CN103924704B - 一种组合式防屈曲耗能支撑 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种拉压刚度相近、安装制作简便、造价低廉的组合式防屈曲耗能支撑，包括内核钢板和外层钢套，其特征在于，所述内核钢板两端都设置有安装连接段，中部设置有耗能段，所述耗能段两端设置有开口槽，其两端的所述开口槽之间设置有规则排列的变形孔，所述外层钢套包覆住所述耗能段，且在所述外层钢套和所述耗能段之间填充有填充材料，所述开口槽和/或所述变形孔内填充有耗能材料。通过内核钢板的耗能段上设置有规则排列的变形孔，耗散震能量，拉压刚度相近。内核钢板两端的安装连接段和钢板连接段，可以方便制作和安装。

Description

一种组合式防屈曲耗能支撑

技术领域

本发明涉及一种建筑结构构件，尤其是一种剪切型防屈曲耗能支撑。

背景技术

防屈曲支撑可为框架或排架结构提供很大的抗侧刚度和承载力，广泛应用于各种建筑结构中。防屈曲支撑常见的截面形式有一字形、十字形、T形、双T型等，现有的防屈曲支撑存在支撑端部构造复杂、容易在端部发生局部破坏；承载力和刚度不易控制；受拉和受压刚度或承载力相差较大；内核单元全截面屈服后，在较长的屈服段内支撑的抗拉或抗压刚度几乎为零，可能引发连接结构的加速运动等问题。多数耗能支撑造价昂贵或构造复杂，安装制作工艺也比较繁琐，因此，防屈曲支撑仍是一种有待改善的建筑结构构件。

中国发明专利CN101984194A公开了一种平行耗能软钢板约束型防屈曲支撑及其制作方法，通过将平行耗能钢板集束中的每块钢板等间距焊接于内部钢板上，在将外层钢管的钢板焊接于平行耗能钢板上，最后将外层钢管封闭，组成平行耗能软钢板约束型防屈曲支撑。但是该防屈曲支撑安装制作工艺复杂，成本较高，虽然在外层钢板和内部钢板之间填充有发泡剂，但焊接处仍容易受潮腐蚀。

中国实用新型专利CN201078036Y公开了一种建筑框架结构防屈曲耗能支撑装置，由耗能钢管、内约束钢管、外约束钢管、连接钢板组成，耗能钢管管壁外侧按一定间隔成波纹状。该防屈曲支撑结构复杂，安装制作也不够方便。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种拉压刚度相近、安装制作简便、造价低廉的组合式防屈曲耗能支撑。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种组合式防屈曲耗能支撑，包括内核钢板和外层钢套，其特征在于，所述内核钢板两端都设置有安装连接段，中部设置有耗能段，所述耗能段两端设置有开口槽，其两端的所述开口槽之间设置有规则排列的变形孔，所述外层钢套包覆住所述耗能段，且在所述外层钢套和所述耗能段之间填充有填充材料，所述开口槽和/或所述变形孔内填充有耗能材料。

作为本发明的一种改进，所述开口槽为斜槽，同一个所述耗能段两端的开口槽开口方向相反。

作为本发明的进一步改进，所述内核钢板有两个或两个以上，通过正放和倒置交替的方式叠置在一起。

作为一种优选，所述变形孔为圆孔、椭圆孔、方孔或异型孔。

作为一种优选，所述内核钢板材料为不锈钢。

作为一种优选，所述外层钢套横截面为圆形、椭圆形、方形或异形。

采用上述技术方案后，由于内核钢板的耗能段上设置有开口槽和规则排列的变形孔，当内核钢板受到拉力或压力作用后，首先在开口槽与变形孔或变形孔之间的内核钢板最小截面处形成一定高度的剪切屈服区，利用材料的剪切屈服来耗散能量，减少结构中的地震作用；随着屈服位移增大，剪切屈服区域逐渐向较宽的部分延伸，防屈曲支撑的连接的承载力和屈服面积随之增大，可以耗散更多的地震能量，避免屈服阶段的结构运动加速，拉压刚度相近。此外，内核钢板两端都设置有安装连接段，方安装，整套防屈曲耗能支撑主要由内核钢板、外层钢套和填充材料组成，结构简单、造价低廉。

内核钢板的耗能段两端设置有开口槽，当其为斜槽时，更有利于受力加大时屈服区的扩大延伸，耗散更多的地震能量。当内核钢板有两个或两个以上时，通过正放和倒置交替的方式放置，可以有效消除偏心受力，防止对防屈曲耗能支撑造成破坏。

由于不锈钢具有良好的力学性能，非常适合作为内核钢板的材料，如304型不锈钢，其材料屈服强度约150-200MPa，抗拉强度大于500MPa，伸长率大于40%且耐腐蚀，这些特性都有助于提升内核钢板的耗能能力和使用寿命。

此外，外层钢套和耗能段之间填充有填充材料，可以防止内核钢板的平面外屈曲，为内核钢板提供面外支撑，开口槽和/或变形孔内也填充有耗能材料，可以利用变形孔或开口槽的剪切变形将开口槽和/或变形孔内的耗能材料剪碎来增加耗能。与摩擦型防屈曲耗能支撑相比，本发明的防屈曲耗能支撑连接刚度大，拉压刚度相近，能量耗散稳定且耗散量大，安装或更换维护方便。

附图说明

图1为本发明组合式防屈曲耗能支撑组装后的结构示意图；

图2为本发明组合式防屈曲耗能支撑的分解示意图；

图3为本发明组合式防屈曲耗能支撑的横截面剖视图；

图4为本发明组合式防屈曲耗能支撑的纵向截面剖视图。

图中标示对应如下：

1-内核钢板， 11-安装连接段，

111-安装孔， 12-耗能段，

121-开口槽， 122-变形孔，

123-连接板条， 2-外层钢套，

3-填充材料。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。

本发明提供的组合式防屈曲耗能支撑如图1至图4所示，包括内核钢板1和外层钢套2，内核钢板1两端都设置有安装连接段11。中部设置有耗能段12，耗能段12两端设置有开口方向相反的开口槽121，开口槽121的形状可以根据实际需要设置，在本实施例中，开口槽121为斜槽。耗能段12两端的开口槽121之间设置有规则排列的变形孔122，变形孔122的形状和具体的排列规则可以根据实际需要设定，在本实施例中，变形孔122为异型孔，沿着内核钢板1的长度方向成“一”字形排列。相邻俩变形孔122之间以及开口槽121与变形孔122之间自然形成有连接板条123，通过调整连接板条123的宽度可以改变防屈曲耗能支撑的整体连接刚度和变形量。安装连接段11上设置有安装孔111。外层钢套2包覆住耗能段12，且在外层钢套2和耗能段12之间填充有填充材料3。外层钢套2可以是不锈钢管、玻璃钢管或FRP管，其横截面可以为圆形、椭圆形、方形或异形，在本实施例中，外层钢套2为不锈钢管，其横截面为圆形。填充材料3最好是具有较高挤压强度的材料，如本实施例中使用的混凝土。开口槽121和变形孔122内填充有耗能材料，当变形孔122太小无法填充耗能材料时，可以不填充耗能材料，但开口槽121最好是可以填充耗能材料的槽，以增加防屈曲耗能支撑的耗能能力，耗能材料最好是具有超弹性的材料或具有一定硬度且抗压、抗剪强度低的可变形材料，如橡胶、塑料或沥青，在本实施例中使用橡胶作为耗能材料。

内核钢板1的数量可以根据实际需要设置，当内核钢板1的数量为两个或两个以上时，最好通过正放和倒置交替的方式放置以消除偏心受力，防止对防屈曲耗能支撑造成破坏，即在防屈曲耗能支撑的同一端，相邻两个内核钢板1上的开口槽121开口方向相反。在本实施例中，内核钢板1有两块。作为一种优选，所述内核钢材质最好为不锈钢或软钢，也可以是其他具备较好的屈服强度和延展性的材料。

施工时，先按图2所示的位置关系，将内核钢板1和外层钢套2通过填充材料3和耗能材料填充后组装在一起，然后通过防屈曲耗能支撑两端的安装连接段11上的安装孔111将防屈曲耗能支撑安装到建筑上，安装位置为结构中遭遇地震或水平作用时可能发生较大伸长或缩短的位置，如同层同跨框架的柱脚节点位置与另一柱顶部的节点位置等，同时应注意安装平面尽可能在框架的变形平面内，以避免框架梁、柱等主体受力结构受扭。

地震时，内核钢板1受到拉力或压力作用后，首先在连接板条123最小截面处形成一定高度的剪切屈服区，利用材料的剪切屈服来耗散能量，减少建筑结构中的地震作用；随着屈服位移增大，剪切屈服区域逐渐向连接板条123两边较宽的位置延伸，防屈曲支撑的连接的承载力和屈服面积随之增大，可以耗散更多的地震能量，避免屈服阶段的结构运动加速，同时，可以利用开口槽121和/或变形孔122的剪切变形将开口槽121和/或变形孔122内的耗能材料剪碎来增加耗能。当内核钢板1承受压力时，外层钢套2和填充材料3不直接承压，但可以防止内核钢板1的平面外屈曲，为内核钢板1提供面外支撑。

上面结合附图对本发明做了详细的说明，但是本发明的实施方式并不仅限于上述实施方式，本领域技术人员根据现有技术可以对本发明做出各种变形，如在内核钢板1上开设多个开口槽等，这些都属于本实发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种组合式防屈曲耗能支撑，包括内核钢板和外层钢套，其特征在于，所述内核钢板两端都设置有安装连接段，中部设置有耗能段，所述耗能段两端设置有开口槽，其两端的所述开口槽之间设置有规则排列的变形孔，所述外层钢套包覆住所述耗能段，且在所述外层钢套和所述耗能段之间填充有填充材料，所述开口槽和/或所述变形孔内填充有耗能材料，同一个所述耗能段两端的开口槽开口方向相反，所述开口槽为斜槽。

2.如权利要求1所述的组合式防屈曲耗能支撑，其特征在于，所述内核钢板有两个以上，通过正放和倒置交替的方式叠置在一起。

3.如权利要求1或2所述的组合式防屈曲耗能支撑，其特征在于，所述变形孔为圆孔、椭圆孔、方孔或异型孔。

4.如权利要求1或2所述的组合式防屈曲耗能支撑，其特征在于，所述外层钢套横截面为圆形、椭圆形、方形或异形。