[發(fā)明專利]一種新型螺栓組裝方形鋼管T字形變截面鋼芯防屈曲耗能限位支撐構(gòu)件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310745347.4
• 申請日: 2013-12-30
• 公開（公告）號: CN103726584A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬華;張芳亮;高宇;張婷婷;李振寶
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: E04B1/98
• 分類號: E04B1/98;E04B1/36
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于防屈曲限位耗能支撐構(gòu)件技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種新型的工程結(jié)構(gòu)抗震耗能及限位的支撐構(gòu)件，尤其是一種鋼芯為變截面T字形，外約束鋼管為方形螺栓裝配式的防屈曲支撐構(gòu)件。受荷前期T字形鋼芯屈服耗能，后期外約束鋼管和屈服后鋼芯共同提供軸向剛度限制結(jié)構(gòu)整體側(cè)移，達(dá)到限位效果。

背景技術(shù)

防屈曲支撐(BRB)是一種兼具普通支撐和金屬阻尼器雙重功能的支撐形式，其主要由支撐鋼芯、外圍約束構(gòu)件組成，且兩者之間通常設(shè)置有無粘結(jié)材料或適當(dāng)?shù)拈g隙以釋放支撐鋼芯受壓時所產(chǎn)生的膨脹變形。屈曲約束單元提供給核心單元足夠的約束，使得核心單元在受壓時屈服而不屈曲。屈曲約束支撐具有明確的屈服承載力，在大震下可起到“保險絲”的作用，用于保護(hù)主體結(jié)構(gòu)在大震下不屈服或者不嚴(yán)重破壞，并且大震后，經(jīng)核查，可以方便地更換損壞的支撐。

傳統(tǒng)的防屈曲支撐構(gòu)件由鋼芯耗能，外圍約束構(gòu)件只起到支撐并限制鋼芯面外屈曲的作用，其特點是僅鋼芯與結(jié)構(gòu)構(gòu)件相連，荷載完全由鋼芯承擔(dān)，外套筒和填充材料僅約束鋼芯板防止其受壓屈曲，即防止鋼芯板受壓失穩(wěn)，使鋼芯板在受拉和受壓下均能進(jìn)入屈服。僅考慮鋼芯一個耗能核心，忽略了外約束套筒的軸向剛度貢獻(xiàn)。目前研究開發(fā)的防屈曲支撐主要著重提高其耗能能力，對防屈曲支撐的限位作用研究較少。鑒于此，考慮鋼芯屈服后利用鋼芯和外鋼管的剛度限制結(jié)構(gòu)整體位移的研究是有必要的，我們可以在現(xiàn)有常用的防屈曲支撐的基礎(chǔ)上，通過一定的改進(jìn)技術(shù)手段完成這一構(gòu)想。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明充分利用防屈曲支撐外圍約束構(gòu)件的剛度，提出一種新型螺栓組裝方形鋼管T字形鋼芯變截面防屈曲耗能限位支撐構(gòu)件，防屈曲支撐受荷前期鋼芯屈服耗能，后期外鋼管和屈服后鋼芯共同提供剛度限制結(jié)構(gòu)整體側(cè)移，達(dá)到限位效果。兩端向外彎折的相鄰?fù)饧s束鋼管采用螺栓連接形成方形截面，鋼芯采用焊接T字形變截面設(shè)計，T字形截面局部變大區(qū)域與外約束鋼管的限位槽相嵌合并留有一定限位距離，從而在鋼芯變形屈服后利用外約束鋼管以及屈服后鋼芯的軸向剛度和限制結(jié)構(gòu)整體位移以達(dá)到限位的目標(biāo)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種新型螺栓組裝方形鋼管T字形變截面鋼芯防屈曲耗能限位支撐構(gòu)件，包括T字形鋼芯和外約束鋼管，T字形鋼芯位于外約束鋼管內(nèi)部，外約束鋼管與T字形鋼芯形成的2個長方形區(qū)域內(nèi)填充2個長方形薄壁型鋼鋼管混凝土，其特征在于，所述T字形鋼芯從兩端到中間依次為連接段a、截面局部變大段b以及屈服工作段c，屈服工作段c位于兩截面局部變大段b之間，截面局部變大段b分別靠近外約束鋼管的兩端，外約束鋼管在對應(yīng)的T字形鋼芯截面局部變大段b的三個翅處開設(shè)有限位槽，限位槽的長度稍大于截面局部變大段b的長度，截面局部變大段b的三個翅通過限位槽伸出外約束鋼管外，屈服工作段c與截面局部變大段b之間、截面局部變大段b與連接段a之間均采用坡度漸變式連接。

坡度漸變式連接優(yōu)選：T字形鋼芯截面于外鋼管限位槽處以60°坡角局部增大截面，直至截面穿出外約束鋼管限位槽。

所述外約束鋼管由4片鋼板螺栓組裝而成，鋼板相對的端部分別向外彎折135°且與相鄰兩鋼板由螺栓連接。外約束鋼管的寬度大于鋼芯屈服工作段截面寬度，小于鋼芯截面變大段的截面寬度，外約束鋼管和T字形鋼芯表面與長方形薄壁型鋼鋼管混凝土之間的縫隙設(shè)置無粘結(jié)材料。

所述外約束鋼管3個相鄰側(cè)面對應(yīng)于鋼芯端部截面局部變大段開限位槽，開槽位置與鋼芯變截面區(qū)域一致，距離外鋼管端部長度d為鋼管總長度的1/12，開槽長度e為外鋼管總長度的1/6，開槽長度與鋼芯截面變大長度的距離差，考慮包括T字形鋼芯屈服時的受拉、受壓變形和設(shè)計此消能限位體系的控制位移量，根據(jù)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范中彈塑性層間位移角的限制要求規(guī)定其最大距離差。

所述外約束鋼管與T字形鋼芯形成的2個長方形區(qū)域內(nèi)填充薄壁型鋼鋼管混凝土，以防止T字型鋼芯受壓局部失穩(wěn)，同時可以防止混凝土受壓破壞影響支撐的整體效果。

防屈曲支撐受力時，鋼芯首先耗能變形，變形達(dá)到一定程度受到限位槽的約束后，外鋼管與鋼芯一起受力，并且由于外鋼管剛度較大，外鋼管與屈服后鋼芯剛度之和能夠有效限制鋼芯屈服后結(jié)構(gòu)整體的側(cè)移，達(dá)到限位的效果。此發(fā)明可廣泛應(yīng)用于高層建筑物的減震設(shè)計。

根據(jù)以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下特點和有益效果。

性能優(yōu)越：本發(fā)明的耗能能力為T字形鋼芯的耗能能力，但鋼芯屈服后充分利用了外約束鋼管的軸向剛度限制結(jié)構(gòu)的整體位移；

施工方便：本發(fā)明的外約束鋼管采用螺栓組裝，現(xiàn)場施工以及工廠組裝都可以做到降低生產(chǎn)成本，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。