CN105239691B - 一种带有一字型内芯的防屈曲支撑构件 - Google Patents
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Abstract
一种带有一字型内芯的防屈曲支撑构件，它涉及一种防屈曲支撑构件。现有市场上使用的防屈曲支撑构件的焊接热应力以及焊接残余变形往往会影响支撑的整体组装，降低内芯构件的低周期疲劳性能、内芯构件的抗屈曲能力低且成本高。本发明内芯构件为一字型变厚度钢板，内芯构件的厚度由中心向两端逐渐递增，内芯构件外套装有约束构件，约束构件内填充有水泥砂浆，两个端板分别设置在约束构件的两端；每个端部连接部件包括两个竖向肋板，端板沿其板面厚度方向加工有十字形预留通孔，内芯构件的两端分别穿过两个端板上十字形预留通孔中的水平孔，两个竖向肋板分别穿过十字形预留通孔中的竖直孔并与内芯构件固接。本发明用于建筑工程领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种带有一字型内芯的防屈曲支撑构件。
背景技术
传统的结构抗震方法是通过提高结构本身的强度和刚度来抵御地震作用，同时利用结构的延性以及塑性变形，来消耗地震输入的能量。这种方法的缺点是在地震中主要依靠结构自身的损伤来消耗能量，而地震作用性往往是不确定的，而大量的震害调查研究也表明，震后结构虽未倒塌，但严重的破损导致结果无法继续使用，加固成本高昂，加固与重建陷入两难选择。因此，传统的、消极的抗震对策并不可取，特别是在中、高度地震设防烈度区。在结构中设置防屈曲支撑构件是改善结构抗震性能的一种积极有效的措施。防屈曲支撑构件既可用于新建结构，又适用于已有结构的抗震加固，同时对高层建筑的控制效果要更为明显，因此，在实际工程中应用广泛。
典型的防屈曲支撑构件由内芯、外包约束构件以及两者之间所设置的无粘结层或间隙三部分所构成。其中支撑内芯只承受轴力，只产生轴向变形，而约束构件则通过其抗弯刚度和抗弯承载力来防止钢支撑受压侧向屈曲。目前，市场上常用的防屈曲支撑构件主要纯钢型和灌浆型。其中，纯钢型防屈曲支撑为防止内芯构件自身受压屈服，一般要求内芯构件截面回转半径较大，多为焊接组合截面，而焊接热应力以及焊接残余变形往往会影响支撑的整体组装，焊接操作会改变内芯的设计屈服力，甚至降低内芯构件的低周期疲劳性能，而且，纯钢支撑一般费用较高；而灌浆型防屈曲支撑构件通常是对内芯板材进行火焰切割处理，平面上形成变截面的几何削弱，在截面削弱区域形成易于屈服的耗能区间，同纯钢支撑一样，内芯构件的二次加工降低了内芯构件的力学性能及抗疲劳性能。此外，现有的支撑构件，为了满足端部强节点连接，一般端部连接板均做加强处理，即连接板局部加厚或连接板局部尺寸放大，这种二次加工同样影响了支撑的整体性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种带有一字型内芯的防屈曲支撑构件，以解决现有市场上使用的防屈曲支撑构件的焊接热应力以及焊接残余变形往往会影响支撑的整体组装，降低内芯构件的低周期疲劳性能、内芯构件的抗屈曲能力低且成本高的问题。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
一种带有一字型内芯的防屈曲支撑构件，它包括内芯构件、约束构件、水泥砂浆、两个端板和两个端部连接部件，所述内芯构件为一字型变厚度钢板，内芯构件的厚度由中心向两端逐渐递增，所述内芯构件插装在约束构件内，所述约束构件内填充有水泥砂浆，两个端板分别设置在约束构件的两端，端板与端部连接部件一一对应设置；
每个端部连接部件包括两个竖向肋板，端板沿其板面厚度方向加工有十字形预留通孔，所述内芯构件的两端分别穿过两个端板上十字形预留通孔中的水平孔，两个竖向肋板分别穿过十字形预留通孔中的竖直孔并与内芯构件固定连接。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明中内芯构件为成品变厚度钢板一次性切割形成，成品变厚度钢板的使用，避免焊接操作导致的内芯构件设计轴力的改变以及低周期疲劳性能的降低，最大限度地保留了内芯构件的原有力学性能，改善了内芯构件的抗屈曲能力，从根本上提高了防屈曲支撑的耗能能力。
2、变厚度钢板可因根据需要在一定范围内进行变厚度生产，可根据支撑在结果中受力大小进行减量优化设计，节省钢材，减轻结构自重，满足绿色建筑要求。
3、本发明中内芯构件为一字型变厚度钢板，构造简单，安装步骤简易方便，无需二次加工，内芯构件截面较小，同时内芯构件的用钢量降低，便于节约钢材，造价低廉。
附图说明
图1是本发明的主视结构示意图；
图2是本发明的主视结构剖面图；
图3是图1中A-A处的剖面图；
图4是端板4的主视结构示意图；
图5是内芯构件1的主视结构剖面图；
图6是图5中B处的放大图；
图7是本发明的装配示意图；
图8是销轴连接的本发明立体结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8说明本实施方式，本实施方式包括内芯构件1、约束构件2、水泥砂浆3、两个端板4和两个端部连接部件5，所述内芯构件1为一字型变厚度钢板，内芯构件1的厚度由中心向两端逐渐递增，所述内芯构件1插装在约束构件2内，所述约束构件2内填充有水泥砂浆3，两个端板4分别设置在约束构件2的两端，端板4与端部连接部件5一一对应设置；
每个端部连接部件5包括两个竖向肋板5-1，端板4沿其板面厚度方向加工有十字形预留通孔，所述内芯构件1的两端分别穿过两个端板4上十字形预留通孔中的水平孔，两个竖向肋板5-1分别穿过十字形预留通孔中的竖直孔并与内芯构件1固定连接。
本实施方式中所述内芯构件1为一字型变厚度钢板，它是由钢厂提供的成品变厚度钢板一次性切割而成，内芯构件1在长度方向上，内芯构件1的厚度由中心向两端逐渐递增，其两端为厚板区域，中间为薄板区域，厚板区域与薄板区域之间通过厚度过渡段实现光滑过渡，内芯构件1的两端伸出其对应的端板4的距离为L1，内芯构件1的每端、该端对应的端板4以及该端板4对应的端部连接部件5一起形成高强度连接节点。薄板及厚板的极限强度及屈服强度接近，而中间薄板区域截面宽度不变，截面厚度减小，截面面积减小，相比厚板区域更容易发生受压、受拉屈服，因此在薄板区域能形成消能屈服段，从而达到防屈曲支撑的耗能减震目的。
本实施方式中的约束构件2是用于包裹水泥砂浆3并与水泥砂浆3共同为内芯构件1提供侧向约束，限制内芯构件1的受压失稳，提高内芯构件1的抗压承载力。
本实施方式中的端板4，其截面尺寸同外部约束构件2的横截面尺寸相同，在端板截面形心位置，开设有十字形预留通孔，预留通孔是由水平矩形孔和竖直矩形孔垂直交叉形成，十字形通孔的设置是为了便于内芯构件1及端部连接部件5穿过端板4，十字形通孔中水平矩形孔和竖直矩形孔的尺寸较内芯构件1的端部尺寸及端部连接部件的尺寸大1～2mm。
所述端部连接部件5是由钢板切割而成，焊接于内芯构件1的端部，钢板厚度同内芯构件1厚板区域的厚度，其外部长度与内芯构件伸出端板4的长度L1相等，端部连接部件5中每个竖向肋板伸入约束构件2内部的长度与处于约束构件2外的长度比为1：2，如此设置能够保证内芯构件伸出端板4的侧向稳定性，用于实现防屈曲支撑与结构的连接。
具体实施方式二：结合图5和图6说明本实施方式，本实施方式所述内芯构件1包括两个厚板段1-1、两个过渡段1-2和薄板段1-3，所述两个厚板段1-1、两个过渡段1-2和薄板段1-3固定连接制为一体，所述薄板段1-3的一端依次固定连接有一个所述过渡段1-2和一个所述厚板段1-1，所述薄板段1-3的另一端依次固定连接有另一个所述过渡段1-2和另一个所述厚板段1-1，所述过渡段1-2的截面厚度变化率为I，I的取值小于15mm/2000mm，所述薄板段1-3的长度大于或等于约束构件2长度的1/3。
本实施方式中所述薄板段1-3的长度大于或等于约束构件2长度的1/3，需要时，薄板段1-3可沿约束构件2通长设置，即薄板段1-3的最大长度为约束构件2的长度。
本实施方式中两个厚板段1-1、两个过渡段1-2和薄板段1-3为工厂一次压制成型结构。过渡段1-2的截面厚度变化率为I，即过渡段1-2两端厚板段1-1与薄板段1-3之间的厚度差值的一半与过渡段1-2的总长度的比值为I，过渡段1-2的长度为a，过渡段1-2与厚板段1-1相交处的厚度为t1，过渡段1-2与薄板段1-3相交处的厚度为t2,过渡段1-2的截面厚度变化率I的计算公式为所述过渡段1-2的截面厚度为均匀变化，为保证内芯构件1在受压变形时不会受到周边水泥砂浆3的约束作用，同时考虑变厚度钢板的压轧工艺，过渡段1-2的截面厚度变化率I的取值范围根据公式得出，I的取值小于15mm/2000mm。其他结构及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1、图2、图3、图7和图8说明本实施方式，本实施方式所述约束构件2内嵌套有内芯构件1，所述约束构件2与其两端设置的端板4之间形成封闭空间。如此设置提高支撑的耐久性。其他结构及连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图1、图2、图3、图4、图5和图6说明本实施方式，本实施方式中所述水泥砂浆3与内芯构件1之间设置有2～5mm的间隙。本实施方式中水泥砂浆3与内芯构件1之间设置的间隙是为了保证内芯部件1受压时，过渡段1-2可以实现自由变形。避免因过渡段1-2的局部挤压影响内芯构件的整体受力性能。其他结构及连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：结合图1、图2、图3、图4、图7和图8说明本实施方式，本实施方式中端部连接部件5与内芯构件1之间焊接连接。其他结构及连接关系与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：结合图8说明本实施方式，本实施方式中所述内芯构件1伸出端板4的两端各加工有安装通孔1-4。安装通孔1-4的加工是为了实现本发明的安装和连接。其他结构及连接关系与具体实施方式一相同。
本实施方式中内芯构件1的外伸部分与端部连接部件5一起形成支撑的连接端点，支撑与周边结构之间的连接方式可以为螺栓连接、销轴连接或直接焊接连接，也可采用上述的螺栓连接、直接焊接配合抗弯肋板实现。
本发明中内芯构件1抗屈曲的工作原理：
一字型内芯构件由变厚度钢板一次性切割而成，没有二次切割、焊接加工，内芯构件两端钢板厚度厚，中间钢板厚度薄，钢板厚度由厚向薄光滑过渡，中间薄钢板区域截面面积减小，相比厚钢板区域更容易发生受压、受拉屈服，因此，在薄钢板区域形成消能屈服段，从而达到耗能减震目的。
Claims (4)
1.一种带有一字型内芯的防屈曲支撑构件，其特征在于：它包括内芯构件(1)、约束构件(2)、水泥砂浆(3)、两个端板(4)和两个端部连接部件(5)，所述内芯构件(1)为一字型变厚度钢板，内芯构件(1)的厚度由中心向两端逐渐递增，所述内芯构件(1)插装在约束构件(2)内，所述约束构件(2)内填充有水泥砂浆(3)，两个端板(4)分别设置在约束构件(2)的两端，端板(4)与端部连接部件(5)一一对应设置；
每个端部连接部件(5)包括两个竖向肋板(5-1)，端板(4)沿其板面厚度方向加工有十字形预留通孔，所述内芯构件(1)的两端分别穿过两个端板(4)上十字形预留通孔中的水平孔，两个竖向肋板(5-1)分别穿过十字形预留通孔中的竖直孔并与内芯构件(1)固定连接；
所述内芯构件(1)包括两个厚板段(1-1)、两个过渡段(1-2)和薄板段(1-3)，所述两个厚板段(1-1)、两个过渡段(1-2)和薄板段(1-3)固定连接制为一体，所述薄板段(1-3)的一端依次固定连接有一个所述过渡段(1-2)和一个所述厚板段(1-1)，所述薄板段(1-3)的另一端依次固定连接有另一个所述过渡段(1-2)和另一个所述厚板段(1-1)，所述过渡段(1-2)的截面厚度变化率为I，I的取值小于15mm/2000mm，所述薄板段(1-3)的长度大于或等于约束构件(2)长度的1/3。
2.根据权利要求1所述的一种带有一字型内芯的防屈曲支撑构件，其特征在于：所述约束构件(2)内嵌套有内芯构件(1)，所述约束构件(2)与其两端设置的端板(4)之间形成封闭空间。
3.根据权利要求2所述的一种带有一字型内芯的防屈曲支撑构件，其特征在于：所述水泥砂浆(3)与内芯构件(1)之间设置有2～5mm的间隙。
4.根据权利要求3所述的一种带有一字型内芯的防屈曲支撑构件，其特征在于：端部连接部件(5)与内芯构件(1)之间焊接连接。
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