本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)工程技術領域，具體為一種螺紋連接的自應力防屈曲支撐及其裝配方法。

背景技術：

支撐-框架結(jié)構(gòu)體系相較于純框架結(jié)構(gòu)具有更好的延性和抗震性能。在地震作用中，支撐構(gòu)件能夠先于主體結(jié)構(gòu)耗能，作為抗震設防的第一道防線，能夠率先耗散掉一部分地震能量，從而降低主體結(jié)構(gòu)的震害程度，符合規(guī)范中多道防線的抗震理念。

普通鋼支撐受壓容易失穩(wěn)，其歐拉臨界力遠低于屈服承載力，因此需要較大的構(gòu)件截面才能滿足穩(wěn)定性要求，而大截面支撐會增加結(jié)構(gòu)的整體剛度，使結(jié)構(gòu)周期變短，由規(guī)范中的地震反應譜函數(shù)曲線可知，周期越短，結(jié)構(gòu)所承受的地震作用越強，反而需要更大的支撐截面，從而大幅增加用料成本。另外，普通鋼支撐由于滯回性能較差，地震作用下耗能效果一般，因此不利于大規(guī)模推廣。

日本學者為解決普通鋼支撐受壓容易失穩(wěn)的弊端，率先提出一種新型耗能支撐構(gòu)件——屈曲約束支撐(Buckling Restrained Brace，BRB)，這種構(gòu)件是在核心支撐的外面套一個約束構(gòu)件，核心支撐和約束構(gòu)件間能自由滑動，工作時，僅核心支撐與框架結(jié)構(gòu)相連，而約束構(gòu)件則約束了核心支撐的橫向變形，防止核心支撐在壓力作用下發(fā)生屈曲和局部屈曲。因此，屈曲約束支撐在拉力和壓力作用下均可以達到充分的屈服，具有很好的延性，同時它的滯回曲線穩(wěn)定飽滿，明顯優(yōu)于普通鋼支撐。

由于屈曲約束支撐采用芯材和套筒分離的解決方案，在實際受力過程中，只有芯材受力，套筒僅提供約束，而不承擔任何的軸向作用力，因此造成了一定程度的截面浪費。理論而言，由于支撐構(gòu)件在軸向受拉作用下不考慮失穩(wěn)，因此屈曲約束支撐的受拉承載力遠低于相同用料成本下的普通鋼支撐。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明提供一種螺紋連接的自應力防屈曲支撐及其裝配方法，不僅具有屈曲約束支撐受壓不易失穩(wěn)的特點，同時能夠充分利用構(gòu)件截面，克服屈曲約束支撐只有芯材受力的缺陷，有效提升構(gòu)件的軸向受拉承載力。

本發(fā)明是通過以下技術方案來實現(xiàn)：

一種螺紋連接的自應力防屈曲支撐，包括外套筒，鋼支撐，上端頭組件和下端頭組件；所述的鋼支撐設置在外套筒內(nèi)部，鋼支撐兩端分別沿軸向設置上端緊固外螺紋鋼柱和下端緊固外螺紋鋼柱；所述的上端頭組件和下端頭組件均包括依次固定連接為一體的緊固端、連接端和雙片圓環(huán)；緊固端內(nèi)設置有內(nèi)螺紋，分別與上端緊固外螺紋鋼柱和下端緊固外螺紋鋼柱對應配合連接；所述的外套筒的橫截面呈圓形，其上端設置外螺紋接口，以及與外螺紋接口螺紋配合的套筒蓋；鋼支撐的下端通過下端緊固外螺紋鋼柱與下端頭組件中的緊固端連接固定，鋼支撐的上端通過穿過套筒蓋的上端緊固螺紋鋼柱與上端頭組件中的緊固端連接；鋼支撐的上端由套筒蓋壓緊并使鋼支撐產(chǎn)生形變；外套筒內(nèi)澆注有混凝土。

優(yōu)選的，鋼支撐的上端高出外套筒的上端設置，高出的長度為鋼支撐屈服位移的130％到150％。

優(yōu)選的，所述的外套筒下端與下端頭組件中的緊固端焊接固定。

優(yōu)選的，所述的鋼支撐為十字形鋼支撐，十字形鋼支撐的兩端截面大于中部截面；十字形鋼支撐的同一橫截面上的四個分支撐上均設置有應變片，外套筒的外壁上設置柔性顯示屏，應變片的輸出端連接柔性顯示屏的輸入端。

進一步，十字形支撐表面包覆有無粘結(jié)材料，十字形支撐變截面處的階梯端面上分別設置可壓縮墊塊；無粘結(jié)材料采用雙向拉伸聚丙烯薄膜；可壓縮墊塊采用軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料制成。

優(yōu)選的，外螺紋接口由外套筒上端直接加工形成或由環(huán)形外螺紋焊接在外套筒上端形成；外套筒的外壁上設置有一對起吊環(huán)。

一種螺紋連接的自應力防屈曲支撐的裝配方法，包括如下步驟，

步驟1，在圓形的外套筒的上端加工外螺紋接口，焊接起吊環(huán)，作為外部組件；

步驟2，將緊固端、連接端和雙片圓環(huán)焊接為整體，作為端頭組件，一式兩套，分別作為上端頭組件和下端頭組件；緊固端內(nèi)設置有內(nèi)螺紋；

步驟3，在兩端截面加強的十字形鋼支撐上貼應變片，通體包裹無粘結(jié)材料，上下兩端分別焊接上端緊固外螺紋鋼柱和下端緊固外螺紋鋼柱，十字形支撐變截面處分別放置可壓縮墊塊，作為核心組件；

步驟4，將下端頭組件焊接到外部組件下端，核心組件放入外部組件中，下端緊固外螺紋鋼柱與下端頭組件中的緊固端通過螺紋連接，應變片與可彎折的柔性顯示屏通過引線連接，引線穿過外套筒上的預留小孔；往外套筒中加入混凝土灌漿，灌漿至套筒上端開口平面，十字形鋼支撐高于外套筒上端開口平面，高出的長度為鋼支撐屈服位移的130％到150％；帶有內(nèi)螺紋的套筒蓋中間開孔，穿過核心組件的上端緊固外螺紋鋼柱；套筒蓋與外螺紋接口通過螺紋連接，形成螺紋連接組件；

步驟5，使十字形鋼支撐發(fā)生壓縮變形，根據(jù)柔性顯示屏上的讀數(shù)判斷支撐的變形狀態(tài)，當十字形鋼支撐達到屈服階段時，旋緊套筒蓋，此時十字形鋼支撐上產(chǎn)生對應的壓應力，外套筒上產(chǎn)生對應的拉應力；將上端頭組件與上端緊固外螺紋鋼柱通過螺紋旋緊進行連接，完成自應力防屈曲支撐的裝配工作。

優(yōu)選的，上下兩端分別焊接上端緊固外螺紋鋼柱和下端緊固外螺紋鋼柱；上端緊固外螺紋鋼柱的焊接端上設置光圓段，套筒蓋的上平面板厚度與上端緊固外螺紋鋼柱的光圓段高度相同。

優(yōu)選的，使十字形鋼支撐發(fā)生壓縮變形時，通過套筒蓋的旋進，向上端高于外套筒上端開口平面的十字形鋼支撐的加強截面施壓，使十字形鋼支撐發(fā)生壓縮變形，達到設計要求后，停止套筒蓋的旋進；或者通過向上端緊固外螺紋鋼柱上部施壓，使十字形鋼支撐發(fā)生的壓縮變形到達設計要求后，再旋緊套筒蓋。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益的技術效果：

本發(fā)明所述支撐將十字形鋼支撐置于圓形的外套筒中螺旋固定，通過混凝土灌漿對十字形鋼支撐形成軸向約束，圓形的外套筒上設置有環(huán)形外螺紋接口，帶有相同間距內(nèi)螺紋的套筒蓋通過與外螺紋螺旋式收緊可對套筒中的鋼支撐施加預壓力，由于十字形鋼支撐略高于開口平面，套筒蓋在旋緊過程中，能夠同時在外套筒中產(chǎn)生拉應力，與鋼支撐中的壓應力相互平衡。當鋼支撐內(nèi)的壓應力達到屈服強度時，停止旋緊，用固定端頭進行固定。本支撐在外部施加壓力逐漸增大時，內(nèi)部鋼支撐能夠充分屈服耗能，而不會提前屈曲；在外部施加拉力逐漸增大時，內(nèi)部鋼支撐和外套筒能夠?qū)崿F(xiàn)全截面屈服。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述支撐的結(jié)構(gòu)爆炸示意圖。

圖2為本發(fā)明所述支撐組裝后的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明所述支撐的正視剖面圖。

圖4為本發(fā)明所述支撐的側(cè)視剖面圖。

圖中：1-外套筒；2-外螺紋接口；3-套筒蓋；4-緊固端；5-連接端；6-雙片圓環(huán)；7-十字形鋼支撐；8-無粘結(jié)材料；9-應變片；10-上端緊固外螺紋鋼柱；11-下端緊固外螺紋鋼柱；12-可壓縮墊塊；13-柔性顯示屏；14-起吊環(huán)。

具體實施方式

下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明，所述是對本發(fā)明的解釋而不是限定。

本發(fā)明一種螺紋連接的自應力防屈曲支撐，包括主要提供約束的外部組件，提供承載力的核心組件，提供連接作用的端頭組件和施加預應力的螺紋連接組件。本發(fā)明所述支撐與普通屈曲約束支撐的區(qū)別在于，外套筒作為外部組件可以承擔荷載，而不會影響對核心十字形鋼支撐的側(cè)向約束作用，因此本發(fā)明不僅具有屈曲約束支撐不易受壓失穩(wěn)的特性，同時也具有普通鋼支撐受拉全截面屈服的力學性能，這種支撐構(gòu)件在結(jié)構(gòu)設計中能夠為廣大工程設計人員提供一種更為經(jīng)濟實用的支撐深化方案，具有良好的市場推廣和應用前景。

具體的，如圖1-圖4所示，在圓形的外套筒1的上端加工外螺紋接口2，焊接起吊環(huán)14，作為外部組件；將帶有內(nèi)螺紋的緊固端4、連接端5和雙片圓環(huán)6焊接為整體，作為端頭組件，一式兩套，分別標記為上端頭組件和下端頭組件；在兩端截面加強的十字形鋼支撐7上貼應變片9，通體包裹無粘結(jié)材料8，將其與澆筑的混凝土實現(xiàn)隔離保證其軸向運動；上下兩端分別焊接帶有光圓段的上端緊固外螺紋鋼柱10和無光圓段的下端緊固外螺紋鋼柱11，十字形支撐7變截面處分別放置可壓縮墊塊12，作為核心組件；將下端頭組件焊接到外部組件下端，核心組件放入外部組件中，下端緊固外螺紋鋼柱11與下端頭組件中的緊固端4通過螺紋連接，應變片9與可彎折的柔性顯示屏13通過引線連接，引線穿過外套筒1上的預留小孔；往外套筒1中加入混凝土灌漿，灌漿至套筒上端開口平面，十字形鋼支撐7高于外套筒1上端開口平面，高出的長度取鋼支撐屈服位移的130％到150％；帶有內(nèi)螺紋的套筒蓋3中間開孔，可以穿過核心組件的上端緊固外螺紋鋼柱10，套筒蓋3的上平面板厚度與上端緊固外螺紋鋼柱10的光圓段高度相同，且開孔直徑略大于光圓段直徑，保證其能夠順利轉(zhuǎn)動旋進；套筒蓋3與外螺紋接口2通過螺紋連接，作為螺紋連接組件，由于十字形鋼支撐7略高于開口平面，套筒蓋3在旋進過程中向十字形鋼支撐1的加強截面施壓，使其發(fā)生壓縮變形；也可以通過向帶有光圓段的上端緊固外螺紋鋼柱10上部施壓，十字形鋼支撐發(fā)生壓縮變形后再旋緊套筒蓋3。根據(jù)柔性顯示屏13上的讀數(shù)判斷鋼支撐的變形狀態(tài)，當十字形鋼支撐7達到屈服階段時，停止旋緊套筒蓋3；將上端頭組件與帶有光圓段的上端緊固外螺紋鋼柱10通過螺紋旋緊進行連接，至此完成自應力防屈曲支撐的裝配工作。

在使用時，梁柱節(jié)點板厚度取雙片圓環(huán)6間距，節(jié)點板開孔，孔徑大小與雙片圓環(huán)6直徑相同。支撐安裝流程與普通屈曲約束支撐相同，采用螺栓連接。

在受力階段，當所述支撐受壓時，支撐整體壓縮，由于十字形鋼支撐7在裝配階段已經(jīng)屈服，內(nèi)部芯材的截面應力基本保持不變，而外套筒1中的拉應力逐漸變小。當外部施加壓力達到鋼支撐的屈服承載力時，外套筒1中的拉應力消失，此時與屈曲約束支撐的受力情況相同。當外部施加壓力繼續(xù)增大，外套筒1中會產(chǎn)生少量壓應力，當外部施加壓力達到某一限值，構(gòu)件整體會發(fā)生失穩(wěn)。這一限值的具體數(shù)值需要通過試驗來確定。不過從理論受力來看，本構(gòu)件的受壓承載力明顯要高于屈曲約束支撐。

當所述支撐受拉時，在第一變形階段內(nèi)，十字形鋼支撐7內(nèi)的壓應力變小，外套筒1的拉應力持續(xù)增大，直到外套筒1受拉屈服，進入第二變形階段，此時外套筒1拉應力保持不變，十字形鋼支撐7內(nèi)的壓應力繼續(xù)變小，直到壓應力消失，進入第三變形階段，外套筒1拉應力繼續(xù)保持不變，而十字形鋼支撐7開始受拉，直到屈服。從這個受力過程可以看出，本構(gòu)件的受拉承載力與相同鋼截面下的普通鋼支撐相同，充分利用了外套筒材料的強度特性，受拉承載力遠高于屈曲約束支撐。

以上只是對本發(fā)明作進一步的說明，并非用以限制本專利，凡為本發(fā)明等效實施，均應包含于本專利的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。