CN106401253B - 菱形截面二阶段屈服防屈曲支撑 - Google Patents

菱形截面二阶段屈服防屈曲支撑 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种菱形截面二阶段屈服防屈曲支撑，包括外部套管、内部芯板、第一端部加劲板、第二端部加劲板、第三端部加劲板、第四端部加劲板、第一加劲板及第二加劲板，该支撑具有优良的延性和耗能能力，发生屈曲后刚度退化较慢，且屈服后位移较小。

Description

菱形截面二阶段屈服防屈曲支撑
技术领域
本发明属于建筑耗能减震技术领域，涉及一种菱形截面二阶段屈服防屈曲支撑。
背景技术
传统防屈曲支撑主要由内部芯材、外部约束构件及无粘结滑移界面组成，兼备了普通钢支撑和金属耗能阻尼器的功能。强震作用时防屈曲支撑不发生屈曲，具有优良的耗能能力和延性，显著降低主体结构的地震损伤。
传统防屈曲约束支撑有明显的屈服变形且整体结构中钢梁和钢柱均保持弹性状态，结构抗侧能力较好。
但统钢支撑发生屈曲后刚度退化严重，屈曲约束支撑屈服不屈曲且刚度不会严重退化。
此外，传统的防屈曲支撑屈服位移较大，布置在混凝土结构或钢-混凝土混合结构中时，难以在混凝土构件开裂之前首先发生屈服并耗散地震能量。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种菱形截面二阶段屈服防屈曲支撑，该支撑同时具有优良的延性和耗能能力，发生屈曲后刚度退化较慢。
为达到上述目的，本发明所述的菱形截面二阶段屈服防屈曲支撑包括外部套管、内部芯板、第一端部加劲板、第二端部加劲板、第三端部加劲板、第四端部加劲板、第一加劲板及第二加劲板；
外部套管套接于内部芯板的中部，第一端部加劲板的下端面及第二端部加劲板的上端面分别固定于内部芯板左侧的上表面及下表面上，第一端部加劲板的右侧及第二端部加劲板的右侧均插入于外部套管内，第三端部加劲板的下端面及第四端部加劲板的上端面分别固定于内部芯板右侧的上表面及下表面上，第三端部加劲板的左侧及第四端部加劲板的左侧均插入于外部套管内，第一加劲板及第二加劲板位于外部套管内，第一加劲板的下端面及第二加劲板的上端面分别固定于内部芯板中部的上表面及下表面上，且第一加劲板的左右两端分别与第一端部加劲板及第三端部加劲板之间有间隙，第二加劲板的左右两端分别与第二端部加劲板及第四端部加劲板之间有间隙，第一端部加劲板的上端面、第二端部加劲板的下端面、第三端部加劲板的上端面、第四端部加劲板的下端面、第一加劲板的上端面及第二加劲板的下端面均与外部套管的内壁相接触；
所述外部套管的横截面为菱形结构，内部芯板沿所述菱形结构的一条对角线分布，第一端部加劲板、第二端部加劲板、第三端部加劲板、第四端部加劲板、第一加劲板及第二加劲板均沿所述菱形结构的另一条对角线分布。
内部芯板与第一端部加劲板、第二端部加劲板、第三端部加劲板、第四端部加劲板、第一加劲板及第二加劲板之间均通过角焊缝相焊接。
第一端部加劲板、第二端部加劲板、第三端部加劲板及第四端部加劲板均由第一钢板、第二钢板及第三钢板依次焊接而成，其中，第一钢板及第三钢板均为长方形结构，第二钢板为梯形结构，第三钢板位于外部套管内；
第一端部加劲板及第三端部加劲板中第一钢板的下端面、第二钢板的下端面、第三钢板的下端面均固定于内部芯板的上表面上，第一端部加劲板及第三端部加劲板中第三钢板的上端面与外部套管的内壁相接触；
第二端部加劲板及第四端部加劲板中第一钢板的上端面、第二钢板的上端面及第三钢板的上端面均固定于内部芯板的下表面上，第二端部加劲板及第四端部加劲板中第三钢板的下端面均与外部套管的内壁相接触。
内部芯板、第一端部加劲板、第二端部加劲板、第三端部加劲板、第四端部加劲板、第一加劲板及第二加劲板的材质均为LY100钢材；
外部套管的材质为Q235钢材。
第一端部加劲板的厚度与第二端部加劲板的厚度不同。
第三端部加劲板的厚度与第四端部加劲板的厚度不同。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的菱形截面二阶段屈服防屈曲支撑包括外部套管、内部芯板、第一端部加劲板、第二端部加劲板、第三端部加劲板、第四端部加劲板、第一加劲板及第二加劲板，内部芯板的中部、第一端部加劲板的一端、第二端部加劲板的一端、第三端部加劲板的一端、第四端部加劲板的一端、第一加劲板、第二加劲板均位于外部套管内，且第一端部加劲板、第二端部加劲板、第三端部加劲板、第四端部加劲板、第一加劲板及第二加劲板均固定于内部芯板的表面且与外部套管的内壁相接触，从而通过第一端部加劲板、第二端部加劲板、第三端部加劲板、第四端部加劲板、第一加劲板、第二加劲板及内部芯板作为整体共同抵抗支撑受到的轴向力。在发生屈服时，第一加劲板与第一端部加劲板及第三端部加劲板之间、第二加劲板与第二端部加劲板及第四端部加劲板之间的内部芯板率先发生屈服，然后其他部分再发生屈服位移现象，相比传统的防屈曲支撑发生屈服时约束屈服段必须全长均发生屈服，本发明所述的支撑屈服位移更小，且发生屈曲后刚度退化较慢，同时使得支撑在主体结构破坏前率先屈服耗散地震能量，从而有效的保护支撑主体结构，支撑延性和耗能能力更强。在工程设计时，可以通过调整第一加劲板与第一端部加劲板及第三端部加劲板之间的间隙长度、第二加劲板与第二端部加劲板及第四端部加劲板之间的间隙长度来控制支撑的屈服位移，实现主体结构破坏率先屈服的设计目标。
附图说明
图1为本发明的俯视图；
图2为图1中A-A方向的截面图；
图3为图1中B-B方向的截面图；
图4为本发明中内部芯板2与第一端部加劲板3、第二端部加劲板4、第三端部加劲板7、第四端部加劲板8、第一加劲板5及第二加劲板6的位置关系图。
其中，1为外部套管、2为内部芯板、3为第一端部加劲板、4为第二端部加劲板、5为第一加劲板、6为第二加劲板、7为第三端部加劲板、8为第四端部加劲板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图2、图3及图4，本发明所述的菱形截面二阶段屈服防屈曲支撑包括外部套管1、内部芯板2、第一端部加劲板3、第二端部加劲板4、第三端部加劲板7、第四端部加劲板8、第一加劲板5及第二加劲板6；外部套管1套接于内部芯板2的中部，第一端部加劲板3的下端面及第二端部加劲板4的上端面分别固定于内部芯板2左侧的上表面及下表面上，第一端部加劲板3的右侧及第二端部加劲板4的右侧均插入于外部套管1内，第三端部加劲板7的下端面及第四端部加劲板8的上端面分别固定于内部芯板2右侧的上表面及下表面上，第三端部加劲板7的左侧及第四端部加劲板8的左侧均插入于外部套管1内，第一加劲板5及第二加劲板6位于外部套管1内，第一加劲板5的下端面及第二加劲板6的上端面分别固定于内部芯板2中部的上表面及下表面上，且第一加劲板5的左右两端分别与第一端部加劲板3及第三端部加劲板7之间有间隙，第二加劲板6的左右两端分别与第二端部加劲板4及第四端部加劲板8之间有间隙，第一端部加劲板3的上端面、第二端部加劲板4的下端面、第三端部加劲板7的上端面、第四端部加劲板8的下端面、第一加劲板5的上端面及第二加劲板6的下端面均与外部套管1的内壁相接触；所述外部套管1的横截面为菱形结构，内部芯板2沿所述菱形结构的一条对角线分布，第一端部加劲板3、第二端部加劲板4、第三端部加劲板7、第四端部加劲板8、第一加劲板5及第二加劲板6均沿所述菱形结构的另一条对角线分布，能够通过外部套管1对第一端部加劲板3、第二端部加劲板4、第三端部加劲板7、第四端部加劲板8、第一加劲板5及第二加劲板6进行限位，从而有效的提高支撑的承载能力。
需要说明的是，内部芯板2与第一端部加劲板3、第二端部加劲板4、第三端部加劲板7、第四端部加劲板8、第一加劲板5及第二加劲板6之间均通过角焊缝相焊接；第一端部加劲板3、第二端部加劲板4、第三端部加劲板7及第四端部加劲板8均由第一钢板、第二钢板及第三钢板依次焊接而成，其中，第一钢板及第三钢板均为长方形结构，第二钢板为梯形结构，第三钢板位于外部套管1内；第一端部加劲板3及第三端部加劲板7中第一钢板的下端面、第二钢板的下端面、第三钢板的下端面均固定于内部芯板2的上表面上，第一端部加劲板3及第三端部加劲板7中第三钢板的上端面与外部套管1的内壁相接触；第二端部加劲板4及第四端部加劲板8中第一钢板的上端面、第二钢板的上端面及第三钢板的上端面均固定于内部芯板2的下表面上，第二端部加劲板4及第四端部加劲板8中第三钢板的下端面均与外部套管1的内壁相接触。
另外，内部芯板2、第一端部加劲板3、第二端部加劲板4、第三端部加劲板7、第四端部加劲板8、第一加劲板5及第二加劲板6的材质均为LY100钢材；外部套管1的材质为Q235钢材；第一端部加劲板3的厚度与第二端部加劲板4的厚度不同；第三端部加劲板7的厚度与第四端部加劲板8的厚度不同。
本发明的实施过程为：
1)先按设计要求加工制作外部套管1、内部芯板2、第一端部加劲板3、第二端部加劲板4、第三端部加劲板7、第四端部加劲板8、第一加劲板5及第二加劲板6；2)将第一加劲板5及第二加劲板6与内部芯板2通过角焊缝的形式组成十字形型钢结构；3)将内部芯板2与第一端部加劲板3、第二端部加劲板4、第三端部加劲板7及第四端部加劲板8通过角焊缝的形式焊接成十字形型钢结构；4)将外部套管1套接于上述两个十字型钢结构上。
参考图1，本发明的分段屈服原理为：内部芯板2和第一端部加劲板3、第二端部加劲板4、第三端部加劲板7、第四端部加劲板8、第一加劲板5及第二加劲板6均采用低屈服点钢材LY100，屈服强度fy＝80～120Mpa，抗拉强度fu＝200～300Mpa，强屈比＝1.67～3.75；l1为节点区，l2为过渡段，l3及l5为约束屈服段，l4为无约束屈服段，节点区l1通过过渡段l2与约束屈服段l3形成受力整体保证支撑受力完整。当非约束屈服段l4进入强化阶段后，其极限承载力Fu,4＝(1.67～3.75)Fy,4；当非约束屈服段l4的极限承载力Fu,4大于约束屈服段l3及l5的屈服承载力Fy,3及Fy,5(即fuA4>fyA3＝fyA5)时，随着轴力F的增加约束屈服段l3及l5将发生第2阶段屈服。
本发明在加载初始阶段，各部件轴向变形不明显，随着往复荷载的增大，支撑会均出现显著轴向拉伸和压缩变形，其中，非约束屈服段l4先发生屈服进行耗能减震，其他部件再进行屈服，直到支撑破坏为止，因此该支撑在轴力作用下的非约束屈服段首先发生屈服，减小其屈服位移，以便支撑能在主体结构破坏前率先屈服并耗散地震能量，相当于“保险丝”一样，起到保护主体结构的作用。

Claims (4)

1.一种菱形截面二阶段屈服防屈曲支撑，其特征在于，包括外部套管(1)、内部芯板(2)、第一端部加劲板(3)、第二端部加劲板(4)、第三端部加劲板(7)、第四端部加劲板(8)、第一加劲板(5)及第二加劲板(6)；
外部套管(1)套接于内部芯板(2)的中部，第一端部加劲板(3)的下端面及第二端部加劲板(4)的上端面分别固定于内部芯板(2)左侧的上表面及下表面上，第一端部加劲板(3)的右侧及第二端部加劲板(4)的右侧均插入于外部套管(1)内，第三端部加劲板(7)的下端面及第四端部加劲板(8)的上端面分别固定于内部芯板(2)右侧的上表面及下表面上，第三端部加劲板(7)的左侧及第四端部加劲板(8)的左侧均插入于外部套管(1)内，第一加劲板(5)及第二加劲板(6)位于外部套管(1)内，第一加劲板(5)的下端面及第二加劲板(6)的上端面分别固定于内部芯板(2)中部的上表面及下表面上，且第一加劲板(5)的左右两端分别与第一端部加劲板(3)及第三端部加劲板(7)之间有间隙，第二加劲板(6)的左右两端分别与第二端部加劲板(4)及第四端部加劲板(8)之间有间隙，第一端部加劲板(3)的上端面、第二端部加劲板(4)的下端面、第三端部加劲板(7)的上端面、第四端部加劲板(8)的下端面、第一加劲板(5)的上端面及第二加劲板(6)的下端面均与外部套管(1)的内壁相接触；
所述外部套管(1)的横截面为菱形结构，内部芯板(2)沿所述菱形结构的一条对角线分布，第一端部加劲板(3)、第二端部加劲板(4)、第三端部加劲板(7)、第四端部加劲板(8)、第一加劲板(5)及第二加劲板(6)均沿所述菱形结构的另一条对角线分布；
内部芯板(2)与第一端部加劲板(3)、第二端部加劲板(4)、第三端部加劲板(7)、第四端部加劲板(8)、第一加劲板(5)及第二加劲板(6)之间均通过角焊缝相焊接；
第一端部加劲板(3)的厚度与第二端部加劲板(4)的厚度不同。
2.根据权利要求1所述的菱形截面二阶段屈服防屈曲支撑，其特征在于，第一端部加劲板(3)、第二端部加劲板(4)、第三端部加劲板(7)及第四端部加劲板(8)均由第一钢板、第二钢板及第三钢板依次焊接而成，其中，第一钢板及第三钢板均为长方形结构，第二钢板为梯形结构，第三钢板位于外部套管(1)内；
第一端部加劲板(3)及第三端部加劲板(7)中第一钢板的下端面、第二钢板的下端面、第三钢板的下端面均固定于内部芯板(2)的上表面上，第一端部加劲板(3)及第三端部加劲板(7)中第三钢板的上端面与外部套管(1)的内壁相接触；
第二端部加劲板(4)及第四端部加劲板(8)中第一钢板的上端面、第二钢板的上端面及第三钢板的上端面均固定于内部芯板(2)的下表面上，第二端部加劲板(4)及第四端部加劲板(8)中第三钢板的下端面均与外部套管(1)的内壁相接触。
3.根据权利要求1所述的菱形截面二阶段屈服防屈曲支撑，其特征在于，
内部芯板(2)、第一端部加劲板(3)、第二端部加劲板(4)、第三端部加劲板(7)、第四端部加劲板(8)、第一加劲板(5)及第二加劲板(6)的材质均为LY100钢材；
外部套管(1)的材质为Q235钢材。
4.根据权利要求1所述的菱形截面二阶段屈服防屈曲支撑，其特征在于，第三端部加劲板(7)的厚度与第四端部加劲板(8)的厚度不同。
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