CN103161238B - 一种连接端部耗能型全钢防屈曲支撑 - Google Patents

Abstract

一种带有特殊螺栓孔连接构造的全钢防屈曲支撑。此全钢防屈曲支撑主要由钢板（1）、方钢管（2）、长螺栓杆（4）、内核钢板（3）组成。钢板（1）通过长螺栓杆（4）将两个方钢管（2）组合在一起，组成支撑的外围约束部分。内核钢板（3）在组装过程中被夹在外围约束部分中间，内核钢板（3）的跨中部两面焊接有卡位钢板（12），通过卡位钢板（12）来伸进方钢管，以此来限制外围约束部分脱落。内核钢板（3）的端部以及加劲钢板（5）螺栓孔加工成长圆形构造。当支撑内部产生拉力或者压力时，尤其是有地震作用时，支撑会首先沿着长圆形螺栓孔发生滑动开始耗能，当支撑内核开始屈曲时，外围约束部分阻止其屈曲，发挥防屈曲耗能支撑的作用。

Description

一种连接端部耗能型全钢防屈曲支撑

技术领域

本发明是一种防屈曲耗能支撑构件，旨在应用于建筑结构中提供支撑刚度和消耗地震能量，属于一种全部采用钢结构进行装配且端部可以耗能的防屈曲支撑构件。

背景技术

防屈曲支撑构件作为一种支撑耗能构件，将其应用于建筑结构中可以作为抗侧力构件和耗能构件.防屈曲支撑体系是一种经济效益非常好的结构体系,其既能够替代支撑构件提供支撑刚度,又能够保证在大震作用下进行耗能.其解决了传统支撑构件通过加大截面来解决结构在地震作用时的屈曲问题,其在地震作用下具有良好的耗能效果.

在小、中地震作用下，防屈曲耗能支撑可以如普通支撑构件一样提供抗侧刚度，而在大震作用下构件通过外包构件阻止内核的屈曲来达到消耗地震能量的目的。研究表明，防屈曲耗能支撑有很好的耗能效果。这样支撑构件在拉压反复荷载作用下，表现出基本相同的滞回性能，且滞回曲线饱满，是耗能良好的构件。

目前，对于工程中普遍使用的防屈曲支撑构件是由外围钢管、内置混凝土与内核钢板组成，此类构件已在工程中有所应用。此类构件的外围钢管和内核之间是混凝土，通过外包混凝土来限制内核钢板的屈曲。因此，其缺点是对于尺寸的精度控制高，对于内置的混凝土与内核钢板之间留有的间隙有严格的精度要求，会使施工增加难度。

本发明提出了一种连接端部耗能型的防屈曲耗能支撑，其构件主要通过钢构件组成，混凝土部分可以按需要决定是否添加。这种支撑装配性很强,可以有效减小传统防屈曲支撑构件的施工困难，对于内核与外包之间间隙的控制也较容易,有很好的应用前景。

此外,对于长圆形螺栓孔,在幕墙结构中应用较广,其可以通过由高强螺栓在长圆孔中的缓缓相对移动,来达到损耗外部能量的目的.本发明拟将此类螺栓孔引入防屈曲支撑中,增强其在地震下的耗能能力.

发明内容

本发明提出一种连接端部耗能型全钢防屈曲耗能支撑，目的在于提出一种装配式的支撑构件，有效的减小施工困难，保证在小、中震提供刚度，大震提供耗能。另外,将特殊螺栓孔构造引入支撑中,增加防屈曲支撑的耗能能力.

本发明为一种连接端部耗能型全钢防屈曲支撑，其特征在于,所述支撑包括两块钢板1、两个方钢管2与内核钢板3；所述钢板1、方钢管2、内核钢板3通过长螺栓杆4连接，两个方钢管2之间保持一定的距离平行放置，被两块钢板1夹在中间，一侧的长螺栓杆4依次穿过方钢管2一侧的钢板1、方钢管2和方钢管2另一侧的钢板1，另一侧的长螺栓杆4同样依次穿过方钢管2一侧的钢板1、方钢管2和方钢管2另一侧的钢板1，组成外围约束构件；所述外围约束构件围成的矩形空间由两块钢板1与两个方钢管2内侧钢板所围成；所述外围约束构件围成的矩形空间内部放置内核钢板3，矩形空间与内核钢板3之间留有间隙，此间隙为外围约束钢板即方钢管2内侧钢板与内核钢板3的垂直距离，间隙值控制为2-3mm,且在矩形空间内部两个方钢管2的表面上涂有粘性材料；所述内核钢板3端部两侧分别焊接加劲钢板5，内核钢板3端部截面为十字形状，形成十字形连接端；梁柱连接板7端部两侧分别焊接加劲钢板5，形成十字形连接端；所述支撑通过四个角钢连接板6将结构中梁柱节点处的梁柱连接板7与支撑的内核钢板3连接，采用高强螺栓14连接；所述支撑端部，即内核钢板3端部和加劲钢板5上，采用长圆形螺栓孔13构造；所述支撑的内核钢板3的跨中两侧，即内核钢板3跨度中点两侧，焊接支撑跨中卡位钢板12，以防止支撑外围约束构件脱落。

本发明提出的构件，有两点优势：一，全部采用钢构件组装而成，支撑对于施工增加了便利；二，对支撑的端部采取了长圆形的螺栓孔构造，可使内核钢板3在地震作用力下沿着长圆形螺栓孔13两个方向进行缓缓滑动以此消耗部分地震能量，当罕遇地震出现时，支撑内核钢板3长圆孔滑动可与支撑内部屈曲共同消耗地震能量。

附图说明

图1为连接端部耗能型全钢防屈曲支撑与梁柱连接示意图。

图2为图1中A—A剖面示意图。

图3为图1中B—B剖面示意图。

图4为连接端部耗能型全钢防屈曲支撑加劲钢板螺栓孔示意图。

图5为连接端部耗能型全钢防屈曲支撑内核钢板螺栓孔示意图。

图6为支撑内核钢板中布置卡位钢板示意图。

图7为图6中C—C剖面示意图。

在图中：1—钢板;2—方钢管;3—内核钢板;4—长螺栓杆;5—加劲钢板;6—角钢连接板;7—梁柱连接板;8—框架柱;9—框架梁;10—支撑端部螺栓;11—梁柱连接板螺栓;12—卡位钢板;13—长圆形螺栓孔；14—高强螺栓。

具体实施方式

结合附图，对发明的连接端部耗能型全钢防屈曲支撑进行详细阐述。

结合图1，此图为连接端部耗能型全钢防屈曲支撑与梁柱连接的示意，支撑的端部即内核钢板3端部焊接加劲钢板5,组成十字形连接端,梁柱节点处设置梁柱连接板7焊接加劲钢板5,内核钢板3与梁柱连接板7通过四块角钢连接板6连接,图1中c为内核钢板3至梁柱连接板7的垂直距离，对于c取值，要求大于内核钢板3端部长圆形螺栓孔一半长度1-2mm，保证内核钢板3可以沿着长圆孔移动，对于角钢连接版6和梁柱连接板7上螺栓孔采取普通螺栓孔构造。

内核钢板3除去端部的部分由外围约束构件包裹，如图2所示.外围约束构件中长螺栓杆4之间的距离a，要求以能够达到控制内核钢板屈曲为标准，可以按照支撑外围约束部分长度的1/20-1/15来确定a的大小。待a的值取定之后，可以适当放大，对于未进行螺栓固定之处可通过点焊的方式焊接钢板与方钢管的接触部分，增大外围约束构件的约束力，此可以减小长螺栓杆的布置数量。b表示内核钢板3自伸出外围约束部分至端部十字形截面的垂直距离，对于b的控制，保证b的值大于内核钢板3受力屈曲时最大压缩量的一半值1-2mm.

结合图2，此图对图1中A—A剖面的示意。两块钢板1通过长螺栓杆4与两根方钢管2连接起来组成防屈曲支撑的外围约束部分，内核钢板3与两个方钢管2由卡位钢板12连在一起，如图6、图7所示，内核钢板被两个方钢管和两个钢板围成的一个比内核钢板剖面稍微大一些的矩形空间所包裹。内核钢板与方钢管之间可接触的两个钢板面之间的距离一般为2-4mm左右，保证内核钢板3可以有屈曲变形的空间。

结合图3，此图对图1中B—B剖面的示意。内核钢板3端部焊接有加劲钢板5，组成一个十字形截面，由四个角钢连接板6分别连接，角钢两个边都由高强螺栓14连接固定。

结合图4，此图对连接端部耗能型全钢防屈曲支撑加劲钢板螺栓孔的示意。加劲钢板5采用长圆形螺栓孔构造，即两侧为半圆形,中部为矩形。当支撑受有拉力或者压力时，且力的大小超过高强螺栓的最大摩擦力时，首先内核钢板会通过沿着长圆孔的两端摩擦耗能，当移动到一侧的圆孔时，支撑开始进入屈曲耗能阶段。

长圆形螺栓孔的长度，按照结构设计时结构层最大位移和支撑的布置角度确定支撑的可移动最大位移，长圆孔的长度的一半取可移动最大位移的0.5—0.75倍。

结合图5，此图对连接端部耗能型全钢防屈曲支撑内核钢板螺栓孔的示意。

结合图6，此图对支撑内核钢板中部设置卡位钢板的示意。为确保支撑外围约束构件部分不脱落，将内核3的中间焊接两个卡位钢板12，卡位钢板12与方钢管2接触到的部分需要将方钢管上开出对应的方形孔，使卡位钢板可以伸进去。

结合图7，此图对图6中C—C剖面的示意。

本发明的优点在于：

此为全钢防屈曲支撑，其组合装配的效率很高，与传统的通过浇筑混凝土限制内核屈曲相比，在实施上有很大的便利，而且其内核与外包接触部分的间隙由钢构件尺寸控制，较容易实施。

本发明引入长圆形螺栓孔构造，通过支撑内核钢板3沿着长圆孔两个方向的滑动可以消耗一部分地震能量，增加此支撑的耗能效果。研究表明，长圆形螺栓在力的作用下，会在长圆形孔上进行滑动，此滑动过程便是一个耗能过程。

Claims (1)

1.一种连接端部耗能型全钢防屈曲支撑，所述支撑包括两块钢板（1）、两个方钢管（2）与内核钢板（3）；所述内核钢板（3）端部两侧分别焊接加劲钢板（5），内核钢板（3）端部截面为十字形状，形成十字形连接端；梁柱连接板（7）端部两侧分别焊接加劲钢板（5），形成十字形连接端；其特征在于：所述钢板（1）、方钢管（2）、内核钢板（3）通过长螺栓杆（4）连接，两个方钢管（2）之间保持距离平行放置，被两块钢板（1）夹在中间，一侧的长螺栓杆（4）依次穿过方钢管（2）一侧的钢板（1）、方钢管（2）和方钢管（2）另一侧的钢板（1），另一侧的长螺栓杆（4）同样依次穿过方钢管（2）一侧的钢板（1）、方钢管（2）和方钢管（2）另一侧的钢板（1），组成外围约束构件；所述外围约束构件围成的矩形空间由两块钢板（1）与两个方钢管（2）内侧钢板所围成；所述外围约束构件围成的矩形空间内部放置内核钢板（3），矩形空间与内核钢板（3）之间留有间隙，此间隙为外围约束钢板即方钢管（2）内侧钢板与内核钢板（3）的垂直距离，间隙值控制为2-3mm,且在矩形空间内部两个方钢管（2）的表面上涂有粘性材料；所述支撑通过四个角钢连接板（6）将结构中梁柱节点处的梁柱连接板（7）与支撑的内核钢板（3）连接，采用高强螺栓（14）连接；所述支撑端部，即内核钢板（3）端部和加劲钢板（5）上，采用长圆形螺栓孔（13）构造；所述支撑的内核钢板（3）的跨中两侧，即内核钢板（3）跨度中点两侧，焊接支撑跨中卡位钢板（12），以防止支撑外围约束构件脱落。