[发明专利]一种能够实现刚度退化与耗能的剪力键阻尼支撑

说明书

本发明提出了一种能够实现刚度退化与耗能的剪力键阻尼支撑，其在一定轴力以下时与普通支撑一样提供抗侧刚度，当其内力达到一定水平能够实现刚度退化并以内置的阻尼器耗散能量，实现整体结构的体系转换，有利于结构的延性。一种能够实现刚度退化与耗能的剪力键阻尼支撑，由以螺栓群连接的两段支撑以及内嵌阻尼器组成，这两段支撑互相嵌套，在螺栓群破坏后能够相对搓动，并且以与其中一段支撑连接的阻尼器进行耗能。本发明依靠螺栓剪断实现刚度退化，一方面改变整体结构的基本周期从而降低短周期地震下的地震影响系数，一方面结构柱的轴压比大大减小以保证其延性。本发明将支撑整体分段的构造形式方便运输，螺栓连接形式便于安装且破坏后能够替换，符合装配式结构和韧性结构的要求。

技术领域

本发明属于高层结构所用的耗能支撑领域，具体涉及一种能够实现刚度退化与耗能的剪力键阻尼支撑。

背景技术

对于高层和超高层建筑，控制其在各种外部作用下的响应，保证其层间位移角、顶点速度等指标符合规范要求以保证结构正常使用和安全是至关重要的，故近年来大量的新型结构体系得到了广泛运用。

新型机构体系中为了增加结构的抗侧刚度，往往会使用核心筒与框架-支撑结构协同工作的结构形式，而框架中支撑对于整体结构的刚度影响比重相当大，故支撑的设计会在很大程度上控制结构的整体性能。

目前，支撑在高层及超高层结构中的应用形式多样，对于普通支撑，在弹性阶段为整体结构提供抗侧刚度，不同于支撑受拉的情况，由于其受压时可能发生面外变形，进而导致失稳，此时支撑的承载能力下降而大部分材料仍处于弹性，构件耗能能力较低。这种非线性阶段构件拉压性能不一致的现象导致普通支撑屈服后结构的耗能能力和承载力均大幅降低，影响结构的延性，一般在超高层结构设计时普通支撑的截面较大，因此不考虑屈曲只提供刚度，这能够使得结构的抗侧刚度增大但不利于整体结构的延性破坏。

近年来广泛得到运用的防屈曲支撑，其可应用于高层或中低层框架结构、网架网壳等大跨结构以及桥梁结构，并且适用于新建建筑和既有建筑的加固改造。防屈曲支撑主要由内核构件与外围构件组成。内核构件一般采用低屈服点高延性的钢板或热轧型钢或组合焊接构件，直接承受轴向荷载作用；外围约束构件主要承受内核侧向变形引起的弯矩，并不直接承受轴力。内核构件与外围约束构件之间在纵向和横向应留有适当间隙，并用无粘结材料隔离，防止支撑受压时内核与外围约束构件发生纵向接触或由于内核钢材泊松效应引起横向接触，这种接触将导致外围约束构件也承受部分轴力，使外围约束构件提前破坏或内核强度超过预期值，对框架产生不利影响。

防屈曲支撑构件的种类较多，根据外围约束构件的材料划分，主要有3种类型，即混凝土约束型、钢管混凝土约束型和全钢约束型；根据外围约束构件的组成方式，防屈曲支撑可分为整体式和装配式。混凝土约束型和钢管混凝土约束型防屈曲支撑的外围约束构件一般为整体式，混凝土现场湿作业工作量大，混凝土和内核钢板间的精度较难控制，如果工程需要设计大吨位与超长防屈曲构件，采用整体式防屈曲支撑必将给运输与安装带来较大的难度。装配式防屈曲支撑的外围约束构件通常由型钢或钢板通过螺栓装配组成，精度容易控制，现场安装方便，地震后仅需跟换屈服的内核，外围约束构件可实现重复利用，并且型钢和钢板价格便宜，形式也多样。

目前的防屈曲支撑具备承载能力不下降或少量下降并且依靠钢材塑性耗能，其通过改变组件的连接方式也能够实现装配式施工的要求。但支撑的存在会使得结构构件的内利分布以轴力为主，相比框架结构，框架-支撑结构中框架柱的轴压比会有所提高，而较大的轴压比是不利于结构延性的。对于布置了防屈曲支撑的框架-支撑结构，由于防屈曲支撑的轴向承载能力不退化，框架柱的轴压比较高，在弹性或非线性不强的阶段，这种受力形式能够充分利用材料，但在极罕遇及以上的地震作用下时，框架柱可能因较高的轴压比而更早进入屈服并破坏，其承载能力下降也会更快，严重影响竖向构件的延性，不利于整体结构的延性，最终可能导致整体结构的过早倒塌。