CN103334511A - 一种防屈曲耗能支撑 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防屈曲耗能支撑，由外约束构件及纤维增强复合材料-钢组合截面内芯等构成，其中组合截面内芯为钢构件、沿钢构件长度方向多个或整个外表面粘贴的纤维增强复合片材以及沿钢构件长度方向间隔一定长度或整个长度范围内环向粘贴的纤维增强复合片材构成。本发明的防屈曲耗能支撑装置具有耗能内芯受力均匀、不屈曲失稳、有一定二次刚度、承载能力强、耗能能力强、抗疲劳性能好的特点。其机构简单，制造方便，易于安装和维护。可以应用于多层、高层混凝土结构和钢结构的建筑中，能够解决建筑结构在地震作用下的安全性问题。

Description

一种防屈曲耗能支撑
 
技术领域
本发明属于土木工程行业中的结构工程技术领域，涉及一种防屈曲耗能支撑。
 
背景技术
从外约束构件的材料角度对防屈曲耗能支撑进行分类，主要分为混凝土约束防屈曲耗能支撑、全钢防屈曲耗能支撑两种。一般情况下，这两种防屈曲耗能支撑在较大压力和拉力的作用下支撑内芯均可以达到屈服，其兼有普通支撑及耗能较高等特点，有效克服了普通钢支撑容易发生整体屈曲、抗震能力不足等缺陷。但是，目前常用的防屈曲耗能支撑有以下缺点：
1. 支撑内芯一般均选择低屈曲强度的钢构件，导致防屈曲耗能支撑的后期承载性能有限，同时，耗能能力不能达到很高的水平；
2. 对于某些防屈曲耗能支撑，由于外约束构件对内芯构件的约束不够，内芯构件容易发生应变集中，进而发生缩颈效应，最终导致受压时出现内芯局部屈曲，影响支撑的承载性能；
3. 支撑内芯可能存在各种缺陷（焊接温度应力、切割温度应力、疲劳裂纹等），防屈曲耗能支撑的承载及疲劳性能均受到影响。
 
发明内容
技术问题：本发明公开了一种可以应用于建筑框架结构中、具有耗能内芯受力均匀、不屈曲失稳、有一定二次刚度、承载能力高、耗能能力强、抗疲劳性能好等特点的防屈曲耗能支撑。
技术方案：本发明的防屈曲耗能支撑，包括纤维增强复合材料-钢组合截面内芯和位于纤维增强复合材料-钢组合截面内芯外部用以约束内芯的外约束构件，纤维增强复合塑料-钢组合截面内芯包括钢构件、沿钢构件纵向设置的纵向纤维增强复合片材、沿钢构件横向环绕设置的横向纤维增强复合片材。
本发明中，钢构件上沿纵向间隔设置多个横向纤维增强复合片材。
本发明中，外约束构件为钢构件或钢管混凝土组合构件，外约束构件的截面形状是矩形、圆形或方形。
本发明中，钢构件的横截面形状为矩形、十字型或圆形。
本发明中，纵向纤维增强复合片材和横向纤维增强复合片材为纤维增强复合板材或纤维增强复合布。
有益效果：本发明和现有技术相比，具有以下优点：
1．该发明的内芯钢构件受力均匀，支撑内芯很难发生局部及整体屈曲，支撑稳定性较好；
2．该发明可以有效降低支撑受力性能对内芯钢结构材料缺陷（焊接温度应力、切割温度应力、疲劳裂纹等）的敏感性，使得支撑受力性能更加可靠；
3．该发明的防屈曲耗能支撑的截面为组合截面，支撑受力时由于选择的纤维增强复合塑料有较大的断裂应变及较高的强度，能够在钢板屈服后继续承受荷载，使得支撑表现出一定的二次刚度，从而使得支撑有更好的承载性能以及耗能性能；
4．该发明的防屈曲耗能支撑有较好的抗疲劳性能。
 
附图说明
图1是本发明防屈曲耗能支撑的整体图；
图2是本发明防屈曲耗能支撑的内芯组成图；
图3是本发明防屈曲耗能支撑的内芯的立面图；
图4是图3中A-A截面图
图5是图3中B-B截面图。
图中有：钢构件1，纵向纤维增强复合片材2，横向纤维增强复合片材3，纤维增强复合塑料-钢组合截面内芯4，外约束构件5。
 
具体实施方式
以下将结合附图详细地说明本发明的技术方案。
本发明的防屈曲耗能支撑，包括纤维增强复合材料-钢组合截面内芯4和位于所述纤维增强复合材料-钢组合截面内芯外部用以约束内芯的外约束构件5；其中纤维增强复合塑料-钢组合截面内芯4包括钢构件1、沿钢构件1纵向设置的纵向纤维增强复合片材2、沿钢构件1横向环绕设置的横向纤维增强复合片材3。
本发明的一个实施例中，外约束构件5为方钢管，尺寸为150mm（边长）×6mm(厚)×1100（长），弹性模量为2.05×105MPa，屈服强度为200MPa~400MPa。
本发明的一个实施例中，内芯钢板1部分为矩形截面钢板，尺寸为176mm（宽）×16mm(厚)×1140（长），弹性模量为2.05×105MPa，屈服强度为200MPa~400MPa。。
本发明的一个实施例中，沿钢构件1纵向设置的纵向纤维增强复合片材2为纤维增强复合材料板材，双面粘贴，每侧纤维增强复合片材的尺寸为164（宽）×1mm（厚），弹性模量为1.02×105MPa，断裂强度为1000MPa~3000MPa。
本发明的一个实施例中，沿钢构件1横向环绕设置的横向纤维增强复合片材3为纤维增强复合材料布，纤维增强复合材料布的尺寸为50（宽）×1mm（厚）×3(层)，间距为180mm，弹性模量为1.00×105MPa，断裂强度为1000MPa~3000MPa。。
本发明的一个实施例中，钢构件1与沿钢构件纵向设置的纤维增强复合片材3以及沿钢构件1纵向设置的纤维增强复合片材2与沿钢构件横向环绕设置的纤维增强复合片材3之间的连接均用环氧树脂结构胶。
本发明的防屈曲耗能支撑的制作安装步骤包括：
1．确定防屈曲耗能支撑需要承担承载力及对其耗能的要求，主要依据结构整体的建模计算；
2．确定内芯钢板的截面形式、截面尺寸、FRP材料的种类、尺寸、强度等，主要依据防屈曲耗能支撑需要承担的荷载、延性及对其耗能的要求；
3．对内芯截面进行加工组合，主要为在内芯钢构件表面粘贴FRP及环向粘贴FRP；
4．对外约束构件进行设计，主要依据内芯形状及约束比确定；
5．组装组合截面内芯及外约束构件形成防屈曲耗能支撑。
以上仅为本发明的实施例，凡利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种防屈曲耗能支撑，其特征在于，该支撑包括纤维增强复合材料-钢组合截面内芯（4）和位于所述纤维增强复合材料-钢组合截面内芯（4）外部用以约束内芯的外约束构件（5），所述纤维增强复合塑料-钢组合截面内芯（4）包括钢构件（1）、沿所述钢构件（1）纵向设置的纵向纤维增强复合片材（2）、沿钢构件（1）横向环绕设置的横向纤维增强复合片材（3）。
2.如权利要求 1所述的防屈曲耗能支撑，其特征在于，所述钢构件（1）上沿纵向间隔设置多个横向纤维增强复合片材（3）。
3.如权利要求 1所述的防屈曲耗能支撑，其特征在于，所述外约束构件（5）为钢构件或钢管混凝土组合构件，外约束构件（5）的截面形状是矩形、圆形或方形。
4.如权利要求 1所述的防屈曲耗能支撑，其特征在于，所述钢构件（1）的横截面形状为矩形、十字型或圆形。
5.如权利要求 1所述的防屈曲耗能支撑，其特征在于，所述纵向纤维增强复合片材（2）和横向纤维增强复合片材（3）为纤维增强复合板材或纤维增强复合布。
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