一種四鋼管外貼綴板式十字形變截面鋼芯消能限位防屈曲支撐構(gòu)件的制作方法
【專利摘要】一種四鋼管外貼綴板式十字形變截面鋼芯消能限位防屈曲支撐構(gòu)件，屬于防屈曲消能限位支撐構(gòu)件領(lǐng)域，外約束體主要由構(gòu)成田字形的4個正方形薄壁型鋼鋼管混凝土組成，4個正方形薄壁型鋼鋼管混凝土外側(cè)通過局部焊接綴板約束；外約束體對應(yīng)截面變大段b的短邊沒有焊接綴板，其他均焊接有綴板。鋼芯位于4個正方形薄壁型鋼鋼管混凝土中間的十字結(jié)構(gòu)的空隙中，形鋼芯包括屈服工作段a、截面局部變大段b以及連接段c，形鋼芯截面于外鋼管不焊綴板處以60°坡角局部增大截面，使屈服后鋼芯與外約束體良好連接，防止滑脫并利用外約束體的軸向剛度實現(xiàn)限位功能。鋼芯屈服后，外約束體的軸向剛度作為支撐體系的附加剛度有利于限制結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移。
【專利說明】—種四鋼管外貼綴板式十字形變截面鋼芯消能限位防屈曲支撐構(gòu)件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于防屈曲限位耗能支撐構(gòu)件，涉及一種工程結(jié)構(gòu)抗震耗能及限位的支撐構(gòu)件，尤其是一種鋼芯為變截面十字形，外約束體為四鋼管外貼綴板式的防屈曲耗能支撐構(gòu)件。受荷前期十字形鋼芯耗能屈服，變形達(dá)到一定程度受到外貼綴板的限制時外約束體參與受力，提供軸向剛度限制結(jié)構(gòu)整體位移，達(dá)到先耗能后限位的效果。
【背景技術(shù)】
[0002]防屈曲支撐(BRB)是一種兼具普通支撐和金屬阻尼器雙重功能的支撐形式，其主要由支撐鋼芯、外圍約束構(gòu)件組成，且兩者之間通常設(shè)置有無粘結(jié)材料或適當(dāng)?shù)拈g隙以釋放支撐鋼芯受壓時所產(chǎn)生的膨脹變形。屈曲約束單元提供給核心單元足夠的約束，使得核心單元在受壓時屈服而不屈曲。屈曲約束支撐具有明確的屈服承載力，在大震下可起到“保險絲”的作用，用于保護(hù)主體結(jié)構(gòu)在大震下不屈服或者不嚴(yán)重破壞，并且大震后，經(jīng)核查，可以方便地更換損壞的支撐。
[0003]傳統(tǒng)的防屈曲支撐構(gòu)件具有以下特點，僅鋼芯與結(jié)構(gòu)構(gòu)件相連，荷載完全由鋼芯承擔(dān)，外套筒和填充材料僅約束鋼芯受壓屈曲，防止鋼芯受壓失穩(wěn)，使鋼芯在受拉和受壓下均能進(jìn)入屈服。即僅考慮鋼芯一個耗能核心，忽略了外約束套筒的耗能作用及軸向剛度貢獻(xiàn)。目前研究開發(fā)的防屈曲支撐主要著重提高其耗能能力，對防屈曲支撐的限位作用研究較少。鑒于此，我們可以試圖利用外部約束構(gòu)件的軸向剛度作為鋼芯屈服后的附加剛度，參與限制結(jié)構(gòu)整體位移。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提出一種四鋼管外貼綴板式十字形變截面鋼芯消能限位防屈曲支撐構(gòu)件，要解決現(xiàn)有防屈曲支撐沒有位移控制裝置的問題。外約束體采用由外貼綴板焊接約束的4個方形薄壁型鋼鋼管混凝土。鋼芯采用十字形變截面設(shè)計與外約束體不焊綴板處相嵌合，從而在鋼芯屈服后利用外約束鋼管的軸向剛度實現(xiàn)限位目標(biāo)。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種四鋼管外貼綴板式十字形變截面鋼芯消能限位防屈曲支撐構(gòu)件，主要由十字形耗能鋼芯和外約束體組成，外約束體主要由構(gòu)成田字形的4個正方形薄壁型鋼鋼管混凝土組成，所述的4個正方形薄壁型鋼鋼管混凝土外側(cè)通過局部焊接綴板約束。十字形鋼芯位于4個正方形薄壁型鋼鋼管混凝土中間的十字結(jié)構(gòu)的空隙中，所述十字形鋼芯包括屈服工作段a、截面局部變大段b以及連接段C，屈服工作段a位于兩截面局部變大段b之間；所述十字形鋼芯截面兩端于外鋼管不焊綴板處以60°坡角局部增大截面。
[0007]所述外約束體的寬度大于十字形鋼芯屈服工作段a寬度，小于十字形鋼芯截面局部變大段b的寬度，外約束體和十字形鋼芯之間的縫隙設(shè)置無粘結(jié)材料。所述外約束體一端距離端部1/12鋼管總長度d開始不焊綴板，不焊區(qū)域總長度e為鋼管長度的1/6，另一端同樣處理。不焊綴板區(qū)域總長度大于十字形截面變大段b長度，其長度差考慮鋼芯屈服時的受拉、受壓變形和設(shè)計此消能限位體系的控制位移量，根據(jù)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范中彈塑性層間位移角的限制要求規(guī)定其最大值。
[0008]所述外約束體由焊接綴板約束，且對應(yīng)于鋼芯截面局部變大段b局部不焊綴板，不焊綴板區(qū)域總長度e大于十字形截面變大段長度b，其長度差考慮鋼芯屈服時的受拉、受壓變形和設(shè)計此消能限位體系的控制位移量，根據(jù)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范中彈塑性層間位移角的限制要求規(guī)定其最大值。
[0009]所述十字形鋼芯截面于外約束體不焊綴板處以60°坡角局部增大截面，直至截面穿出外鋼管限位槽，使屈服后鋼芯與外約束體良好連接，利用外約束體的軸向剛度實現(xiàn)限位功能。
[0010]所述綴板焊接約束薄壁型鋼管混凝土組成的約束體，可以防止十字形鋼芯受壓局部失穩(wěn)，同時可以防止混凝土受壓破壞影響支撐的整體效果。
[0011]四鋼管外貼綴板式防屈曲支撐受力時，鋼芯首先耗能屈服，當(dāng)鋼芯屈服后變形達(dá)到一定程度被外貼綴板約束時，外約束體參與受力提供軸向剛度，并且外約束體剛度較大，能夠有效限制鋼芯屈服后結(jié)構(gòu)整體的側(cè)移，達(dá)到限位的效果。此發(fā)明可廣泛應(yīng)用于高層建筑物的減震設(shè)計。
[0012]根據(jù)以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下特點和有益效果。
[0013]性能優(yōu)越:本發(fā)明的耗能能力為十字形鋼芯的屈服強度，變形屈服受到綴板的約束時，外約束體參與受力，充分利用了外約束體的軸向剛度限制結(jié)構(gòu)側(cè)向位移。
[0014]取材方便:本發(fā)明采用的鋼材來源廣泛，規(guī)格齊全，購買方便。
[0015]傳力明確:鋼芯屈服后，外約束體的軸向剛度作為支撐體系的附加剛度有利于限制結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移，實現(xiàn)限位功能。
[0016]本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于建筑物的耗能減震及限位控制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。
[0018]圖2為圖1A-A處剖面圖。
[0019]圖3為圖1B-B處剖面圖。
[0020]附圖標(biāo)記:1_十字形鋼芯、2-薄壁型鋼鋼管混凝土的外約束體、3-外貼綴板、4-鋼芯與外約束之間的無粘結(jié)材料、a-屈服工作段長度、b-鋼芯截面局部縮小段長度、C-連接段長度、d-不焊區(qū)域端部距離鋼管端部的長度、e-不焊區(qū)域總長度。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但本發(fā)明并不限于以下實施例，以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。
[0022]如圖1-3所示，一種四鋼管外貼綴板式十字形變截面鋼芯消能限位防屈曲支撐構(gòu)件，由十字形鋼芯(I)和局部焊接綴板約束的4個正方形薄壁型鋼鋼管混凝土(2)組成，支撐截面300 X 300mm。所述十字形鋼芯(I)包括屈服工作段a、截面局部變大段b以及連接段C。所述十字形鋼芯(I)截面局部變大段b兩端于外鋼管不焊綴板處以60°坡角局部增大截面，直至截面穿出外鋼管限位槽30_。所述外約束體的寬度大于十字形鋼芯屈服工作段a翼緣寬度10mm，小于十字形鋼芯截面局部變大段b的翼緣寬度30mm，外約束鋼管(2)和十字形鋼芯(I)之間的縫隙設(shè)置無粘結(jié)材料(4)。所述外約束體(2)—側(cè)距端部1/12鋼管總長度d開始不焊綴板，不焊區(qū)域總長度e為鋼管長度的1/6，另一端同樣處理。不焊綴板區(qū)域總長度e大于十字形截面變大段長度b，其長度差考慮鋼芯(I)屈服時的受拉、受壓變形和設(shè)計此消能限位體系的控制位移量，根據(jù)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范中彈塑性層間位移角的限制要求規(guī)定其最大值。四鋼管外貼綴板式防屈曲支撐受力時，鋼芯(I)首先耗能屈服，當(dāng)鋼芯
(1)屈服后變形達(dá)到一定程度被外貼綴板(3)約束時，外約束體參與受力提供軸向剛度，并且外約束體剛度較大，能夠有效限制鋼芯(I)屈服后結(jié)構(gòu)整體的側(cè)移，達(dá)到限位的效果。此發(fā)明可廣泛應(yīng)用于高層建筑物的減震設(shè)計。
[0023]除上述示例之外，鋼芯(I)的截面形式還可以是內(nèi)錯角鋼十字形。
[0024]本發(fā)明所述十字形變截面鋼芯防屈曲限位耗能支撐構(gòu)件的工作原理為:
[0025]外部荷載施加到防屈曲支撐時，十字形變截面鋼芯(I)首先承受外荷載。受壓狀態(tài)下，直到鋼芯(I)屈服后鋼芯的壓縮變形達(dá)到受壓綴板(3)的極限時，即鋼芯(I)截面變大處的向內(nèi)壓縮接觸到焊接綴板(3)的端部時，外約束體(2)在鋼芯(I)的作用下貢獻(xiàn)軸向抗壓剛度，參與限制結(jié)構(gòu)位移。受拉狀態(tài)下，直到鋼芯(I)屈服后鋼芯的拉伸變形達(dá)到焊接綴板(3)的極限時，即鋼芯(I)截面放大處的向外拉伸接觸到綴板(3)的端部時，外約束體
(2)在鋼芯(I)的作用下貢獻(xiàn)軸向抗拉剛度，參與限制結(jié)構(gòu)位移。此時鋼芯(I)和外約束體
(2)作為一個整體共同承受外部荷載。此工作狀態(tài)表現(xiàn)在拉壓過程中的往復(fù)工作。
【權(quán)利要求】
1.一種四鋼管外貼綴板式十字形變截面鋼芯消能限位防屈曲支撐構(gòu)件，主要由十字形鋼芯和外約束體組成。其特征在于，所述外約束體主要由構(gòu)成田字形的4個正方形薄壁型鋼鋼管混凝土組成，4個正方形薄壁型鋼鋼管混凝土通過局部焊接綴板約束；十字形鋼芯位于4個正方形薄壁型鋼鋼管混凝土中間的十字結(jié)構(gòu)的空隙中，所述十字形鋼芯包括屈服工作段a、截面局部變大段b以及連接段C，所述十字形鋼芯截面局部變大段b兩端于外鋼管不焊綴板處以60°坡角局部增大截面。
2.按照權(quán)利要求1的一種四鋼管外貼綴板式十字形變截面鋼芯消能限位防屈曲支撐構(gòu)件，其特征在于，外約束體的寬度大于十字形鋼芯屈服工作段寬度，小于十字形鋼芯截面局部變大段的寬度，使鋼芯在拉壓屈服后與外約束體良好連接，防止滑脫并利用外約束體的軸向剛度實現(xiàn)限位功能。
3.按照權(quán)利要求1的一種四鋼管外貼綴板式十字形變截面鋼芯消能限位防屈曲支撐構(gòu)件，其特征在于，外約束體和十字形鋼芯之間的縫隙設(shè)置無粘結(jié)材料。
4.按照權(quán)利要求1的一種四鋼管外貼綴板式十字形變截面鋼芯防屈曲限位耗能支撐構(gòu)件，其特征在于，所述外約束體一端距離端部1/12鋼管總長度d開始不焊綴板，不焊區(qū)域總長度e為鋼管長度的1/6，另一端同樣處理。
5.按照權(quán)利要求1的一種四鋼管外貼綴板式十字形變截面鋼芯消能限位防屈曲支撐構(gòu)件，其特征在于，不焊綴板區(qū)域總長度e大于十字形截面變大段長度b。其長度差考慮鋼芯(I)屈服時的受拉、受壓變形和設(shè)計此消能限位體系的控制位移量，根據(jù)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范中彈塑性層間位移角的限制要求規(guī)定其最大值。
【文檔編號】E04B1/98GK103711224SQ201310745525
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】李振寶, 張芳亮, 杜曉霞, 黃立, 馬華 申請人:北京工業(yè)大學(xué)