CN106593060A - 一种新型屈曲耗能支撑 - Google Patents

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宋晓滨
蒋海燕
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    • E04—BUILDING
    • E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
    • E04H9/00—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate
    • E04H9/02—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate withstanding earthquake or sinking of ground
    • E04H9/021—Bearing, supporting or connecting constructions specially adapted for such buildings

Abstract

本发明钢木屈曲耗能支撑属于结构工程技术领域，包括核心受力钢板和外围约束部分和无粘结层。其中，内核心受力钢板主体部分呈“一”字形，两端连接段和过渡段焊接辅助连接板，形成“十”字形截面。外围约束部分由外包钢板的木块，以及沿构件长度方向横向包缠的CFRP材料共同构成。内核心钢板和约束木块之间设置无粘结层。本发明属于土木工程结构减震技术领域，可以显著提高强震作用下钢支撑构件的滞回耗能性能。与现有技术相比，本发明采用外缠CFRP的工艺，结构紧凑，经济实用；约束单元为轻质的木材，改善了传统防屈曲耗能支撑自重大的缺点，且易于加工，使用方便灵活，具有广阔的市场推广前景。

Description

一种新型屈曲耗能支撑
技术领域
本发明涉及一种钢木屈曲耗能支撑构件，可用于工程结构的抗震及加固，属于结构工程领域。
背景技术
使用钢支撑的框架结构表现出较好的抗震性能，但普通钢支撑在地震荷载作用下易出现屈曲现象，降低了耗能性能和材料利用率。采用防屈曲耗能支撑是现在常用的改善结构整体抗震性能的主要方式之一。
防屈曲耗能支撑的概念最早在1971年由Yoshino等人提出。此后，大量的学者进行了各种形式的防屈曲耗能支撑(BRB)的研究，并且应用在了许多实际工程中。现在已有的BRB产品大多采用钢材和混凝土材料支撑，由于自重大，运输安装不方便等缺点，一定程度的限制了BRB结构在加固或是耗能抗震方面的应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，公开一种新型防屈曲耗能支撑，在保证足够的约束比的条件下，采用外包木块和缠绕CFRP的方式，形成约束单元，以较轻的重量获得较好的性能。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种新型钢木防屈曲耗能支撑，构造设计思路为：采用实木为外约束单元将核心钢板包裹在内，木块外侧缠绕CFRP，外包木块和外缠CFRP共同形成约束单元，在强震作用下有效的约束内核心钢板，使其受压屈服，并且滞回耗能。
还包括：
外包木块和内核心钢板之间沿长度方向涂刷无粘结材料，减少摩擦力，保证防屈曲耗能支撑的正常工作。
与现有BRB技术相比，本发明具有以下的相对优势：
(1)构件间自重轻，减少了框架结构的附加荷载，同时也方便了运输与安装工作；
(2)构件加工方便，具有预制装配式的显著优点；
(3)构件耐腐蚀，采用木材约束核心钢板，外为缠绕CFRP的方式使得构件具有良好的耐腐蚀能力；
(4)良好的受力性能。在正常受力状态下，其工作原理与普通钢支撑相似；在强烈地震荷载作用下，外包木块和CFRP共同形成的约束单元对核心钢板起到约束作用，核心钢板可受压屈服，整体具有较好的耗能性能。
本发明，所述内核心钢板分为工作段、过渡段、连接段。内核心钢板和实木材料屈曲约束单元，其中:内核心钢支撑为普通钢构件，工作段为“一”字形，连接段及过渡段为“十”字形，两端设有连接构造，与主体结构通过螺栓相连。
本发明，所述新型防屈曲支撑的约束单元由外包木块构成。
本发明，所述新型防屈曲支撑的约束单元由CFRP材料包缠构成。
本发明，所述新型防屈曲支撑的约束单元由外包木块与缠绕的CFRP共同构成。
本发明，在核心钢板和实木约束单元之间涂有无粘结材料，以减少二者之间的摩擦力，防止外围约束木块正常工作阶段轴向受力。
综上，本发明钢木屈曲耗能支撑，包括核心受力钢板和外围约束部分和无粘结层。其中，内核心受力钢板主体部分呈“一”字形，两端连接段和过渡段焊接辅助连接板，形成“十”字形截面。外围约束部分由外包钢板的木块，以及沿构件长度方向横向包缠的CFRP材料共同构成。内核心钢板和约束木块之间设置无粘结层。本发明可以显著提高强震作用下钢支撑构件的滞回耗能性能。与现有技术相比，本发明采用外缠CFRP的工艺，结构紧凑，经济实用；约束单元为轻质的木材，改善了传统防屈曲耗能支撑自重大的缺点，且易于加工，使用方便灵活，具有广阔的市场推广前景。
附图说明
图1为本发明钢木防屈曲耗能支撑的平面图；
图2为图1的A-A剖视示意图；
图3为图1的B-B剖视示意图；
图4为本发明钢木防屈曲耗能支撑的核心钢板示意图；
具体实施方式
一种CFRP钢-木防屈曲耗能支撑包括核心钢板、外包约束木块、CFRP缠绕约束层、无粘结材料四部分组成。
内核心钢板为普通钢支撑构件，两端设有连接构造，与主体结构通过螺栓节点板连接。内核心钢板主要有两个方面的作用：(1)正常使用条件下，发挥与普通钢支撑构件相同的作用；(2)在强烈地震作用下，受拉和受压屈服，消耗地震能量。
约束单元由外侧榆树木块和间隔(沿全长)缠绕的CFRP材料共同构成。主要作用：(1)提高支撑构件的抗弯刚度，从而提高整个结构的承载力；(2)约束核心钢板，使其在受压情况下达到屈服，使支撑构件的受压和受拉承载力相近，并且滞回耗能。
在核心钢板和外包木块之间涂无粘结材料，减小二者之间的摩擦力，防止外围约束木块正常工作阶段轴向受力，并且使核心钢板在强震作用下发生受压屈服。
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。
一种CFRP钢-木防屈曲耗能支撑，如图1至图4所示，包括核心钢板(1)、外包约束木块(2)、CFRP缠绕约束层(3)、无粘结材料(5)四部分组成。
如图1，约束木块(2)外包核心钢板(1)，其中，核心钢板(1)(图4)在工作段为“一”字形钢板，在两端连接段和过渡段焊接辅助连接板，形成“十”字形截面。两端通过螺栓(4)与主体框架结构相连。约束木块(2)和核心钢板之间涂抹1mm厚的无粘结材料(5)，用以减小摩擦力，使BRB构件正常工作。无粘结材料5可以选用丁基橡胶、硅胶、聚乙烯层等。
在约束木块(2)的外侧沿长度方向间隔(或沿全长)缠绕横向的碳纤维布3(CFRP)，CFRP材料(3)与木块(2)一起形成防屈曲约束单元，约束核心钢板(1)，使其在强震作用下受压也能屈服，且滞回耗能。用配套的环氧树脂胶作为粘结剂，增强外缠碳纤维布(3)的约束作用。

Claims (6)

1.一种新型钢木防屈曲耗能支撑，构造设计思路为：采用实木为外约束单元将核心钢板包裹在内，木块外侧缠绕CFRP，外包木块和外缠CFRP共同形成约束单元，在强震作用下有效的约束内核心钢板，使其受压屈服，并且滞回耗能。
2.根据权利要求1所述的一种钢木防屈曲耗能支撑，其特征在于，包括内核心钢板(1)，外围约束木块(2)，外包CFRP材料(3)，无粘结材料(5)，连接螺栓(4)，
所述内核心钢板(1)分为工作段、过渡段、连接段；
内核心钢板为普通钢构件，工作段为“一”字形，连接段及过渡段为“十”字形，两端设有连接构造，与主体结构通过螺栓(4)相连。
3.根据权利要求1所述的一种钢木防屈曲耗能支撑，其特征在于，所述屈曲耗能支撑的约束单元由外包木块(2)构成。
4.根据权利要求1所述的一种钢木防屈曲耗能支撑，其特征在于，所述屈曲耗能支撑的约束单元由CFRP(3)包缠构成。
5.根据权利要求1所述的一种新钢木屈曲耗能支撑，其特征在于，所述屈曲耗能支撑的约束单元由外外包木块(2)和外缠的CFRP材料(3)共同构成。
6.根据权利要求1所述的一种钢木防屈曲耗能支撑，其特征在于，所述核心钢板和实木约束单元之间涂有无粘结材料(5)，以减少二者之间的摩擦力，使得屈曲耗能支撑正常工作。
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