[發(fā)明專利]棒式芯桿屈曲約束鋼支撐

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010551356.6
• 申請日: 2010-11-19
• 公開（公告）號(hào): CN101974950A
• 公開（公告）日: 2011-02-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張文芳;張慶芳;安潤玲;郭煒
• 申請（專利權(quán)）人: 太原理工大學(xué)
• 主分類號(hào): E04B1/98
• 分類號(hào): E04B1/98
• 代理公司: 山西太原科衛(wèi)專利事務(wù)所 14100
• 代理人: 朱源

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)工程抗震防災(zāi)領(lǐng)域，尤其涉及工程結(jié)構(gòu)中的的屈曲約束支撐，具體為一種棒式芯桿屈曲約束鋼支撐。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)鋼支撐可在受拉時(shí)屈服并消能，但在受壓時(shí)會(huì)發(fā)生屈曲失穩(wěn)，受壓承載力低，無法屈服消能，其抗震性能不好。屈曲約束支撐是一種受壓下不發(fā)生屈曲失穩(wěn)的軸心受力構(gòu)件，又稱防壓曲支撐，屈曲約束支撐在主受力部件的周圍設(shè)置約束部件，使主受力部件在受壓時(shí)不致屈曲失穩(wěn)，從而達(dá)到全截面塑性屈服。在水平地震往復(fù)作用下，屈曲約束支撐的主受力部件不僅在軸心受拉作用時(shí)能夠屈服，在受壓時(shí)也能屈服，從而有效消耗地震輸入結(jié)構(gòu)中的能量，減小結(jié)構(gòu)的水平側(cè)移變形，起到高效減震防災(zāi)的功效。

屈曲約束支撐一般由主受力部件、約束部件組成。主受力部件和約束部件均采用鋼材制造時(shí)，形成全鋼型屈曲約束支撐，其便于減少工序，縮短制造周期。

屈曲約束支撐的主受力部件用于承受軸心拉壓力作用并產(chǎn)生屈服耗能，多位于支撐內(nèi)部。主受力部件沿軸向一般分為消能段、轉(zhuǎn)換段和安裝段。消能段是軸心拉壓力作用下全截面產(chǎn)生屈服的區(qū)段，常見截面多為長方形、十字形、工字形等薄壁截面。安裝段是將支撐與結(jié)構(gòu)連接的區(qū)段，其受力應(yīng)處于彈性階段，安裝段設(shè)置在支撐的兩端，用于將支撐與工程結(jié)構(gòu)連接起來，安裝段主要承受軸心力，并傳遞到消能段，安裝段應(yīng)盡量采用鉸接以減小彎矩作用，防止消能段偏心受力。轉(zhuǎn)換段是消能段與工程結(jié)構(gòu)連接之前的一個(gè)過渡，轉(zhuǎn)換段既要避免象消能段那樣屈服，又要防止屈曲失穩(wěn)，并轉(zhuǎn)換到安裝段而脫離約束。

約束部件用于防止主受力部件屈曲失穩(wěn)，多設(shè)在主受力部件的外圍。主受力部件應(yīng)避免通過粘結(jié)、摩擦或機(jī)械作用向約束部件傳遞軸力，保證主受力部件屈服耗能而約束部件不發(fā)生屈服。

現(xiàn)有的全鋼型屈曲約束支撐，多采用薄壁鋼件充當(dāng)消能段，其存在下列方面的問題：

一方面，消能段薄壁鋼件的薄壁肢件在厚度方向及其正交方向的尺寸、剛度及穩(wěn)定性相差懸殊，導(dǎo)致約束構(gòu)造復(fù)雜，約束可靠性不易保證，在軸向動(dòng)態(tài)壓應(yīng)變較大時(shí)容易發(fā)生局部高階屈曲失穩(wěn)，耗能性能得不到保證，在強(qiáng)震動(dòng)力作用下的工作可靠性差；另一方面，制作工藝?yán)щy，質(zhì)量不易保證；而且，支撐安裝段構(gòu)造不合理，與工程結(jié)構(gòu)的連接安裝往往很困難，原因是支撐的安裝連接多是在工程結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)梁柱構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)連接件施工安裝之后進(jìn)行的，在支撐安裝過程中往往產(chǎn)生支撐不易就位、不易臨時(shí)固定或者就位后附加連接件不宜安裝等問題，不利于工程應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有屈曲約束支撐的消能段鋼肢件在不同方向的剛度和穩(wěn)定性差異較大以及由此導(dǎo)致的局部穩(wěn)定性差且支撐施工安裝難、約束結(jié)構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜的問題，提供了一種各向剛度穩(wěn)定性均勻、性能優(yōu)良、安裝連接容易且結(jié)構(gòu)簡單的棒式芯桿屈曲約束鋼支撐。

本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：棒式芯桿屈曲約束鋼支撐，包括核心主受力鋼部件和外部約束鋼部件，核心主受力鋼部件包括位于其中部的消能段、固定在消能段軸向兩端的轉(zhuǎn)換段和固定在兩個(gè)轉(zhuǎn)換段外側(cè)的安裝段，消能段為實(shí)心鋼棒或空心鋼管，安裝段包括接頭鋼板和沿其軸向正交固定的加勁鋼板；外部約束鋼部件包括局部約束鋼件和整體約束鋼件，局部約束鋼件包括套在消能段四周且與消能段之間為空氣間隙的芯桿鋼套筒，整體約束鋼件包括固定在芯桿鋼套筒外側(cè)的拓延鋼架以及輔助鋼筒，拓延鋼架包括沿芯桿鋼套筒軸線且固定在其外壁的軸向拓延鋼板或/和垂直于芯桿鋼套筒軸線且固定在其外壁的橫向拓延鋼板，輔助鋼筒包括套在轉(zhuǎn)換段上的轉(zhuǎn)換段鋼筒；兩段轉(zhuǎn)換段中的其中一段與轉(zhuǎn)換段鋼筒相互摩擦接觸且與芯桿鋼套筒及拓延鋼架之間留有間隙。

由于消能段為各向尺寸較均勻的實(shí)心鋼棒或?yàn)榭招牡谋”陂]口截面，因而消能段芯桿截面尺寸在各向?qū)ΨQ或多向?qū)ΨQ，各方向的尺寸較均勻，各方向的局部穩(wěn)定承載力均勻、防屈曲能力高。消能段的截面采用空心鋼管圍套起來對(duì)鋼棒的高階屈曲進(jìn)行約束十分有效而方便。制作時(shí)，將實(shí)心鋼棒或空心鋼管進(jìn)行一般切割即可完成消能段的下料，將鋼棒或鋼管直接穿入芯桿鋼套筒中完成消能段的局部屈曲約束，再在空心套管上固定少量的軸向或橫向拓延鋼件以及輔助鋼筒，完成消能段及其局部約束鋼筒的整體約束。在芯桿鋼套筒上固定拓延鋼架以防止其整體失穩(wěn)，通過對(duì)鋼棒的局部屈曲進(jìn)行約束并對(duì)其整體穩(wěn)定進(jìn)行約束，實(shí)現(xiàn)對(duì)核心主受力部件的側(cè)向約束。

兩段安裝段中的其中一段的接頭鋼板的數(shù)量為一塊，接頭鋼板外部的加勁鋼板位于接頭鋼板一側(cè)。

兩段安裝段中的其中一段的接頭鋼板為板面相互平行且留有間隙的兩塊鋼板。