[發明專利]一種H形截面裝配式防屈曲支撐構件

無效

• 申請號: 201010515892.0
• 申請日: 2010-10-15
• 公開（公告）號: CN101974947A
• 公開（公告）日: 2011-02-16
• 發明（設計）人: 郭彥林;王小安
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: E04B1/98
• 分類號: E04B1/98
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本專利涉及一種新型防屈曲支撐構件，屬于結構工程技術領域。

技術背景

在日本阪神地震與美國北嶺地震之后，防屈曲支撐構件因其極佳的耗能減震性能為結構設計人員廣為接受，并在一些發達國家得到大量且快速的推廣應用。防屈曲支撐構件一般由內核構件與外圍約束構件兩部分組成。根據其外圍約束材料以及組合情況可分為三類，即鋼筋混凝土外圍約束截面，鋼與混凝土組合外圍約束截面(一般鋼管外置，混凝土內置且混凝土與內核之間通過隔離劑分離)，全鋼裝配式外圍約束截面。受壓內核構件的材料一般為低屈服點高延性鋼材，截面形式多為“一”字形或“十”字形。一般在內核構件表面涂裝特制的無粘結材料，而且在外圍構件表面與內核構件表面之間預留一定的間隙，以防止內核構件受壓時發生橫向膨脹而被塞死。在小震作用下，防屈曲支撐構件的內核構件保持彈性，為主體結構提供足夠的抗側剛度；在中震和大震作用下，內核構件會率先進入屈服，對主體框架起到保護的作用，并消耗大量的地震輸入能量。防屈曲支撐構件兼具“耗能”與“支撐”的雙重功用，在地震設防烈度較高的區域，其被視為最好的消能減震構件之一，近幾年來防屈曲支撐結構體系在我國的高層建筑也開始采用。

通常采用的鋼筋混凝土外圍約束截面以及鋼與混凝土組合外圍約束截面主要存在以下缺點：(1)這類構件的制作精度往往要求高，進而導致制作費用增加，特別在澆注混凝土時，很難保證內核構件與外圍約束構件之間的預留間隙滿足精度方面的要求；(2)澆注混凝土等濕作業給制作與施工帶來了影響，其精度控制難度大；(3)涂裝在內核構件表面的隔離材料多采用環氧樹脂，品種單一，其耐久性差，易于從內核表面脫離。

為解決上述問題，作者也曾經提出一種全鋼裝配式防屈曲支撐構件[200910081817.5]，采用四根槽形截面熱軋型鋼捆綁起來進而約束一根“一”字形內核構件，但由于內核構件面積較小，屈服荷載有限，還不能滿足工程上日益需要的截面種類與超大支撐力的要求。

為此，本專利提出一種H形截面的新型裝配式防屈曲支撐構件，相比一般防屈曲支撐構件而言，內核超大的截面積使得其支撐力大大提高。這種防屈曲支撐構件的內核構件由三塊板焊接而成的H形截面構件組成；在H形內核構件腹板兩側，采用帶外伸鋼板帶的矩形截面鋼管作為其約束構件，而在內核H形截面翼緣外側的約束構件采用“一”字板或者剛度更大的帶外伸鋼板帶的矩形截面鋼管的形式；其中帶外伸鋼板帶的矩形截面構件采用“一”字板與熱軋槽形截面對焊而成，或直接采用四塊鋼板焊接而成。無論H形內核構件腹板兩側的矩形截面鋼管，還是H形內核構件翼緣外側的矩形截面鋼管，均可以在其內部填充混凝土材料，以增強其外圍約束剛度并提高板件的局部穩定性。上述“一”字形板或矩形截面鋼管捆綁成一體形成外圍約束構件，使得內核構件受壓屈服時外圍約束構件能提供足夠大的約束作用。外圍構件的捆綁作用通過“一”字形板端部或矩形截面鋼管的外伸鋼板帶上的高強度螺栓連接來實現，在板件之間設置能穿過高強度螺栓的鋼墊板，以保證高強度螺栓預緊力不直接傳遞到內核截面表面。鋼墊板與外圍約束構件的板件之間設置若干個橡膠墊片，以方便調節外圍約束構件與內核構件之間的連接距離，彌補構件制作與安裝時產生的幾何偏差。外圍約束構件的表面與內核構件的表面之間采用硬質橡膠隔離，其厚度一般控制在1mm～2mm，以滿足內核構件受壓膨脹量的要求。

本專利的優點主要體現在以下七個方面：(1)內核構件與外圍約束構件采用現場裝配，施工方便且節約成本；(2)外圍約束構件包含矩形截面鋼管，在其管內可以澆注混凝土材料，這種直接在管內澆注混凝土的形式比采用鋼與混凝土組合截面的防屈曲構件在處理混凝土表面與內核構件之間的精度控制方面更方便、更簡潔；(3)所有鋼構件均可以在工廠制作，加工精度容易控制；(4)采用螺栓連接，既方便現場裝配，又可以通過增加與減少鋼墊板與外圍約束構件之間的橡膠墊片的數量實現內核構件與外圍約束構件表面之間距離的調整，從而使防屈曲構件獲得最佳的滯回性能；(5)內核構件與外圍約束構件二者表面之間采用硬質橡膠隔離，不僅耐久性好，而且其制作厚度容易控制與調整；(6)容易調節兩個方向的約束剛度比，滿足防屈曲支撐構件繞兩個主軸的穩定性要求；(7)具備超大的承載力，補充了現有防屈曲支撐構件的種類、外圍約束的截面形式以及連接方式，為結構設計與加固提供更大的選擇范圍。

發明內容

本專利提出一種H形截面裝配式防屈曲支撐構件，旨在提供一種具備更大承載力的新型全鋼裝配式支撐消能構件，為結構提供充足的抗側剛度，并在中震和大震作用下保護主體結構且耗散地震輸入能量。