一種具有角部凹陷型誘導單元的套管屈曲誘導支撐的製作方法

2023-07-10 19:31:36 2

本發明屬於建築結構技術領域，特別是涉及一種具有角部凹陷型誘導單元的套管屈曲誘導支撐，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。

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板的厚度、構造等和非摺痕處一致，不利於在摺痕處產生塑性鉸。另外，這些支撐由端部約束段、屈曲段和套管組成，套管在屈曲段的外側，而屈曲段內側沒有支撐，容易產生向內側的低階失穩，從而減弱支撐的耗能能力。

技術實現要素：

發明目的：由於現有屈曲約束支撐在反覆荷載作用下，與屈曲約束支撐相連接的構件或節點受力較大；且在地震作用下，現有屈曲約束支撐屈服變形位置具有隨機性，為了克服現有技術存在的問題，本發明將引入角部凹陷型誘導單元到傳統的普通支撐上，形成一種具有角部凹陷型誘導單元的套管屈曲誘導支撐，是工程結構中選用防屈曲支撐時的優先選擇。

技術方案：為實現上述目的，本發明採用的技術方案為：

一種具有角部凹陷型誘導單元的套管屈曲誘導支撐，由端部約束段、屈曲誘導段、內套管和外套管組成，所述端部約束段位於所述屈曲誘導段的兩端，所述屈曲誘導段夾在內套管與外套管之間，所述內套管與外套管分別與一個端部約束段連接，其特徵在於：屈曲誘導段由至少一個角部凹陷型誘導單元沿著支撐的軸線方向組成；所述單個角部凹陷型誘導單元由m個相同的角部凹陷型子單元沿環向依次排列形成一個截面為m邊形的空間體，m為大於等於3的整數；所述角部凹陷型子單元為由位於同一平面內的兩塊梯形板和四塊三角形板經摺疊形成的空間體，兩塊梯形板和四塊三角形板兩兩共線並相交於一頂點，按照逆時針分別為梯形板一、三角形板一、三角形板二、梯形板二、三角形板三、三角形板四，其中梯形板一和三角形板一、三角形板二和梯形板二、梯形板二和三角形板三、三角形板四和梯形板一的公共邊為峰線，三角形板一和三角板二、三角形板三和三角形板四的公共邊為谷線；相鄰的兩塊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兩塊板的外法線之間的夾角變大，向內摺疊是指相鄰的兩塊板的外法線之間的夾角變小。

所述每個角部凹陷子單元中的三角形板四與相鄰角部凹陷子單元的三角形板一在同一平面內且三角形板四的自由邊和三角形板一的自由邊重合，角部凹陷子單元中的的三角形板三與相鄰角部凹陷子單元的三角形板二在同一平面內且三角形板三的自由邊和三角形板二的自由邊重合。

所述的端部約束段由方形鋼板、T型短鋼梁和梁柱等構件預留的連接板組成，方形鋼板焊接在屈曲誘導段端部，兩根T型短鋼梁與方形鋼板焊接連接，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。

所述內套管的左端與左側端部約束段的方形鋼板焊接連接，內套管的右端與右側端部約束段的方形鋼板有一段不小於屈曲誘導段長度的1/40的距離；所述外套管的右端與右側端部約束段的方形鋼板焊接連接，外套管的左端與左側端部約束段的方形鋼板有一段不小於屈曲誘導段長度的1/40的距離。

所述屈曲誘導段與內套管及外套管之間的間隙不超過5mm；所述內套管和外套管都是由圓形截面的空心鋼管組成。

所述的屈曲誘導段中所有摺痕處的板厚是板塊板厚的一半。由峰線構成的摺痕，厚度變化在內表面一側，由谷線構成的摺痕，厚度變化在外表面一側。

有益效果：

本發明一種具有角部凹陷型誘導單元的套管屈曲誘導支撐，由端部約束段、屈曲誘導段、內套管和外套管構成。屈曲誘導段採用的角部凹陷型誘導單元，構型簡單，適用於各種對稱截面形狀的支撐。摺痕布置在支撐截面的角部，使支撐在角部更加容易發生局部屈曲，從而在截面角部產生塑性鉸耗能。另一方面，塑性應變只發生在角部，支撐的大部分區域處於彈性階段，在耗能的同時，能夠保證支撐的承載能力。同時，可以改變角部凹陷型子單元中各個摺痕之間夾角，調整支撐的耗能能力。該構件中耗能段由多個角部凹陷型誘導單元組成，角部凹陷型誘導單元通過預先設置的由谷線和峰線形成的摺痕，同時將摺痕處的厚度減小為原來的一半，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。在屈曲誘導段內外側分別設置內套管和外套管使摺痕處的塑性鉸線擴大為塑性區，比普通支撐具有更好的耗能能力。而且內外套管還能給屈曲誘導段中摺痕提供側向支撐，有效地提高了支撐的軸向承載能力。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。具有角部凹陷型誘導單元的套管屈曲誘導支撐既具有一般約束防屈曲支撐的布置靈活，能更有效地耗散地震能量等優點，又可以解決與屈曲約束支撐相連接的構件或節點受力較大等問題，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為本發明的結構的剖面圖（主視）；

圖3為端部約束段示意圖；

圖4為屈曲誘導段示意圖；

圖5為內套管示意圖；

圖6為外套管示意圖；

圖7為圖1中A-A剖面放大圖；

圖8為方形鋼板示意圖；

圖9為T型短鋼梁示意圖；

圖10為連接板示意圖；

圖11為角部凹陷型誘導單元示意圖；

圖12為角部凹陷型子單元示意圖；

圖13為角部凹陷型子單元摺疊前平面示意圖；

圖14為摺痕處峰線板厚示意圖；

圖15為摺痕處谷線板厚示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。

如圖1、2所示，由端部約束段1、屈曲誘導段2、內套管3和外套管4組成。端部約束段1固定於屈曲誘導段2的兩端。內套管的左端與左側端部約束段1的方形鋼板5焊接連接，內套管的右端與右側端部約束段的方形鋼板有一段距離，距離不小於屈曲誘導段長度的1/40；外套管的右端與右側端部約束段1的方形鋼板5焊接連接，外套管的左端與左側端部約束段的方形鋼板有一段距離，距離也不小於屈曲誘導段長度的1/40。如圖5~7所示，屈曲誘導段2夾在內套管3與外套管4之間，屈曲誘導段與內套管及外套管之間的間隙不超過5mm，內套管3和外套管4都是由圓形截面的空心鋼管組成。

如圖3所示，端部約束段1由方形鋼板5、T型短鋼梁6和梁柱等構件預留的連接板7組成，方形鋼板5焊接在屈曲誘導段2端部，兩根T型短鋼梁6與方形鋼板7焊接連接，方形鋼板5和T型短鋼梁6分別見圖8、9所示。連接板7夾在兩根T型短鋼梁6中間，連接板7與T型短鋼梁6用高強螺栓連接，其中連接板7見圖10所示。

根據圖4所示，屈曲誘導段2由30個角部凹陷型誘導單元8沿著支撐的軸線方向組成。如圖11中，單個角部凹陷型誘導單元8是由四個相同的角部凹陷型子單元9沿環向依次排列形成的一個截面為四邊形的空間體，其中每個角部凹陷子單元9中的三角形板四15與相鄰角部凹陷子單元9的三角形板一11在同一平面內且三角形板四的自由邊21和三角形板一的自由邊18重合，角部凹陷子單元9中的的三角形板三14與相鄰角部凹陷子單元9的三角形板二12在同一平面內且三角形板三的自由邊20和三角形板二的自由邊19重合。根據圖12、圖13所示，角部凹陷型子單元9由兩塊梯形板和四塊三角形板兩兩共線並相交於一頂點，按照逆時針分別為梯形板一10、三角形板一11、三角形板二12、梯形板二13、三角形板三14、三角形板四15，其中梯形板一10和三角形板一11、三角形板二12和梯形板二13、梯形板二13和三角形板三14、三角形板四15和梯形板一10的公共邊為峰線16，三角形板一11和三角板二12、三角形板三14和三角形板四15的公共邊為谷線17。相鄰的兩塊板沿著峰線16向外摺疊，沿著谷線17向內摺疊。所述向外摺疊是指相鄰的兩塊板的外法線之間的夾角變大，向內摺疊是指相鄰的兩塊板的外法線之間的夾角變小。

屈曲誘導段2中所有摺痕處的板厚是板塊板厚的一半，由峰線構成的摺痕，厚度變化在內表面一側，由谷線構成的摺痕，厚度變化在外表面一側。摺痕處的峰線谷線局部放大見圖14、圖15所示，圖中字母A表示一側為外表面一側，字母B表示一側為內表面一側。