本發明屬于建筑減震領域，涉及一種防屈曲支撐。
背景技術：
傳統的土木工程結構支撐主要有：偏心支撐、耗能隅撐、耗能框架支撐等支撐形式，大多數支撐主要通過變形來消耗地震能量，達到減輕地震帶來的作用的目的。由于結構構件具有彈塑性的特性，這些耗能支撐不可避免地會發生一些損傷、變形，不利于能量的耗散，對建筑物的穩定性有影響。
耗能減震技術主要是：通過在原有結構中添加被動耗能裝置，消耗本來由結構構件消耗的地震能量，大大減緩了因震動作用給結構帶來的變形和損傷。目前已開發的耗能器主要有：粘滯耗能器、粘彈性耗能器、金屬耗能器和摩擦耗能器，其中前兩類稱為速度相關型耗能器，后兩類統稱為滯變型耗能器，金屬耗能器又分為鉛阻尼器和軟鋼阻尼器。
滯變型耗能器是利用變形與滯回消耗能量，速度相關型耗能器是利用與速度有關粘滯性抵抗作用，從小振幅到大振幅的變化來獲得衰減力。
防屈曲支撐(bucklingrestrainedbrace,brb)是一種被認為具有前途支撐耗能形式，防屈曲支撐克服了傳統支撐屈曲的缺點。在地震荷載下具有飽滿的滯回曲線，因此在應用中表現出優良的耗能能力和良好抗震性能，在一些發達國家得到了極大的推廣。防屈曲支撐構件由內核構件和外圍約束構件兩部分組成，在地震作用下，內核構件率先進入屈服，起到保護主體框架的作用，并且可以耗散地震能量。兼備支撐和耗能的優良性能，可以作為最好的減震消能裝置之一。前人對防屈曲支撐端部附加摩擦阻尼器，但是摩擦阻尼器在大震過后，摩擦阻尼器的支撐由于屈曲而不易拆卸。傳統自復位支撐通過加復位筋實現自復位功能，但是初始狀態需要施加預應力，預應力能否準確施加和預應力的損失都會嚴重影響支撐的耗能能力；內芯更換頻率與維護成本高。
技術實現要素：
為了解決現有支撐主要依靠內芯變形耗能導致內芯在地震中可能過早失去作用，更換及維護成本高，不具有自復位能力，并且對于小振動支撐不敏感的問題，本發明提出如下技術方案：一種自復位防屈曲支撐，包括耗能內芯、與沿耗能內芯軸向方向上的端部連接的鋼板、帶有齒條的鋼板及約束外套筒；約束外套筒罩接于耗能內芯及鋼板的外周，約束外套筒具有一組相對且平行的平行內壁，耗能內芯與其平行，兩個帶有齒條的鋼板被分別對稱固定于所述鋼板的兩個側面，各帶有齒條的鋼板與其相對且平行的約束外套筒的內壁之間安裝有與齒條嚙合的齒輪，且所述齒輪的上、下兩側直接固定有兩個被限位于所述平行內壁上的渦旋彈簧，該齒輪及渦旋彈簧被由該平行內壁上伸出的支撐架固定在該帶有齒條的鋼板與其相對的且平行的約束外套筒的內壁之間。
進一步的，所述的支撐架，包括兩個固定于所述平行內壁的橫架，其分別位于兩個渦旋彈簧的上方，及一貫穿橫架、渦旋彈簧及齒輪的豎軸。
進一步的，所述耗能內芯是長條的矩形體，其插接在形狀為長筒矩形的約束外套筒內部的兩個平行內壁之間的中央位置。
進一步的，所述渦旋彈簧由限位卡槽限位于所述平行內壁上。
進一步的，所述自復位防屈曲支撐還包括擋板、連接板，所述擋板一端連接在所述鋼板，其另一端連接所述連接板。
進一步的，所述的鋼板及帶有齒條的鋼板帶有螺栓孔，由螺栓將鋼板及帶有齒條的鋼板緊固連接。
進一步的，所述渦旋彈簧為由記憶合金制成。
有益效果：本發明在支撐的端部安裝齒輪，在內芯的兩個側面安裝于齒輪嚙合的齒條，并在所述齒輪的上、下兩側直接固定(接觸性固定)有兩個被限位于所述平行內壁上的渦旋彈簧，且該齒輪及渦旋彈簧被由該平行內壁上伸出的支撐架固定在該帶有齒條的鋼板與其相對的且平行的約束外套筒的內壁之間。將耗能內芯軸向荷載承擔分散于彈簧渦旋平面承擔，一方面，極大降低耗能內芯耗能負擔，降低內芯失穩，使得內芯更換頻率降低，減小維護成本；另一方面，使得彈簧成為耗能主體，充分利用渦旋彈簧扭轉力，對荷載承擔能力更強且彈簧不易失穩；又一方面，可以在渦旋轉彈簧耗能的同時，使用扭轉力對內芯的變形進行校正，更進一步增加耗能內芯的使用時間，具有了支撐的自復位能力。更為重要的是，為了獲得更大的扭轉力，本發明使用了渦旋彈簧，然而渦旋彈簧會造成其對振動敏感性降低，而為了彌補這一缺陷，使用了兩側對稱齒輪和齒條的嚙合來在初級振動時耗能，在震動強度達到渦旋彈簧工作強度時，渦旋彈簧提供大的扭轉力以抗擊變形，增強防失穩能力，通過該舉措，在不犧牲震動敏感性的前提下，仍然可以利用渦旋彈簧的強大扭轉力。
附圖說明
圖1為結構外觀示意圖。
圖2為耗能內芯組成示意圖。
圖3為截面位置圖。
圖4約束外套筒分解結構示意圖。
圖5圖3的1-1截面圖。
圖6圖3的2-2截面圖。
圖7齒輪與渦旋彈簧組成圖。
其中：1.耗能內芯，2.鋼板，3.帶有齒條的鋼板，4.擋板，5.連接板，6.約束外套筒，7.平行內壁，8.齒條，9.齒輪，10.渦旋彈簧，11.橫架，12.豎軸，13.限位卡槽。
具體實施方式
實施例：一種自復位防屈曲支撐，包括耗能內芯1、與耗能內芯的端部連接的鋼板2、帶有齒條的鋼板3、擋板4、連接板5及約束外套筒6；約束外套筒6罩接于耗能內芯1及鋼板2的外周，約束外套筒6具有一組相對且平行的平行內壁7，耗能內芯1與其平行，所述耗能內芯1是長條的矩形體，其插接在形狀為長筒矩形的約束外套筒6內部的基本為中央的位置。兩個帶有齒條的鋼板6被分別對稱固定于所述鋼板2的兩個側面(該側面即與平行內壁平行的平行面)，各帶有齒條的鋼板3與其相對且平行的約束外套筒6的內壁之間安裝有與齒條8嚙合的齒輪9，且所述齒輪9的上、下兩側直接固定有兩個被限位于所述平行內壁7上的渦旋彈簧10，該齒輪9及渦旋彈簧10被由該平行內壁上伸出的支撐架固定在該帶有齒條的鋼板3與其相對的且平行的約束外套筒6的內壁之間，所述的支撐架，包括兩個固定于所述平行內壁的橫架11，其分別位于兩個渦旋彈簧10的上方，及一貫穿橫架11、渦旋彈簧10及齒輪9的豎軸12，所述渦旋彈簧10由限位卡槽13限位于所述平行內壁上7。由此，上述方案以耗能內芯為中心線，兩側的齒輪、渦旋彈簧、齒條分別為對稱式安裝，中央對稱設置，使得兩個渦旋平面的反作用力更為一致，對于變形校正，以及渦旋平面耗能均效果更佳。在這個實施例中，整個耗能內芯附近空間均具有安裝齒輪彈簧的可能，然而，在實踐中，我們發現，越是靠近荷載傳輸的起始位置，并對應于其實位置的結束位置，即耗能內芯兩個終端的附近空間，使用渦旋彈簧形成扭轉平面，需要對耗能內芯的校正需求更強，并且，把握住該兩個位置，可以在源頭開始校正，盡量不使得變形傳遞，從而能夠進一步降低變形的區間，抑制變形的能力更強，因而我們選擇使用連接鋼板至于內芯兩端，并在連接鋼板上安裝齒條的方式形成上述方案。
更進一步的，一般來說，耗能內芯會有一部分處于約束外套筒外部，該部分由于直接裸露不受約束和支撐，相較處于約束外套筒內部的耗能內芯更為薄弱，易發生破壞。使用鋼板、齒輪、齒條、與渦旋彈簧的限位組合，裸露在約束外套筒的部分，使用鋼板替代耗能內芯，并且通過螺栓固定連接的方式將帶有齒條的鋼板與鋼板固定，從而將齒條固定，雖然該部分沒有被耗能內芯覆蓋，卻也在一定程度上增強了該裸露部分的強度；渦旋彈簧使得耗能內芯的線位移轉變為角位移，并且，其處于端部附近(貼近于裸露的鋼板部分)，從而使得限位的渦旋彈簧、嚙合的齒輪與齒條及支撐架之于該裸露的鋼板可以形成框架，具有一定支撐作用，并且受到渦旋彈簧的扭轉力，在支撐的基礎上，極大減少該裸露部分于載荷作用下的運動(搖晃和擺動)，從而可以縮短連接區域的范圍，該方案實現了防止失穩的目的。
在該所述實施例中，自復位防屈曲支撐還包括擋板、連接板，所述擋板一端連接在所述鋼板，其另一端連接所述連接板。所述的鋼板及帶有齒條的鋼板帶有螺栓孔，由螺栓將鋼板及帶有齒條的鋼板緊固連接。所述渦旋彈簧為由記憶合金制成。所述的渦旋彈簧為由渦旋彈簧本體及連接在渦旋彈簧兩端部的力臂組成。形狀記憶合金的超彈性特性與其它普通金屬材料相比有許多優點：首先形狀記憶合金超彈性的疲勞特性很好，而其它材料循環中不可避免地出現損傷，影響壽命；其次形狀記憶合金可恢復應變值很大，普通金屬材料難以實現的；最后，由于奧氏體彈性模量大于馬氏體彈性模量，形狀記憶合金彈性模量隨溫度升高而增大(同普通金屬相反)，這使其在較高溫度下仍保持高彈性模量。因此，利用形狀記憶合金可以制作成該裝置的彈簧部分。
在地震作用下，耗能內芯受到來自建筑物傳遞來的荷載，耗能內芯產生變形，在一載荷范圍內，耗能內芯變形引起其兩側齒輪與鋼板上的齒條嚙合，變形使齒輪帶動齒條向耗能內芯形變相反方向運動，以使得與齒輪連接的耗能內芯向自然狀態時的形狀和位置回復；在超過該載荷范圍時(齒輪的回復力已無法將耗能內芯回復)，固定于齒輪上、下兩側的渦旋彈簧由耗能內芯的變形引起變形并在平面內產生扭矩，渦旋彈簧被限位于平行內壁上，渦旋彈簧產生的回復力使齒輪帶動齒條向耗能內芯形變相反方向運動，以使得與齒輪連接的耗能內芯向自然狀態時的形狀和位置回復。
由此，本公開主要目的是為了減輕震動對結構作用，針對傳統防屈曲支撐的設計，提供一種自復位的裝置，減緩內芯的受損。在地震情況下，提高支撐能力。將其制成渦旋彈簧，將其添加在齒輪，使防屈曲支撐耗能內芯、齒輪、渦旋彈簧、外套筒上限位卡共同工作，將整體產生的線位移轉換成角位移，并且其具有一定自復位功能，減緩內芯的受損。齒輪解決彈簧轉角過小不能滿足內芯行程問題。
渦旋彈簧變形矩后材料材料受彎曲力矩，產生彎曲彈性變形，因而彈簧在自身平面產生扭轉。其變形角的大小和扭矩成正比，具有高扭力，與多角度之扭轉力距故運用于長時間作功之機構，具有不易疲勞之特性。本公開簡單易操作可以通過組裝的方式連接起來，拆卸方便并且方便震后的修復以及日常的維護。
本實施例中，彈簧與齒輪通過鉚接方式連接，保證彈簧可以與齒輪一起轉動。
實現方法：在地震作用下，內芯會受到來自建筑物傳遞來的荷載，內芯會產生變形，內芯會帶動渦旋彈簧變形，在平面內產生扭矩，具有較高的扭力。由于內芯限位卡槽的存在，產生的扭力會帶動內芯運動，使其回復到原來的位置，因此裝置具有自復位功能。
結構受到地震作用時候，端部無論在受壓或者受拉使都可以通過渦旋彈簧的回復力實現自復位，減小內芯的受壓變形，提高耗能能力并且在內芯屈服后還能保證整體穩定，不影響正常支撐。
以上所述，僅為本發明創造較佳的具體實施方式，但本發明創造的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明創造披露的技術范圍內，根據本發明創造的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明創造的保護范圍之內。