CN103711217B - 一种两钢管外贴缀板式一字形变截面钢芯消能限位防屈曲支撑构件 - Google Patents
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Abstract
一种两钢管外贴缀板式一字形变截面钢芯防屈曲限位耗能支撑构件，属于防屈曲限位耗能支撑构件。包括一字形钢芯和由局部焊接缀板约束的2个长方形薄壁型钢钢管混凝土。外约束体对应截面变大段b的短边没有焊接缀板，其他均焊接有缀板。钢芯置于两长方形薄壁型钢钢管混凝土中间的空隙中，钢芯从中间到两端依次为屈服工作段a、截面变大段b以及连接段c，钢芯屈服工作段a宽度小于外约束体的宽度；截面变大段b钢芯两端以60°坡角局部增大截面至穿出约束体，使钢芯在拉压变形屈服后能与外钢管的缀板良好连接，防止滑脱并利用外约束体的轴向刚度限制实现限位功能。钢芯屈服后，外约束体的轴向刚度作为支撑体系的附加刚度有利于限制结构的侧向位移。
Description
技术领域
本发明属于防屈曲限位耗能支撑构件，涉及一种工程结构抗震耗能及限位的支撑构件，尤其是一种钢芯为变截面一字形、外约束体为两钢管外贴缀板式的防屈曲耗能支撑构件，受荷前期钢芯耗能屈服，变形达到一定程度受到外贴缀板的限制约束时外约束体参与受力，提供轴向刚度限制结构整***移，达到先耗能后限位的效果。
背景技术
防屈曲支撑(BRB)是一种兼具普通支撑和金属阻尼器双重功能的支撑形式,其主要由支撑钢芯、***约束构件组成,且两者之间通常设置有无粘结材料或适当的间隙以释放支撑钢芯受压时所产生的膨胀变形。屈曲约束单元提供给核心单元足够的约束，使得核心单元在受压时屈服而不屈曲。屈曲约束支撑具有明确的屈服承载力，在大震下可起到“保险丝”的作用，用于保护主体结构在大震下不屈服或者不严重破坏，并且大震后，经核查，可以方便地更换损坏的支撑。
传统的防屈曲支撑构件具有以下特点，仅钢芯与结构构件相连，荷载完全由钢芯承担，外套筒和填充材料仅约束钢芯受压屈曲，防止钢芯受压失稳，使钢芯在受拉和受压下均能进入屈服。即仅考虑钢芯一个耗能核心，忽略了外约束套筒的耗能作用及轴向刚度贡献。目前研究开发的防屈曲支撑主要着重提高其耗能能力，对防屈曲支撑的限位作用研究较少。鉴于此，我们可以试图利用外部约束构件的轴向刚度作为钢芯屈服后的附加刚度，参与限制结构整***移。
发明内容
本发明提出一种两钢管外贴缀板式一字形变截面钢芯消能限位防屈曲支撑构件，要解决现有防屈曲支撑没有位移控制装置的问题。外约束体采用由外贴缀板焊接约束的两个长方形薄壁型钢钢管混凝土。钢芯采用一字形变截面设计与外约束体不焊缀板处相嵌合，从而在钢芯屈服后利用外约束体的轴向刚度达到限位的目标。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种两钢管外贴缀板式一字形变截面钢芯消能限位防屈曲支撑构件，包括一字形钢芯和外约束体，其特征在于，外约束体为短边局部通过缀板焊接的2个长方形薄壁型钢钢管混凝土，一字形钢芯平行置于两长方形薄壁型钢钢管混凝土中间，钢管混凝土与钢芯之间的间隙填充无粘结材料。两长方形薄壁型钢钢管混凝土的两短边侧面均局部焊接有缀板。所述一字形钢芯从中间到两端依次为屈服工作段a、截面变大段b以及连接段c，屈服工作段a位于两截面变大段b之间，截面变大段b分别靠近外约束体的两端，截面变大段b两端以60坡角局部增大截面至伸出长方形薄壁型钢钢管混凝土，一字形钢芯屈服工作段截面宽度小于外约束体的宽度。对应一字形钢芯截面变大段b的外约束体没有焊接缀板，外约束体的两端部和屈服工作段a对应的位置均匀焊接缀板。
所述外约束体钢管和十字形钢芯之间的缝隙设置无粘结材料层。所述外约束体一端距离端部1/12钢管长度d开始不焊缀板，不焊区域总长度e为钢管长度的1/6，另一端同样处理。不焊缀板区域总长度e大于一字形截面变大段长度b，其长度差考虑钢芯屈服时的受拉、受压变形和设计此消能限位体系的控制位移量，根据结构抗震设计规范中弹塑性层间位移角的限制要求规定其最大值。
截面防屈曲支撑受力时，钢芯首先耗能屈服，当钢芯屈服后变形达到一定程度被外贴缀板约束时，外约束体参与受力提供轴向刚度，并且外约束体刚度较大，能够有效限制钢芯屈服后结构整体的侧移，达到限位的效果。此发明可广泛应用于高层建筑物的减震设计。
所述一字形钢芯截面局部变大段b两端于外钢管不焊缀板处处以60°坡角局部增大截面，直至截面穿出外钢管，使钢芯在拉压变形屈服后能与外钢管的缀板良好连接，利用外约束体的轴向刚度限制实现限位功能。
所述焊接缀板约束薄壁型钢混凝土组成的约束体，可以防止一字形钢芯受压局部失稳，同时可以防止混凝土受压破坏影响支撑的整体效果。
所述连接段实际连接到构件时，可根据需要焊接加劲肋板或角钢增大连接段强度，保证连接段钢芯双向稳定性。
根据以上技术方案，与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果。
性能优越：本发明的耗能能力为一字形钢芯的屈服强度，钢芯变形屈服受到缀板的约束时，外约束体参与受力，充分利用了外约束体的轴向刚度限制结构侧向位移；
取材方便：本发明采用的钢材来源广泛，规格齐全，购买方便。
传力明确：钢芯屈服后，外约束体的轴向刚度作为支撑体系的附加刚度有利于限制结构的层间侧移，实现限位功能。
本发明可广泛应用于建筑物的耗能减震及限位控制。
附图说明
图1为本发明的结构侧视图。
图2为图1A-A处剖面图。
图3为图1B-B处剖面图。
附图标记：1-钢芯、2-薄壁型钢钢管混凝土、3-外贴缀板、4-钢芯与外约束之间的无粘结材料、a-屈服工作段长度、b-钢芯截面局部变大段长度、c-连接段长度、d-不焊区域端部距离钢管端部的长度、e-不焊区域总长度。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例，以权力要求书为准。
如图1-3所示，一种两钢管外贴缀板式一字形变截面钢芯防屈曲限位耗能支撑构件，由一字形钢芯（1）和由局部焊接缀板约束的2个长方形薄壁型钢钢管混凝土（2）组成，外约束体的截面尺寸为300×300mm。所述一字形钢芯（1）包括屈服工作段a、截面局部变大段b以及连接段c。所述一字形钢芯（1）截面局部变大段b两端于外钢管不焊缀板（4）处以60°坡角局部增大截面，直至截面穿出外钢管30mm。所述外约束体的宽度大于一字形钢芯屈服工作段宽度10mm，小于一字形钢芯截面局部变大段的宽度30mm，外约束钢管（2）和屈服工作段钢芯（1）之间的缝隙设置无粘结材料（5）。所述外约束体（2）距离端部1/12钢管长度d开始不焊缀板，不焊区域总长度e为钢管长度的1/6，另一端同样处理。外约束钢管（2）不焊缀板区域总长度e大于一字形钢芯（1）截面变大段b长度，其长度差考虑钢芯（1）屈服时的受拉、受压变形和设计此消能限位体系的控制位移量，根据结构抗震设计规范中弹塑性层间位移角的限制要求规定其最大值。截面防屈曲支撑受力时，钢芯（1）首先耗能屈服，当钢芯（1）屈服后变形达到一定程度被外贴缀板（3）约束时，外约束体参与受力提供轴向刚度，并且外约束体刚度较大，能够有效限制钢芯（1）屈服后结构整体的侧移，达到限位的效果。此发明可广泛应用于高层建筑物的减震设计。
本发明所述一字形变截面防屈曲限位耗能支撑构件的工作原理为：
外部荷载施加到防屈曲支撑时，一字形变截面钢芯（1）承受外荷载。受压状态下，直到钢芯（1）屈服后钢芯的压缩变形达到受压缀板（3）的极限时，即钢芯（1）截面变大处的向内压缩接触到焊接缀板（3）的端部时，外约束体（2）在钢芯（1）的作用下贡献轴向抗压刚度，参与限制结构位移。受拉状态下，直到钢芯（1）屈服后钢芯的拉伸变形达到焊接缀板（3）的极限时，即钢芯（1）截面变大处的向外拉伸接触到缀板（3）的端部时，外约束体（2）在钢芯（1）的作用下贡献轴向抗拉刚度，参与限制结构位移。此时钢芯（1）和外约束体（2）作为一个整体共同承受外部荷载。此工作状态表现在拉压过程中的往复工作。
Claims (6)
1.一种两钢管外贴缀板式一字形变截面钢芯消能限位防屈曲支撑构件，包括一字形钢芯和外约束体，其特征在于，外约束体为短边局部通过焊接缀板约束的2个长方形薄壁型钢钢管混凝土，一字形钢芯平行置于两长方形薄壁型钢钢管混凝土中间，钢管混凝土与一字形钢芯之间的空隙填充无粘结材料，两长方形薄壁型钢钢管混凝土的两短边侧面均局部焊接有缀板；所述一字形钢芯从中间到两端依次为屈服工作段a、截面变大段b以及连接段c，屈服工作段a位于两截面变大段b之间，截面变大段b分别靠近外约束体的两端；一字形钢芯截面变大段b两端以60°坡角局部增大截面，至钢芯宽度大于外约束体的宽度而伸出长方形薄壁型钢钢管混凝土，屈服工作段a截面宽度小于外约束体的宽度，截面变大段b对应的外约束体处没有焊接缀板，在外约束体的两端部和屈服工作段a对应的位置均匀的焊接有缀板。
2.按照权利要求1的一种两钢管外贴缀板式一字形变截面钢芯消能限位防屈曲支撑构件，其特征在于，一字形钢芯拉压屈服后能与外约束体连接良好，利用外约束体的轴向刚度实现限位功能。
3.按照权利要求1的一种两钢管外贴缀板式一字形变截面钢芯消能限位防屈曲支撑构件，其特征在于，外约束体的宽度大于一字形钢芯屈服工作段宽度，小于一字形钢芯截面局部变大段的宽度。
4.按照权利要求1的一种两钢管外贴缀板式一字形变截面钢芯消能限位防屈曲支撑构件，其特征在于，外约束钢管和一字形钢芯之间的缝隙设置无粘结材料。
5.按照权利要求1的一种两钢管外贴缀板式一字形变截面钢芯消能限位防屈曲支撑构件，其特征在于，外约束体一端距离端部1/12钢管长度d开始不焊缀板，不焊区域总长度e为钢管长度的1/6，另一端同样处理。
6.按权利要求1的一种两钢管外贴缀板式一字形变截面钢芯消能限位防屈曲支撑构件，其特征在于，连接段实际连接到构件时，可根据需要焊接加劲肋板或角钢增大连接段强度，保证连接段钢芯双向稳定性。
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