CN105971356A - 一种端部具有对称初始缺陷单元的耗能型屈曲约束支撑 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种端部具有对称初始缺陷单元的耗能型屈曲约束支撑，其特征在于：由端部约束段、耗能段和支撑平直段三部分组成，两端通过螺栓连接与梁、柱构件或节点连接形成一整体，以达到增加构件的抗侧刚度的目的。采用端部具有对称初始缺陷单元的耗能型屈曲约束支撑，在小震作用下，本屈曲约束支撑保持弹性，在中震或大震作用时，屈曲约束支撑进入屈服阶段，其良好的滞回耗能性能又可以起到阻尼器的效果。与传统屈曲约束支撑相比，本发明在制作工艺上避免了传统制作过程中在核心耗能构件外部加上套筒以及灌浆等过程，制作方便；该支撑可以在工厂预制成型，保证了构件质量，减小了现场施工作业工作量，节能环保。

Description

一种端部具有对称初始缺陷单元的耗能型屈曲约束支撑
技术领域
本发明属于建筑结构技术领域，特别是涉及一种端部具有对称初始缺陷单元的耗能型屈曲约束支撑，适用于带屈曲约束支撑的钢结构或者混凝土结构。
背景技术
在钢结构或者钢筋混凝土结构使用过程中，普通支撑受压会产生屈曲现象，当支撑受压屈曲后，刚度和承载力急剧降低。在地震或风的作用下，支撑的内力在受压和受拉两种状态下往复变化。当支撑由压曲状态逐渐变至受拉状态时，支撑的内力以及刚度接近为零。因而普通支撑在反复荷载作用下滞回性能较差。为解决普通支撑受压屈曲以及滞回性能差的问题，在支撑外部设置套管，约束支撑的受压屈曲，构成屈曲约束支撑仅芯板与其他构件连接，所受的荷载全部由芯板承担，外套筒和填充材料仅约束芯板受压屈曲，使芯板在受拉和受压下均能进入屈服，因而，屈曲约束支撑的滞回性能优良。屈曲约束支撑一方面可以避免普通支撑拉压承载力差异显著的缺陷，另一方面具有金属阻尼器的耗能能力，可以在结构中充当“保险丝”，使得主体结构基本处于弹性范围内。因此，屈曲约束支撑的应用，可以全面提高传统的支撑框架在中震和大震下的抗震性能。但是传统屈曲约束支撑通常采用钢与混凝土组成的外围约束，导致制作要求精度高，自重大且施工难度大，对核心单元本身存在较大附加荷载，使其推广和使用范围受到很大限制。
发明内容
发明目的：由于现有屈曲约束支撑有芯板、外套筒和填充材料等构成，制作工艺复杂，且与屈曲约束支撑相连接的构件或节点受力较大；为了克服现有技术存在的问题，本发明将引入对称初始缺陷到传统的普通支撑上，形成一种端部具有对称初始缺陷单元的耗能型屈曲约束支撑，是工程结构中选用屈曲约束支撑时的优先选择。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种端部具有对称初始缺陷单元的耗能型屈曲约束支撑，包括约束段和耗能段，其特征在于：还包括一支撑平直段，所述耗能段设置在所述支撑平直段两端，在所述耗能段的另一端设置所述的约束段，耗能段由至少一个典型对称初始缺陷单元沿着支撑的轴线方向组成，所述单个典型对称初始缺陷单元由两个相同的初始缺陷单元组成，所述初始缺陷单元由在同一平面内的四个完全相同的平行四边形板经过折叠形成的空间体组成，所述四个平行四边形板两两共线并相交于一顶点，按照逆时针分别为平行四边形板一、平行四边形板二、平行四边形板三和平行四边形板四，其中平行四边形板一和平行四边形板二的公共边、平行四边形板二和平行四边形板三的公共边和平行四边形板三和平行四边形板四的公共边为峰线，平行四边形板一和平行四边形板四的公共边为谷线，相邻的平行四边形板沿着峰线向外折叠，沿着谷线向内折叠，直至平行四边形板的四条自由边在相同平面上，所述向外折叠是指相邻的平行四边形板的外法线之间的夹角变大，向内折叠是指相邻的平行四边形板的外法线之间的夹角变小。
所述端部约束段由方形钢板、T型短钢梁和连接板组成，方形钢板焊接在耗能段端部，两根T型短钢梁与方形钢板焊接连接，连接板夹在两根T型短钢梁中间，连接板与T型短钢梁用高强螺栓连接。
所述支撑平直段由方形截面的钢支撑和方形钢板组成，方形钢板焊接在方形截面的钢支撑的端部，耗能段与方形钢板焊接连接。
所述单个典型对称初始缺陷单元中的两个相同的初始缺陷单元关于四边形板的四条自由边形成的平面对称。
四个完全相同的平行四边形板不能是矩形。
有益效果：
本发明一种端部具有对称初始缺陷单元的耗能型屈曲约束支撑，由端部约束段、耗能段和支撑平直段构成。采用端部具有对称初始缺陷单元的耗能型屈曲约束支撑，由于拉压不平衡系数较小，有利于在地震作用下保护梁柱等构件或梁柱节点。耗能段由多个典型对称初始缺陷单元组成，典型对称初始缺陷单元通过预先设置的由谷线和峰线形成的折痕，使支撑在地震作用下，在预先设置的折痕处能发生较大的应变从而形成塑性铰线，且平行四边形板内不会产生较大的应变，达到耗散地震能量的目的。本发明在制作工艺上避免了在核心耗能构件外部加套筒、在套筒与核心耗能构件之间灌浆等过程，简化了加工制作过程，减小了工程造价。而且本发明能够在工厂加工，到现场只需要用螺栓与梁柱等构件的预埋件连接，既保证了构件质量，又减小了现场的湿作业工作量，节能环保。端部具有对称初始缺陷单元的耗能型屈曲约束支撑既具有一般屈曲约束支撑的布置灵活，良好的耗能性能等优点，又可以通过预先设置的初始缺陷形状，控制支撑的屈曲形式，防止构件过早发生整体屈曲，同时可以避免在核心耗能构件外部加上套筒以及灌浆等过程，有效的简化加工工序，具有良好的推广效益。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为端部约束段示意图；
图3为耗能段示意图；
图4为支撑平直段示意图；
图5为方形钢板示意图；
图6为T型短钢梁示意图；
图7为连接板示意图；
图8为典型对称初始缺陷单元示意图；
图9为初始缺陷单元示意图；
图10为初始缺陷单元折叠前平面示意图；
图11为方形截面钢支撑示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
图1为端部具有对称初始缺陷单元的耗能型屈曲约束支撑的结构示意图，由端部约束段1、耗能段2和支撑平直段3组成，端部约束段1固定在梁柱节点与耗能段2之间，耗能段2固定在支撑平直段3两端。
如图2所示，端部约束段1由方形钢板4、T型短钢梁5和梁柱等构件预留的连接板6组成，方形钢板4焊接在耗能段2端部，两根T型短钢梁5与方形钢板4焊接连接，方形钢板4和T型短钢梁5分别见图5、6所示。连接板6夹在两根T型短钢梁5中间，连接板6与T型短钢梁5用高强螺栓连接，其中连接板6见图7所示。
图3中，耗能段2由两个典型对称初始缺陷单元7沿着支撑的轴线方向组成。图8为典型对称初始缺陷单元示意图，单个典型对称初始缺陷单元7由两个相同的初始缺陷单元8关于四边形板的四条自由边15形成的平面对称。初始缺陷单元8由在同一平面内的四个完全相同的平行四边形板经过折叠形成的空间体组成，如图10所示，四个平行四边形板两两共线并相交于一顶点，按照逆时针分别为平行四边形板一9、平行四边形板二10、平行四边形板三11和平行四边形板四12，其中平行四边形板一9和平行四边形板二10的公共边、平行四边形板二10和平行四边形板三11的公共边和平行四边形板三11和平行四边形板四12的公共边为峰线13，平行四边形板一9和平行四边形板四12的公共边为谷线14。在四个完全相同的平行四边形板折叠过程中，相邻的平行四边形板沿着峰线13向外折叠，沿着谷线14向内折叠，直至平行四边形板的四条自由边15在相同平面上，经折叠后形成的空间体见图9所示。向外折叠是指相邻的平行四边形板的外法线之间的夹角变大，向内折叠是指相邻的平行四边形板的外法线之间的夹角变小。其中四个完全相同的平行四边形板不能是矩形。
如图4中，支撑平直段3由方形截面的钢支撑16和方形钢板4组成。方形钢板4焊接在方形截面的钢支撑16的端部，耗能段2与方形钢板4焊接连接。

Claims (5)

1.一种端部具有对称初始缺陷单元的耗能型屈曲约束支撑，包括约束段和耗能段，其特征在于：还包括一支撑平直段（3），所述耗能段设置在所述支撑平直段两端，在所述耗能段的另一端设置所述的约束段，耗能段（2）由至少一个典型对称初始缺陷单元（7）沿着支撑的轴线方向组成，所述单个典型对称初始缺陷单元（7）由两个相同的初始缺陷单元（8）组成，所述初始缺陷单元（8）由在同一平面内的四个完全相同的平行四边形板经过折叠形成的空间体组成，所述四个平行四边形板两两共线并相交于一顶点，按照逆时针分别为平行四边形板一（9）、平行四边形板二（10）、平行四边形板三（11）和平行四边形板四（12），其中平行四边形板一（9）和平行四边形板二（10）的公共边、平行四边形板二（10）和平行四边形板三（11）的公共边和平行四边形板三（11）和平行四边形板四（12）的公共边为峰线（13），平行四边形板一（9）和平行四边形板四（12）的公共边为谷线（14），相邻的平行四边形板沿着峰线（13）向外折叠，沿着谷线（14）向内折叠，直至平行四边形板的四条自由边（15）在相同平面上，所述向外折叠是指相邻的平行四边形板的外法线之间的夹角变大，向内折叠是指相邻的平行四边形板的外法线之间的夹角变小。
2.根据权利要求1所述的端部具有对称初始缺陷单元的耗能型屈曲约束支撑，其特征在于：所述端部约束段（1）由方形钢板（4）、T型短钢梁（5）和连接板（6）组成，方形钢板（4）焊接在耗能段（2）端部，两根T型短钢梁（5）与方形钢板（4）焊接连接，连接板（6）夹在两根T型短钢梁（5）中间，连接板（6）与T型短钢梁（5）用高强螺栓连接。
3.根据权利要求1所述的端部具有对称初始缺陷单元的耗能型屈曲约束支撑，其特征在于：所述支撑平直段（3）由方形截面的钢支撑（16）和方形钢板（4）组成，方形钢板（4）焊接在方形截面的钢支撑（16）的端部，耗能段（2）与方形钢板（4）焊接连接。
4.根据权利要求3所述的端部具有对称初始缺陷单元的耗能型屈曲约束支撑，其特征在于：所述单个典型对称初始缺陷单元（7）中的两个相同的初始缺陷单元（8）关于四边形板的四条自由边（15）形成的平面对称。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的端部具有对称初始缺陷单元的耗能型屈曲约束支撑，其特征在于：所述四个完全相同的平行四边形板非矩形。
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