專利名稱：一種分段耗能防屈曲支撐方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種建筑結(jié)構(gòu)工程的抗震結(jié)構(gòu)部件，尤其是指一種兼有抗側(cè)力和耗能雙重功能的防屈曲耗能支撐方法及裝置，屬于結(jié)構(gòu)工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國(guó)幅員遼闊，但是許多大中型城市都處于地震區(qū)域。建于地震區(qū)的建筑都要考慮結(jié)構(gòu)的抗震性能。防屈曲耗能支撐作為一種新型抗減震構(gòu)件，有望在各種抗震建筑中得到廣泛應(yīng)用。防屈曲耗能支撐最大優(yōu)點(diǎn)在于它兼有抗側(cè)力和耗能雙重功能，與現(xiàn)有鋼框架中的中心支撐或偏心支撐在外力作用下發(fā)生屈曲不能有效耗能相比，具有巨大的優(yōu)勢(shì)。在風(fēng)載等常規(guī)載荷的作用下，防屈曲耗能支撐可以起抗側(cè)力構(gòu)件的作用；在地震載荷作用下，防屈曲耗能支撐核心鋼在的約束下反復(fù)屈服(塑性變形)而不屈曲(失穩(wěn))，消耗地震輸入能量。由于防護(hù)裝置的約束作用，防屈曲支撐在拉壓載荷的作用下表現(xiàn)出基本相同的滯回性能，滯回曲線非常飽滿，是理想的耗能構(gòu)件。但是目前工程上普遍采用的防屈曲支撐只能按地震等級(jí)單級(jí)設(shè)防，而且對(duì)于一個(gè)防屈曲支撐都是采用的同一種等級(jí)抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用的是等截面的核心鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這樣出于安全方面考慮往往會(huì)提高設(shè)防地震等級(jí)，這樣必然會(huì)加強(qiáng)工程結(jié)構(gòu)而提高造價(jià)。因此很有必要對(duì)此加以改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服現(xiàn)有防屈曲支撐設(shè)計(jì)的不足，本發(fā)明根據(jù)防屈曲支撐不同部位所承受的力不同，作用也不同的原理，提出了一種能合理采取設(shè)防措施的防屈曲支撐方法及裝置。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明所提出的技術(shù)方案是一種分段耗能防屈曲支撐方法，按照核心鋼在防震時(shí)各部位所受的力以及所起的作用不同，將核心鋼設(shè)計(jì)為一個(gè)變截面的核心鋼，將整個(gè)核心鋼分為三段；其中，核心鋼中間一段為小截面耗能段，小截面耗能段兩邊分別對(duì)稱分布有一段大截面耗能段，大截面耗能段的截面大于小截面耗能段的截面面積；通過小截面耗能段與大截面耗能段在各級(jí)地震狀況中不同的狀態(tài)來進(jìn)行抗震。當(dāng)防屈曲支撐遭遇多遇地震(中震)時(shí)，由于核心鋼的小截面耗能段截面積較小， 率先進(jìn)入塑性變形耗能，大截面耗能段截面積大，處于彈性狀態(tài)，不參與耗能。由于多遇地震載荷相對(duì)較小，核心鋼小截面耗能段變形量較小(小于士2 Δ L)，限位卡槽不限位，核心鋼可以自由伸縮。當(dāng)防屈曲支撐遭遇罕遇地震(大震)時(shí)，由于地震載荷較大，核心鋼的小截面耗能段和大截面耗能段都會(huì)進(jìn)入塑性變形耗能。當(dāng)核心鋼小截面耗能段的變形量大于士2 Δ L 時(shí)，邊條的限位卡槽對(duì)小截面耗能段變形量限位，這時(shí)小截面耗能段不再繼續(xù)變形，增加的載荷通過限位凸臺(tái)傳遞給邊條，邊條再傳遞給防護(hù)板，大截面耗能段繼續(xù)發(fā)生塑性變形，消耗地震能量。根據(jù)上述方法所提出的所述的分段耗能的變截面核心鋼防屈曲支撐由防護(hù)板、核心鋼、邊條及連接螺栓組成；防護(hù)板之間加邊條，防護(hù)板與邊條用螺栓連成一個(gè)整體，核心鋼夾在防護(hù)板中間；邊條中間開有定位卡槽，兩邊開有限位卡槽；核心鋼上設(shè)有定位凸臺(tái)和限位凸臺(tái)，分別與邊條上的定位卡槽和限位卡槽配合；定位凸臺(tái)與定位卡槽的間隙很小 (可以為零間隙)，限位凸臺(tái)與限位卡槽設(shè)置一個(gè)單邊為AL的間隙；核心鋼的中間開一條通槽來改變核心鋼的截面積。其特征在于核心鋼分為三段；其中，核心鋼中間一段為小截面耗能段，小截面耗能段兩邊分別對(duì)稱分布有一段大截面耗能段，大截面耗能段的截面大于小截面耗能段的截面面積。實(shí)際效果本發(fā)明提出的分段耗能防屈曲支撐，可以實(shí)現(xiàn)抗減工程結(jié)構(gòu)多級(jí)地震設(shè)防，發(fā)生多遇地震(中震)時(shí)，防屈曲支撐核心鋼的耗能段Ll耗能，發(fā)生罕遇地震(大震)時(shí)， 防屈曲支撐核心鋼的耗能段Li、L2參與耗能；同時(shí)，產(chǎn)品設(shè)置限位裝置，對(duì)核心鋼耗能次數(shù)較多和承載能力較弱的耗能段Ll進(jìn)行變形量和載荷限制，防止耗能段Ll早期破壞，保證產(chǎn)品的使用壽命。


圖1是本發(fā)明示意圖； 圖2是本發(fā)明截面示意圖； 圖3是本發(fā)明邊條示意圖； 圖4是本發(fā)明核心鋼示意圖； 圖5是本發(fā)明局部示意圖中1邊條；2連接螺栓；3核心鋼；4防護(hù)板。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。實(shí)施例一
從附圖1和2可以看出，本發(fā)明涉及一種分段耗能防屈曲支撐方法，按照核心鋼在防震時(shí)各部位所受的力以及所起的作用不同，將核心鋼設(shè)計(jì)為一個(gè)變截面的核心鋼，將整個(gè)核心鋼分為三段；其中，核心鋼中間一段為小截面耗能段，小截面耗能段兩邊分別對(duì)稱分布有一段大截面耗能段，大截面耗能段的截面大于小截面耗能段的截面面積；通過小截面耗能段與大截面耗能段在各級(jí)地震狀況中不同的狀態(tài)來進(jìn)行抗震。當(dāng)防屈曲支撐遭遇多遇地震(中震)時(shí)，由于核心鋼的小截面耗能段截面積較小， 率先進(jìn)入塑性變形耗能，大截面耗能段截面積大，處于彈性狀態(tài)，不參與耗能。由于多遇地震載荷相對(duì)較小，核心鋼小截面耗能段變形量較小(小于士2 Δ L)，限位卡槽不限位，核心鋼可以自由伸縮。當(dāng)防屈曲支撐遭遇罕遇地震(大震)時(shí)，由于地震載荷較大，核心鋼的小截面耗能段和大截面耗能段都會(huì)進(jìn)入塑性變形耗能。當(dāng)核心鋼小截面耗能段的變形量大于士2 Δ L 時(shí)，邊條的限位卡槽對(duì)小截面耗能段變形量限位，這時(shí)小截面耗能段不再繼續(xù)變形，增加的載荷通過限位凸臺(tái)傳遞給邊條，邊條再傳遞給防護(hù)板，大截面耗能段繼續(xù)發(fā)生塑性變形，消耗地震能量。根據(jù)上述方法所提出的所述的分段耗能的變截面核心鋼防屈曲支撐由防護(hù)板4、 核心鋼3、邊條1和連接螺栓2組成。防護(hù)板4之間加邊條1，邊條1與防護(hù)板4用連接螺栓2連接成一個(gè)整體，把核心鋼3夾在中間；核心鋼3與防護(hù)板4之間留有間隙，間隙大小可以通過邊條1厚度來調(diào)節(jié)；邊條1中間開有定位卡槽，兩邊開有限位卡槽；核心鋼3上設(shè)有定位凸臺(tái)和限位凸臺(tái)，分別與邊條上的定位卡槽和限位卡槽配合。其特征在于核心鋼分為三段；其中，核心鋼中間一段為小截面耗能段，小截面耗能段兩邊分別對(duì)稱分布有一段大截面耗能段，大截面耗能段的截面大于小截面耗能段的截面面積。為了增加支撐剛度，防護(hù)板4采用面板上焊接熱軋槽鋼的結(jié)構(gòu)型式(如圖3)，槽鋼的寬度不宜超過核心鋼3耗能段寬度的2/3。為了減小焊接變形，采用斷續(xù)焊縫焊接。防護(hù)板的支撐剛度必須滿足耗能支撐的受力要求并防護(hù)核心鋼3耗能段的高階屈曲。核心鋼3分為連接段、過渡段和耗能段，連接段與工程結(jié)構(gòu)相連；核心鋼的中間開一條通槽來改變核心鋼的截面積。連接段和過渡段截面較大，受地震載荷時(shí)始終處在彈性狀態(tài)，不參與耗能。為了增加過渡段的截面積和防止屈曲(失穩(wěn))，過渡段焊接筋板。耗能段分為耗能段Ll和L2，耗能段Ll上開有通槽，截面積較小，發(fā)生多遇地震時(shí)塑性產(chǎn)生變形耗能；耗能段L2截面積較大，發(fā)生多遇地震時(shí)處于彈性狀態(tài)，不參與耗能，發(fā)生罕遇地震時(shí)產(chǎn)生塑性變形，與耗能段Ll 一起耗能。在耗能段Ll和L2之間設(shè)有限位凸臺(tái)，用于耗能段Ll 的變形限位。核心鋼3的中部設(shè)有定位凸臺(tái)。由于泊淞效應(yīng)的影響，核心鋼3耗能段受壓時(shí)會(huì)橫向膨脹，因此核心鋼3耗能段與防護(hù)板4、邊條1間必須留有間隙。核心鋼3耗能段一般會(huì)沿厚度方向發(fā)生屈曲，厚度方向間隙的大小會(huì)影響核心鋼3耗能段的耗能疲勞壽命，必須由計(jì)算分析并試驗(yàn)驗(yàn)證來確定， 一般取1 2mm(雙邊)。寬度方向間隙只要大于核心鋼3耗能段的橫向變形即可。改變邊條1的厚度可以很方便的調(diào)節(jié)核心鋼3耗能段與防護(hù)板4的間隙。為了減小核心鋼3塑性變形的阻力，裝配前核心鋼3表面涂抹一層硅油或石墨乳增加潤(rùn)滑。邊條4中間開有定位卡槽，兩邊開有限位卡槽，分別與核心鋼3上定位凸臺(tái)和限位凸臺(tái)配合。定位凸臺(tái)與定位卡槽的間隙很小(可以為零間隙)；限位凸臺(tái)與限位卡槽設(shè)置一個(gè)單邊為Δ L的間隙，核心鋼3耗能段Ll能夠在士2 Δ L的范圍內(nèi)自由變形消耗能量，變形量超過士2 Δ L時(shí)受邊條1限位卡槽的對(duì)耗能段Ll變形和載荷進(jìn)行限制，保護(hù)其不會(huì)超載、超變形而早期破壞，Δ L的值可由產(chǎn)品的疲勞壽命試驗(yàn)確定，建議不超過耗能段Ll長(zhǎng)度的1%。
權(quán)利要求
1.一種分段耗能防屈曲支撐方法，其特征在于按照核心鋼在防震時(shí)各部位所受的力以及所起的作用不同，將核心鋼設(shè)計(jì)為一個(gè)變截面的核心鋼，將整個(gè)核心鋼分為三段；其中，核心鋼中間一段為小截面耗能段，小截面耗能段兩邊分別對(duì)稱分布有一段大截面耗能段，大截面耗能段的截面大于小截面耗能段的截面面積；通過小截面耗能段與大截面耗能段在各級(jí)地震狀況中不同的狀態(tài)來進(jìn)行抗震。
2.如權(quán)利要求1所述的分段耗能防屈曲支撐方法，其特征在于當(dāng)防屈曲支撐遭遇多遇地震或中震時(shí)，由于核心鋼的小截面耗能段截面積較小，率先進(jìn)入塑性變形耗能，大截面耗能段截面積大，處于彈性狀態(tài)，不參與耗能；由于多遇地震載荷相對(duì)較小，核心鋼小截面耗能段變形量較小，限位卡槽不限位，核心鋼可以自由伸縮。
3.如權(quán)利要求1所述的分段耗能防屈曲支撐方法，其特征在于當(dāng)防屈曲支撐遭遇罕遇地震或大震時(shí)，由于地震載荷較大，核心鋼的小截面耗能段和大截面耗能段都會(huì)進(jìn)入塑性變形耗能；當(dāng)核心鋼小截面耗能段的變形量大于士2 Δ L時(shí)，邊條的限位卡槽對(duì)小截面耗能段變形量限位，這時(shí)小截面耗能段不再繼續(xù)變形，增加的載荷通過限位凸臺(tái)傳遞給邊條，邊條再傳遞給防護(hù)板，大截面耗能段繼續(xù)發(fā)生塑性變形，消耗地震能量。
4.一種分段耗能防屈曲支撐，由防護(hù)板、核心鋼、邊條和連接螺栓組成；防護(hù)板之間加邊條，邊條與防護(hù)板用連接螺栓連接成一個(gè)整體，把核心鋼夾在中間；核心鋼與防護(hù)板之間留有間隙，間隙大小可以通過邊條厚度來調(diào)節(jié)；邊條中間開有定位卡槽，兩邊開有限位卡槽；核心鋼上設(shè)有定位凸臺(tái)和限位凸臺(tái)，分別與邊條上的定位卡槽和限位卡槽配合；其特征在于核心鋼分為三段；其中，核心鋼中間一段為小截面耗能段，小截面耗能段兩邊分別對(duì)稱分布有一段大截面耗能段，大截面耗能段的截面大于小截面耗能段的截面面積。
5.如權(quán)利要求4所述的分段耗能防屈曲支撐，其特征在于防護(hù)板采用面板上焊接熱軋槽鋼的結(jié)構(gòu)型式，槽鋼的寬度不宜超過核心鋼耗能段寬度的2/3 ；為了減小焊接變形，采用斷續(xù)焊縫焊接；防護(hù)板的支撐剛度必須滿足耗能支撐的受力要求并防護(hù)核心鋼耗能段的高階屈曲。
6.如權(quán)利要求5所述的分段耗能防屈曲支撐，其特征在于核心鋼分為連接段、過渡段和耗能段，連接段與工程結(jié)構(gòu)相連；核心鋼的中間開一條通槽來改變核心鋼的截面積；連接段和過渡段截面較大，受地震載荷時(shí)始終處在彈性狀態(tài)，不參與耗能。
7.如權(quán)利要求5所述的分段耗能防屈曲支撐，其特征在于為了增加過渡段的截面積和防止屈曲或失穩(wěn)，過渡段焊接筋板。
8.如權(quán)利要求5所述的分段耗能防屈曲支撐，其特征在于在耗能段之間設(shè)有限位凸臺(tái)，用于耗能段的變形限位；核心鋼的中部設(shè)有定位凸臺(tái)。
9.如權(quán)利要求5所述的分段耗能防屈曲支撐，其特征在于核心鋼耗能段與防護(hù)板、邊條間必須留有間隙。
10.如權(quán)利要求5所述的分段耗能防屈曲支撐，其特征在于邊條中間開有定位卡槽， 兩邊開有限位卡槽，分別與核心鋼上定位凸臺(tái)和限位凸臺(tái)配合；限位凸臺(tái)與限位卡槽設(shè)置一個(gè)單邊為Δ L的間隙。
全文摘要
一種分段耗能防屈曲支撐方法及裝置，按照核心鋼在防震時(shí)各部位所受的力以及所起的作用不同，將核心鋼設(shè)計(jì)為一個(gè)變截面的核心鋼，將整個(gè)核心鋼分為三段；其中，核心鋼中間一段為小截面耗能段，小截面耗能段兩邊分別對(duì)稱分布有一段大截面耗能段，大截面耗能段的截面大于小截面耗能段的截面面積；通過小截面耗能段與大截面耗能段在各級(jí)地震狀況中不同的狀態(tài)來進(jìn)行抗震。本分段耗能防屈曲支撐，可以實(shí)現(xiàn)抗減工程結(jié)構(gòu)多級(jí)地震設(shè)防，發(fā)生多遇地震(中震)時(shí)，防屈曲支撐核心鋼的耗能段L1耗能，發(fā)生罕遇地震(大震)時(shí)，防屈曲支撐核心鋼的耗能段L1、L2參與耗能。
文檔編號(hào)E04B1/98GK102261140SQ20111013323
公開日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2011年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月23日
發(fā)明者劉軍, 寧響亮, 張振興, 李文斌, 郭紅鋒 申請(qǐng)人:株洲時(shí)代新材料科技股份有限公司