支撑耗能装置过早屈服失效的情况。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

本实用新型未述及之处适用于现有技术。

设计图

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主设计要求

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