[發明專利]一種格構式三圓管截面的防屈曲支撐構件

有效

• 申請號: 201310319325.1
• 申請日: 2013-07-26
• 公開（公告）號: CN103410241A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 郭彥林;張博浩;竇超;王小安;趙思遠;劉鋒
• 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: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賈玉健

技術領域

本發明涉及一種新型防屈曲耗能支撐構件，屬于結構工程技術領域。

技術背景

防屈曲支撐構件是一種性能優越的耗能減震構件，適用于地震設防烈度較高地區的高層或中低層框架結構，也可應用于網架網殼等大跨結構或橋梁結構。20世紀90年代以來，防屈曲支撐構件在美國、日本等發達國家得到大量且快速的推廣應用，具有廣闊的發展和應用前景。

防屈曲支撐構件由內核和外圍約束構件兩部分組成：內核一般采用低屈服點鋼材，直接承受軸向荷載作用；外圍約束構件并不直接承受軸向荷載作用，但對內核提供側向約束以提高其屈曲荷載，使內核部分在軸壓作用下能夠發生全截面屈服。在小震作用下，防屈曲支撐構件保持彈性，為主體結構提供足夠的支撐作用使其側向剛度滿足設計要求；在中震和大震作用下，防屈曲支撐通過內核的屈服耗散地震能量，從而保護主體結構的安全。

防屈曲支撐構件在我國尚處于起步階段，目前工程上普遍采用的防屈曲支撐多為傳統整體截面式構件，內核通常采用“一”字形鋼板或者“十”字形組合構件，并在表面涂裝無粘結材料；外圍約束構件采用圓鋼管或者方鋼管，并在管內澆注混凝土，這種鋼管混凝土組合式的外圍約束構件使得防屈曲支撐構件的自重較大。特別是近年來隨著防屈曲支撐構件被應用于巨型框架等結構體系中，出現了超大超長尺寸和大噸位要求的防屈曲支撐構件。如果仍采用傳統的整體截面式防屈曲支撐構件，其自重將成倍增加，既增加了防屈曲支撐構件加工、運輸、安裝的難度和成本，又增大了結構承受的地震作用。此外，由于安裝偏心或者節點剛接等原因防屈曲支撐構件將承受一定的附加彎矩，導致其提前發生破壞，內核不能充分發揮其屈服耗能能力。

為克服傳統整體截面式防屈曲支撐構件的上述缺點，本發明提出一種格構式三圓管截面的防屈曲支撐構件。這種格構式防屈曲支撐由三個防屈曲分肢通過斜綴管、橫綴管等綴材和端部肋板連接而成，每個防屈曲分肢均為一字形內核且圓鋼管混凝土約束型防屈曲支撐構件。

與傳統整體截面式防屈曲支撐相比，格構式截面可增大防屈曲支撐構件整體截面的慣性矩及整體抗彎剛度，并可通過鋼綴管調整防屈曲分肢間的距離，橫綴管和斜綴管等綴材可以為防屈曲分肢提供側向約束進而提高分肢的穩定承載力，以上各因素均有利于提高防屈曲支撐構件的承載效率，滿足巨型框架等結構中的大噸位超長防屈曲支撐設計要求。由于格構式防屈曲支撐構件的承載效率較高，可顯著降低構件自重，并可以將各防屈曲分肢分別運輸到施工現場，安裝到位后再焊接鋼綴管將各防屈曲分肢連接成整體，這為超大超重防屈曲支撐構件的制作、運輸及安裝帶來了極大的方便。此外，即便防屈曲支撐構件整體承受一定的附加偏心彎矩，各分肢仍以受軸壓為主，可充分發揮內核的屈服耗能能力。

發明內容

本發明提出一種格構式三圓管截面的防屈曲支撐構件，目的在于提供一種具備更大承載噸位的支撐消能構件，在小震作用下為結構提供抗側力作用，并在中震和大震作用下充分耗散地震輸入能量以保護主體結構。

一種格構式三圓管截面的防屈曲支撐構件，其特征在于，該支撐構件由三個防屈曲分肢通過斜綴管、橫綴管等綴件和端部肋板聯系形成整體；

所述三個防屈曲分肢均為一字形內核且圓鋼管混凝土約束型防屈曲支撐構件，且三個分肢尺寸完全相同，含有以下部件：一字形內核構件，約束圓鋼管，無粘結材料，混凝土；

所述一字形內核構件采用低強度高延性的平鋼板，并在一字形內核構件表面涂裝無粘結材料，以與約束圓鋼管內澆注的混凝土分離；

所述約束圓鋼管長度小于一字形內核構件的長度，其內徑略大于一字形內核構件的寬度，其厚度應根據約束比計算確定以滿足對內核構件的約束剛度要求；

在所述約束圓鋼管中澆注混凝土，填充混凝土與一字形內核構件間預留一定間隙，防止內核鋼板受壓時由于泊松效應側向膨脹變形受到外圍構件的約束；

所述三個防屈曲分肢平行布置為正三角形截面，并根據需要設置合適間距，通過橫綴管和斜綴管連接形成格構式構件，作為整體共同工作；所述橫綴管和斜綴管通過相貫焊與防屈曲分肢的約束圓鋼管連接；

該種格構式三圓管截面的防屈曲支撐構件的端部節點可采用以下做法：三個防屈曲分肢的一字形內核構件在端部伸出外圍約束圓鋼管，內核外伸段分別垂直焊接一塊肋板，三塊肋板相交于正三角形中心，并通過焊接形成整體。

附圖說明

圖1為本發明格構式三圓管截面的防屈曲支撐構件的截面圖；

圖2為本發明格構式三圓管截面的防屈曲支撐構件的三維圖；

圖3為本發明格構式三圓管截面的防屈曲支撐構件端部節點的三維示意圖；