[發明專利]一種具有雙屈服點的雙套管耗能內芯防屈曲支撐構件

有效

• 申請號: 201410129056.7
• 申請日: 2014-04-01
• 公開（公告）號: CN103924702A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 馬華;李漢杰;張婷婷;李振寶
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: E04B1/98
• 分類號: E04B1/98
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

技術領域

本發明屬于防屈曲耗能支撐構件技術領域，涉及一種新型的工程結構抗震耗能的支撐構件，尤其涉及一種具有雙屈服點的防屈曲支撐構件。

背景技術

近年來，世界范圍內地震頻繁發生，并且出現超出設防水準以外的巨震，其表示幅值特征上超越大震的極端地震荷載。為了實現結構在巨震作用下的安全，在傳統設理念中引入超預期大震情況下的抗震措施，具有重要意義。防屈曲支撐最早由日本學者成功研發，并對其進行了拉壓試驗；美國在北嶺地震之后，開始對防屈曲支撐體系進行了研究與試驗。防屈曲耗能支撐橫向主要由核心單元、約束單元和滑動機制單元構成，可提高框架結構的抗側剛度和承載力，且具有耗能機制明確、耗能減震效果顯著、性能穩定、施工安裝方便、易于標準化生產等特點，在建筑結構中應用十分廣泛。外約束鋼管和填充材料僅約束耗能內芯板受壓屈曲，使耗能內芯板在受拉和受壓下均能進入屈服，因而防屈曲支撐的滯回性能優良。一種具有雙屈服點的防屈曲支撐構件的提出，在某種程度上完善了基于性能的抗震設計理論框架。

防屈曲耗能支撐是一種受壓時發生屈服而不發生屈曲的構件，其構造組成可從橫向和縱向分析。橫向部分主要由耗能內芯板構件、外約束構件（鋼管、混凝土等）和無黏結材料等三部分構成；縱向構成分為約束屈服段、約束非屈服段、無約束非屈服段、無黏結可膨脹材料和屈曲約束機構。傳統的防屈曲支撐構件具有以下特點，與結構構件相連的耗能內芯板由單一的材料構成，荷載完全由單一材料的耗能內芯板承擔，外套筒和填充材料僅約束內芯板受壓屈曲以防止內芯板受壓失穩，使內芯板在受拉和受壓下均能進入屈服。即僅考慮耗能內芯板為一個單一材料的耗能核心。傳統的耗能支撐在中小地震下具有足夠剛度，在大震下耗能性能良好。其在大震下的耗能通常以全截面屈服或者斷裂為重要特征，在大震下的彈塑性變形性能往往不能滿足預期大震甚至巨震下的耗能和安全要求。鑒于此，對先有傳統的耗能支撐加以改造，設計一種可以在普通耗能內芯板屈服后還具有一定剛度和耗能儲備的新型防屈曲支撐構件，保證在中小地震具備足夠剛度且能夠超過預期大震甚至是巨震下還具有足夠耗能能力的支撐構件。

發明內容

本發明在現有防屈曲支撐基礎上，提出了一種具有雙屈服點的套管型耗能內芯防屈曲支撐構件。針對現有防屈曲支撐只依靠單一材料的耗能內芯板屈服耗能，其耗能效果在面對超預期大震甚至巨震下不能保證的問題，提出耗能內芯板由低屈服點鋼板與高屈服點鋼板重疊制成的新型耗能核心。低屈服點的力學特點是易屈服，在進入塑形狀態后具有良好的滯回特性，并在彈塑性滯回變形過程中能吸收大量的能量，使結構的其余部分內力明顯減小，從而保護結構。高屈服點鋼的屈服點跟低屈服點鋼相比較高，可在低屈服點鋼屈服時保持彈性。本發明具有應用范圍更廣和滯回耗能更顯著的優點。

為實現上述技術目的，本發明采用的技術方案為一種具有雙屈服點的套管型耗能內芯防屈曲支撐構件，該構件包括套管形耗能內芯板的低屈服點鋼板、套管形耗能內芯板的高屈服點鋼板、外約束鋼管、端部連接板、水泥砂漿；外約束鋼管從外部包圍住套管形耗能內芯板的低屈服點鋼板、套管形耗能內芯板的高屈服點鋼板，外約束鋼管一端固定于端部連接板，外約束鋼管的另一端自由無連接且留有縫隙以便灌入水泥砂漿，所述外約束鋼管為方形截面；所述水泥砂漿填充于外約束鋼管的縫隙處，共同構成一種具有雙屈服點的套管型耗能內芯防屈曲支撐構件。

整體耗能內芯板由低屈服點鋼板與高屈服點鋼板重疊制成，兩鋼板之間的縫隙填充有無粘結材料，以提供套管形耗能內芯板的低屈服點鋼板和套管形耗能內芯板的高屈服點鋼板在軸向變形時由于泊松效應分別所產生的側向變形空間，使支撐在受拉與受壓過程中盡可能有相似的力學性能；套管形耗能內芯板的低屈服點鋼板與套管形耗能內芯板的高屈服點鋼板的兩端利用螺栓連接或焊接形成整體耗能內芯板。

與現有技術相比，本發明具有如下有益效果。

本發明的耗能能力相比傳統防屈曲支撐由明顯的提高；本發明采用的鋼材來源廣泛，規格齊全，購買方便；本發明可廣泛應用與建筑的耗能減震控制；開拓傳統耗能支撐使用范圍，增加耗能支撐的滯回耗能能力；相比單一屈服點的普通防屈曲支撐不能適應不同水平地震作用，具備兩個屈服點的防屈曲支撐能在不同地震作用水平下發揮耗能作用。該支撐能在小震、中震、大震甚至巨震下能保持良好的工作性能，適合現在多性能水準和目標的設計需求，具有良好的實用價值。

附圖說明

圖1a為一種具有雙屈服點的套管型耗能內芯防屈曲支撐構件主視圖。

圖1b為一種具有雙屈服點的套管型耗能內芯防屈曲支撐構件側視圖。