CN103741829B - 一种螺栓组装方形钢管工字形变截面钢芯防屈曲耗能限位支撑构件 - Google Patents

一种螺栓组装方形钢管工字形变截面钢芯防屈曲耗能限位支撑构件 Download PDF

Info

Publication number
CN103741829B
CN103741829B CN201310749867.2A CN201310749867A CN103741829B CN 103741829 B CN103741829 B CN 103741829B CN 201310749867 A CN201310749867 A CN 201310749867A CN 103741829 B CN103741829 B CN 103741829B
Authority
CN
China
Prior art keywords
section
cross
steel core
steel
local
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201310749867.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103741829A (zh
Inventor
马华
张芳亮
汪瓅帆
李汉杰
李振宝
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing University of Technology
Original Assignee
Beijing University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing University of Technology filed Critical Beijing University of Technology
Priority to CN201310749867.2A priority Critical patent/CN103741829B/zh
Publication of CN103741829A publication Critical patent/CN103741829A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103741829B publication Critical patent/CN103741829B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Rod-Shaped Construction Members (AREA)

Abstract

一种螺栓组装方形钢管工字形变截面钢芯防屈曲耗能限位支撑构件，属于防屈曲支撑技术领域。包括工字形钢芯和外约束体，工字形钢芯位于外约束体内，钢芯与外约束体之间的空间分别填一个长方形薄壁型钢钢管混凝土，所述外约束体的侧面对应工字形钢芯局部变截面段面四个翅边的位置开设有限位槽，限位槽的长度稍大于局部变截面段翅边的长度；钢芯从两端向中间依次连接段a、截面局部变大段b以及屈服工作段c，两侧截面局部变大段的四个翅边通过外约束体的限位槽伸出外约束体，连接段a与截面局部变大段b之间、截面局部变大段b与屈服工作段c之间均采用坡度渐变式连接。此发明可广泛应用于高层建筑物的减震设计。

Description

一种螺栓组装方形钢管工字形变截面钢芯防屈曲耗能限位支撑构件
技术领域
本发明属于防屈曲支撑技术领域，涉及一种工程结构抗震耗能及限位的支撑构件，尤其是一种钢芯为变截面工字形，外约束钢管为方形螺栓装配式的防屈曲耗能限位支撑构件。受荷前期钢芯屈服耗能，后期外约束钢管和屈服后钢芯共同提供刚度限制结构整体侧移，达到限位效果。
背景技术
防屈曲支撑(BRB)是一种兼具普通支撑和金属阻尼器双重功能的支撑形式，其主要由支撑钢芯、外围约束构件组成，且两者之间通常设置有无粘结材料或适当的间隙以释放支撑钢芯受压时所产生的膨胀变形。屈曲约束单元提供给核心单元足够的约束，使得核心单元在受压时屈服而不屈曲。屈曲约束支撑具有明确的屈服承载力，在大震下可起到“保险丝”的作用，用于保护主体结构在大震下不屈服或者不严重破坏，并且大震后，经核查，可以方便地更换损坏的支撑。
传统的防屈曲支撑构件由钢芯耗能，外围约束构件只起到支撑并限制钢芯面外屈曲的作用，其特点是仅钢芯与结构构件相连，荷载完全由钢芯承担，外套筒和填充材料仅约束钢芯板防止其受压屈曲，即防止钢芯板受压失稳，使钢芯板在受拉和受压下均能进入屈服。仅考虑钢芯一个耗能核心，忽略了外约束套筒的轴向刚度贡献。目前研究开发的防屈曲支撑主要着重提高其耗能能力，对防屈曲支撑的限位作用研究较少。鉴于此，考虑钢芯屈服后利用钢芯和外钢管的刚度限制结构整体位移的研究是有必要的，我们可以在现有常用的防屈曲支撑的基础上，通过一定的改进技术手段完成这一构想。
发明内容
本发明充分利用防屈曲支撑外围约束构件的刚度，提出一种螺栓组装方形钢管工字形钢芯防屈曲耗能限位支撑构件，此防屈曲限位耗能支撑受荷前期钢芯屈服耗能，后期外约束体和屈服后钢芯共同提供刚度限制结构整体侧移，达到限位效果。两端向外弯折的相邻外约束钢管采用装配式螺栓连接形成方形截面，钢芯采用焊接工字形变截面设计，工字形截面局部变大区域与外约束体的限位槽相嵌合并留有一定的限位距离，从而在钢芯变形屈服后利用外约束体以及屈服后钢芯的轴向刚度和限制结构整体位移以达到限位的目标。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种螺栓组装方形钢管工字形变截面钢芯防屈曲耗能限位支撑构件，包括工字形钢芯和外约束体，工字形钢芯置于外约束体内，工字形钢芯与外约束体之间的两个空间各填充一个长方形薄壁型钢钢管混凝土，其特征在于，所述工字形钢芯从两端向中间依次包括连接段a、截面局部变大段b以及屈服工作段c，局部截面变大段b靠近外约束体的两端，屈服工作段c位于两处截面局部变大段b之间；连接段a与截面局部变大段b之间、截面局部变大段b与屈服工作段c之间均采用坡度渐变式连接。外约束体的侧面对应工字形钢芯局部变截面段面四个翅边的位置开设有限位槽，限位槽的长度稍大于局部变截面段翅边的长度，两处截面局部变大段b的四个翅边通过外约束体的限位槽伸出外约束体。
坡度渐变式连接优选：所述工字形钢芯于外约束体限位槽处以60°坡角局部增大翼缘截面宽度，直至截面穿出外钢管限位槽。
所述外约束体是由4片钢板组装而成截面为正分形的约束钢管，钢板相对的两端部分别向外弯折135°且与相邻两钢板由螺栓连接。
所述钢芯包括连接段a、截面局部变大段b以及屈服工作段c。截面局部变大段b对应外约束钢管的限位槽位置。
所述外约束钢管中与钢芯腹板平行的对边钢板对应于钢芯端部截面局部变大段开限位槽，开槽位置与钢芯变截面区域一致，距离外钢管端部的长度e为钢管长度的1/12，开槽长度d为外钢管总长度的1/6，开槽长度与钢芯截面变大长度的距离差，考虑包括钢芯屈服时的受拉、受压变形和设计此消能限位体系的控制位移量，根据结构抗震设计规范中弹塑性层间位移角的限制要求规定其最大距离差。
所述外约束钢管的宽度大于钢芯屈服工作段截面宽度，小于芯材截面变大处的截面宽度，外约束钢管和工字形钢芯之间的缝隙设置无粘结材料。
所述外约束钢管与钢芯形成个长方形区域内填充2个长方形薄壁型钢钢管混凝土，以防止工字形钢芯受压局部失稳，同时可以防止混凝土受压破坏影响支撑的整体效果。
防屈曲支撑受力时，钢芯首先耗能变形，变形达到一定程度受到限位槽的约束后，外约束体与钢芯一起受力，并且由于外钢管刚度较大，外约束体与屈服后钢芯刚度之和能够有效限制钢芯屈服后结构整体的侧移，达到限位的效果。此发明可广泛应用于高层建筑物的减震设计。
根据以上技术方案，与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果。
性能优越：本发明的耗能能力为钢芯的耗能能力，但钢芯屈服后充分利用了外约束钢管的轴向刚度限制结构的整体位移。
施工方便：本发明的外约束钢管采用螺栓组装，现场施工以及工厂组装都可以做到降低生产成本，扩大应用范围。
修复方便：本发明的外约束钢管采用螺栓装配式，便于对支撑构件的震后检查以及支撑更换。
取材方便：本发明采用的钢材来源广泛，规格齐全，购买方便。
传力明确：钢芯轴向受拉或受压屈服后，外约束钢管的轴向刚度作为支撑体系的附加刚度有利于限制结构的层间侧移，实现限位功能。
本发明可广泛应用于建筑物的耗能减震及限位控制。
附图说明
图1为本发明的结构侧视图。
图2为图1A-A处剖面图。
图3为图1B-B处剖面图。
附图标记：1-钢芯、2-外约束体、3-钢管端部限位槽、4-薄壁型钢钢管混凝土、5-螺栓、6-无粘结材料、a-连接段、b-截面局部变大段、c-屈服工作段、d-限位槽的长度、e-限位槽距离外约束体端部的长度。
具体实施方式
如图1所示，一种螺栓组装方形钢管工字形变截面钢芯防屈曲耗能限位支撑构件。包括工字形钢芯(1)和外约束体即外约束钢管(2)，外钢管截面300×300mm。所述工字形钢芯(1)包括连接段a、截面局部变大段b以及屈服工作段c。所述钢芯(1)截面于外钢管限位槽(3)处以60°坡角局部增大截面，直至截面穿出外钢管限位槽约30mm。所述耗能钢芯(1)与外约束钢管之间填充2个长方形薄壁型钢钢管混凝土(4)。所述外约束钢管(2)由4片钢板组装而成，钢板端部50mm分别向外弯折135°且相邻两钢板由螺栓(5)连接。外约束钢管的宽度大于钢芯屈服工作段c截面宽度约10mm，小于钢芯截面变大处的截面宽度约30mm，外约束钢管(2)内部和工字形钢芯(1)表面与长方形薄壁型钢钢管混凝土(4)之间的缝隙设置无粘结材料(6)；所述外约束钢管(2)中与钢芯腹板平行的对边钢板对应钢芯截面局部变大段b开设限位槽(3)，另一对边钢板不做处理。开槽位置与钢芯变截面区域一致，距离外钢管端部的长度e为钢管长度的1/12，开槽长度d为外钢管总长度的1/6，开槽长度与钢芯截面变大长度的距离差，考虑包括钢芯(1)屈服时的受拉、受压变形和设计此消能限位体系的控制位移量，根据结构抗震设计规范中弹塑性层间位移角的限制要求规定其最大距离差。
除上述示例之外，钢芯板(2)的截面形式还可以是H形截面。
如图2所示，外约束方形钢管(1)相邻两片钢片由螺栓(5)连接组装而成，并且螺栓连接位置可以设置在四个直角处。工字形钢芯(1)变截面处由外钢管限位槽处穿出外约束钢管(2)约30mm。
如图3所示，防屈曲支撑工作屈服段c钢芯(1)包在外约束钢管(2)内部，且外约束钢管(2)和钢芯(1)之间留有10mm的间距，无粘结材料(6)的厚度与外约束钢管(2)和钢芯(1)之间的间距一致。
本发明所述一种螺栓组装方形钢管工字形变截面钢芯防屈曲耗能限位支撑构件的工作原理为：
外部荷载施加到防屈曲支撑，前期钢芯承受外荷载直至屈服，后期则由外钢管和屈服后钢芯共同保证其限位功能。受压状态下，当钢芯屈服后的压缩变形达到限位槽的受压极限时，即钢芯截面变大段的向内压缩接触到限位槽的端部时，外约束钢管在钢芯的作用下贡献轴向抗压刚度，控制结构整体位移。受拉状态下，当钢芯屈服后的拉伸变形达到限位槽的受拉极限时，即钢芯截面变大段向外拉伸接触到限位槽的端部时，外约束钢管在钢芯的作用下贡献轴向抗拉刚度，控制结构整体位移。此时钢芯和外约束钢管作为一个整体共同承受外部荷载。此工作状态表现为拉压过程中的往复工作中。

Claims (6)

1.一种螺栓组装方形钢管工字形变截面钢芯防屈曲耗能限位支撑构件，包括工字形钢芯和外约束体，工字形钢芯置于外约束体内，工字形钢芯与外约束体之间的两个空间各填充一个长方形薄壁型钢钢管混凝土，其特征在于，所述工字形钢芯从两端向中间依次包括连接段a、截面局部变大段b以及屈服工作段c，屈服工作段c位于两截面局部变大段b之间，截面局部变大段b靠近外约束体的两端；连接段a与截面局部变大段b之间、截面局部变大段b与屈服工作段c之间均采用坡度渐变式连接；外约束体的侧面对应工字形钢芯截面局部变大段b四个翅边的位置开设有限位槽，限位槽的长度稍大于截面局部变大段b翅边的长度；每个截面局部变大段b的四个翅边通过外约束体的限位槽伸出外约束体。
2.按照权利要求1的一种螺栓组装方形钢管工字形变截面钢芯防屈曲耗能限位支撑构件，其特征在于，坡度渐变式连接位置：所述工字形钢芯于外约束体的限位槽处以60°坡角局部增大翼缘截面宽度，直至翼缘穿出约束体的限位槽。
3.按照权利要求1的一种螺栓组装方形钢管工字形变截面钢芯防屈曲耗能限位支撑构件，其特征在于，所述外约束体由4片钢板组装而成为截面为正方形或长方形的约束钢管，每片钢板相对的两端部分别向外弯折135°且与相邻两钢板由螺栓连接。
4.按照权利要求1的一种螺栓组装方形钢管工字形变截面钢芯防屈曲耗能限位支撑构件，其特征在于，外约束体的宽度大于工字形钢芯屈服工作段c翼缘截面宽度，小于工字形钢芯截面局部变大段b的截面宽度。
5.按照权利要求1的一种螺栓组装方形钢管工字形变截面钢芯防屈曲耗能限位支撑构件，其特征在于，外约束体开槽位置与工字形钢芯截面局部变大段b一致，距离外约束体端部的长度e为钢管长度的1/12，开槽长度d为外约束体总长度的1/6。
6.按照权利要求1的一种螺栓组装方形钢管工字形变截面钢芯防屈曲耗能限位支撑构件，其特征在于，外约束体内部和工字形钢芯表面与长方形薄壁型钢钢管混凝土之间的缝隙设置无粘结材料。
CN201310749867.2A 2013-12-30 2013-12-30 一种螺栓组装方形钢管工字形变截面钢芯防屈曲耗能限位支撑构件 Expired - Fee Related CN103741829B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310749867.2A CN103741829B (zh) 2013-12-30 2013-12-30 一种螺栓组装方形钢管工字形变截面钢芯防屈曲耗能限位支撑构件

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310749867.2A CN103741829B (zh) 2013-12-30 2013-12-30 一种螺栓组装方形钢管工字形变截面钢芯防屈曲耗能限位支撑构件

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103741829A CN103741829A (zh) 2014-04-23
CN103741829B true CN103741829B (zh) 2016-10-19

Family

ID=50498887

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310749867.2A Expired - Fee Related CN103741829B (zh) 2013-12-30 2013-12-30 一种螺栓组装方形钢管工字形变截面钢芯防屈曲耗能限位支撑构件

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103741829B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105714952B (zh) * 2016-03-03 2018-05-15 东南大学 竹形屈曲约束支撑
CN107190876A (zh) * 2017-07-18 2017-09-22 西安交通大学 一种波纹腹板h型钢屈曲约束支撑

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101220616A (zh) * 2008-01-25 2008-07-16 同济大学 加劲钢套筒屈曲约束支撑构件
CN101798851A (zh) * 2010-04-26 2010-08-11 哈尔滨工业大学 组合钢管混凝土式防屈曲支撑构件
CN102535664A (zh) * 2010-12-29 2012-07-04 上海赛弗工程减震技术有限公司 一种新型支撑型抗震耗能器
KR20130121596A (ko) * 2012-04-27 2013-11-06 (주)티섹구조엔지니어링기술사사무소 약축보강형 비좌굴 가새

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7174680B2 (en) * 2002-05-29 2007-02-13 Sme Steel Contractors, Inc. Bearing brace apparatus

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101220616A (zh) * 2008-01-25 2008-07-16 同济大学 加劲钢套筒屈曲约束支撑构件
CN101798851A (zh) * 2010-04-26 2010-08-11 哈尔滨工业大学 组合钢管混凝土式防屈曲支撑构件
CN102535664A (zh) * 2010-12-29 2012-07-04 上海赛弗工程减震技术有限公司 一种新型支撑型抗震耗能器
KR20130121596A (ko) * 2012-04-27 2013-11-06 (주)티섹구조엔지니어링기술사사무소 약축보강형 비좌굴 가새

Also Published As

Publication number Publication date
CN103741829A (zh) 2014-04-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103711216B (zh) 一种田字形螺栓组装方形钢管变截面钢芯防屈曲限位耗能支撑构件
CN205653913U (zh) 带u型耗能板的屈曲约束钢支撑
CN104005490B (zh) 一种加强屈服后刚度的防屈曲限位支撑构件
Jiang et al. Experimental research on special steel frame with stiffened double steel plate shear wall
CN103711220B (zh) 一种新型螺栓组装方形钢管一字形变截面钢芯防屈曲耗能限位支撑构件
CN103741829B (zh) 一种螺栓组装方形钢管工字形变截面钢芯防屈曲耗能限位支撑构件
CN103711219B (zh) 一种内设挡板式钢管十字形内缩式变截面钢芯防屈曲限位耗能支撑构件
CN105926795A (zh) 一种具有对称初始缺陷的套管约束防屈曲支撑
CN202227586U (zh) 钢结构混凝土组合梁
CN208202202U (zh) 一种带弯曲屈服耗能钢板的伸臂桁架主斜杆
CN103711224A (zh) 一种四钢管外贴缀板式十字形变截面钢芯消能限位防屈曲支撑构件
CN103711221B (zh) 一种槽钢开槽式工字形变截面钢芯防屈曲限位耗能支撑构件
CN103711222B (zh) 一种内设挡板式钢管工字形内缩式变截面内芯防屈曲限位耗能支撑构件
CN103726584B (zh) 一种新型螺栓组装方形钢管t字形变截面钢芯防屈曲耗能限位支撑构件
CN103711217B (zh) 一种两钢管外贴缀板式一字形变截面钢芯消能限位防屈曲支撑构件
CN103711218B (zh) 一种槽钢开槽式一字形变截面钢芯防屈曲限位耗能支撑构件
CN203977608U (zh) 一种槽钢开槽式一字形变截面钢芯防屈曲限位耗能支撑构件
CN103726583B (zh) 一种钢管内设挡板式一字形内缩式变截面内芯防屈曲耗能限位支撑构件
CN105971356A (zh) 一种端部具有对称初始缺陷单元的耗能型屈曲约束支撑
CN204098355U (zh) 蜂窝状钢腹板-钢管混凝土翼缘h形截面组合柱
CN105350441A (zh) 内置拉筋钢的混凝土组合箱型梁及箱型柱
CN103711223B (zh) 一种槽钢开槽式十字形变截面钢芯防屈曲限位耗能支撑构件
CN204715538U (zh) 一种圆钢管约束型钢混凝土柱与钢梁节点结构
CN109610726A (zh) 一种针对局部屈曲破坏的钢筋与冷弯薄壁c型钢组合柱
CN204753872U (zh) Z型套筒约束一字形纯钢屈曲约束支撑

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20161019

Termination date: 20201230

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee