一種具有雙屈服點的十字型耗能內(nèi)芯防屈曲支撐構(gòu)件的制作方法
【專利摘要】一種具有雙屈服點的十字型耗能內(nèi)芯防屈曲支撐構(gòu)件。針對現(xiàn)有防屈曲支撐只依靠單一材料的耗能內(nèi)芯板屈服耗能，其耗能效果在面對超預(yù)期大震甚至巨震下不能保證的問題，提出耗能內(nèi)芯板由低屈服點鋼板與高屈服點鋼板重疊制成的新型耗能核心。該構(gòu)件包括十字形耗能內(nèi)芯板的低屈服點鋼板、耗能內(nèi)芯板的高屈服點鋼板、外約束鋼管、端部連接板、水泥砂漿；相比單一屈服點的普通防屈曲支撐不能適應(yīng)不同水平地震作用，具備兩個屈服點的防屈曲支撐能在不同地震作用水平下發(fā)揮耗能作用。該支撐能在小震、中震、大震甚至巨震下能保持良好的工作性能，適合現(xiàn)在多性能水準和目標的設(shè)計需求，具有良好的實用價值。
【專利說明】一種具有雙屈服點的十字型耗能內(nèi)芯防屈曲支撐構(gòu)件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于防屈曲耗能支撐構(gòu)件【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種新型的工程結(jié)構(gòu)抗震耗能的支撐構(gòu)件，尤其涉及一種具有雙屈服點的防屈曲支撐構(gòu)件。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，世界范圍內(nèi)地震頻繁發(fā)生，并且出現(xiàn)超出設(shè)防水準以外的巨震，其表示幅值特征上超越大震的極端地震荷載。為了實現(xiàn)結(jié)構(gòu)在巨震作用下的安全，在傳統(tǒng)設(shè)理念中引入超預(yù)期大震情況下的抗震措施，具有重要意義。防屈曲支撐最早由日本學(xué)者成功研發(fā)，并對其進行了拉壓試驗；美國在北嶺地震之后，開始對防屈曲支撐體系進行了研究與試驗。防屈曲耗能支撐橫向主要由核心單元、約束單元和滑動機制單元構(gòu)成，可提高框架結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度和承載力，且具有耗能機制明確、耗能減震效果顯著、性能穩(wěn)定、施工安裝方便、易于標準化生產(chǎn)等特點，在建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用一分廣泛。外約束鋼管和填充材料僅約束耗能內(nèi)芯板受壓屈曲，使耗能內(nèi)芯板在受拉和受壓下均能進入屈服，因而防屈曲支撐的滯回性能優(yōu)良。一種具有雙屈服點的防屈曲支撐構(gòu)件的提出，在某種程度上完善了基于性能的抗震設(shè)計理論框架。
[0003]防屈曲耗能支撐是一種受壓時發(fā)生屈服而不發(fā)生屈曲的構(gòu)件，其構(gòu)造組成可從橫向和縱向分析。橫向部分主要由耗能內(nèi)芯板構(gòu)件、外約束構(gòu)件(鋼管、混凝土等)和無黏結(jié)材料等三部分構(gòu)成；縱向構(gòu)成分為約束屈服段、約束非屈服段、無約束非屈服段、無黏結(jié)可膨脹材料和屈曲約束機構(gòu)。傳統(tǒng)的防屈曲支撐構(gòu)件具有以下特點，與結(jié)構(gòu)構(gòu)件相連的耗能內(nèi)芯板由單一的材料構(gòu)成,荷載完全由單一材料的耗能內(nèi)芯板承擔,外套筒和填充材料僅約束內(nèi)芯板受壓屈曲以防止內(nèi)芯板受壓失穩(wěn)，使內(nèi)芯板在受拉和受壓下均能進入屈服。即僅考慮耗能內(nèi)芯板為一個單一材料的耗能核心。傳統(tǒng)的耗能支撐在中小地震下具有足夠剛度，在大震下耗能性能良好。其在大震下的耗能通常以全截面屈服或者斷裂為重要特征，在大震下的彈塑性變形性能往往不能滿足預(yù)期大震甚至巨震下的耗能和安全要求。鑒于此，對先有傳統(tǒng)的耗能支撐加以改造，設(shè)計一種可以在普通耗能內(nèi)芯板屈服后還具有一定剛度和耗能儲備的新型防屈曲支撐構(gòu)件，保證在中小地震具備足夠剛度且能夠超過預(yù)期大震甚至是巨震下還具有足夠耗能能力的支撐構(gòu)件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明在現(xiàn)有防屈曲支撐基礎(chǔ)上，提出了一種具有雙屈服點的十字型耗能內(nèi)芯防屈曲支撐構(gòu)件。針對現(xiàn)有防屈曲支撐只依靠單一材料的耗能內(nèi)芯板屈服耗能，其耗能效果在面對超預(yù)期大震甚至巨震下不能保證的問題，提出耗能內(nèi)芯板由低屈服點鋼板與高屈服點鋼板重疊制成的新型耗能核心。低屈服點的力學(xué)特點是易屈服，在進入塑形狀態(tài)后具有良好的滯回特性，并在彈塑性滯回變形過程中能吸收大量的能量，使結(jié)構(gòu)的其余部分內(nèi)力明顯減小，從而保護結(jié)構(gòu)。高屈服點鋼的屈服點跟低屈服點鋼相比較高，可在低屈服點鋼屈服時保持彈性。本發(fā)明具有應(yīng)用范圍更廣和滯回耗能更顯著的優(yōu)點。[0005]為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種具有雙屈服點的十字型耗能內(nèi)芯防屈曲支撐構(gòu)件，該構(gòu)件包括十字形耗能內(nèi)芯板的低屈服點鋼板、耗能內(nèi)芯板的高屈服點鋼板、外約束鋼管、端部連接板、水泥砂漿；外約束鋼管從外部包圍住十字形耗能內(nèi)芯板的低屈服點鋼板、耗能內(nèi)芯板的高屈服點鋼板，外約束鋼管一端固定于端部連接板，外約束鋼管的另一端自由無連接且留有縫隙以便灌入水泥砂漿，所述外約束鋼管為方形截面；所述水泥砂漿填充于外約束鋼管的縫隙處，共同構(gòu)成一種具有雙屈服點的十字型耗能內(nèi)芯防屈曲支撐構(gòu)件。
[0006]整體耗能內(nèi)芯板由低屈服點鋼板與高屈服點鋼板重疊制成，兩鋼板之間的縫隙填充有無粘結(jié)材料，以提供十字形耗能內(nèi)芯板的低屈服點鋼板和耗能內(nèi)芯板的高屈服點鋼板在軸向變形時由于泊松效應(yīng)分別所產(chǎn)生的側(cè)向變形空間，使支撐在受拉與受壓過程中盡可能有相似的力學(xué)性能；十字形耗能內(nèi)芯板的低屈服點鋼板與耗能內(nèi)芯板的高屈服點鋼板兩端均利用螺栓連接或焊接形成整體耗能內(nèi)芯板，整體內(nèi)芯板的兩端均焊接于連接板。
[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果。
[0008]本發(fā)明的耗能能力相比傳統(tǒng)防屈曲支撐由明顯的提高；本發(fā)明采用的鋼材來源廣泛，規(guī)格齊全，購買方便；本發(fā)明可廣泛應(yīng)用與建筑的耗能減震控制；開拓傳統(tǒng)耗能支撐使用范圍，增加耗能支撐的滯回耗能能力；相比單一屈服點的普通防屈曲支撐不能適應(yīng)不同水平地震作用，具備兩個屈服點的防屈曲支撐能在不同地震作用水平下發(fā)揮耗能作用。該支撐能在小震、中震、大震甚至巨震下能保持良好的工作性能，適合現(xiàn)在多性能水準和目標的設(shè)計需求，具有良好的實用價值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1a為一種具有雙屈服點的十字型耗能內(nèi)芯防屈曲支撐構(gòu)件主視圖。
[0010]圖1b為一種具有雙屈服點的十字型耗能內(nèi)芯防屈曲支撐構(gòu)件側(cè)視圖。
[0011]圖2為十字形耗能內(nèi)芯板的剖面圖。
[0012]圖中:1、十字形耗能內(nèi)芯板的低屈服點鋼板，2、耗能內(nèi)芯板的高屈服點鋼板，3、外約束鋼管，4、端部連接板，5、水泥砂漿。
【具體實施方式】
[0013]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0014]如圖1-2所示，一種具有雙屈服點的十字型耗能內(nèi)芯防屈曲支撐構(gòu)件，該構(gòu)件包括十字形耗能內(nèi)芯板的低屈服點鋼板1、耗能內(nèi)芯板的高屈服點鋼板2、外約束鋼管3、端部連接板4、水泥砂漿5 ;外約束鋼管3從外部包圍住十字形耗能內(nèi)芯板的低屈服點鋼板1、耗能內(nèi)芯板的高屈服點鋼板2，外約束鋼管3 —端固定于端部連接板4，外約束鋼管3的另一端自由無連接且留有縫隙以便灌入水泥砂漿5 ;所述十字形耗能內(nèi)芯板的低屈服點鋼板I為預(yù)制的十字形鋼板，耗能內(nèi)芯板的高屈服點鋼板2為三角鋼板，十字形耗能內(nèi)芯板的高屈服點鋼板2分別焊接在十字形耗能內(nèi)芯板的低屈服點鋼板I的四處L形角上；所述十字形耗能內(nèi)芯板的低屈服點鋼板I與十字形耗能內(nèi)芯板的高屈服點鋼板2兩端利用螺栓連接或者焊接形成整體耗能內(nèi)芯板，在兩板中間段之間填充有無粘結(jié)材料，所述外約束鋼管3為方形截面；所述水泥砂漿5填充于外約束鋼管3的縫隙處，共同構(gòu)成一種具有雙屈服點的十字型耗能內(nèi)芯防屈曲支撐構(gòu)件。
[0015]整體耗能內(nèi)芯板由低屈服點鋼板與高屈服點鋼板重疊制成，兩鋼板之間的縫隙填充有無粘結(jié)材料，以提供十字形耗能內(nèi)芯板的低屈服點鋼板I和耗能內(nèi)芯板的高屈服點鋼板2在軸向變形時由于泊松效應(yīng)分別所產(chǎn)生的側(cè)向變形空間，使支撐在受拉與受壓過程中盡可能有相似的力學(xué)性能；所述十字形耗能內(nèi)芯板的低屈服點鋼板I與耗能內(nèi)芯板的高屈服點鋼板2兩端利用螺栓連接或者焊接形成整體耗能內(nèi)芯板，在兩板中間段之間填充有無粘結(jié)材料，整體內(nèi)芯板的兩端均焊接于連接板4。
[0016]在小震發(fā)生(即當遭受低于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的多遇地震)時，以及在中震發(fā)生(即當遭受相當于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的地震影響)時，由于十字形耗能內(nèi)芯板的低屈服點鋼板1、耗能內(nèi)芯板的高屈服點鋼板2分別由低屈服點鋼板與高屈服點鋼板重疊制成，且兩鋼板之間的縫隙填充有無粘結(jié)材料，所以由于地震強度較小，可以通過十字形耗能內(nèi)芯板的低屈服點鋼板1、耗能內(nèi)芯板的高屈服點鋼板2的彈性變形消耗地震能量，此時支撐構(gòu)件保證處于彈性狀態(tài)；在大震發(fā)生(即當遭受高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度預(yù)計的罕遇地震影響)時，低屈服點鋼首先進入屈服階段滯回耗能，隨后高屈服點鋼屈服，進入滯回耗能階段，從而更好地消耗地震輸入結(jié)構(gòu)的能量。單一屈服點的普通防屈曲支撐不能適應(yīng)不同水平地震作用，具備兩個屈服點的防屈曲支撐能在不同地震作用水平下發(fā)揮耗能作用。
[0017]所述外約束鋼管3與十字形耗能內(nèi)芯板的低屈服點鋼板1、耗能內(nèi)芯板的高屈服點鋼板2之間通過預(yù)留的縫隙填充水泥砂漿以防止耗能內(nèi)芯板失穩(wěn)。
[0018]所述外約束鋼管3的自由端與端部連接板4的縫隙保持在支撐全長的十分之一，并從外約束鋼管3的自由端向外以坡角局部增大截面至端部連接板4，保證耗能內(nèi)芯板不會發(fā)生局部屈曲。
[0019]所述端部連接板4實際連接到構(gòu)件時，可焊接加勁肋板或角鋼來增大連接段強度，保證連接段雙向穩(wěn)定性。
【權(quán)利要求】
1.一種具有雙屈服點的十字型耗能內(nèi)芯防屈曲支撐構(gòu)件，其特征在于:該構(gòu)件包括十字形耗能內(nèi)芯板的低屈服點鋼板(I)、耗能內(nèi)芯板的高屈服點鋼板(2)、外約束鋼管(3)、端部連接板(4)、水泥砂漿(5);外約束鋼管(3)從外部包圍住十字形耗能內(nèi)芯板的低屈服點鋼板(I)、耗能內(nèi)芯板的高屈服點鋼板(2)，外約束鋼管(3) —端固定于端部連接板(4)，外約束鋼管(3)的另一端自由無連接且留有縫隙以便灌入水泥砂漿(5);所述十字形耗能內(nèi)芯板的低屈服點鋼板(I)為預(yù)制的十字形鋼板，耗能內(nèi)芯板的高屈服點鋼板(2)為三角鋼板，十字形耗能內(nèi)芯板的高屈服點鋼板(2)分別焊接在十字形耗能內(nèi)芯板的低屈服點鋼板(I)的四處L形角上；所述十字形耗能內(nèi)芯板的低屈服點鋼板(I)與十字形耗能內(nèi)芯板的高屈服點鋼板(2)兩端利用螺栓連接或者焊接形成整體耗能內(nèi)芯板，在兩板中間段之間填充有無粘結(jié)材料，所述外約束鋼管(3)為方形截面；所述水泥砂漿(5)填充于外約束鋼管(3)的縫隙處，共同構(gòu)成一種具有雙屈服點的十字型耗能內(nèi)芯防屈曲支撐構(gòu)件； 整體耗能內(nèi)芯板由低屈服點鋼板與高屈服點鋼板重疊制成，兩鋼板之間的縫隙填充有無粘結(jié)材料，以提供十字形耗能內(nèi)芯板的低屈服點鋼板(I)和耗能內(nèi)芯板的高屈服點鋼板(2)在軸向變形時由于泊松效應(yīng)分別所產(chǎn)生的側(cè)向變形空間，使支撐在受拉與受壓過程中盡可能有相似的力學(xué)性能；所述十字形耗能內(nèi)芯板的低屈服點鋼板(I)與耗能內(nèi)芯板的高屈服點鋼板(2)兩端利用螺栓連接或者焊接形成整體耗能內(nèi)芯板，在兩板中間段之間填充有無粘結(jié)材料，整體內(nèi)芯板的兩端均焊接于連接板(4 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有雙屈服點的十字型耗能內(nèi)芯防屈曲支撐構(gòu)件，其特征在于:在小震發(fā)生時，以及在中震發(fā)生時，由于十字形耗能內(nèi)芯板的低屈服點鋼板(I)、耗能內(nèi)芯板的高屈服點鋼板(2)分別由低屈服點鋼板與高屈服點鋼板重疊制成，且兩鋼板之間的縫隙填充有無粘結(jié)材料，所以由于地震強度較小，可以通過十字形耗能內(nèi)芯板的低屈服點鋼板(I)、耗能內(nèi)芯板的高屈服點鋼板(2)的彈性變形消耗地震能量，此時支撐構(gòu)件保證處于彈性狀態(tài)；在大震發(fā)生時，低屈服點鋼首先進入屈服階段滯回耗能，隨后高屈服點鋼屈服，進入滯回耗能階段，從而更好地消耗地震輸入結(jié)構(gòu)的能量。單一屈服點的普通防屈曲支撐不能適應(yīng)不同水平地震作用，具備兩個屈服點的防屈曲支撐能在不同地震作用水平下發(fā)揮耗能作用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有雙屈服點的十字型耗能內(nèi)芯防屈曲支撐構(gòu)件，其特征在于:所述外約束鋼管(3)與十字形耗能內(nèi)芯板的低屈服點鋼板(I)、耗能內(nèi)芯板的高屈服點鋼板(2 )之間通過預(yù)留的縫隙填充水泥砂漿以防止耗能內(nèi)芯板失穩(wěn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有雙屈服點的十字型耗能內(nèi)芯防屈曲支撐構(gòu)件，其特征在于:所述外約束鋼管(3)的自由端與端部連接板(4)的縫隙保持在支撐全長的十分之一，并從外約束鋼管(3)的自由端向外以坡角局部增大截面至端部連接板(4)，保證耗能內(nèi)芯板不會發(fā)生局部屈曲。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有雙屈服點的十字型耗能內(nèi)芯防屈曲支撐構(gòu)件，其特征在于:所述端部連接板(4)實際連接到構(gòu)件時，可焊接加勁肋板或角鋼來增大連接段強度，保證連接段雙向穩(wěn)定性。
【文檔編號】E04B1/98GK103938749SQ201410129641
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月1日
【發(fā)明者】馬華, 李漢杰, 張芳亮, 李振寶 申請人:北京工業(yè)大學(xué)