[發(fā)明專利]帶肋的雙矩形管約束型H形截面裝配式防屈曲耗能支撐

無效

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• 申請日: 2009-12-21
• 公開（公告）號: CN101718125A
• 公開（公告）日: 2010-06-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭彥林;江磊鑫;竇超;王永海
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: E04B1/98
• 分類號: E04B1/98;E04B1/30
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種新型的防屈曲耗能支撐，屬于結(jié)構(gòu)工程技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)背景

防屈曲耗能支撐是一種新型抗側(cè)力構(gòu)件，兼具“支撐”和“耗能”兩種作用，是一種在地震作用下表現(xiàn)良好的消能減震構(gòu)件。在小震作用下，防屈曲耗能支撐保持彈性，從而為主體結(jié)構(gòu)提供足夠的剛度，保證主體框架的側(cè)移滿足設(shè)計(jì)要求；在中震和大震作用下，防屈曲耗能支撐進(jìn)入屈服，通過其內(nèi)核截面的屈服耗散地震能量，從而保護(hù)主體框架的安全并有效消減地震反應(yīng)。

防屈曲耗能支撐由內(nèi)核與外圍兩部分組成：內(nèi)核構(gòu)件直接承受軸向荷載作用，一般采用低屈服點(diǎn)的鋼材，之所以采用低屈服點(diǎn)的鋼材，是希望在中震和大震下防屈曲耗能支撐能夠先于框架進(jìn)入屈服，從而提高結(jié)構(gòu)的延性性能并充分發(fā)揮支撐的耗能作用；外圍約束構(gòu)件并不直接承受軸壓作用，但它對內(nèi)核構(gòu)件的約束作用可提高內(nèi)核構(gòu)件的屈曲荷載，使內(nèi)核部分在外壓力作用下發(fā)生全截面屈服，從而提高構(gòu)件滯回環(huán)的飽滿度和構(gòu)件的耗能能力。

日本阪神地震與美國北嶺地震后，防屈曲耗能支撐在美日等多震的發(fā)達(dá)國家得到了快速的推廣應(yīng)用。近幾年來，防屈曲耗能支撐在我國的大型建筑結(jié)構(gòu)也開始得到應(yīng)用，尤其是在地震高設(shè)防烈度區(qū)域，防屈曲耗能支撐被作為最好的消能減震構(gòu)件之一。

然而，目前國內(nèi)防屈曲耗能支撐的發(fā)展仍較為滯后，工程上普遍采用的防屈曲耗能支撐，大多是由外圍鋼管混凝土與內(nèi)核構(gòu)件組成；內(nèi)核構(gòu)件一般采用一塊鋼板或者鋼板焊接而形成的組合截面，內(nèi)核鋼板或構(gòu)件表面要刷上一層無粘結(jié)材料，并與填充混凝土之間留有一定的空隙。眾所周知，對于焊接組合截面，由于焊接材料和熱影響區(qū)材料的變脆，將嚴(yán)重影響內(nèi)核構(gòu)件的耗能效果。往往在反復(fù)荷載作用下，在不多的循環(huán)次數(shù)下熱影響區(qū)的材料就發(fā)生脆斷而使構(gòu)件失去作用。其次，由于約束構(gòu)件的混凝土與內(nèi)核構(gòu)件表面之間有嚴(yán)格的間隙控制，精度要求嚴(yán)格，制作過程較為復(fù)雜，導(dǎo)致成本較高；又由于有混凝土的澆注養(yǎng)護(hù)，制作周期較長，并且不利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化批量生產(chǎn)。另外，對于內(nèi)核是焊接組合截面的防屈曲耗能支撐，內(nèi)核組合截面與鋼框架連接十分復(fù)雜，導(dǎo)致施工不便。因此，尋求制作與安裝簡便、又有較高承載力與優(yōu)良性能的防屈曲耗能支撐便是設(shè)計(jì)人員的目標(biāo)之一。

為了克服上述缺點(diǎn)，本申請人也曾提出了一種全鋼結(jié)構(gòu)防屈曲耗能支撐【申請?zhí)枺?00910081817.5】，主要利用四個熱軋槽鋼作為外圍約束構(gòu)件，并通過高強(qiáng)度螺栓把四個槽鋼連接起來，使其工作時作為整體而不散開。這種組合式全鋼截面防屈曲耗能支撐，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場裝配的要求，而且熱軋型鋼實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化批量生產(chǎn)，生產(chǎn)成本低，克服了普通防屈曲耗能支撐制作與應(yīng)用上的缺點(diǎn)。但是，對這種由四個熱軋槽形截面組成的防屈曲耗能支撐，由于其內(nèi)核承壓構(gòu)件采用一字型鋼板，所承擔(dān)的荷載有限，僅適用于對支撐承載力要求不高的結(jié)構(gòu)。且由于配置在內(nèi)核板外側(cè)的兩個槽形構(gòu)件開口向外，其對繞豎軸的慣性矩較小，因而約束效率不能得到充分發(fā)揮

為此，在上述全鋼結(jié)構(gòu)防屈曲耗能支撐的基礎(chǔ)上，本發(fā)明提出了一種全新的裝配式防屈曲耗能支撐，稱為帶肋的雙矩形管約束型H形截面裝配式防屈曲耗能支撐，它利用長螺桿連接件將帶加勁肋的冷彎薄壁型鋼矩形管和熱軋H型鋼裝配在一起，其中熱軋H型鋼是內(nèi)核受壓構(gòu)件，帶肋的冷彎薄壁型鋼矩形管是外圍約束構(gòu)件，用于約束內(nèi)核熱軋H型鋼的屈曲變形。一般防屈曲耗能支撐的內(nèi)核承力構(gòu)件與外圍約束構(gòu)件之間留有一定的間隙，因而需要較高的制作精度，而本文發(fā)明的防屈曲耗能支撐，外圍約束構(gòu)件通過加勁肋與內(nèi)核H型鋼發(fā)生緊密接觸，沒有預(yù)留間隙的問題，而且外圍與內(nèi)核“線接觸”也不會約束內(nèi)核構(gòu)件的受壓膨脹。

這種新型的防屈曲耗能支撐，不僅具有普通防屈曲耗能支撐的功能，更具有很多普通防屈曲耗能支撐所不具備的優(yōu)越性。它利用我國現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的型鋼作為原材料，取材便利，材料成本較低；加勁肋的焊接和冷彎薄壁型鋼矩形管內(nèi)混凝土的灌注均可在加工廠完成，構(gòu)件運(yùn)至施工現(xiàn)場拼裝起來即可，現(xiàn)場施工十分便利簡單；它的加工廠生產(chǎn)過程也比較簡單，加工費(fèi)用比較低，對加工人員技術(shù)水平的要求也不高，有利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)；它利用H型鋼作為內(nèi)核受壓部件，延性很好，并且屈服荷載能夠達(dá)到較大的噸位；另外，它的槽型加勁肋能夠保證冷彎薄壁型鋼矩形管和熱軋H型鋼緊密發(fā)生接觸，從而擴(kuò)大了冷彎薄壁型鋼矩形管和熱軋H型鋼的匹配范圍。

發(fā)明內(nèi)容