專利名稱：一次變截面十字型屈曲約束支撐構件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于建筑領域，具體涉及屈曲約束支撐構件。

背景技術：
屈曲約束支撐又稱無粘結支撐，是一種性能優(yōu)越的新型抗震耗能構件，一種在受拉和受壓情況下都能達到屈服的消能支撐構件，改善了傳統支撐在受壓時發(fā)生屈曲的缺點，提高了結構的抗震性能。
屈曲約束支撐一經推出，得到了世界各國結構抗震專家和結構工程師的一致認可。目前在日本已有300多棟建筑采用了屈曲約束支撐，在處于地震區(qū)的其它發(fā)達國家推廣應用的速度非?？欤绹延?0多棟已建和在建的建筑使用了這種支撐。而在我國，工程界已經認識到這種新型支撐的卓越性能，非常希望能應用這種新型支撐。臺灣很多建筑采用了屈曲約束支撐技術。正在設計、施工之中的世博中心即采用了500多根屈曲約束支撐。
美國、日本所用屈曲約束支撐結構的芯材均用低屈服鋼制成，需要批量提供優(yōu)質低屈服點鋼材，技術要求高，Q235及其以上的碳素鋼及強度更高的低合金鋼，以及Q195鋼材不能適用。


發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種成本低廉、性能優(yōu)越的屈曲約束支撐構件。
為了達到上述目的，本發(fā)明的技術方案如下 一種改進的屈曲約束支撐構件，包括芯材部分、支撐端部節(jié)點、套筒部分，其中芯材部分由芯板固定連接(焊接)而成，支撐端部節(jié)點部分由與芯板直接固定連接(焊接)的節(jié)點板組成，套筒部分由矩形(方形或長方形)鋼套筒和內部填充材料組成；在鋼套筒內部填充材料與芯板之間可采用脫層材料。
進一步該支撐端部節(jié)點與芯材部分采用焊接形式連成一個整體。
該支撐套筒不僅約束芯材部分，還延伸至支撐端部節(jié)點處。
上述的改進的屈曲約束支撐構件的制作方法，包括以下步驟 (1)將芯材采用焊接形式焊接成十字型； (2)將支撐端部節(jié)點和芯材部分采用焊接形式焊接連成一個整體； (3)將脫層材料粘貼在芯材表面； (4)將鋼套筒壁板用焊接形式焊接在一起； (5)將支撐一端的套筒端部封板與鋼套筒采用焊接形式焊接在一起； (6)再將填充材料從支撐沒焊封板端灌入套筒內； (7)將支撐另一端的套筒端部封板與鋼套筒采用焊接形式焊接在一起。
本發(fā)明的屈曲約束支撐芯材部分采用十字型，套筒采用矩形(方形或長方形)鋼管，內灌填充材料。支撐端部節(jié)點與芯材部分可采用焊接形式連成一個整體，套筒不僅約束芯材部分，還延伸至支撐端部節(jié)點處。芯板用材可選用國產低碳鋼，如Q195鋼材、Q235鋼材以及國產低屈服鋼。
1、屈曲約束支撐的強度要求 屈曲約束支撐的受拉和受壓屈服承載力Fd可表示如下 Fd＝RyfyA1 (1) 式中Fd—軸向受拉和受壓屈服承載力。
Ry—芯板鋼材的超強系數。
A1、fy——約束屈服段的截面面積及約束屈服段的屈服強度。
2、套筒的設計要求 屈曲約束支撐構件在多遇地震和罕遇地震作用下，應不發(fā)生整體屈曲。屈曲約束支撐構件的整體彈性屈曲荷載與約束屈服段的屈服承載力的比值應滿足 式中I1——套筒的整體剛度。
E——套筒鋼材彈性模量。
l——支撐長度。
ω——應變強化調整系數。
屈曲約束支撐構件的板件在多遇地震和罕遇地震作用下，應不發(fā)生局部屈曲。無約束非屈服段(連接段)的板件外伸寬厚比應滿足 式中b、t——無約束非屈服段鋼板的外伸寬度和厚度； 3、節(jié)點設計 節(jié)點設計時除按節(jié)點設計要求考慮外，還應考慮支撐壓拉承載力比、材料超強及應變硬化等效應的影響。建議承載力應滿足式(4)要求 Fc≥1.2ωFd (4) 式中Fc—受屈曲約束支撐軸力的連接作用力設計力。
ω—應變強化調整系數。
節(jié)點連接高強度摩擦型螺栓的數量n可由下式求得 式中nf—傳力摩擦面數目； μ—摩擦面的抗滑移系數； P—每個高強螺栓的預拉力。
本發(fā)明新型屈曲約束支撐構件，可采用國產低碳鋼，如Q195鋼材、Q235鋼材以及國產低屈服鋼，這種新型支撐與已有屈曲約束支撐區(qū)別在于，該支撐端部節(jié)點與芯材部分采用焊接形式連成一個整體，這不僅保證了當芯材部分完全進入塑性狀態(tài)時，支撐端部節(jié)點仍保持彈性，而且節(jié)省了用鋼量；另外，支撐套筒不僅約束芯材部分，還延伸至支撐端部節(jié)點處，解決了支撐在芯板與端部節(jié)點連接處(即支撐變截面處)的彎曲問題；而且支撐芯板采用一次變截面構造形式。對一次變截面十字型屈曲約束支撐構件及其子結構進行了靜力往復試驗，試驗表明，此種屈曲約束支撐具有很好的滯回特征和耗能性能，是一種十分有效的耗能構件，可以達到1/80的變形量，滿足罕遇地震作用下建筑結構1/50的樓層位移變形要求，并且累積塑性變形大于200倍屈服位移，具有穩(wěn)定的滯回特性和良好的低周疲勞特性，可以很大地提高建筑結構的抗震能力，并使這種支撐的成本大大降低，為推廣應用奠定了基礎。



圖1為本發(fā)明實施例的構造示意圖。
圖2為本發(fā)明實施例的芯板示意圖。
圖3為本發(fā)明實施例的結構橫截面示意圖。
圖4為本發(fā)明實施例的結構端部橫截面示意圖。
圖5為本發(fā)明實施例的芯材橫截面示意圖。
圖6為本發(fā)明實施例的試驗所得的力—位移曲線。
圖中標號1為芯板，2為鋼套筒，3為套筒內灌填充材料，4為支撐端部節(jié)點，5為脫層材料，6為套筒端部封板。

具體實施例方式 下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
請參閱圖1-5，由圖可見，本發(fā)明主要包括芯材部分、支撐端部節(jié)點、套筒部分，其中芯材部分由芯板1焊接而成(如圖2、5所示)，支撐端部節(jié)點部分由與芯板直接相焊的節(jié)點板4組成，套筒部分由鋼套筒2和填充材料(例如灌漿混凝土3)組成(如圖3、4所示)。
本發(fā)明的構造 1、該支撐采用了端部節(jié)點4與芯材部分1采用焊接連成一個整體的構造形式，整個芯板只有一次變截面，在端部采用強度較高的鋼材，不僅保證了當芯材部分完全進入塑性狀態(tài)時，支撐端部節(jié)點仍保持彈性，而且節(jié)省了節(jié)點的用鋼量； 2、支撐在芯板1與端部節(jié)點4連接處(即支撐變截面處)，在受力時很容易進入塑性，形成塑性鉸，使整個支撐芯板端部在此處發(fā)生剛性轉動，這樣一來，在塑性鉸轉動處就會給內套筒施加一個非常大的集中力，使填充材料(砂漿混凝土3)受壓破壞、鋼套筒2產生局部鼓出，進而使支撐發(fā)生屈曲失穩(wěn)。本發(fā)明的構件采用套筒延伸至支撐端部節(jié)點處的方法來解決這一問題。
本發(fā)明改進十字型屈曲約束支撐 其制作方法包括以下步驟 (1)將芯材1采用焊接形式焊接成十字型； (2)將支撐端部節(jié)點4和芯材部分1采用焊接形式焊接連成一個整體； (3)將脫層材料5粘貼在芯材1的表面； (4)將鋼套筒壁板2用焊接形式焊接在一起； (5)將支撐一端的套筒端部封板6與鋼套筒2采用焊接形式焊接在一起； (6)再將填充材料3從支撐沒焊封板端灌入套筒2內； (7)將支撐另一端的套筒端部封板6與鋼套筒2采用焊接形式焊接在一起。
為驗證該產品性能，制作了如下試件進行研究，試件尺寸和材料如表1所示。
試件尺寸及材料表 表1
1、屈曲約束支撐的強度設計 屈曲約束支撐的屈服承載力Fd為 Fd＝RyfyA1＝1624kN 2、套筒的設計驗算 滿足要求。
無約束非屈服段(連接段)的板件外伸寬厚比為 滿足要求。
3、節(jié)點設計 按節(jié)點設計要求驗算，在驗算時考慮了支撐壓拉承載力比、材料超強及應變硬化等效應的影響，經計算節(jié)點滿足要求。
由試驗所得力—位移曲線十分飽滿(如圖6所示)，說明此屈曲約束支撐具有很好的耗能能力和低周疲勞性能。
為此，本發(fā)明提供了一種新型屈曲約束支撐，可采用國產低碳鋼，如Q195鋼材、Q235鋼材以及國產低屈服鋼。這種新型支撐1)材料均為國產；2)采用了支撐端部節(jié)點與芯材部分焊接連成一個整體的構造形式，整個芯板只有一次變截面，在端部采用強度較高的鋼材，不僅保證了當芯材部分完全進入塑性狀態(tài)時，支撐端部節(jié)點仍保持彈性，而且節(jié)省了節(jié)點的用鋼量；3)采用套筒延伸至支撐端部節(jié)點處的構造形式，這一構造解決了在芯板與端部節(jié)點連接處(即支撐變截面處)，受力進入塑性，形成塑性鉸，使整個支撐芯板端部在此處發(fā)生剛性轉動，在塑性鉸轉動處給內套筒施加一個非常大的集中力，使填充材料受壓破壞、鋼套筒產生局部鼓出，進而使支撐發(fā)生屈曲失穩(wěn)破壞的問題。通過對一次變截面十字型屈曲約束支撐進行往復加載試驗，表明此種屈曲約束支撐具有穩(wěn)定的滯回特征和很好的耗能性能，是一種十分有效的耗能構件，滿足罕遇地震作用下建筑結構1/50的樓層位移變形要求；并且累積塑性變形大于200倍屈服位移，具有良好的低周疲勞性能，用于多高層建筑，可以大大提高結構的抗震性能。
上述的對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發(fā)明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施例，本領域技術人員根據本發(fā)明的揭示，對于本發(fā)明做出的改進和修改都應該在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1、一種改進的屈曲約束支撐構件，其特征在于包括芯材部分、支撐端部節(jié)點、套筒部分，其中芯材部分由芯板固定連接而成，支撐端部節(jié)點部分由與芯板直接固定連接的節(jié)點板組成，套筒部分由矩形鋼套筒和內部填充材料組成。
2、根據權利要求1所述的改進的屈曲約束支撐構件，其特征在于該芯材部分由芯板焊接而成。
3、根據權利要求1所述的改進的屈曲約束支撐構件，其特征在于該支撐端部節(jié)點與芯材部分采用焊接形式連成一個整體。
4、根據權利要求1所述的改進的屈曲約束支撐構件，其特征在于該支撐芯板采用一次變截面構造形式。
5、根據權利要求1所述的改進的屈曲約束支撐構件，其特征在于該套筒不僅約束芯材部分，還延伸至支撐端部節(jié)點處。
6、權利要求1至5中任一所述的改進的屈曲約束支撐構件的制作方法，其特征在于包括以下步驟
(1)將芯材采用焊接形式焊接成十字型；
(2)將支撐端部節(jié)點和芯材部分采用焊接形式焊接連成一個整體；
(3)將脫層材料粘貼在芯材表面；
(4)將鋼套筒壁板用焊接形式焊接在一起；
(5)將支撐一端的套筒端部封板與鋼套筒采用焊接形式焊接在一起；
(6)再將填充材料從支撐沒焊封板端灌入套筒內；
(7)將支撐另一端的套筒端部封板與鋼套筒采用焊接形式焊接在一起。
全文摘要
一種一次變截面十字型屈曲約束支撐構件，包括芯材部分、支撐端部節(jié)點、套筒部分，其中芯材部分由芯板焊接而成，支撐端部節(jié)點部分由與芯板直接相焊的節(jié)點板組成，套筒部分由方形或長方形鋼套筒和內部填充材料組成；在鋼套筒內部填充材料與芯板之間采用脫層材料。本發(fā)明還公開了上述改進的屈曲約束支撐構件的制作方法。該屈曲約束支撐具有很好的滯回特征和耗能性能，是一種十分有效的耗能構件，可以達到1/80的變形量，滿足罕遇地震作用下建筑結構1/50的樓層位移變形要求，并且累積塑性變形大于200倍屈服位移，具有穩(wěn)定的滯回特性和良好的低周疲勞特性，可以很大程度地提高建筑結構的抗震能力，并使這種支撐的成本大大降低，為推廣應用奠定了基礎。
文檔編號E04B1/98GK101463632SQ20081004297
公開日2009年6月24日 申請日期2008年9月16日 優(yōu)先權日2008年9月16日
發(fā)明者李國強, 陳素文, 胡寶琳, 郭小康, 孫飛飛 申請人:同濟大學