CN103195188A - 工字型双板装配式钢结构预应力防屈曲支撑 - Google Patents

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张爱林
叶全喜
惠怡
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Abstract

一种工字型双板装配式钢结构预应力防屈曲支撑，属于建筑施工技术领域，其包括内部耗能芯片（2）、外围框架约束构件（3）、预应力索（4）；外围框架约束构件（3）沿长度方向设置中间空隙，内部耗能芯片（2）插入外围框架约束构件（3）的中间空隙中；围框架约束构件（3）沿着长度方向布置有横向加劲肋（7），预应力索（4）对称布置在内部耗能芯片（2）两侧，穿过横向加劲肋（7）；为使内部耗能芯片轴向变形耗能，内部耗能芯片（2）从外围框架约束构件（3）两端伸出。当水平力作用于结构时，所述工字型双板装配式钢结构预应力防屈曲支撑的水平力分量减或抵消作用于结构的水平力，使结构的层间位移为较小值，满足规范的要求。

Description

工字型双板装配式钢结构预应力防屈曲支撑
技术领域
本发明涉及一种新型的支撑结构形式，特别是建筑领域应用的一种工字型双板装配式钢结构预应力防屈曲支撑。
背景技术
传统支撑因其刚度大，在强震作用下拉应力通常超过弹性极限而屈服，产生不可恢复的残余变形；受压时则容易受发生压屈曲。在地震反复作用下，其耗能效果不大，也难以较好的保护主体结构不受破坏。
防屈曲支撑构件作为应用于多、高层结构中的抗侧力耗能装置，通过钢材的弹塑性来耗能，在经历大震后产生较大的残余变形．强烈地震使结构产生的过大侧向变形及残余变形是结构破坏倒塌的直接原因。并且传统防屈曲支撑还具有混凝土外围约束构件所导致的加工精度控制困难、湿作业工作量大等诸多问题。
现有支撑与主体结构大多用受剪螺栓连接，不能充分发挥螺栓的力学性能，螺栓数量较多，现场施工不方便，结构成本较高。
最近几年，国内外学者对装配式钢结构预应力防屈曲支撑的研究还很少，并未真正实现钢结构预应力防屈曲支撑的工业化快速、集成生产。
发明内容
本发明的目的在于克服现有上述缺陷，提供一种新型工字型双板装配式钢结构预应力防屈曲支撑，该发明能够实现主体钢结构和支撑构件的快速、合理安装。并且在小震下具有很强的承载力、通过提高其初始受拉承载力，减小甚至消除其在大震下的残余变形，具有很强的耗能能力。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
工字型双板装配式钢结构预应力防屈曲支撑包括内部耗能内芯、外围框架约束构件、预应力索三部分。
其特征在于：所述内部耗能内芯为两个一字型单片钢板。为使耗能内芯易于进入塑性耗能，削弱芯片板中部，呈圆弧形。耗能内芯端部并排连接两块与之垂直的连接板：上连接板、下连接板。上连接板带有螺栓孔，由高强螺栓与框架连接在一起。下连接板板面内有尺寸与耗能内芯截面尺寸相同的空洞。将耗能内芯穿过下连接板，顶紧上连接板，三者焊接在一起。上、下两连接板由上下连接板加劲肋焊接连接在一起。上下连接板加劲肋与两板均垂直。耗能内芯两端直接构造完全相同。上下连接板加劲肋数量，间距由计算确定。
所述外围框架约束构件为工字钢，中间腹板两侧各布置一个槽钢。两槽钢腹板背对工字钢腹板放置，两槽钢腹板与工字钢间留有一个耗能内芯的宽度，耗能内芯可以插入。外围框架约束构件从上端起沿全长布置横向加劲肋。横向加劲肋的间距由计算确定。横向加劲肋与腹板槽钢焊接。工字钢翼缘与腹板槽钢的翼缘焊接或者用螺栓连接。
预应力索穿过横向加劲肋，两端与内部耗能内芯的两个下连接板相连连。预应力大小、预应力索数量有计算确定。
在工厂将所述内部耗能内芯、外围框架约束构件、预应力索三部分组装连接在一起。在现场将所述工字型双板装配式钢结构预应力防屈曲支撑用高强螺栓与框架相连接。当水平力作用于结构时，所述工字型双板装配式钢结构预应力防屈曲支撑的水平力分量减小甚至抵消作用于结构的水平力，使结构的层间位移为较小值，满足规范的要求。
有益效果
本发明采用施工阶段能够实现快速装配式并能够有效抵抗水平侧移的一种槽钢装配式钢结构预应力防屈曲支撑。这种支撑形式不仅能够有效地实现钢结构构件加工的工业化而且能够极大地提高施工速度并大幅度降低用钢量。
此槽钢装配式钢结构预应力防屈曲支撑与主体结构用受拉螺栓连接，可以充分发挥螺栓的力学性能，降低结构成本。
将预应力技术引入钢结构支撑中，在小震作用下此预应力防屈曲支撑构件有很大的抗侧刚度；在中震或大震作用下，此预应力防屈曲支撑构件在拉、压时均能实现全截面充分屈服而不出现支撑构件的整体或局部屈曲破坏，并减小或者消除耗能芯片的残余变形，使原来通过主体结构梁端塑性铰的耗能方式转变为只在防屈曲支撑部件上集中耗能，从而较好地保护了主体结构。
此预应力防屈曲支撑构件即具有很强的初始刚度又有很好的耗能效果，通过本身的抗侧、耗能来减小构件截面尺寸，降低结构成本。
附图说明
图1本发明构件平面图
图2本发明构件内部耗能内芯图
图3本发明外部框架约束构件图
图4本发明构件的预应力索图
其中，1-工字型双板装配式钢结构预应力防屈曲支撑；2-内部耗能芯片；3-外部框架约束构件；4-预应力索；5-耗能芯片上连接板；6-耗能芯片下连接板；7-横向加劲肋；8-槽钢的腹板；9-槽钢翼缘；10-上下连接板加劲肋；11-工字钢的腹板；12-工字钢上下翼缘
具体实现方式
下面结合附图具体说明所述结构体系的实现方式。
如图1所示，本发明为一种工字型双板装配式钢结构预应力防屈曲支撑，由内部耗能内芯、外围框架约束构件、预应力索三部分构成。内部耗能内芯插入外围框架约束构件的中间空隙中。预应力索对称布置在耗能内芯两侧，穿过横向加劲肋，数量由计算确定。为使内部耗能内芯轴向变形耗能，使得内部耗能内芯比外围框架约束构件长一个距离D，D值有计算确定。
如图2所示：所述内部耗能内芯为两块一字型单片钢板。为使耗能内芯易于进入塑性耗能，削弱芯片板中部，呈圆弧形。耗能内芯端部并排连接两块与之垂直的连接板：上连接板、下连接板。上连接板带有螺栓孔，由螺栓与框架连接在一起。下连接板板面内有尺寸与耗能内芯截面尺寸相同的空洞。将耗能内芯穿过下连接板，顶紧上连接板，三者焊接在一起。上、下两连接板由双排上下连接板加劲肋焊接连接在一起。上下连接板加劲肋与两板均垂直。耗能内芯两端直接构造完全相同。
如图3所示：所述外围框架约束构件为工字钢，中间腹板两侧各布置一个槽钢。两外部框架约束构件槽钢腹板背对外围框架约束构件工字钢腹板放置。外部框架约束构件工字钢上、下翼缘与外部框架约束构件槽钢翼缘在接触的相对位置开洞，用螺栓连接在一起，或在连接的相对位置焊接，形成外围约束框架构件。外部框架约束构件槽钢腹板与外部框架约束构件工字钢腹板间留有一个耗能内芯的宽度，可以使内部耗能内芯插入。外围框架约束构件从上端起沿全长布置横向加劲肋。横向加劲肋的间距由计算确定，横向加劲肋与外部框架约束构件槽钢腹板及加劲肋与外部框架约束构件槽钢翼缘均为焊接连接。外围框架约束构件底部与下连接板焊接相连。上连接板、下连接板间用上下连接板加劲肋垂直焊接连接，上下连接板加劲肋数量，间距由计算确定。
如图4所示：预应力索一端与内部耗能内芯的下连接板相连，另一端与外围框架约束构件最下侧的横向加劲肋相连。预应力索的数量由计算确定。

Claims (4)

1.一种工字型双板装配式钢结构预应力防屈曲支撑，其特征在于：其包括内部耗能芯片（2）、外围框架约束构件（3）、预应力索（4）；外围框架约束构件（3）沿长度方向设置中间空隙，内部耗能芯片（2）插入外围框架约束构件（3）的中间空隙中；围框架约束构件（3）沿着长度方向布置有横向加劲肋（7），预应力索（4）对称布置在内部耗能芯片（2）两侧，穿过横向加劲肋（7）；为使内部耗能芯片轴向变形耗能，内部耗能芯片（2）长度大于外围框架约束构件（3）长度，内部耗能芯片（2）从外围框架约束构件（3）两端伸出。
2.根据权利要求1所述的一种工字型双板装配式钢结构预应力防屈曲支撑，其特征在于：所述内部耗能芯片（2）为两块一字型单片钢板；内部耗能芯片（2）中部削弱，沿长度方向呈圆弧形；内部耗能芯片（2）一端与两块与其长度方向垂直的连接板：其中直接与内部耗能芯片（2）连接的为耗能芯片下连接板（6），与耗能芯片下连接板（6）连接的耗能芯片上连接板（5），耗能芯片上连接板（5）和耗能芯片下连接板（6）与内部耗能芯片（2）垂直焊接连接；耗能芯片上连接板（5）上设置有螺栓孔，用于用高强螺栓将防屈曲支撑与框架连接在一起；耗能芯片上连接板（5）、耗能芯片下连接板（6）由上下连接板加劲肋（6）焊接连接在一起；上下连接板加劲肋（6）与两个连接板均垂直；内部耗能芯片（2）两端直接构造完全相同。
3.根据权利要求1所述的一种工字型双板装配式钢结构预应力防屈曲支撑，其特征在于：所述外围框架约束构件（3）包括一工字钢，工字钢中间腹板两侧各布置一个槽钢；所述槽钢的腹板（8）背对所述工字钢的腹板（11）放置；工字钢上下翼缘（12）与槽钢翼缘（9）在接触的相对位置开洞，用螺栓连接在一起，或在连接的相对位置焊接，形成外围约束框架构件（3）；槽钢的腹板（8）与工字钢的腹板（11）间留有一个内部耗能芯片（2）的宽度的空隙，可以使内部耗能内芯（2）插入。外围框架约束构件（3）沿全长布置横向加劲肋（7）；横向加劲肋与槽钢的腹板（8）及横向加劲肋（7）与槽钢翼缘（9）均为焊接连接；外围框架约束构件（3）两端与下连接板（6）焊接相连；内部耗能芯片上连接板（5）、内部耗能芯片下连接板（6）间用上下连接板加劲肋（10）垂直焊接连接。
4.根据权利要求1所述的一种工字型双板装配式钢结构预应力防屈曲支撑，其特征在于：预应力索(4)一端与内部耗能芯片下连接板相连(6)，另一端与外围框架约束构件（3）另一端最外侧的横向加劲肋（7）相连。
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