[实用新型]圆棒耗能杆

说明书

技术领域

本实用新型属于土木工程领域，涉及一种用于减小工程结构地震响应的耗能杆。

背景技术

城市及其建筑物遭遇强烈地震时不仅会发生结构破坏，还会产生火灾等次生灾害，并由此引发一系列连锁灾害反应。据此研究者提出的消能减震的概念，旨在通过在结构中安装耗能装置，通过其吸收与耗散能量，有效地减小结构地震响应，从而避免结构主体部位的严重破坏。软钢阻尼器是一种性能优越的消能减震构件，在日本和美国等发达国家已取得快速的推广应用，而我国对于软钢阻尼器的研究与应用尚处于起步阶段，仍存在许多问题需要进一步解决。耗能杆作为一种新型的软钢阻尼器，在小震作用下要求保持弹性，与结构协同工作，提供足够的整体侧向刚度，而在设防烈度或者罕遇地震作用下，耗能杆的核心部件进入屈服，且外约束部件对核心的变形进行有效地约束，抑制耗能杆的局部或整体失稳，实现耗能杆的拉压屈服耗能。因此，耗能杆既可以作为结构的普通支撑，又同时兼有耗能装置的作用，最终使得主体结构在地震作用下不至发生破坏或仅有较轻程度的破坏，是一种理想的消能减震装置。

传统屈曲约束支撑的外约束部件通常由钢与混凝土组合而成，造价相对较低，但是仍存在一定的问题：(1)浇注混凝土的质量，如密实度，受工艺的影响较大，混凝土凝固会延长了制作时间，降低了生产效率；(2)由于混凝土局部不密实可能导致局部被核心部件压碎，从而引起核心部件局部屈曲，降低耗能杆性能；(3)为了保证核心受力部件能够自由拉压，常在核心受力部件包裹无粘结材料，使得混凝土与核心受力部件表面脱开，同时给核心受力部件受压膨胀提供一定的空间，但是在浇筑和振捣混凝土的过程中，很难保证无粘结材料按照设计要求包裹核心受力部件，从而影响屈曲约束支撑的性能。

进一步，采用全钢约束截面的竹形屈曲约束支撑，如专利申请文件(申请号：201610121121.0)，其核心部件为多个圆形消能段和圆形弹性段沿纵向同轴线相间设置构成，圆形弹性段的设置导致核心部件有效的屈服消能段长度的减少。在轴向位移作用下，核心部件消能段的塑性应变增大，从而降低了竹形屈曲约束支撑的低周疲劳性能。此外，专利申请文件(申请号：201610645166.8)提出的一种纵向削弱圆棒式屈曲约束耗能装置，其要求约束套筒套在所述耗能芯材的耗能段位置，实际上当耗能装置受拉伸长时，会导致部分耗能段伸出约束套管之外，反向压缩时伸出约束套管之外的耗能段会发生局部屈曲。进一步，此专利申请文件中并没有给出限定外套筒与耗能芯材之间的措施，而本专利申请人在试验中发现，在耗能段中无限位段会导致外约束部件沿着核心部件滑动，引起耗能段在荷载作用局部变形过大，滞回曲线出现明显的不对称，严重影响了耗能装置的滞回性能。

实用新型内容

本实用新型为解决钢与混凝土组合约束部件的屈曲约束支撑中混凝土密实和无粘结材料设置困难及对性能的影响、竹形屈曲约束支撑的核心部件因圆形弹性段的设置导致核心部件有效的屈服消能段长度减少以及无限位段的纵向削弱圆棒式耗能杆存在耗能段受压提前屈曲等问题，提出了一种新型带有限位段的圆棒耗能杆。

本实用新型采用的技术方案为：一种圆棒耗能杆，包括核心部件、外约束部件和定位栓；

所述核心部件由两个消能段、中间限位段和两端连接段沿纵向同轴线连接构成，中间限位段位于两个消能段的中间，两个两端连接段位于消能段和中间限位段形成整体的外侧与结构相连。中间限位段和两端连接段都为圆棒，中间限位段的中间沿直径方向开孔一，消能段由圆棒沿长度方向切削制作使得消能段的截面为两平行对边，另外两短边为原弧线，形成的新截面面积使得核心部件在轴向拉压力作用下消能段进入屈服，而中间限位段和两端连接段始终保持弹性；

所述外约束部件为圆形管，核心部件位于外约束部件内部，外约束部件的长度满足两端连接段的一端伸入外约束部件内部的长度大于两端连接段的直径或大于消能段最大变形需求的1.5倍，且中间限位段和两端连接段的直径略小于外约束部件的内径，使得两者之间存在微间隙，微间隙略大于中间限位段在最大轴向压力作用下的径向变形值。其中，通过限定外约束部件的长度使得耗能杆受拉伸长时，耗能段始终位于外约束部件内部，反向压缩时耗能段不会发生局部屈曲。

所述外约束部件的中间沿直径方向开孔二，孔二的直径略大于中间限位段上的开孔一，且使得定位栓能够从孔二和孔一中穿过。