CN103485435B - 多段式组合屈曲约束支撑 - Google Patents

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一种多段式组合屈曲约束支撑，属于建筑结构抗震防灾技术领域，其特征在于，径向内外是双矩形钢管构造，外围矩形钢管是约束单元，内部矩形钢管为核心轴力单元，通过外部矩形钢套管紧贴约束内部核心轴力单元，控制核心轴力单元矩形钢的宽厚比，从而实现屈曲约束功能；轴向是采用多段组合方式，分为若干段，采用弹性段设置在中间以提高了支撑的稳定承载力，耗能段设置在两端保证了其耗能能力，分别制造后进行现场焊接拼接。本发明适用于超大吨位和长度屈曲约束支撑，自重较钢管混凝土型屈曲约束支撑轻，经济性好，制造工艺相对简单，又解决了巨型支撑安装施工难题，具有很好的推广应用前景。

Description

多段式组合屈曲约束支撑
技术领域
本发明涉及建筑结构抗震防灾技术领域，属于结构减震被动控制范畴，具体涉及一种多段组合拼装的巨型屈曲约束支撑，其可用于建筑结构中抵抗水平地震作用，提高结构抗震性能，满足超高层建筑结构对超大吨位和长度屈曲约束支撑的需求。
背景技术
我国超高层建筑的不断涌现体现了经济社会的发展水平，但我国处于地震多发区，每年都会发生地震灾害，其给人们的生命财产安全带来了巨大威胁。通常超高层建筑所担负的社会功能及影响又十分重大，因此，有必要减小或控制该类结构的震害。
从能量平衡的观点来看，造成结构地震破坏的机理是，地震输入能量通过构件的塑性耗能进行消耗，同时结构也相应地发生了损伤破坏，若结构的耗能能力不足以消耗地震输入能量，则结构就会发生倒塌破坏。
超大吨位和长度的屈曲约束支撑的设计、制造、安装都存在很大难度。由于巨型屈曲约束支撑自重很重，有时重达几百吨，长度很长，有时超过50m，制造和安装等因素，加工和吊装都很难。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种多段组合式巨型屈曲约束支撑，其采用多段组合方式，将一巨型屈曲约束支撑分为若干段，包括弹性支撑段、耗能支撑段，分别制造后，进行现场拼接；其通过外部矩形钢套管紧贴约束内部控制了宽厚比的矩形钢核心实现屈曲约束功能；耗能段的低强度钢和高强度钢采用双斜面对接全熔透焊的方式进行连接，确保了连接强度；支撑弹性段设置在中间，提高了支撑的稳定承载力；支撑耗能段设置在两端保证了其耗能能力。
本发明给出的技术方案为：
一种多段式组合巨型屈曲约束支撑，其特征在于，径向内外是双矩形钢管构造，外围矩形钢管是约束单元，内部矩形钢管为核心轴力单元，通过外部矩形钢套管紧贴约束内部核心轴力单元，控制核心轴力单元矩形钢的宽厚比，从而实现屈曲约束功能；轴向是采用多段组合方式，分为若干段，采用弹性段设置在中间以提高了支撑的稳定承载力，耗能段设置在两端保证了其耗能能力，分别制造后 进行现场焊接拼接；具体结构表征为：
耗能段支撑(1)和弹性段支撑(2)截面相同，均为双矩形截面；耗能段支撑与弹性段支撑之间采用对接焊缝(7)将内部箱型截面强连接；
耗能段支撑(1)包括低强度钢段(4)和高强度钢段，低强度钢段和高强度钢段之间采用双斜面对接焊缝(8)全熔透焊的方式进行连接，确保了连接强度；
内部箱型矩形钢管作为核心内部通过若干隔板(6)进行定位，减小焊接变形；耗能段支撑(1)和弹性段支撑组成的内部箱型矩形钢管核心对接后，通过外套筒后补板(5)在外部进行加强，从而将外部套筒也连接成为一整体；在耗能段支撑最外端点部位通过箱型钢套箍(3)进行加强；内外箱型截面之间采用隔离材料(9)进行脱离。
本发明多段式组合巨型屈曲约束支撑，其工作原理与受力机理，即通过外围约束单元约束轴向受力钢构件，保证其在受压时不发生整体失稳破坏和局部屈曲破坏，那么轴力构件在地震中将表现出拉压对称的优良力学性能，并通过这种拉压屈服大量耗散地震输入能量。本发明的耗能核心屈服前可为结构提供较大的抗侧刚度与承载能力，其作用同普通钢支撑，但由于本发明不会发生整体失稳破坏，材料利用效率更高；本发明耗能核心屈服后可耗散大量地震输入能量，为结构提供附加阻尼，是一种性能优良的金属阻尼器；本发明采用双矩形钢套管的构造措施，通过限制核心断面宽厚比的方式，实现约束核心屈曲的功能，不采用内部填充材料，极大地减小了巨型支撑的自重。本发明适用于超大吨位和长度屈曲约束支撑，自重较钢管混凝土型屈曲约束支撑轻，经济性好，制造工艺相对简单，又解决了巨型支撑安装施工难题，具有很好的推广应用前景。
附图说明
图1为本发明各构件组装示意立面图。
图2为本发明俯视图(1-1)。
图3为本发明横截面图(2-2)。
图4为本发明横截面图(3-3)。
图5为本发明各个组件拼装示意图。
图6为本发明在建筑结构中的布置方式示意图。
标记说明：(1)耗能段支撑、(2)弹性段支撑、(3)箱型钢套箍、(4)低强度钢段、(5)外套筒后补板、(6)隔板、(7)对接焊缝、(8)双斜面对接焊缝、(9)隔离材料、(10)内部箱型矩形钢管、(11)梁上节点、(12)框架梁、(13)多段 式组合巨型屈曲约束支撑、(14)框架柱、(15)梁柱节点。
具体实施方式
参照图1至图6，可知本发明装置的外观以及构造要求。
本发明屈曲约束支撑是一种抗震新技术，其安装在原结构上，可作为附加耗能构件，先于结构主体进入塑性状态，耗散地震输入能量，从而保护了主体结构，可称为结构抗震“保险丝”，安装应用如图6所示。
本发明按以下步骤实施：
(1)确定本装置的安装位置与数量，将其尽量布置在结构抗震的薄弱位置。
(2)根据结构分析设计，确定该装置的屈服承载力、刚度与节点连接力等参数。
(3)根据设计参数，结合该装置的具体构造措施进行本发明装置的设计与加工。
(4)根据支撑长度和重量，结合现场施工的吊装能力将巨型支撑分为若干段。
(5)分别加工耗能支撑段1和弹性支撑段2。
(6)将耗能支撑段1的内部核心低屈服点钢与高强钢通过双斜面对接焊缝8进行连接。
(7)通过内部横隔板6进行定位，然后组立成一箱型内核轴力单元。
(8)在内核轴力箱型截面外围包裹隔离材料9。
(9)将外部约束单元箱型截面套在内核箱型截面外部。
(10)将端部的 箱型钢套箍3焊接于耗能段支撑1靠近节点部位。
(11)先将底部耗能支撑段与结构主体焊接相连。
(12)采用临时胎架将底部耗能支撑定位。
(13)将中部的弹性段支撑2与底部的耗能段支撑1内核通过对接焊缝7进行连接。 
(14)将外套筒后补强板5焊接于弹性支撑段2和底部的耗能支撑段1的拼接部位，使外部箱型套筒形成一整体。
(15)将上部耗能段支撑的上部与主体结构焊接连接。
(16)将上部支撑下部与中部弹性支撑的上部通过对接焊缝进行连接。
(17)将外套筒后补强板焊接于弹性支撑段和上部耗能支撑段的拼接部位，使外部箱型套筒形成一整体。
本发明根据基本力学原理，采用双矩形钢管构造措施，通过限制核心轴力单元宽厚比的方式防止其发生局部屈曲破坏，通过外围约束单元紧贴内部轴力单元防止核心发生整体屈曲破坏，不采用内部填充材料，极大地减小了巨型支撑的自重；采用先分段加工，后现场焊接拼装的方式，减小了吊装单元的重量，解决了施工吊装难题；采用弹性段设置在中间的方式提高了支撑的稳定承载力，耗能段设置在两端的方式保证了其耗能能力。

Claims (1)

1.一种多段式组合屈曲约束支撑，其特征在于，径向内外是双矩形钢管构造，外围矩形钢管是约束单元，内部矩形钢管为核心轴力单元，通过外部矩形钢套管紧贴约束内部核心轴力单元，控制核心轴力单元矩形钢的宽厚比，从而实现屈曲约束功能；轴向是采用多段组合方式，分为若干段，采用弹性段设置在中间以提高了支撑的稳定承载力，耗能段设置在两端保证了其耗能能力，分别制造后进行现场焊接拼接；具体结构表征为：
耗能段支撑(1)和弹性段支撑(2)截面相同，均为双矩形截面；耗能段支撑与弹性段支撑之间采用对接焊缝(7)将内部箱型截面强连接；
支撑耗能段(1)包括低强度钢段(4)和高强度钢段，低强度钢段和高强度钢段之间采用双斜面对接焊缝(8)全熔透焊的方式进行连接，确保了连接强度；
内部箱型矩形钢管作为核心内部通过若干隔板(6)进行定位，减小焊接变形；耗能段支撑(1)和弹性段支撑组成的内部箱型矩形钢管核心对接后，通过外套筒后补板(5)在外部进行加强，从而将外部套筒也连接成为一整体；在耗能段支撑最外端点部位通过箱型钢套箍(3)进行加强；内外箱型截面之间采用隔离材料(9)进行脱离。
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