一種全鋼雙核芯板式防屈曲支撐結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種全鋼雙核芯板式防屈曲支撐結(jié)構(gòu)，包括一字型鋼板、兩個C型槽鋼、4個矩形空心鋼管和兩個節(jié)點板，一字型鋼板從中部往兩端部逐漸過渡加寬，一字型鋼板為核芯單元，兩個矩形空心鋼管互相平行與C型槽鋼連接在一起，構(gòu)成約束單元，約束單元套在核芯單元外側(cè)，約束單元與核芯單元之間留有空隙；兩個約束單元在C型槽鋼一側(cè)背對背用綴板鉚接裝配組合形成雙核芯單元，并且中間留有空隙；雙核芯單元每端的空隙間插入有節(jié)點板的一端，并且該端與一字型鋼板固定。本支撐結(jié)構(gòu)，無需混凝土和脫層材料，同時鋼芯可以在設(shè)計控制位移下屈服耗能，不發(fā)生屈曲失穩(wěn)，簡化了制作和施工的難度，增加了靈活度，降低了人工成本。
【專利說明】一種全鋼雙核芯板式防屈曲支撐結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種全鋼雙核芯板式防屈曲支撐結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)中心斜撐構(gòu)架系統(tǒng)在強震中斜撐受壓，極可能在屈服前就產(chǎn)生屈曲失穩(wěn)，使得結(jié)構(gòu)的抗震能力折損。為了解決斜撐受壓屈曲的問題，許多學者經(jīng)過多年的研宄已研制出一種新型的斜撐構(gòu)件，稱為防屈曲支撐(Buckling Restrained Braces，簡稱BRB)。此種受拉與受壓皆會達到屈服的消能構(gòu)件，能改善傳統(tǒng)中心斜撐構(gòu)件在受壓時發(fā)生屈曲的缺點，使改良后的斜撐構(gòu)架具備優(yōu)良的高勁度特性，框架系統(tǒng)的韌性與抗震能力更可顯著地提升。此外，屈服后的鋼材具有能夠大量吸收能量的特性，這使得防屈曲支撐在彈性反應(yīng)時是高勁度的斜撐構(gòu)件，在屈服后更是一種性能優(yōu)越的消能組件，能有效地吸收地震輸入的能量，是一種很有應(yīng)用前景的耗能支撐構(gòu)件。
[0003]一般BRB由核芯構(gòu)件單元和外圍約束單元構(gòu)成。目前最常見的外圍約束型式為鋼管充填混凝土所構(gòu)成。另外，由于希望此構(gòu)件在受拉及受壓時盡可能有相似的力學行為，因此必須在核心與圍束單元間提供一滑動單元(又稱為脫層單元)，避免核心因受力膨脹后與圍束單元間產(chǎn)生握裹或摩擦力而造成軸壓力的大量增加，此滑動單元可由各種橡膠等材料構(gòu)成，稱之為脫層材料(Unbonding Material)。這樣復(fù)雜的構(gòu)造很大程度上阻止了 BRB的生產(chǎn)和應(yīng)用，給標準化設(shè)計和性能評估帶來了困難。
[0004]另外，絕大多數(shù)的防屈曲支撐都是由單一核心斷面及單一鋼管圍束單元所構(gòu)成，且兩端部大多會加勁成十字型，端部也需焊上加勁板構(gòu)成十字型，支撐接合長度較長與螺栓數(shù)量較多，造成焊接及栓接作業(yè)大量增加。為了改善這些缺點，臺灣大學土木工程研宄所蔡克銓與賴俊維教授已研制出以雙核芯斷面及由雙鋼管約束單元所組成的防屈曲消能支撐，雖然在一定程度上改善了端部的問題，但他們所用的約束單元仍選擇鋼管內(nèi)充填混凝土所組成的組件，構(gòu)造仍然比較復(fù)雜。
實用新型內(nèi)容
[0005]針對以上問題，本實用新型公開一種全鋼雙核芯板式防屈曲支撐結(jié)構(gòu)，采用全鋼套管作為約束，套管和核芯板之間預(yù)留空隙，作為芯板的膨脹和變形空間，無需混凝土和脫層材料；同時應(yīng)用雙核芯、C型槽鋼和雙空心鋼套管，簡化了制作和施工的難度，增加了靈活度，降低了人工成本。
[0006]本實用新型所采用的技術(shù)如下:一種全鋼雙核芯板式防屈曲支撐結(jié)構(gòu)，包括一字型鋼板(I)、兩個C型槽鋼(2)、4個矩形空心鋼管(3)和兩個節(jié)點板(4);一字型鋼板從中部往兩端部逐漸過渡加寬，一字型鋼板(I)為核芯單元，兩個矩形空心鋼管(3)互相平行與C型槽鋼(2)連接在一起，構(gòu)成約束單元，約束單元套在核芯單元外側(cè)，約束單元與核芯單元之間留有空隙；兩個約束單元在C型槽鋼(2) —側(cè)背對背用綴板鉚接裝配組合形成雙核芯單元，并且中間留有空隙；雙核芯單元每端的空隙間插入有節(jié)點板(4)的一端，并且該端與一字型鋼板(I)固定。
[0007]本實用新型還具有如下技術(shù)特征:所述的一字型鋼板的一側(cè)的兩端分別垂直連接有加強肋。
[0008]本實用新型的有益效果和優(yōu)點:
[0009]本實用新型采用全鋼雙核芯板式防屈曲支撐結(jié)構(gòu)，以全鋼套管作為約束，在套管和核芯板之間為芯板膨脹預(yù)留空隙，無需混凝土和脫層材料，同時鋼芯可以在設(shè)計控制位移下屈服耗能，不發(fā)生屈曲失穩(wěn)。鋼芯約束屈服段的截面尺寸根據(jù)芯材的屈服強度和規(guī)范的相關(guān)規(guī)定確定的軸力設(shè)計，保證鋼芯順暢的伸縮變形，獲得優(yōu)秀的滯回耗能性能，簡化了制作和施工的難度，增加了靈活度，降低了人工成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1防屈曲支撐核芯鋼板結(jié)構(gòu)圖；
[0011]圖2防屈曲支撐局部裝配圖；
[0012]圖3防屈曲支撐約束屈服段A-A截面圖；
[0013]圖4防屈曲支撐非約束屈服段B-B截面圖；
[0014]圖5防屈曲支撐節(jié)點板結(jié)構(gòu)圖；
[0015]圖6防屈曲支撐節(jié)點板C-C截面圖；
[0016]圖7防屈曲支撐整體裝配圖；
[0017]圖8構(gòu)件擬靜力實驗結(jié)果圖。

【具體實施方式】
[0018]下面根據(jù)附圖舉例進一步說明:
[0019]實施例1
[0020]如圖1-7所示，一種全鋼雙核芯板式防屈曲支撐結(jié)構(gòu)，包括一字型鋼板1、兩個C型槽鋼2、4個矩形空心鋼管3和兩個節(jié)點板4 ;一字型鋼板從中部往兩端部逐漸過渡加寬，一字型鋼板I為核芯單元，兩個矩形空心鋼管3互相平行與C型槽鋼2焊接在一起，構(gòu)成約束單元，約束單元套在核芯單元外側(cè)，約束單元與核芯單元之間留有空隙1.5mm，使核芯單元在受力膨脹和變形時有空間；兩個約束單元在C型槽鋼2 —側(cè)背對背用綴板鉚接裝配組合形成雙核芯單元，并且中間留有空隙16mm;雙核芯單元每端的空隙間插入有節(jié)點板4的一端，并且該端與一字型鋼板I固定，節(jié)點板4的另外一端鉚接在柱和梁上。所述的一字型鋼板的一側(cè)的兩端分別垂直焊接有加強肋5，槽鋼和矩形鋼管焊接形成的空間即為約束單元，核芯單元受壓時的屈曲被它們所約束，保證充分利用鋼材的受壓能力。
[0021 ] 一字型鋼板I為受力單元，由約束屈服段(工作段)，約束非屈服段(過渡段)，非約束非屈服段(連接段)三段構(gòu)成；約束非屈服段和非約束非屈服段上焊接有階梯型變截面加勁肋，保證不在此段屈服，也保證應(yīng)力不發(fā)生突變，同時階梯型的加勁肋也為套管上下滑動提供了約束，為避免套管與芯材間滑動，中間可適當加以點焊；一字型鋼板端部加寬，并留有鉚接螺孔，過渡段采用階梯狀漸進式，避免應(yīng)力突變；為防止過渡段失穩(wěn)破壞，其平面外方向焊接加勁肋以增強側(cè)向支撐；一字型鋼板材料建議選用低屈服點鋼或普通Q235鋼，矩形鋼管選用40X25X3型號，C型槽鋼選用#12輕型槽鋼。
[0022]實施例2
[0023]本實用新型的鋼芯可以在設(shè)計控制位移下屈服耗能，不發(fā)生屈曲失穩(wěn)。鋼芯約束屈服段的截面尺寸根據(jù)芯材的屈服強度和規(guī)范的相關(guān)規(guī)定確定的軸力設(shè)計，保證鋼芯順暢的伸縮變形，獲得優(yōu)秀的滯回耗能性能。例如，若設(shè)計支撐的承載力為400kN，支撐與水平梁傾角約為50度，取核芯鋼板截面為72mm 12mm，單核芯支撐的設(shè)計屈服力參照AISC340-10為:
[0024](I)Pysc= FyscAsc= 215MpaX72mmX 12mm = 185.8kN
[0025]調(diào)整后的受拉承載力為
[0026](2) Ty= R yPysc= 1.25 X 185.8 = 232.2kN
[0027](3) Tmax= ω FyscAsc= wTy= 1.1X232.2 = 255.4kN
[0028]調(diào)整后的受壓承載力為
[0029](4) Pmax= β Tniax= 1.1X255.4 = 281.0kN
[0030]雙核芯需水平方向的水平推力為
[0031](5)2Pmaxcos 50° = 2X281.0Xcos 50° = 361.2kN < 400KN
[0032]滿足試驗室設(shè)備的加載能力和設(shè)計預(yù)期。
[0033]這里演示的計算中，F(xiàn)ys。指Q235鋼材的屈服強度設(shè)計值，P ys。指核芯鋼板軸向屈服強度，As。指核芯鋼板截面積，β為抗壓強度調(diào)整系數(shù)，ω為應(yīng)變硬化調(diào)整系數(shù)，Ry為材料超強系數(shù)。
[0034]經(jīng)擬靜力及疲勞試驗研宄結(jié)果顯示(如圖8所示)，所設(shè)計防屈曲支撐具備優(yōu)良的滯回耗能與抗疲勞性能，可在各種建筑和土木工程中使用，既可增加結(jié)構(gòu)剛度，提高建筑物的功能性，又可在設(shè)防烈度、罕遇烈度乃至超大規(guī)模地震下通過自身的屈服耗能來保護主體結(jié)構(gòu)。同時若經(jīng)大震損壞還可更換，且不影響結(jié)構(gòu)的正常使用，可使主體結(jié)構(gòu)快速回復(fù)實用功能。
[0035]實施例3
[0036]為了測試上述構(gòu)件的抗側(cè)力性能，對構(gòu)件樣品進行擬靜力實驗，其中一個構(gòu)件拆開成兩個單核芯，另一個為雙核芯，共三個實驗。測試結(jié)果如圖8所示，圖8中(a)為#1號單核芯試件擬靜力加載的軸力-變形曲線，(b)為#2號單核芯試件擬靜力加載的軸力-變形滯回曲線，(c)為#2號單核芯試件在1.1倍屈服強度下的低周疲勞軸力-變形滯回曲線，(d)為#3號雙核芯試件軸力-變形滯回曲線。從圖中可以看出，#1號沒有#2號構(gòu)件平滑，且有少許捏攏效應(yīng)，這是因為圍束鋼管和槽鋼間焊縫不夠長，使核芯構(gòu)件發(fā)生了屈曲。#2號和#3號構(gòu)件做了改進，增加了焊縫，保證了約束力，所以#2號和#3號構(gòu)件的曲線更加飽滿和平滑。這間接證明了本實用新型理論和制作的合理性，即，只要保證圍束力，核芯鋼板就能充分發(fā)揮穩(wěn)定的耗能作用。但所有實驗表明:防屈曲支撐拉壓力基本對稱，達到或超過設(shè)計承載力的400kN ;滯回曲線飽滿，具有高達18.8%的阻尼比，能充分消耗地震作用的能量；屈服剛度比約為10%，符合鋼材的剛度硬化性質(zhì)；1.1倍屈服力水平偏勞實驗100圈，承載力近降低不超過6 %，可以耐受較多較長余震的作用，所設(shè)計防屈曲支撐三個試件均體現(xiàn)穩(wěn)定的性能。所設(shè)計使用新型防屈曲支撐構(gòu)件還可以改變結(jié)構(gòu)體系的傳力規(guī)律，緩解其它抗側(cè)力構(gòu)件所承擔的地震剪力；在地震發(fā)生時，還可將大量非彈性變性吸納于防屈曲支撐套管內(nèi)部，是主體結(jié)構(gòu)處于彈性、準彈性狀態(tài)，消能減震效果優(yōu)異。
【權(quán)利要求】
1.一種全鋼雙核芯板式防屈曲支撐結(jié)構(gòu)，包括一字型鋼板(I)、兩個C型槽鋼(2)、4個矩形空心鋼管(3)和兩個節(jié)點板(4);其特征在于，一字型鋼板從中部往兩端部逐漸過渡加寬，一字型鋼板(I)為核芯單元，兩個矩形空心鋼管(3)互相平行與C型槽鋼(2)連接在一起，構(gòu)成約束單元，約束單元套在核芯單元外側(cè)，約束單元與核芯單元之間留有空隙；兩個約束單元在C型槽鋼(2) —側(cè)背對背用綴板鉚接裝配組合形成雙核芯單元，并且中間留有空隙；雙核芯單元每端的空隙間插入有節(jié)點板(4)的一端，并且該端與一字型鋼板(I)固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全鋼雙核芯板式防屈曲支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的一字型鋼板的一側(cè)的兩端分別垂直連接有加強肋(5)。
【文檔編號】E04B1/98GK204199472SQ201420683763
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月14日
【發(fā)明者】王玉梅 申請人:王玉梅