一種槽鋼開槽式十字形變截面鋼芯防屈曲限位耗能支撐構件的製作方法

2023-09-23 06:46:50

一種槽鋼開槽式十字形變截面鋼芯防屈曲限位耗能支撐構件的製作方法
【專利摘要】一種槽鋼開槽式十字形變截面鋼芯防屈曲限位耗能支撐構件，屬於防屈曲限位耗能支撐構件【技術領域】。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，截面局部變大段b分別靠近外約束鋼管的兩端，外約束鋼管由兩個開槽的槽鋼對焊而成，外約束鋼管在對應的十字形鋼芯截面局部變大段b的四個翅處開設有限位槽，限位槽的長度稍大於截面局部變大段b的長度，截面局部變大段b的四個翅通過限位槽伸出外約束鋼管外，十字形鋼芯截面於限位槽處以60°坡角局部增大截面，直至穿出外約束鋼管限位槽。鋼芯屈服變形後的變形達到限位槽的極限時，屈服後鋼芯與外鋼管共同提供軸向剛度，限制結構整體側移，充分利用了外約束鋼管的軸向剛度。
【專利說明】一種槽鋼開槽式十字形變截面鋼芯防屈曲限位耗能支撐構件
【技術領域】
[0001]本發明屬於防屈曲限位耗能支撐構件【技術領域】，涉及一種新型的工程結構抗震耗能及限位的支撐構件，尤其是一種內置鋼芯為變截面十字形，外約束鋼管為開槽式對焊槽鋼的防屈曲耗能支撐構件。受荷前期變截面鋼芯(I)耗能屈服，變形量達到限位槽(4)的約束點時，外約束鋼管(2)與屈服後鋼芯(I)共同提供軸向剛度，約束結構整體變形，實現限制位移的功能。
【背景技術】
[0002]屈曲約束支撐又稱防屈曲支撐或BRB (Buckling restrained brace),產品技術最早發展於1973年的日本，當時的一批日本學者成功研發了最早的牆板式防屈曲耗能支撐，並對其進行了加入不同無粘結材料的拉壓試驗；1994年北嶺地震後，美國也開始對放屈曲支撐體系進行相應的設計研究和大比例試驗，同時結合理論計算分析了該支撐體系較其他支撐體系的優點。防屈曲支撐由支撐內芯、外圍約束構件組成，可為框架或排架結構提供很大的抗側剛度和承載力，採用支撐的結構體系在建築結構中應用十分廣泛。兩者之間通常設置有無粘結材料或適當的間隙以釋放支撐內芯受壓時所產生的膨脹變形。外套筒和填充材料僅約束芯板受壓屈曲，使芯板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良。
[0003]傳統的防屈曲支撐構件具有以下特點，僅鋼芯與結構構件相連，荷載完全由內芯板承擔，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。即僅考慮芯板一個耗能核心，不考慮外約束套筒的軸向剛度貢獻。目前研究開發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。鑑於此，我們準備設計一種可以在鋼芯耗能屈服後，利用外約束鋼管的軸向剛度限制結構整體側移的一種新型的防屈曲支撐構件。

【發明內容】

[0004]本發明在現有防屈曲支撐基礎上，提出一種槽鋼開槽式十字形變截面防屈曲限位耗能支撐構件，是針對現有防屈曲支撐只依靠鋼芯屈服耗能，而沒有位移控制裝置的功能上的改進。外約束鋼管採用開槽式對焊槽鋼形成的方形鋼管，鋼芯採用十字形鋼變截面設計與外約束鋼管的限位槽相嵌合，從而便於在鋼芯屈服後利用外約束鋼管的軸向剛度達到限位的目標。
[0005]為實現上述目的，本發明採用如下技術方案:
[0006]一種槽鋼開槽式十字形變截面鋼芯防屈曲限位耗能支撐構件，包括十字形鋼芯和外約束鋼管，十字形鋼芯位於外約束鋼管內部，外約束鋼管與十字形鋼芯形成的四個長方形區域內填充四個正方形薄壁型鋼鋼管混凝土，其特徵在於，所述十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位於兩截面局部變大段b之間，截面局部變大段b分別靠近外約束鋼管的兩端，十字形鋼芯的四個翅通過限位槽伸出外約束鋼管外，約束鋼管在對應的十字形鋼芯截面局部變大段b的四個翅處開設有限位槽，限位槽的長度稍大於截面局部變大段b的長度，截面局部變大段b的四個翅處以60°坡角局部增大截面，直至截面穿出外約束鋼管限位槽約30mm，所述外約束鋼管由兩個開槽的槽鋼對焊形成方形截面，槽鋼對接焊縫見；槽鋼腰部長度為腿部長度的2倍，且外約束鋼管的寬度大於十字形鋼芯屈服工作段翼緣寬度，小於十字形鋼芯截面變大處的翼緣寬度，外約束鋼管、十字形鋼芯及正方形薄壁型鋼鋼管混凝土之間的縫隙設置無粘結材料。所述外約束鋼管的槽鋼腰部中間開槽，縱向開槽位置與鋼芯變截面區域一致，限位槽距離外約束鋼管端部的長度d為鋼管長度的1/12，限位槽長度e為外鋼管總長度的1/6。兩槽鋼腿部對焊時要求局部焊接，與腰部限位槽相同位置的腿部局部不焊接作綴板為此對邊內的限位槽。
[0007]所述十字形鋼芯截面於外鋼管限位槽處以60°坡角局部增大截面，直至截面穿出外鋼管限位槽，保證受拉時鋼芯與外鋼管連接安全，防止滑脫並利用外鋼管的軸向剛度限制結構側移。
[0008]所述外約束鋼管由兩個開槽的槽鋼對焊形成方形截面，且外約束鋼管的寬度大於十字形鋼芯屈服工作段翼緣寬度，小於十字形鋼芯截面變大處的翼緣寬度。
[0009]所述外約束鋼管的槽鋼腰部中間開槽，縱向開槽位置與鋼芯變截面區域一致，限位槽距離外鋼管端部的長度d為鋼管長度的1/12，限位槽長度e為外鋼管總長度的1/6。
[0010]所述限位槽開槽長度與鋼芯截面變大長度的距離差，考慮包括鋼芯屈服時的受拉、受壓變形和設計此消能限位體系的控制位移量，根據結構抗震設計規範中彈塑性層間位移角的限制要求規定其最大距離差。
[0011]根據以上技術方案，與現有技術相比本發明具有以下特點和有益效果。
[0012]性能優越:本發明的耗能能力為十字形鋼芯的耗能能力，但鋼芯屈服變形後的變形達到限位槽的極限時，屈服後鋼芯與外鋼管共同提供軸向剛度，限制結構整體側移，由此充分利用了外約束鋼管的軸向剛度。
[0013]取材方便:本發明採用的鋼材來源廣泛，規格齊全，購買方便。
[0014]傳力明確:鋼芯屈服後，外約束鋼管的軸向剛度作為支撐體系的附加剛度有利於限制結構的側移，實現限位功能。
[0015]本發明可廣泛應用於建築物的耗能減震及限位控制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發明的結構主視圖和左視圖。
[0017]圖2為圖1A-A處剖面圖。
[0018]圖3為圖1B-B處剖面圖。
[0019]附圖標記:1_鋼芯、2-外約束套管、3-薄壁型鋼鋼管混凝土、4-鋼管端部限位槽、5-內芯與槽鋼管之間填充無粘結材料、6-槽鋼對接焊縫、a-連接段長度、b-截面局部變大段長度、C-屈服工作段長度、d-限位槽距離鋼管端部的距離、e-限位槽的長度。
【具體實施方式】[0020]下面結合實施例對本發明做進一步說明，但本發明並不限於以下實施例，以權利要求書為準。
[0021]如圖1所示，一種槽鋼開槽式十字形變截面鋼芯防屈曲限位耗能支撐構件。包括十字形鋼芯(I)和外約束鋼管(2)。所述十字形鋼芯(I)包括連接段a、截面局部變大段b以及屈服工作段C。所述十字形鋼芯(I)截面於外鋼管限位槽(4)處以60°坡角局部增大截面，直至截面穿出外鋼管限位槽約30mm。所述耗能鋼芯(I)和外約束鋼管(2)之間形成的4個正方形區域填充4個正方形薄壁型鋼鋼管混凝土。所述外約束鋼管(2)由兩個開槽的槽鋼對焊形成方形截面，槽鋼腰部長度為腿部長度的2倍，且外約束鋼管(2)的寬度大於十字形鋼芯屈服工作段翼緣寬度約10mm，小於十字形鋼芯截面變大處的翼緣寬度約30mm，外約束鋼管(2)和工作段鋼芯(I)之間的縫隙設置無粘結材料(5)。所述外約束鋼管2的槽鋼腰部中間開槽，縱向開槽位置與鋼芯(I)變截面區域一致，限位槽距離外鋼管端部的長度d為鋼管長度的1/12，限位槽長度e為外鋼管總長度的1/6。兩槽鋼腿部對焊時在要求局部焊接，與腰部限位槽相同位置的腿部局部不焊綴板作為此對邊內的限位槽。開槽長度與鋼芯截面變大長度的距離差，考慮包括鋼芯(I)屈服時的受拉、受壓變形和設計此消能限位體系的控制位移量，根據結構抗震設計規範中彈塑性層間位移角的限制要求規定其最大距離差。
[0022]所述十字形鋼芯的可以是焊接十字形，也可為內錯角鋼十字形。
[0023]如圖2所示，外約束鋼管(2)由兩個開槽的槽鋼對焊形成方形截面，兩槽鋼腳部對齊焊接時，注意留出十字形鋼芯截面變大段對應限位槽的一段距離不焊。十字形鋼芯(I)變截面處由限位槽處穿出外約束鋼管(2)約30mm。
[0024]如圖3所示，外約束鋼管(2)的寬度大於十字形鋼芯屈服工作段翼緣寬度約10mm，小於十字形鋼芯截面變大處的翼緣寬度約30mm。外約束鋼管(2)和工作段鋼芯(I)之間的縫隙以設置無粘結材料層(5 )。
[0025]本發明所述變截面防屈曲限位耗能支撐構件:外部荷載施加到防屈曲支撐，首先十字形鋼芯承受外荷載直至屈服。受壓狀態下，當鋼芯屈服後鋼芯的壓縮變形達到受壓限位槽的極限時，即鋼芯截面放大處向內壓縮接觸到限位槽的端部時，外約束鋼管在鋼芯的作用下貢獻軸向抗壓剛度，控制結構整體位移。受拉狀態下，當鋼芯屈服後鋼芯的拉伸變形達到受拉限位槽的極限時，即鋼芯截面放大處向外拉伸接觸到限位槽的端部時，外約束鋼管在鋼芯的作用下貢獻軸向抗拉剛度，控制結構整體位移。此時鋼芯和外約束鋼管作為一個整體共同承受外部荷載。此工作狀態表現在拉壓過程中的往復工作。
【權利要求】
1.一種槽鋼開槽式十字形變截面鋼芯防屈曲限位耗能支撐構件，包括十字形鋼芯和外約束鋼管，十字形鋼芯位於外約束鋼管內部，外約束鋼管與十字形鋼芯形成的田字形區域內填充四個正方形薄壁型鋼鋼管混凝土，其特徵在於，所述十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位於兩截面局部變大段b之間，截面局部變大段b分別靠近外約束鋼管的兩端。所述外約束鋼管由兩個開槽的槽鋼對焊形成方形截面，外約束鋼管在對應的十字形鋼芯截面局部變大段b的四個翅處開設有限位槽，限位槽的長度稍大於截面局部變大段b的長度，截面局部變大段b的四個翅通過限位槽伸出外約束鋼管外，十字形鋼芯截面於限位槽處以60°坡角局部增大截面，直至截面穿出外約束鋼管限位槽。
2.按照權利要求1的一種槽鋼開槽式十字形變截面鋼芯防屈曲限位耗能支撐構件，其特徵在於，槽鋼腰部長度為腿部長度的2倍。
3.按照權利要求1的一種槽鋼開槽式十字形變截面鋼芯防屈曲限位耗能支撐構件，其特徵在於，外約束鋼管的寬度大於十字形鋼芯屈服工作段翼緣寬度，小於十字形鋼芯截面變大處的翼緣寬度。
4.按照權利要求1的一種槽鋼開槽式十字形變截面鋼芯防屈曲限位耗能支撐構件，其特徵在於，外約束鋼管、十字形鋼芯及正方形薄壁型鋼鋼管混凝土之間的縫隙設置無粘結材料。
5.按照權利要求1的一種槽鋼開槽式十字形變截面鋼芯防屈曲限位耗能支撐構件，其特徵在於，限位槽距離外約束鋼管端部的長度d為鋼管總長度的1/12，限位槽長度e為外鋼管總長度的1/6。
6.按照權利要求1的一種槽鋼開槽式十字形變截面鋼芯防屈曲限位耗能支撐構件，其特徵在於，十字形鋼芯可為焊接十字形或內錯角鋼十字形截面。
7.按照權利要求1的一種槽鋼開槽式十字形變截面鋼芯防屈曲限位耗能支撐構件，其特徵在於，兩槽鋼腿部對焊時要求局部焊接，與腰部限位槽相同位置的腿部局部不焊接作綴板為此對邊內的限位槽。
【文檔編號】E04B1/98GK103711223SQ201310745361
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月30日 優先權日:2013年12月30日
【發明者】李振寶, 張芳亮, 邵運達, 陳磊, 馬華 申請人:北京工業大學