一種端部具有雙向螺旋型誘導單元的屈曲誘導支撐的製作方法

2023-06-20 23:40:06

本發明屬於建築結構技術領域，特別是涉及一種端部具有雙向螺旋型誘導單元的屈曲誘導支撐，適用於帶屈曲約束支撐的鋼結構或者混凝土結構。

背景技術：

在鋼結構或者鋼筋混凝土結構使用過程中，普通支撐受壓會產生屈曲現象，當支撐受壓屈曲後，剛度和承載力急劇降低。在地震或風的作用下，支撐的內力在受壓和受拉兩種狀態下往復變化。當支撐由壓曲狀態逐漸變至受拉狀態時，支撐的內力以及剛度接近為零。因而普通支撐在反覆荷載作用下滯回性能較差。為解決普通支撐受壓屈曲以及滯回性能差的問題，在支撐外部設置套管，約束支撐的受壓屈曲，構成屈曲約束支撐僅芯板與其他構件連接，所受的荷載全部由芯板承擔，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，屈曲約束支撐的滯回性能優良。屈曲約束支撐一方面可以避免普通支撐拉壓承載力差異顯著的缺陷，另一方面具有金屬阻尼器的耗能能力，可以在結構中充當「保險絲」，使得主體結構基本處於彈性範圍內。因此，屈曲約束支撐的應用，可以全面提高傳統的支撐框架在中震和大震下的抗震性能。但是傳統屈曲約束支撐通常採用鋼與混凝土組成的外圍約束，導致製作要求精度高，自重大且施工難度大，對核心單元本身存在較大附加荷載，使其推廣和使用範圍受到很大限制。

申請人在2016年6月1日提出了一種端部具有雙向金字塔型耗能單元的屈曲控制支撐（申請號為201610380805.2）和一種端部具有交錯金字塔型耗能單元的屈曲控制支撐（申請號為201610384216.1）的基本耗能單元是金字塔型，金字塔型耗能單元是非剛性可展；所以屈曲控制支撐按高階屈曲模態耗能的難度較大。申請人在2016年6月1日提出了一種端部具有對稱初始缺陷單元的耗能型屈曲約束支撐（申請號為201610383430.5）和一種端部具有鑽石型耗能單元的屈曲控制支撐（申請號為201610380804.8）的幾何構型是固定的，設計靈活性小。且上述支撐中耗能單元在摺痕處的構造、板厚等和非摺痕處一致，不利於在摺痕處產生塑性鉸。

技術實現要素：

發明目的：由於現有屈曲約束支撐有芯板、外套筒和填充材料等構成，製作工藝複雜，且與屈曲約束支撐相連接的構件或節點受力較大；為了克服現有技術存在的問題，本發明將引入雙向螺旋型誘導單元到傳統的普通支撐上，形成一種端部具有雙向螺旋型誘導單元的屈曲誘導支撐，是工程結構中選用屈曲約束支撐時的優先選擇。

技術方案：為實現上述目的，本發明採用的技術方案為：

一種端部具有雙向螺旋型誘導單元的屈曲誘導支撐，包括約束段和耗能段，其特徵在於：還包括一支撐平直段，所述耗能段設置在所述支撐平直段兩端，在所述耗能段的另一端設置所述的約束段，耗能段由至少一個雙向螺旋型誘導單元沿著支撐的軸線方向組成；所述的雙向螺旋型誘導單元是由m個雙向螺旋型子單元沿環向依次排列形成一個截面為正m多邊形的空間體，所述正多邊形的邊數m為大於等於3的整數；所述雙向螺旋型子單元為由四塊三角形板兩兩共線摺疊形成的空間體，四塊三角形板分別為三角形板一、三角形板二、三角形板三和三角形板四，三角形板一和三角形板二在平面內為平行四邊形，三角形板三和三角形板四在平面內也為平行四邊形，三角形板一和三角形板二形成的平行四邊形與三角形板三和三角形板四形成的平行四邊形的夾角為鈍角；三角形板一和三角形板二的公共邊為第一公共邊，三角形板二和三角形板三的公共邊為第二公共邊，三角形板三和三角形板四的公共邊為第三公共邊，其中第二公共邊為峰線，第一公共邊和第三公共邊為谷線；三角形板沿著峰線向外摺疊，沿著谷線向內摺疊，所述向外摺疊是指相鄰的三角形板的外法線之間的夾角變大，向內摺疊是指相鄰的三角形板的外法線之間的夾角變小。

所述端部約束段由正多邊形鋼板、T型短鋼梁和連接板組成，正多邊形鋼板焊接在耗能段端部，兩根T型短鋼梁與正多邊形鋼板焊接連接，連接板夾在兩根T型短鋼梁中間，連接板與T型短鋼梁用高強螺栓連接，所述的鋼板的邊數大於等於3。

所述支撐平直段由截面為正多邊形的鋼管和正多邊形鋼板組成，正多邊形鋼板焊接在正多邊形截面的鋼管的端部，耗能段與正多邊形鋼板焊接連接，所述鋼管截面的邊數也為大於等於3。

所述的耗能段在所有摺痕處開孔洞，所述的孔洞直徑為d，d等於板塊厚度；孔洞之間的距離是相等的，所述的距離等於5倍孔洞直徑。

有益效果：

本發明一種端部具有雙向螺旋型誘導單元的屈曲誘導支撐，由端部約束段、耗能段和支撐平直段構成。支撐中採用雙向螺旋型誘導單元，具有更多明顯的優點：一、雙向螺旋型誘導單元的扭轉剛度很小，導致支撐極易發生扭轉運動，從而避免支撐過早的發生整體失穩。二、扭轉運動將導致環向螺旋型誘導單元的摺痕發生屈服，從而產生塑性變形來耗能，使支撐具有良好的耗能能力和軸向承載能力。三、雙向螺旋型誘導單元沿軸向分別發生順時針和逆時針的扭轉，但保證了雙向螺旋型誘導單元端部截面始終沒有相對旋轉，從而使支撐受力更加合理。四、雙向螺旋型誘導單元通過預先設置的由谷線和峰線形成的摺痕，同時在摺痕處開孔洞，更加容易誘導支撐在地震作用下，只會沿著支撐的軸向方向變形，發生預設的高階模態屈服，同時能夠在摺痕處能發生較大的應變從而形成塑性鉸線，達到耗散地震能量的目的。五、與屈曲誘導段相結合的支撐平直段，可以保證支撐所需的軸向剛度。通過改變支撐平直段的長度與屈曲誘導段中雙向螺旋型誘導單元的個數，可以調整本支撐的軸向剛度與耗能能力的關係。本發明在製作工藝上避免了在核心耗能構件外部加套筒、在套筒與核心耗能構件之間灌漿等過程，簡化了加工製作過程，減小了工程造價。而且本發明能夠在工廠加工，到現場只需要用螺栓與梁柱等構件的預埋件連接，既保證了構件質量，又減小了現場的溼作業工作量，節能環保。端部具有雙向螺旋型誘導單元的屈曲誘導支撐既具有一般屈曲約束支撐的布置靈活，良好的耗能性能等優點，又可以控制支撐的屈曲形式，防止構件過早發生整體屈曲，同時可以避免在核心耗能構件外部加上套筒以及灌漿等過程，有效的簡化加工工序，具有良好的推廣效益。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為端部約束段示意圖；

圖3為屈曲段示意圖；

圖4為支撐平直段示意圖；

圖5為方形鋼板示意圖；

圖6為T型短鋼梁示意圖；

圖7為連接板示意圖；

圖8為雙向螺旋型誘導單元示意圖；

圖9為雙向螺旋型子單元示意圖；

圖10為雙向螺旋型子單元平面示意圖；

圖11為摺痕處孔洞平面示意圖；

圖12為圖11中A-A剖面圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。

圖1為端部具有雙向螺旋型誘導單元的屈曲誘導支撐的結構示意圖，由端部約束段1、耗能段2和支撐平直段3組成，端部約束段1固定在梁柱節點與耗能段2之間，耗能段2固定在支撐平直段3兩端。

如圖2所示，端部約束段1由方形鋼板4、T型短鋼梁5和梁柱等構件預留的連接板6組成，方形鋼板4焊接在耗能段2端部，兩根T型短鋼梁5與方形鋼板4焊接連接，方形鋼板4和T型短鋼梁5分別見圖5、6所示。連接板6夾在兩根T型短鋼梁5中間，連接板6與T型短鋼梁5用高強螺栓連接，其中連接板6見圖7所示。

圖3中，耗能段2由四個雙向螺旋型誘導單元7沿著支撐的軸線方向組成。如圖8所示，雙向螺旋型誘導單元7由六個相同的雙向螺旋型子單元8沿環向依次排列形成一個截面為六邊形的空間體。如圖9、圖10所示，雙向螺旋型子單元8由四塊三角形板兩兩共線組成，分別為三角形板一9、三角形板二10、三角形板三11和三角形板四12，他們之間的公共邊分別為第一公共邊13、第二公共邊14和第三公共邊15，其中第二公共邊13為峰線，第一公共邊13和第三公共邊15為谷線。三角形板沿著峰線向外摺疊，沿著谷線向內摺疊，所述向外摺疊是指相鄰的三角形板的外法線之間的夾角變大，向內摺疊是指相鄰的三角形板的外法線之間的夾角變小。

如圖4所示，支撐平直段3由方形截面的鋼支撐16和方形鋼板4組成，方形鋼板4焊接在方形截面的鋼支撐16的端部，耗能段2與方形鋼板4焊接連接。

如圖11、圖12所示，耗能段2中摺痕處等距離開孔洞，孔洞直徑為板塊的厚度d，孔洞之間的距離為5d。