调频质量防屈曲支撑制造技术

本发明专利技术涉及一种调频质量防屈曲支撑，包括调频质量减振部分和防屈曲消能减震部分，防屈曲消能减震部分由连接于结构重要节点之间的钢芯、外包于钢芯工作段的外套钢管、内填混凝土以及钢芯表面粘贴的柔性材料组成；调频质量减振部分由质量块、回弹元件及阻尼材料构成，所述质量块用外套钢管和内填混凝土构成，回弹元件由钢板弹簧制成，回弹元件固定于节点板连接件和外套钢管之间或固定于支座连接件和外套钢管之间，所述的阻尼材料与防屈曲消能减震部分的钢芯和内填混凝土之间的柔性材料是共用的。本发明专利技术融合了ＴＭＤ减振技术和防屈曲支撑消能减震技术，具有制作容易、安装方便、经济耐用、免维护、可更换的特点，同时具有水平向和竖向减振功能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种调频质量防屈曲支撑，属于土木工程结构消能减震(振)

技术介绍
-众所周知，集中设置的TMD减振系统需要较大型的调频质量、支撑设施 和阻尼设施。 一些分散设置的TMD减振方案难以同时具有消减水平向和竖向 的振动功能，也较难处理减微振和减强震的关系。现有技术中，防屈曲支撑可增加结构刚度减小侧移、提高结构抗震能力、 改善抗震性能。如图1所示，防屈曲支撑的钢芯安装在框架结构的节点之间， 在风荷载和多遇地震条件下处于弹性工作状态，为结构提供侧移刚度可减小 侧移；在罕遇地震下钢芯不会屈曲失稳，可进入拉(压)屈服状态以消耗地 震能量。由于这种构件在反复荷载作用下的力一变形滞回曲线(如图2所示) 规则饱满、耗能效率高，且制作及安装简便、免维护、可更换，近年来在日 本、美国和台湾地区等得到了广泛应用，在中国大陆也有少量高层建筑使用 了这一技术。但是，上述普遍使用的防屈曲支撑在减小结构侧移、吸收强震能量保护 主体结构的同时，也为结构增加了刚度并附带了一定的重量。这一方面需要 主体结构承受由此产生的重力和地震惯性力，另一方面，由于钢芯在屈服前呈弹性工作状态，在正常使用条件下无法消减风荷载、室内设备、室外环境 等引起的结构振动，也无法消减由于多遇烈度地震产生的惯性力及结构震动。 对于使用要求(如小侧移、微振动等)较高、振源较强但有减振需求，或在 中等程度(例如设防烈度)地震下需要确保建筑功能性，同时，在罕遇烈度 下需要保证优异的抗震性能的情况下，单一使用防屈曲支撑技术就难以做到 两者兼顾了。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种具有在多遇烈度地震 及正常使用条件下调频减震(振)、在罕遇烈度地震下屈服耗能双重功能的带 有调频质量的防屈曲支撑，即调频质量防屈曲支撑，具有制作容易、安装方 便、经济耐用、免维护、可更换的特点。本专利技术的调频质量防屈曲支撑，包括调频质量减振部分和防屈曲消能减 震部分，其特征在于所述防屈曲消能减震部分由连接于结构重要节点之间 的钢芯、外包于钢芯工作段的外套钢管、内填混凝土以及钢芯表面粘贴的柔 性材料组成；所述调频质量减振部分由质量块、回弹元件及阻尼材料构成， 所述质量块用外套钢管和内填混凝土构成，与防屈曲消能减震部分的外套钢 管和内填混凝土是共用的，所述回弹元件由钢板弹簧制成，回弹元件固定于 节点板和外套钢管之间或固定于支座连接件和外套钢管之间，所述的阻尼材 料与防屈曲消能减震部分的钢芯和内填混凝土之间的柔性材料是共用的；所 述防屈曲支撑兼具防屈曲支撑的滞回屈服消能减震特性和调频质量阻尼器减振特性。所述的调频质量防屈曲支撑，其特征在于所述的回弹元件安装在防屈 曲支撑的上方或下方，或视设计需要在上、下方均安装。所述的调频质量防屈曲支撑，其特征在于所述的回弹元件用钢板弹簧 或螺旋弹簧制成，材料使用高强度弹簧钢材。所述的调频质量防屈曲支撑，其特征在于..所述钢板弹簧分主体部分和 连接部分，主体部分设计成S形或折角形，连接部分的截面刚度大于主体部 分的截面刚度。 .所述的调频质量防屈曲支撑，其特征在于所述螺旋弹簧为圆形或正多 边形，螺旋弹簧与外套钢管或支座采用螺栓固定。所述的调频质量防屈曲支撑，其特征在于所述的钢芯表面不设限位卡。其中，回弹元件的一端用螺栓连接方式与节点连接件连接，另一端用螺 栓连接方式与外套钢管和内填混凝土连接。回弹元件的参数(如图8所示) 根据设计要求确定。阻尼材料粘贴在钢芯表面，采用聚四氟乙烯及硅胶。防屈曲消能减震部分的钢芯可用Q235或Q345热轧钢板、热轧角钢制作。可 采用机械切削法或端部加强法形成消能工作段。钢芯与节点板的连接可采用 双螺栓锚接(如图4所示)或焊-锚连接方式(如图5所示)等。本专利技术的技术原理如下第一，在正常使用阶段(包括多遇烈度地震下)采用分散TMD (调频质 量阻尼器)减振方案减小结构振动，可在较宽的振动频带内减振，提高建筑物的功能性。分散TMD振动系统的自振频率可通过回弹元件的参数进行调 整，以符合主体结构减振设计要求。第二，在罕遇烈度(或设防烈度，按设计要求选定)地震下，防屈曲支 撑的钢芯将进入屈服耗能阶段，保护主体结构，使主体结构保持在弹性状态 或只有少量梁构件进入塑性状态(按设计要求选定)。防屈曲支撑钢芯的屈服 力、弹性刚度和极限变形能力可通过钢材种类、钢芯截面积、工作段长度及 产品试验参数的选取进行调整。第三，将两种功能集中于一套设施，功能并不互相削弱。作为质量块的 外套钢管及内填混凝土在钢芯上移动，不影响防止钢芯屈曲的功能。这是因 为在正常使用条件下移动位移量是由回弹元件的刚度来限制的，设计时可保 证振动位移幅值不超出钢芯预设范围。当外界出现振动干扰时，质量块可在 重力平衡位置附近进行振动，起到减振效果。而在罕遇烈度(或设防烈度) 地震下，钢芯屈服成为耗能减震的主体。此时，钢芯因受压屈服引起的截面 横向膨胀将锁定质量块在钢芯表面的滑动，仅靠钢芯材料屈服消能减震，外套钢管和内填混凝土可防止钢芯发生受压屈曲；而当钢芯受拉屈服时，不需要外套钢管和内填混凝土的防屈曲功能，TMD运动与否并不影响钢芯的受拉 屈服耗能。利用本专利技术在设计分散式TMD减振参数时，图7、图8所示的钢板弹簧 回弹元件沿钢芯纵轴方向的轴向刚度KN按式(l)计算KN (1)7其中，E为回弹元件材料的弹性模量，"为回弹元件的尺寸参数^tVH， I为回弹元件截面的惯性矩I-bt3/12, H、 Hp t、 b为回弹元件的各部分尺寸参 数(如图7所示)，f(a)为与回弹元件形状和参数a有关的函数。调整回弹元件的上述参数，可得到多种系列轴向刚度值。分散式TMD减振系统的自振周期T按式(2)计算其中，M为质量块的质量，Kw为回弹元件沿钢芯纵轴方向的轴向刚度， 按式(1)计算。与现有TMD减振技术和防屈曲支撑消能减震技术相比，本专利技术的优点和有益效果为一是本专利技术融合了 TMD减振技术和防屈曲支撑消能减震两项技术。采用 分散TMD减振方案可在较宽的振动频带内消减建筑物因机械振动、风荷载振 动和多遇烈度地震而产生的不适，提高建筑物功能性。防屈曲支撑的钢芯可 在罕遇烈度(或设防烈度)地震下屈服耗能保护主体结构。二是分散TMD减振方案不需要集中式TMD系统所需的大型支撑设施、 阻尼设施及质量块运动调控设施，而是利用现有防屈曲支撑的元件，如用外 套钢管及内填混凝土作为质量块，用钢芯作为质量块的移动滑轨，钢芯外包 裹的阻尼材料可提供一定的阻尼等。三是保留了现有防屈曲支撑的全部功能，即向主体结构提供弹性刚度、8在罕遇烈度(或设防烈度，按设计要求确定)地震下钢芯屈服耗能。具备现 有防屈曲支撑的全部优点，即力-变形滞回曲线饱满、耗能稳定、抗低周疲劳 性能好、适用范围广(可在钢结构、劲性钢筋混凝土结构、混凝土结构中使 用，新建和既有结构加固均可)、设计制作与安装方便、免维护、可更换。同 其它传统结构技术相比，可较大幅度地降低结构工程造价并提高抗震性能。四是钢芯不需要设置限位卡(如图3所示)，不仅比现有防屈曲支撑制作 简单，而且还增加了钢芯的韧性及延性。全套设施设计、制作、安装简单易 行，只需在现有防屈曲支撑的套管端部和节点连接件之间加设回弹元件，并 合理选用阻尼材料，使质本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种调频质量防屈曲支撑，包括调频质量减振部分和防屈曲消能减震部分，其特征在于：所述防屈曲消能减震部分由连接于结构重要节点之间的钢芯、外包于钢芯工作段的外套钢管、内填混凝土以及钢芯表面粘贴的柔性材料组成；所述调频质量减振部分由质量块、回弹元件及阻尼材料构成，所述质量块用外套钢管和内填混凝土构成，与防屈曲消能减震部分的外套钢管和内填混凝土是共用的，所述回弹元件由钢板弹簧制成，回弹元件固定于节点板和外套钢管之间或固定于支座连接件和外套钢管之间，所述的阻尼材料与防屈曲消能减震部分的钢芯和内填混凝土之间的柔性材料是共用的；所述防屈曲支撑兼具防屈曲支撑的滞回屈服消能减震特性和调频质量阻尼器减振特性。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高向宇，顾炉忠，胡楚衡，徐建伟，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]