一種鋼管內設擋板式一字形內縮式變截面內芯防屈曲耗能限位支撐構件的製作方法
2023-09-23 06:41:05 1
一種鋼管內設擋板式一字形內縮式變截面內芯防屈曲耗能限位支撐構件的製作方法
【專利摘要】一種鋼管內設擋板式一字形內縮式變截面內芯防屈曲耗能限位支撐構件，屬於防屈曲耗能限位支撐構件【技術領域】，外約束鋼管與一字形鋼芯形成的兩個長方形區域內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，限位槽對應鋼芯的截面縮小段b，限位槽處焊有T形截面擋板，鋼芯於設置擋板處以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置無粘結材料層。一字形鋼芯截面局部縮小段的縱向長度b應大於焊接T形鋼板的縱向長度d。本發明可廣泛應用於建築物的耗能減震及限位控制。
【專利說明】一種鋼管內設擋板式一字形內縮式變截面內芯防屈曲耗能限位支撐構件
【技術領域】
[0001]本發明屬於防屈曲耗能限位支撐構件【技術領域】，涉及一種工程結構抗震耗能及限位的支撐構件，尤其是一種鋼芯為變截面一字形，外約束鋼管為內設擋板式的防屈曲支撐構件。防屈曲支撐受力時，局部縮小尺寸的鋼芯首先屈服耗能，變形達到一定程度鋼芯被外鋼管內置的擋板約束，由此帶動外鋼管參與後期的限位工作。
【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。防屈曲支撐由支撐鋼芯、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鋼芯受壓時所產生的膨脹變形。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，荷載完全由鋼芯承擔，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，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，我們將著力提出一種應用外鋼管剛度和屈服後鋼芯剛度進行結構位移控制的新型防屈曲支撐。
【發明內容】
[0004]本發明提出一種一字形變截面鋼芯防屈曲限位耗能支撐構件，要解決現有防屈曲支撐沒有位移控制裝置的問題。外約束鋼管採用內設擋板的方形鋼管，鋼芯採用一字形變截面設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]一種鋼管內設擋板式一字形內縮式變截面內芯防屈曲耗能限位支撐構件，由一字形鋼芯和外約束鋼管組成，一字形鋼芯位於外約束鋼管內部，外約束鋼管與一字形鋼芯形成的兩個長方形區域內填充兩個長方形薄壁型鋼鋼管混凝土，其特徵在於，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位於兩截面縮小段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於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置無粘結材料層。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。所述鋼芯為內縮式變截面鋼芯，於設置擋板處以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形雙角鋼擋板內縮截面與一字形鋼芯內縮截面相互平行，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應大於焊接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。
[0008]所述連接段實際連接到構件時，可根據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置擋板限制時，外鋼管與屈服後鋼芯共同參與受力。並且外鋼管剛度較大，加之屈服後鋼芯的剛度能夠有效限制鋼芯屈服後結構整體的側移，達到限位的效果。
[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鋼芯的屈服強度，鋼芯屈服後通過內設擋板與鋼芯內縮段的連接使外鋼管參與受力，從而結構位移則由外約束鋼管的剛度和屈服後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層間側移，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為本發明的結構側視圖。
[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-T字型鋼板、5-鋼芯與外鋼管之間無粘結材料、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-內設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，一種鋼管內設擋板式一字形內縮式變截面鋼芯防屈曲限位耗能支撐構件，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)的直徑略大於鋼芯(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)之間的縫隙設置無粘結材料層(5)。距離外約束鋼管(2) 1/12長度e的端部位置開設限位槽，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。所設焊接雙角鋼T形擋板(4)腹板由限位槽外側插入槽孔並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°的坡角內縮，由此T形截面的縱向截面為梯形。所述鋼芯(I)為內縮式變截面鋼芯，於設置擋板(4)處兩端以60°的坡角局部縮小截面，由此焊接雙角鋼T形擋板內縮截面與一字形鋼芯內縮截面相互平行，一字形鋼芯截面徑向內縮的長度約為30mm，擋板穿入槽孔至鋼芯截面內縮處並留有約5mm的縫隙；一字形鋼芯截面局部縮小段的縱向長度應大於焊接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。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)的內置擋板限制時，外鋼管(2)與屈服後鋼芯(I)共同參與受力。並且外鋼管(2)剛度較大，加之屈服後鋼芯(I)的剛度能夠有效限制鋼芯屈服後結構整體的側移，達到限位的效果。
[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)的邊長略大於鋼芯(I)非變截面段寬度10mm，外約束鋼管(2)和一字形鋼芯(I)之間的縫隙設置無粘結材料層(5)。
[0023]如圖3所示，一字形鋼芯截面徑向內縮的長度約為30mm，擋板穿入槽孔至鋼芯截面內縮處並留有約5mm的縫隙。
[0024]本發明所述一字形變截面鋼芯防屈曲限位耗能支撐構件的工作原理為:
[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，變形達到一定程度受到內擋板(4)的約束時，外鋼管(2)參與受荷。受壓狀態下，當鋼芯(I)屈服後鋼芯的壓縮變形達到內擋板(4)的極限時，即鋼芯(I)向內壓縮接觸到內置擋板(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構整體側移。受拉狀態下，直到鋼芯(I)屈服的拉伸變形達到內擋板(4)的極限時，即鋼芯(I)向外拉伸接觸到內置擋板(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構整體側移。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。此工作狀態表現在拉壓過程中的往復工作。
【權利要求】
1.一種鋼管內設擋板式一字形內縮式變截面內芯防屈曲耗能限位支撐構件，由一字形鋼芯和外約束鋼管組成，一字形鋼芯位於外約束鋼管內部，外約束鋼管與一字形鋼芯形成的兩個長方形區域內填充兩個長方形薄壁型鋼鋼管混凝土，其特徵在於，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位於兩截面縮小段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縮處留有空隙。
2.按照權利要求1的一種鋼管內設擋板式一字形內縮式變截面內芯防屈曲限位耗能支撐構件，其特徵在於，外約束鋼管的邊長大於一字形鋼芯非變截面段寬度。
3.按照權利要求1的一種鋼管內設擋板式一字形內縮式變截面內芯防屈曲限位耗能支撐構件，其特徵在於，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置無粘結材料層。
4.按照權利要求1的一種鋼管內設擋板式一字形內縮式變截面內芯防屈曲限位耗能支撐構件，其特徵在於，限位槽位於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.按照權利要求1的一種鋼管內設擋板式一字形內縮式變截面內芯防屈曲限位耗能支撐構件，其特徵在於，外約束鋼管的形式除了方形截面，還可以是圓形截面。
6.按權利要求1的一種鋼管內設擋板式一字形內縮式變截面內芯防屈曲限位耗能支撐構件，其特徵在於，連接段實際連接到構件時，可根據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 優先權日:2013年12月30日
【發明者】馬華, 張芳亮, 張婷婷, 陳藝博, 李振寶 申請人:北京工業大學