一種端部具有混合凹陷型誘導單元的屈曲誘導支撐的製作方法

2023-04-29 18:43:26 1

本發明屬於建築結構技術領域，特別是涉及一種端部具有混合凹陷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：

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術存在的不足，而提供一種端部具有混合凹陷型誘導單元的耗能型屈曲誘導支撐。該誘導單元可以誘導支撐發生高階模態屈服，避免支撐過早發生整體屈曲，且混合凹陷型誘導單元具有較多的摺痕，能充分發揮單元的塑性性能，同時與此單元相連接的平直段又能保證支撐的軸向剛度，具有良好的承載能力。

技術方案：為實現上述目的，本發明採用的技術方案為：

一種端部具有混合凹陷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，耗能段由至少一個混合凹陷型誘導單元沿著支撐的軸線方向組成，所述的混合凹陷型誘導單元是由m個混合凹陷型子單元沿環向依次排列形成一個截面為正多邊形的空間體，所述正多邊形的邊數m為大於等於3的整數；混合凹陷型子單元為由位於同一平面的兩塊梯形板和八塊三角形板摺疊形成的空間體，按照逆時針分別為三角形板一、三角形板二、三角形板三、梯形板一、三角形板四、三角形板五、三角形板六、三角形板七、梯形板二和三角形板八，其中三角形板一和三角板八的公共邊、三角形板二和三角板三的公共邊、三角板三和三角板八的公共邊、三角形板六和三角板七的公共邊、三角形板四和三角形板五的公共邊、三角形板四和三角形板七的公共邊為峰線，三角形板一和三角形板二的公共邊、三角形板三和梯形板一的公共邊、梯形板一和三角形板四的公共邊、三角形板五和三角形板六的公共邊、三角形板七和梯形板二的公共邊、梯形板二和三角形板八的公共邊、梯形板一和梯形板二的公共邊為谷線；相鄰的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板的外法線之間的夾角變大，向內摺疊是指相鄰的板的外法線之間的夾角變小。

每個所述混合凹陷型子單元中的三角形板六與相鄰混合凹陷型子單元的三角形板一在同一平面內且三角形板六的自由邊和三角形板一的自由邊重合，混合凹陷型子單元中的的三角形板五與相鄰混合凹陷型子單元的三角形板二在同一平面內且三角形板五的自由邊和三角形板二自由邊重合。

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混合凹陷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。支撐中採用混合凹陷型誘導單元，具有更多明顯的優點：一、屈曲誘導段中的每個混合凹陷型誘導單元，具有摺痕數量較多，所以耗散的能量也較大。二、混合凹陷型子單元中部的四個頂點均有四條摺痕相連，容易在頂點處產生塑性區域，並隨著外荷載的增大，塑性區域不斷擴大，形成局部屈曲耗能，從而限制支撐的整體失穩。三、該誘導單元通過預先設置的由峰線和谷線形成的摺痕，同時在所有摺痕上開洞口，更加容易誘導支撐在地震作用下發生預設的高階模態屈曲，同時使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。四、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混合凹陷型誘導單元的個數，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。端部具有混合凹陷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，又可以通過預先設置的摺痕，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為六邊形鋼板示意圖；

圖6為T型短鋼梁示意圖；

圖7為連接板示意圖；

圖8為混合凹陷型誘導單元示意圖；

圖9為混合凹陷型子單元示意圖；

圖10為混合凹陷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為端部具有混合凹陷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由六邊形鋼板4、T型短鋼梁5和梁柱等構件預留的連接板6組成，六邊形鋼板4焊接在耗能段2端部，兩根T型短鋼梁5與六邊形鋼板4焊接連接，六邊形鋼板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由八個混合凹陷型誘導單元7沿著支撐的軸線方向組成。如圖8所示，混合凹陷型誘導單元7由六個相同的混合凹陷型子單元8沿環向依次排列形成一個截面為六邊形的空間體，其中每個混合凹陷型子單元8中的三角形板六15與相鄰混合凹陷型子單元8的三角形板一9在同一平面內且三角形板六的自由邊24和三角形板一的自由邊21重合，混合凹陷型子單元8中的的三角形板五14與相鄰混合凹陷型子單元8的三角形板二10在同一平面內且三角形板五的自由邊23和三角形板二的自由邊22重合。如圖9、圖10所示，混合凹陷型子單元8由兩塊梯形板和八塊三角形板組成，按照逆時針分別為三角形板一9、三角形板二10、三角形板三11、梯形板一12、三角形板四13、三角形板五14、三角形板六15、三角形板七16、梯形板二17和三角形板八18，其中三角形板一9和三角板八18的公共邊、三角形板二10和三角板三11的公共邊、三角板三11和三角板八18的公共邊、三角形板六15和三角板七16的公共邊、三角形板四13和三角形板五14的公共邊、三角形板四13和三角形板七16的公共邊為峰線19，三角形板一9和三角形板二10的公共邊、三角形板三11和梯形板一12的公共邊、梯形板一12和三角形板四13的公共邊、三角形板五14和三角形板六15的公共邊、三角形板七16和梯形板二17的公共邊、梯形板二15和三角形板八18的公共邊、梯形板一12和梯形板二17的公共邊為谷線20。相鄰的板沿著峰線19向外摺疊，沿著谷線20向內摺疊。向外摺疊是指相鄰的板的外法線之間的夾角變大，向內摺疊是指相鄰的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25和六邊形鋼板4組成，六邊形鋼板4焊接在方形截面的鋼支撐25的端部，耗能段2與六邊形鋼板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。