[發明專利]屈服薄壁表面連續約束的雙重防壓曲鋼支撐

有效

• 申請號: 201010505711.6
• 申請日: 2010-10-13
• 公開（公告）號: CN101949171A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發明（設計）人: 張文芳;安潤玲;郭煒;常建蘭
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: E04B1/24
• 分類號: E04B1/24;E04B1/98
• 代理公司: 山西太原科衛專利事務所 14100
• 代理人: 朱源

技術領域

本發明涉及結構工程抗震防災領域，尤其涉及消能減震結構中的屈曲約束支撐，具體為一種屈服薄壁表面連續約束的雙重防壓曲鋼支撐。

背景技術

帶支撐的框架可以有效減小結構的側移變形，提高結構的抗震抗倒能力。雖然鋼支撐容易在受拉時產生屈服并有效地消能，但傳統的鋼支撐在受壓時會發生彈性屈曲，受壓承載力退化很快，無法利用其彈塑性消能能力。為克服這一缺點，國內外研究者開發出一類不易屈曲的軸心受力構件，稱為屈曲約束支撐或防壓曲支撐，其基本原理為：支撐設置一個核心受力單元，在核心受力單元的周圍設置約束單元，使核心受力單元在受壓時不致失穩屈曲而達到全截面塑性屈服狀態，從而使支撐不僅在軸心受拉作用下能夠消能，而且在軸心受壓作用下也能有效消耗地震輸入結構中的能量，起到高效減震防災的功效。

屈曲約束支撐全部采用鋼材制造時，便于縮短制造周期，從橫斷面看，一般由核心軸力單元、約束單元組成。

核心軸力單元一般位于支撐內部核心，用于承受軸心拉壓力作用并產生屈服耗能。核心軸力單元從縱斷面看，一般分為屈服段、過渡段和連接段。屈服段是軸心拉壓力作用下全截面產生屈服的區段，常見截面多為一字形的薄壁對稱截面，承載能力要求較大時為十字形、工字形等截面，屈服段為避免在受壓屈服前產生失穩，需要進行約束。連接段是將支撐與結構連接的區段，其受力狀態應始終處于彈性階段，連接段設置在屈曲約束消能支撐的兩端，用于將支撐與框架連接起來并將框架節點的力以軸心力的形式傳遞到屈服段，并減小對屈服段的彎曲作用，防止其偏心受力。過渡段是支撐屈服段與工程結構進行連接安裝之前的一個過渡和緩沖段，過渡段既要防止在受壓時產生屈服及屈曲失穩，又要能夠脫離約束而過渡到連接段，以方便與工程結構進行連接。

約束單元通常設置在核心軸力單元的外圍，以防止核心軸力單元在軸心壓力作用下的屈曲。核心軸力單元應減小或避免通過粘結、摩擦或機械作用向約束單元傳遞軸力，保證核心軸力單元的屈服耗能。

現有屈曲約束支撐大多采用鋼管與混凝土作為約束單元，制作中混凝土澆注后容易沾污鋼件的后續焊接面及涂裝表面，且混凝土澆注養護后還有鋼件焊接工序，不同工序間存在時間間隔，工序復雜、制造周期長，影響推廣應用。

現有全鋼型屈曲約束支撐，屈服段多為長方形斷面的薄壁鋼條板，其存在下列方面的問題：一方面，屈服段薄壁鋼條板的約束構造或者支撐的整體結構不合理，薄壁鋼條板在軸向動態壓應變較大時容易發生局部高階或整體屈曲失穩，耗能性能得不到保證，在強震動力作用下的工作可靠性差，核心軸力鋼件的防腐防銹耐久性達不到工程結構設計使用年限要求；另一方面，支撐與工程結構的現場施工連接安裝難度大、連接構造復雜，此外，支撐構造和制作復雜，質量不易保證、價格高，這些均不利于工程應用。

發明內容

本發明為了解決全鋼型屈曲約束支撐采用長方形斷面的薄壁鋼條板時在強震動力作用下耗能性能不穩定、工作可靠性及耐久性差、工程施工連接安裝困難的問題，提供了一種耗能性能優良、防壓曲及耐久性可靠、施工連接方便的屈服薄壁表面連續約束的雙重防壓曲鋼支撐。

本發明是采用如下技術方案實現的：屈服薄壁表面連續約束的雙重防壓曲鋼支撐，包括核心軸力鋼件、外層約束鋼套筒，核心軸力鋼件包括位于其中部的屈服段、固定在屈服段軸向兩端的過渡段和固定在兩過渡段外側的連接段，屈服段為長方形橫斷面的薄壁鋼條板，兩段連接段中的每一段包括兩塊板面相鄰且留有間隙的相互平行的接頭鋼板且接頭鋼板上沿其軸向正交固定有加勁鋼板，過渡段和連接段的橫截面積均大于屈服段的橫截面積；外層約束鋼套筒套在屈服段和過渡段上，外層約束鋼套筒的兩端均固定有使其內腔密封的端蓋；屈服段的周邊設有鋼材制成的連續約束體，連續約束體包括位于屈服段兩側且與其表面之間為空氣間隙或摩擦接觸的兩個約束鋼件，約束鋼件包括沿屈服段軸向連續設置的薄壁鋼肢件，該薄壁鋼肢件的薄壁表面緊鄰且平行于屈服段的薄壁表面，兩約束鋼件之間設有將兩者連接的拉結件，連續約束體位于外層約束鋼套筒內部且與其內表面相互摩擦接觸或固定；兩段過渡段中的其中一段與連續約束體之間留有間隙并與外層約束鋼套筒相互摩擦接觸，兩段過渡段中的另一段與連續約束體及外層約束鋼套筒連接固定。

制作時，號料并切割核心軸力鋼件并拼裝焊接，接著制作約束鋼件，然后將約束鋼件通過拉結件設在薄壁鋼條板屈服段的兩側，在薄壁鋼條板的過渡段和屈服段上安裝外層約束鋼套筒，使屈服段的連續約束體與外層約束鋼套筒相互摩擦接觸或固定，最后在外層約束鋼套筒的兩端焊接端板，即可制得本發明所述的屈服薄壁表面連續約束的雙重防壓曲鋼支撐。