一種鋼管內(nèi)設(shè)擋板式一字形內(nèi)縮式變截面內(nèi)芯防屈曲耗能限位支撐構(gòu)件的制作方法
【專利摘要】一種鋼管內(nèi)設(shè)擋板式一字形內(nèi)縮式變截面內(nèi)芯防屈曲耗能限位支撐構(gòu)件，屬于防屈曲耗能限位支撐構(gòu)件【技術(shù)領(lǐng)域】，外約束鋼管與一字形鋼芯形成的兩個長方形區(qū)域內(nèi)填充兩個長方形薄壁型鋼鋼管混凝土。鋼芯從中間到兩端依次為非變截面段a、截面縮小段b以及連接段c，限位槽對應(yīng)鋼芯的截面縮小段b，限位槽處焊有T形截面擋板，鋼芯于設(shè)置擋板處以60°的坡角局部縮小，T形截面擋板插入限位槽的腹板與一字形鋼芯截面內(nèi)縮處留有一定空隙，外約束鋼管、一字形鋼芯及長方形薄壁型鋼鋼管混凝土之間的縫隙設(shè)置無粘結(jié)材料層。一字形鋼芯截面局部縮小段的縱向長度b應(yīng)大于焊接T形鋼板的縱向長度d。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于建筑物的耗能減震及限位控制。
【專利說明】一種鋼管內(nèi)設(shè)擋板式一字形內(nèi)縮式變截面內(nèi)芯防屈曲耗能限位支撐構(gòu)件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于防屈曲耗能限位支撐構(gòu)件【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種工程結(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一字形，外約束鋼管為內(nèi)設(shè)擋板式的防屈曲支撐構(gòu)件。防屈曲支撐受力時，局部縮小尺寸的鋼芯首先屈服耗能，變形達(dá)到一定程度鋼芯被外鋼管內(nèi)置的擋板約束，由此帶動外鋼管參與后期的限位工作。
【背景技術(shù)】
[0002]屈曲約束支撐又稱防屈曲支撐或BRB (Buckling restrained brace),產(chǎn)品技術(shù)最早發(fā)展于1973年的日本，當(dāng)時的一批日本學(xué)者成功研發(fā)了最早的墻板式防屈曲耗能支撐，并對其進行了加入不同無粘結(jié)材料的拉壓試驗；1994年北嶺地震后，美國也開始對放屈曲支撐體系進行相應(yīng)的設(shè)計研究和大比例試驗，同時結(jié)合理論計算分析了該支撐體系較其他支撐體系的優(yōu)點。防屈曲支撐由支撐鋼芯、外圍約束構(gòu)件組成，可為框架或排架結(jié)構(gòu)提供很大的抗側(cè)剛度和承載力，采用支撐的結(jié)構(gòu)體系在建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用十分廣泛。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。外套筒和填充材料僅約束鋼芯受壓屈曲，使鋼芯在受拉和受壓下均能進入屈服，因而，防屈曲約束支撐的滯回性能優(yōu)良。
[0003]傳統(tǒng)的防屈曲支撐構(gòu)件具有以下特點:僅鋼芯與結(jié)構(gòu)構(gòu)件相連，荷載完全由鋼芯承擔(dān)，外鋼管和填充材料僅約束鋼芯受壓屈曲，防止鋼芯受壓失穩(wěn)，使鋼芯在受拉和受壓下均能進入屈服。即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。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，我們將著力提出一種應(yīng)用外鋼管剛度和屈服后鋼芯剛度進行結(jié)構(gòu)位移控制的新型防屈曲支撐。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提出一種一字形變截面鋼芯防屈曲限位耗能支撐構(gòu)件，要解決現(xiàn)有防屈曲支撐沒有位移控制裝置的問題。外約束鋼管采用內(nèi)設(shè)擋板的方形鋼管，鋼芯采用一字形變截面設(shè)計與外約束鋼管的限位槽處的T形擋板相嵌合，從而在鋼芯屈服后利用外約束鋼管的軸向剛度達(dá)到限位的目標(biāo)。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種鋼管內(nèi)設(shè)擋板式一字形內(nèi)縮式變截面內(nèi)芯防屈曲耗能限位支撐構(gòu)件，由一字形鋼芯和外約束鋼管組成，一字形鋼芯位于外約束鋼管內(nèi)部，外約束鋼管與一字形鋼芯形成的兩個長方形區(qū)域內(nèi)填充兩個長方形薄壁型鋼鋼管混凝土，其特征在于，所述一字形鋼芯從中間到兩端依次為非變截面段a、截面縮小段b以及連接段C，非變截面段a位于兩截面縮小段b之間，截面縮小段b分別靠近外約束鋼管的兩端。所述外約束鋼管是對邊2面開有限位槽的方鋼管，限位槽對應(yīng)一字形鋼芯的截面縮小段b，限位槽處焊接有T形截面擋板，T形截面擋板的翼緣焊接在外約束鋼管限位槽處外表面，腹板垂直插入限位槽。
[0007]所述外約束鋼管的邊長略大于一字形鋼芯非變截面段寬度，外約束鋼管、一字形鋼芯及長方形薄壁型鋼鋼管混凝土之間的縫隙設(shè)置無粘結(jié)材料層。限位槽距離外約束鋼管端部長度e為外鋼管總長度的1/12，開槽長度d為1/6外約束鋼管的長度，同時也是焊接雙角鋼T形擋板的長度。所述鋼芯為內(nèi)縮式變截面鋼芯，于設(shè)置擋板處以60°的坡角局部縮小截面，由此T形截面的縱向截面為梯形。T形雙角鋼擋板內(nèi)縮截面與一字形鋼芯內(nèi)縮截面相互平行，T形截面擋板插入限位槽的腹板與一字形鋼芯截面內(nèi)縮處留有一定空隙；一字形鋼芯截面局部縮小段的縱向長度b應(yīng)大于焊接T形鋼板的縱向長度d，考慮包括鋼芯屈服時的受拉、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。
[0008]所述連接段實際連接到構(gòu)件時，可根據(jù)需要焊接加勁肋板或角鋼增大連接段強度，保證連接段鋼芯雙向穩(wěn)定性。
[0009]所述外約束鋼管的截面形式可以是方形截面，也可以是圓形截面。
[0010]防屈曲支撐受力時，鋼芯首先耗能屈服，鋼芯屈服變形受到外鋼管的內(nèi)置擋板限制時，外鋼管與屈服后鋼芯共同參與受力。并且外鋼管剛度較大，加之屈服后鋼芯的剛度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。
[0011]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。
[0012]性能優(yōu)越:本發(fā)明的耗能能力為鋼芯的屈服強度，鋼芯屈服后通過內(nèi)設(shè)擋板與鋼芯內(nèi)縮段的連接使外鋼管參與受力，從而結(jié)構(gòu)位移則由外約束鋼管的剛度和屈服后鋼芯的剛度共同控制，充分利用了外約束鋼管的軸向剛度。
[0013]取材方便:本發(fā)明采用的鋼材來源廣泛，規(guī)格齊全，購買方便。
[0014]傳力明確:鋼芯屈服后，外約束鋼管的軸向剛度作為支撐體系的附加剛度有利于限制結(jié)構(gòu)的層間側(cè)移，實現(xiàn)限位功能。
[0015]本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于建筑物的耗能減震及限位控制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。
[0017]圖2為圖1A-A處剖面圖。
[0018]圖3為圖1B-B處剖面圖。
[0019]附圖標(biāo)記:1-鋼芯、2-外約束套管、3-薄壁型鋼鋼管混凝土、4-T字型鋼板、5-鋼芯與外鋼管之間無粘結(jié)材料、a-屈服工作段長度、b-鋼芯截面局部縮小段長度、C-連接段長度、d-內(nèi)設(shè)T字形擋板長度、e-槽孔端部距離鋼管端部的長度。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步說明，但本發(fā)明并不限于以下實施例，以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。
[0021]如圖1所示，一種鋼管內(nèi)設(shè)擋板式一字形內(nèi)縮式變截面鋼芯防屈曲限位耗能支撐構(gòu)件，由一字形鋼芯(I)和外約束鋼管(2)組成，外約束鋼管截面300 X 300_。所述一字形耗能鋼芯(I)包括非變截面段a、截面局部縮小段b、連接段C。所述一字形耗能鋼芯(I)與外約束鋼管(2)之間形成2個長方形空間放置2個長方形薄壁型鋼鋼管混凝土(3)。所述外約束鋼管(2)是一對對邊開槽另一對邊不做處理的方鋼管，且外約束鋼管(2)的直徑略大于鋼芯(I)非變截面段b寬度約10mm，外約束鋼管(2)、十字形鋼芯(I)及鋼管混凝土(3)之間的縫隙設(shè)置無粘結(jié)材料層(5)。距離外約束鋼管(2) 1/12長度e的端部位置開設(shè)限位槽，開槽長度d為1/6外約束鋼管的長度，同時也是焊接雙角鋼T形擋板(4)的長度。所設(shè)焊接雙角鋼T形擋板(4)腹板由限位槽外側(cè)插入槽孔并且翼緣焊接在外鋼管上。插入槽孔的T形截面擋板縱向兩端分別以60°的坡角內(nèi)縮，由此T形截面的縱向截面為梯形。所述鋼芯(I)為內(nèi)縮式變截面鋼芯，于設(shè)置擋板(4)處兩端以60°的坡角局部縮小截面，由此焊接雙角鋼T形擋板內(nèi)縮截面與一字形鋼芯內(nèi)縮截面相互平行，一字形鋼芯截面徑向內(nèi)縮的長度約為30mm，擋板穿入槽孔至鋼芯截面內(nèi)縮處并留有約5mm的縫隙；一字形鋼芯截面局部縮小段的縱向長度應(yīng)大于焊接T形擋板的縱向長度，考慮包括鋼芯(I)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。防屈曲支撐受力時，鋼芯(I)首先耗能屈服，鋼芯(I)屈服變形受到外鋼管(2)的內(nèi)置擋板限制時，外鋼管(2)與屈服后鋼芯(I)共同參與受力。并且外鋼管(2)剛度較大，加之屈服后鋼芯(I)的剛度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。
[0022]如圖2所示，外約束鋼管(2)是對邊2面開槽的方鋼管，外約束鋼管(2)的邊長略大于鋼芯(I)非變截面段寬度10mm，外約束鋼管(2)和一字形鋼芯(I)之間的縫隙設(shè)置無粘結(jié)材料層(5)。
[0023]如圖3所示，一字形鋼芯截面徑向內(nèi)縮的長度約為30mm，擋板穿入槽孔至鋼芯截面內(nèi)縮處并留有約5mm的縫隙。
[0024]本發(fā)明所述一字形變截面鋼芯防屈曲限位耗能支撐構(gòu)件的工作原理為:
[0025]外部荷載施加到防屈曲支撐，首先鋼芯(I)承受外荷載直至屈服，變形達(dá)到一定程度受到內(nèi)擋板(4)的約束時，外鋼管(2)參與受荷。受壓狀態(tài)下，當(dāng)鋼芯(I)屈服后鋼芯的壓縮變形達(dá)到內(nèi)擋板(4)的極限時，即鋼芯(I)向內(nèi)壓縮接觸到內(nèi)置擋板(4)的端部時，夕卜約束體(2)在鋼芯(I)的作用下貢獻軸向抗壓剛度，作為附加剛度限制結(jié)構(gòu)整體側(cè)移。受拉狀態(tài)下，直到鋼芯(I)屈服的拉伸變形達(dá)到內(nèi)擋板(4)的極限時，即鋼芯(I)向外拉伸接觸到內(nèi)置擋板(4)的端部時，外約束體(2)在鋼芯(I)的作用下貢獻軸向抗拉剛度，作為附加剛度限制結(jié)構(gòu)整體側(cè)移。此時鋼芯(I)和外約束體(2)作為一個整體共同承受外部荷載。此工作狀態(tài)表現(xiàn)在拉壓過程中的往復(fù)工作。
【權(quán)利要求】
1.一種鋼管內(nèi)設(shè)擋板式一字形內(nèi)縮式變截面內(nèi)芯防屈曲耗能限位支撐構(gòu)件，由一字形鋼芯和外約束鋼管組成，一字形鋼芯位于外約束鋼管內(nèi)部，外約束鋼管與一字形鋼芯形成的兩個長方形區(qū)域內(nèi)填充兩個長方形薄壁型鋼鋼管混凝土，其特征在于，所述一字形鋼芯從中間到兩端依次為非變截面段a、截面縮小段b以及連接段C，非變截面段a位于兩截面縮小段b之間，截面縮小段b分別靠近外約束鋼管的兩端。所述外約束鋼管是2面開有限位槽的方鋼管，限位槽對應(yīng)一字形鋼芯截面縮小段b，限位槽處焊接有T形截面擋板，T形截面擋板的翼緣焊接在外約束鋼管的外表面，腹板垂直插入限位槽，一字形鋼芯截面縮小段b兩端以60°坡角縮小，T形截面擋板插入限位槽的腹板與一字形鋼芯的截面縮小段b平行，即兩端同樣具有60°坡角，T形截面擋板的腹板縱向截面為梯形且與一字形鋼芯截面內(nèi)縮處留有空隙。
2.按照權(quán)利要求1的一種鋼管內(nèi)設(shè)擋板式一字形內(nèi)縮式變截面內(nèi)芯防屈曲限位耗能支撐構(gòu)件，其特征在于，外約束鋼管的邊長大于一字形鋼芯非變截面段寬度。
3.按照權(quán)利要求1的一種鋼管內(nèi)設(shè)擋板式一字形內(nèi)縮式變截面內(nèi)芯防屈曲限位耗能支撐構(gòu)件，其特征在于，外約束鋼管、一字形鋼芯及長方形薄壁型鋼鋼管混凝土之間的縫隙設(shè)置無粘結(jié)材料層。
4.按照權(quán)利要求1的一種鋼管內(nèi)設(shè)擋板式一字形內(nèi)縮式變截面內(nèi)芯防屈曲限位耗能支撐構(gòu)件，其特征在于，限位槽位于距離外約束鋼管端部1/12長度的e處，開槽長度d為1/6外約束鋼管的長度，同時也是焊接雙角鋼T形擋板的長度。
5.按照權(quán)利要求1的一種鋼管內(nèi)設(shè)擋板式一字形內(nèi)縮式變截面內(nèi)芯防屈曲限位耗能支撐構(gòu)件，其特征在于，外約束鋼管的形式除了方形截面，還可以是圓形截面。
6.按權(quán)利要求1的一種鋼管內(nèi)設(shè)擋板式一字形內(nèi)縮式變截面內(nèi)芯防屈曲限位耗能支撐構(gòu)件，其特征在于，連接段實際連接到構(gòu)件時，可根據(jù)需要焊接加勁肋板或角鋼增大連接段強度，保證連接段鋼芯雙向穩(wěn)定性。
【文檔編號】E04B1/36GK103726583SQ201310745136
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】馬華, 張芳亮, 張婷婷, 陳藝博, 李振寶 申請人:北京工業(yè)大學(xué)