CN106703493B - 一种端部具有斜向凤梨型诱导单元的屈曲诱导支撑 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种端部具有斜向凤梨型诱导单元的屈曲诱导支撑，包括约束段和耗能段，还包括一支撑平直段，耗能段设置在所述支撑平直段两端，耗能段由至少一个斜向凤梨型诱导单元沿着支撑的轴线方向组成；斜向凤梨型诱导单元是由m个斜向凤梨型子单元沿斜向依次排列形成一个截面为螺旋线的空间体。斜向凤梨型子单元为由在同一平面内的六个等腰三角形板经过折叠形成的空间体。本发明屈曲诱导支撑，在小震作用下，本屈曲诱导支撑保持弹性，在中震或大震作用时，屈曲诱导支撑进入屈服阶段，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，本发明减小了现场施工作业工作量，节能环保。

Description

一种端部具有斜向凤梨型诱导单元的屈曲诱导支撑

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斜向凤梨型诱导单元的屈曲诱导支撑，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。

申请人在2016年6月1日提出了一种端部具有双向金字塔型耗能单元的屈曲控制支撑(申请号为201610380805.2)和一种端部具有交错金字塔型耗能单元的屈曲控制支撑(申请号为201610384216.1)的基本耗能单元是金字塔型，金字塔型耗能单元是非刚性可展；所以屈曲控制支撑按高阶屈曲模态耗能的难度较大。申请人在2016年6月1日提出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(申请号为201610383430.5)和一种端部具有钻石型耗能单元的屈曲控制支撑(申请号为201610380804.8)的几何构型是固定的，设计灵活性小。且上述支撑中耗能单元在折痕处的构造、板厚等和非折痕处一致，不利于在折痕处产生塑性铰。

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，本发明将引入斜向凤梨型诱导单元到传统的普通支撑上，形成一种端部具有斜向凤梨型诱导单元的屈曲诱导支撑，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：

一种端部具有斜向凤梨型诱导单元的屈曲诱导支撑，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，耗能段由至少一个斜向凤梨型诱导单元沿着支撑的轴线方向组成，同时通过一垂直于轴线方向且过斜向凤梨型子单元一顶点的横截面截去耗能段的端部锯齿段部分，则耗能段端部所有边在同一平面上；所述的斜向凤梨型诱导单元是由m个斜向凤梨型子单元沿斜向依次排列形成一个截面为螺旋线的空间体，所述螺旋线从轴向方向投影到垂直于轴线方向的截面上的边数为2m-1，m为大于等于2的整数；斜向凤梨型子单元由在同一平面内的六个等腰三角形板经过折叠形成的空间体组成，六个三角形板两两共线并相交于一顶点，按照逆时针分别为三角形板一、三角形板二、三角形板三、三角形板四、三角形板五和三角形板六，其中三角形板一和三角形板二的公共边和三角形板四和三角形板五的公共边为峰线，三角形板二和三角形板三的公共边、三角形板三和三角形板四的公共边、三角形板五和三角形板六的公共边、三角形板六和三角形板一的公共边为谷线，相邻的三角形板沿着峰线向外折叠，沿着谷线向内折叠；所述向外折叠是指相邻的三角形板的外法线之间的夹角变大，向内折叠是指相邻的三角形板的外法线之间的夹角变小。

所述端部约束段由正多边形钢板、T型短钢梁和连接板组成，正多边形钢板焊接在耗能段端部，两根T型短钢梁与正多边形钢板焊接连接，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，所述的钢板的边数也大于等于3。

所述的耗能段在所有折痕处开孔洞，所述的孔洞直径为d，d等于板块厚度；孔洞之间的距离是相等的，所述的距离等于五倍的孔洞直径。

在轴线方向上，所述的耗能段中的斜向凤梨型子单元的三角形板四的自由边与沿轴向相邻的斜向凤梨型子单元的三角形板一的自由边重合，斜向凤梨型子单元的三角形板五的自由边与沿轴向相邻的斜向凤梨型子单元的三角形板二的自由边重合。

所述支撑平直段由截面为正多边形的钢管和正多边形钢板组成，正多边形钢板焊接在正多边形截面的钢管的端部，耗能段与正多边形钢板焊接连接，所述钢管截面的边数也为大于等于3。

有益效果：

本发明一种端部具有斜向凤梨型诱导单元的屈曲诱导支撑，由端部约束段、耗能段和支撑平直段构成。屈曲诱导支撑中采用的斜向凤梨型诱导单元中具有多条折痕，能够耗散更多的能量。斜向凤梨型诱导单元在变形过程中不仅在长度方向缩短，而且其横截面的直接也在缩小，从而能限制支撑的低阶屈曲模态，使其塑性发展更充分，增加支撑的耗能能力。同时在支撑中耗能段的折痕处开孔洞，更加容易诱导支撑在地震作用下，产生高阶屈曲模态，防止构件过早发生整体屈曲。另外，采用端部具有斜向凤梨型诱导单元的屈曲诱导支撑，不仅可以通过改变凤梨型诱导单元的斜向角度，使构件在截面方向上布置灵活，还能增加支撑的美观。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。端部具有斜向凤梨型诱导单元的屈曲诱导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，又可以控制支撑的屈曲形式，同时能够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为屈曲段示意图；

图4为支撑平直段示意图；

图5为四边形钢板示意图；

图6为T型短钢梁示意图；

图7为连接板示意图；

图8为斜向凤梨型诱导单元示意图；

图9为斜向凤梨型子单元示意图；

图10为斜向凤梨型子单元平面示意图；

图11为折痕处孔洞平面示意图；

图12为图11中A-A剖面图。

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为端部具有斜向凤梨型诱导单元的屈曲诱导支撑的结构示意图，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由四边形钢板4、T型短钢梁5和梁柱等构件预留的连接板6组成，四边形钢板4焊接在耗能段2端部，两根T型短钢梁5与四边形钢板4焊接连接，四边形钢板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16个斜向凤梨型诱导单元7沿着支撑的轴线方向组成，同时通过一垂直于轴线方向且过斜向凤梨型子单元一顶点21的横截面截去耗能段2的端部锯齿段部分，则耗能段端部所有边在同一平面上。斜向凤梨型子单元8的三角形板四的自由边19与沿轴向相邻的斜向凤梨型子单元8的三角形板一的自由边17重合，斜向凤梨型子单元8的三角形板五的自由边20与沿轴向相邻的斜向凤梨型子单元8的三角形板二的自由边18重合。如图8所示，所述的斜向凤梨型诱导单元7是由7个斜向凤梨型子单元8沿斜向依次排列形成一个截面为螺旋线的空间体，所述螺旋线从轴向方向投影到垂直于轴线方向的截面上的边数为13。如图9、10所示，凤梨型子单元8由在同一平面内的六个等腰三角形板经过折叠形成的空间体组成，六个三角形板两两共线并相交于一顶点，按照逆时针分别为三角形板一9、三角形板二10、三角形板三11、三角形板四12、三角形板五13和三角形板六14，其中三角形板一9和三角形板二10的公共边和三角形板四12和三角形板五13的公共边为峰线15，三角形板二10和三角形板三11的公共边、三角形板三11和三角形板四12的公共边、三角形板五13和三角形板六14的公共边、三角形板六14和三角形板一9的公共边为谷线16，相邻的三角形板沿着峰线15向外折叠，沿着谷线16向内折叠，所述向外折叠是指相邻的三角形板的外法线之间的夹角变大，向内折叠是指相邻的三角形板的外法线之间的夹角变小。

如图4所示，支撑平直段3由四边形截面的钢支撑22和四边形钢板4组成，四边形钢板4焊接在四边形截面的钢支撑22的端部，耗能段2与四边形钢板4焊接连接。

如图11、图12所示，耗能段2中折痕处等距离开孔洞，孔洞直径为板块的厚度d，孔洞之间的距离为五倍的板块厚度即5d。

Claims (3)

1.一种端部具有斜向凤梨型诱导单元的屈曲诱导支撑，包括约束段（1）和耗能段（2），其特征在于：还包括一支撑平直段（3），所述耗能段（2）设置在所述支撑平直段（3）两端，在所述耗能段的另一端设置所述的约束段，耗能段（2）由至少一个斜向凤梨型诱导单元(7）沿着支撑的轴线方向组成，同时通过一垂直于轴线方向且过斜向凤梨型子单元一顶点（21）的横截面截去耗能段（2）的端部锯齿段部分，则耗能段端部所有边在同一平面上；所述的斜向凤梨型诱导单元（7）是由m个斜向凤梨型子单元（8）沿斜向依次排列形成一个截面为螺旋线的空间体，所述螺旋线从轴向方向投影到垂直于轴线方向的截面上的边数为2m-1，m为大于等于2的整数；斜向凤梨型子单元（8）由在同一平面内的六个等腰三角形板经过折叠形成的空间体组成，六个三角形板两两共线并相交于一顶点，按照逆时针分别为三角形板一（9）、三角形板二（10）、三角形板三（11）、三角形板四（12）、三角形板五（13）和三角形板六（14），其中三角形板一（9）和三角形板二（10）的公共边和三角形板四（12）和三角形板五（13）的公共边为峰线（15），三角形板二（10）和三角形板三（11）的公共边、三角形板三（11）和三角形板四（12）的公共边、三角形板五（13）和三角形板六（14）的公共边、三角形板六（14）和三角形板一（9）的公共边为谷线（16），相邻的三角形板沿着峰线（15）向外折叠，沿着谷线（16）向内折叠；所述向外折叠是指相邻的三角形板的外法线之间的夹角变大，向内折叠是指相邻的三角形板的外法线之间的夹角变小；在轴线方向上，所述的耗能段（2）中的斜向凤梨型子单元（8）的三角形板四的自由边（19）与沿轴向相邻的斜向凤梨型子单元（8）的三角形板一的自由边（17）重合，斜向凤梨型子单元（8）的三角形板五的自由边（20）与沿轴向相邻的斜向凤梨型子单元（8）的三角形板二的自由边（18）重合；所述的耗能段（2）在所有折痕处开孔洞，所述的孔洞直径为d，d等于板块厚度；孔洞之间的距离是相等的，所述的距离等于五倍的孔洞直径。

2.根据权利要求1所述的端部具有斜向凤梨型诱导单元的屈曲诱导支撑，其特征在于：所述端部约束段（1）由正多边形钢板（4）、T型短钢梁（5）和连接板（6）组成，正多边形钢板（4）焊接在耗能段（2）端部，两根T型短钢梁（5）与正多边形钢板（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，所述的钢板（4）的边数大于等于3。

3.根据权利要求1所述的端部具有斜向凤梨型诱导单元的屈曲诱导支撑，其特征在于：所述支撑平直段（3）由截面为正多边形的钢管（22）和正多边形钢板（4）组成，正多边形钢板（4）焊接在正多边形截面的钢管（22）的端部，耗能段（2）与正多边形钢板（4）焊接连接，所述钢管（22）截面的边数大于等于3。