一種槽鋼開槽式一字形變截面鋼芯防屈曲限位耗能支撐構件的制作方法
【專利摘要】一種槽鋼開槽式一字形變截面鋼芯防屈曲限位耗能支撐構件，屬于防屈曲限位耗能支撐構件【技術領域】，一字形鋼芯從兩端到中間依次為連接段、截面局部變大段以及屈服工作段，屈服工作段位于兩截面局部變大段之間，截面局部變大段分別靠近外約束鋼管的兩端，通過限位槽伸出外約束鋼管外；所述外約束鋼管由兩個開槽的槽鋼對焊形成方形截面，外約束鋼管在對應的一字形鋼芯截面局部變大處開設有限位槽，限位槽的長度稍大于截面局部變大段的長度，截面局部變大段兩端以60°坡角局部增大截面，直至穿出限位槽，并使之在拉壓屈服后能夠與外約束鋼管良好連接，利用外約束鋼管的軸向剛度實現(xiàn)限位功能。此限位耗能支撐可廣泛應用于建筑物的耗能減震及限位控制。
【專利說明】—種槽鋼開槽式一字形變截面鋼芯防屈曲限位耗能支撐構件

【技術領域】
[0001]本實用新型屬于防屈曲限位耗能支撐構件【技術領域】，涉及一種新型的工程結構抗震耗能及限位的支撐構件，尤其是一種內置鋼芯為變截面一字形，外約束鋼管為開槽式對焊槽鋼的防屈曲限位耗能支撐構件。受荷前期一字形變截面鋼芯耗能屈服，變形量達到限位槽的約束點時，外約束鋼管與屈服后鋼芯共同提供軸向剛度，約束結構整體變形，實現(xiàn)限制位移的功能。

【背景技術】
[0002]屈曲約束支撐又稱防屈曲支撐或BRB (Buckling restrained brace),產(chǎn)品技術最早發(fā)展于1973年的日本，當時的一批日本學者成功研發(fā)了最早的墻板式防屈曲耗能支撐，并對其進行了加入不同無粘結材料的拉壓試驗；1994年北嶺地震后，美國也開始對放屈曲支撐體系進行相應的設計研究和大比例試驗，同時結合理論計算分析了該支撐體系較其他支撐體系的優(yōu)點。防屈曲支撐由支撐內芯、外圍約束構件組成，可為框架或排架結構提供很大的抗側剛度和承載力，采用支撐的結構體系在建筑結構中應用十分廣泛。兩者之間通常設置有無粘結材料或適當?shù)拈g隙以釋放支撐內芯受壓時所產(chǎn)生的膨脹變形。外套筒和填充材料僅約束芯板受壓屈曲，使芯板在受拉和受壓下均能進入屈服，因而，防屈曲約束支撐的滯回性能優(yōu)良。
[0003]傳統(tǒng)的防屈曲支撐構件具有以下特點，僅鋼芯與結構構件相連，荷載完全由內芯板承擔，外套筒和填充材料僅約束內芯板受壓屈曲以防止內芯板受壓失穩(wěn)，使內芯板在受拉和受壓下均能進入屈服。即僅考慮芯板一個耗能核心，不考慮外約束套筒的軸向剛度貢獻。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，我們準備設計一種可以在鋼芯耗能屈服后，利用外約束鋼管的軸向剛度限制結構整體側移的一種新型的防屈曲支撐構件。
實用新型內容
[0004]本實用新型在現(xiàn)有防屈曲支撐基礎上，提出一種槽鋼開槽式一字形變截面防屈曲限位耗能支撐構件，是針對現(xiàn)有防屈曲支撐只依靠鋼芯屈服耗能，而沒有位移控制裝置的一大改進。外約束鋼管采用開槽式對焊槽鋼形成的方形鋼管，鋼芯采用一字形變截面設計與外約束鋼管的限位槽相嵌合，從而便于在鋼芯屈服后利用外約束鋼管的軸向剛度達到限位的目標。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術方案:
[0006]一種槽鋼開槽式一字形變截面防屈曲限位耗能支撐，包括一字形鋼芯和外約束鋼管，一字形鋼芯位于外約束鋼管內部，外約束鋼管與一字形鋼芯形成的兩個長方形區(qū)域內填充兩個長方形薄壁型鋼鋼管混凝土，其特征在于，所述一字形鋼芯從兩端到中間依次為連接段a、截面局部變大段b以及屈服工作段C，屈服工作段c位于兩截面局部變大段b之間，截面局部變大段b分別靠近外約束鋼管的兩端，通過限位槽伸出外約束鋼管外。所述外約束鋼管由兩個開槽的槽鋼對焊形成方形截面，外約束鋼管在對應的一字形鋼芯截面局部變大段開設有限位槽，限位槽的長度稍大于截面局部變大段b的長度。一字形鋼芯截面局部變大段b兩端以60°坡角局部增大截面，直至截面穿出外約束鋼管限位槽，使之在拉壓屈服后能夠與外約束鋼管良好連接，利用外約束鋼管的軸向剛度達到限位的目標；外約束鋼管的寬度大于一字形鋼芯屈服工作段寬度，小于一字形鋼芯截面變大處的寬度，外約束鋼管、一字形鋼芯及長方形薄壁型鋼鋼管混凝土之間的縫隙設置無粘結材料層；所述外約束鋼管兩槽鋼腰部中間開槽，縱向開槽位置與鋼芯變截面區(qū)域一致，限位槽距離外鋼管端部的長度d為鋼管總長度的1/12，限位槽長度e為外鋼管總長度的1/6。限位槽與鋼芯截面變大段的長度差值，考慮包括鋼芯屈服時的受拉、受壓變形和設計此消能限位體系的控制位移量，根據(jù)結構抗震設計規(guī)范中彈塑性層間位移角的限制要求規(guī)定其最大長度差。
[0007]所述一字形鋼芯由連接段a、截面局部變大段b以及屈服工作段c組成，截面局部變大段對應外約束鋼管的限位槽位置。
[0008]所述一字形鋼芯截面于外鋼管限位槽處以60°坡角局部增大截面，直至截面穿出外鋼管限位槽，保證一字形鋼芯在拉壓屈服后與外鋼管良好連接，防止滑脫并利用外約束鋼管的軸向剛度達到限位的目標。
[0009]所述外約束鋼管由兩個開槽的槽鋼對焊形成方形截面，且外約束鋼管的寬度大于一字形鋼芯屈服工作段寬度，小于一字形鋼芯截面變大段的寬度。
[0010]所述外約束鋼管兩槽鋼腰部中間開槽，縱向開槽位置與一字形鋼芯變截面區(qū)域一致，限位槽距離外鋼管端部的長度d為鋼管總長度的1/12，限位槽長度e為鋼管總長度的1/6。限位槽與鋼芯截面變大段的長度差值，考慮包括鋼芯屈服時的受拉、受壓變形和設計此消能限位體系的控制位移量，根據(jù)結構抗震設計規(guī)范中彈塑性層間位移角的限制要求規(guī)定其最大長度差。
[0011]所述耗能鋼芯和外約束鋼管之間形成的2個長方形區(qū)域填充2個長方形薄壁型鋼鋼管混凝土。
[0012]所述一字形鋼芯、外約束鋼管及長方形薄壁型鋼鋼管混凝土之間的間隙內填充無粘結材料層。
[0013]所述連接段實際連接到構件時，可根據(jù)需要焊接加勁肋板或角鋼增大連接段強度，保證連接段鋼芯雙向穩(wěn)定性。
[0014]根據(jù)以上技術方案，與現(xiàn)有技術相比本實用新型具有以下特點和有益效果。
[0015]性能優(yōu)越:本實用新型的耗能能力為鋼芯的屈服耗能能力，但鋼芯屈服之后變形量達到限位槽的極限時，屈服后鋼芯與外鋼管共同提供軸向剛度，限制結構整體側移，由此充分利用了外約束鋼管的軸向剛度；
[0016]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。
[0017]傳力明確:鋼芯屈服后，外約束鋼管的軸向剛度作為支撐體系的附加剛度有利于限制結構的層間側移，實現(xiàn)限位功能。
[0018]本實用新型可廣泛應用于建筑物的耗能減震及限位控制。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明的結構圖。
[0020]圖2為圖1結構圖的側視圖。
[0021]圖3為圖1A-A處剖面圖。
[0022]圖4為圖1B-B處剖面圖。
[0023]附圖標記:1-一字形鋼芯、2-外約束鋼管、3-長方形薄壁型鋼鋼管混凝土、4-鋼管端部限位槽、5-無粘結材料、6-槽鋼對接焊縫、a-連接段長度、b-截面局部變大段長度、C-屈服工作段長度、d-限位槽距離鋼管端部的距離、e-限位槽的長度。

【具體實施方式】
[0024]下面結合實施例對本實用新型做進一步說明，但本實用新型并不限于以下實施例，以權力要求書為準。
[0025]如圖1和圖2所示，一種槽鋼開槽式一字形變截面鋼芯防屈曲限位耗能支撐構件。包括一字形鋼芯(I)和外約束鋼管(2)。所述一字形鋼芯(I)包括連接段a、截面局部變大段b以及屈服工作段C。所述一字形鋼芯(I)截面于外鋼管限位槽(4)處以60°坡角局部增大截面，直至截面穿出外鋼管限位槽(4) 30mm。所述耗能鋼芯(I)和外約束鋼管(2)之間形成的兩個長方形區(qū)域填充兩個長方形薄壁型鋼鋼管混凝土(3)。所述外約束鋼管(2)由兩個開槽的槽鋼對焊(6)形成300 X 300mm的方形截面，且外約束鋼管(2)的寬度大于一字形鋼芯屈服工作段c的寬度10mm，小于一字形鋼芯截面變大段b的寬度30mm，外約束鋼管(2)、一字形鋼芯(I)和長方形薄壁型鋼鋼管混凝土(3)之間的縫隙設置無粘結材料層
(5);所述外約束鋼管(2)兩槽鋼腰部中間開槽，縱向開槽位置與鋼芯(I)變截面區(qū)域一致，限位槽距離外鋼管端部的長度d為鋼管長度的1/12，限位槽長度e為外鋼管總長度的1/6。限位槽與鋼芯截面變大段的長度差值，考慮包括鋼芯(I)屈服時的受拉、受壓變形和設計此消能限位體系的控制位移量，根據(jù)結構抗震設計規(guī)范中彈塑性層間位移角的限制要求規(guī)定其最大長度差。
[0026]如圖3所示，外約束鋼管(2)由兩個開槽的槽鋼對焊形成方形截面，截面尺寸為300 X 300mm。一字形鋼芯(I)變截面段穿出外約束鋼管(2)限位槽(4) 30mm。
[0027]如圖4所示，約束鋼管(2)的寬度大于一字形鋼芯屈服工作段寬度10mm，小于一字形鋼芯截面變大段寬度30_。外約束鋼管(2)、一字形鋼芯(I)及薄壁型鋼鋼管混凝土
(3)之間的縫隙以設置無粘結材料層(5)。
[0028]本實用新型所述變截面防屈曲限位耗能支撐構件的工作原理為:
[0029]外部荷載施加到防屈曲支撐，首先一字形鋼芯承受外荷載直至屈服。受壓狀態(tài)下，屈服后鋼芯的壓縮變形達到受壓限位槽的極限時，即鋼芯截面變大段向內壓縮接觸到限位槽的端部時，外約束鋼管在鋼芯的作用下貢獻軸向抗壓剛度，控制結構整體位移。受拉狀態(tài)下，屈服后鋼芯的拉伸變形達到受拉限位槽的極限時，即鋼芯截面變大段向外拉伸接觸到限位槽的端部時，外約束鋼管在鋼芯的作用下貢獻軸向抗拉剛度，控制結構整體位移。此時鋼芯和外約束鋼管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工作。
【權利要求】
1.一種槽鋼開槽式一字形變截面鋼芯防屈曲限位耗能支撐構件，包括一字形鋼芯和外約束鋼管，一字形鋼芯位于外約束鋼管內部，外約束鋼管與一字形鋼芯形成的兩個長方形區(qū)域內填充兩個長方形薄壁型鋼鋼管混凝土，其特征在于，所述一字形鋼芯從兩端到中間依次為連接段a、截面局部變大段b以及屈服工作段C，屈服工作段c位于兩截面局部變大段b之間，截面局部變大段b分別靠近外約束鋼管的兩端，通過限位槽伸出外約束鋼管外；所述外約束鋼管由兩個開槽的槽鋼對焊形成方形截面，外約束鋼管在對應的一字形鋼芯截面局部變大處開設有限位槽，限位槽的長度e稍大于截面局部變大段b的長度，截面局部變大段b兩端以60°坡角局部增大截面，直至截面穿出外約束鋼管限位槽，并使之在拉壓屈服后能夠與外鋼管良好連接。
2.按照權利要求1的一種槽鋼開槽式一字形變截面鋼芯防屈曲限位耗能支撐構件，其特征在于，外約束鋼管的寬度大于一字形鋼芯屈服工作段寬度，小于一字形鋼芯截面變大段的寬度，使之在拉壓屈服后能夠與外鋼管良好連接，使外約束鋼管提供軸向剛度完成后期限位功能。
3.按照權利要求1或2的一種槽鋼開槽式一字形變截面鋼芯防屈曲限位耗能支撐構件，其特征在于，外約束鋼管、一字形鋼芯及兩個長方形薄壁型鋼鋼管混凝土之間的縫隙設置無粘結材料層。
4.按照權利要求1的一種槽鋼開槽式一字形變截面鋼芯防屈曲限位耗能支撐構件，其特征在于，所述外約束鋼管兩槽鋼腰部中間開槽，縱向開槽位置與鋼芯截面局部變大段一致。
5.按照權利要求1的一種槽鋼開槽式一字形變截面鋼芯防屈曲限位耗能支撐構件，其特征在于，限位槽距離外鋼管端部的長度d為外鋼管總長度的1/12，限位槽長度e為外鋼管總長度的1/6。
6.按權利要求1的一種槽鋼開槽式一字形變截面鋼芯防屈曲限位耗能支撐構件，其特征在于，連接段實際連接到構件時，可根據(jù)需要焊接加勁肋板或角鋼增大連接段強度，保證連接段鋼芯雙向穩(wěn)定性。
【文檔編號】E04B1/98GK203977608SQ201320883589
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2013年12月30日 優(yōu)先權日:2013年12月30日
【發(fā)明者】馬華, 張芳亮, 李漢杰, 張婷婷, 李振寶 申請人:北京工業(yè)大學