CN107780553A - 一种屈曲约束支撑构件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于局部填充方式的轻量化屈曲约束支撑构件，在未增加屈曲约束支撑材料与加工造价的情况下，显著地降低了支撑构件的重量；另外，填充的腔体大小可以根据设计需要进行调整，设计方式可以很灵活；再者，圆形内套管、矩形内套管或者H形的芯材部分可以通过截面本身的稳定承载特性，在相当大的范围内不需要内部约束，有效避免了多余的填充材料。

Description

一种屈曲约束支撑构件

技术领域

本发明属于建筑物结构支撑领域，具体涉及在建筑结构体系中用于支撑的屈曲约束支撑构件。

背景技术

屈曲约束支撑又称无粘结支撑，是一种性能优越的新型抗震耗能构件，其通过金属的屈服滞回来消耗地震输入能量，从而减缓主体结构的损伤，是一种能够在受拉和受压的情况下都能达到屈服的支撑构件，改善了传统支撑在受压时发生屈曲的缺点，可作为结构抗侧力构件与消能构件或者作为承受静力荷载的承载构件，近年来在我国得到较多的应用。

一般来说，屈曲约束支撑构件包括弹性连接段、耗能段(屈服段)、约束机制(钢管混凝土约束机制、纯钢约束机制、钢筋混凝土约束机制等)、无粘结材料等部分。

传统的屈曲约束支撑大多或通过钢材作为约束机制，或者通过全填充的钢筋混凝土套筒、钢管混凝土作为形成屈曲约束机制，从而达到提高支撑的屈曲承载力做目的。然而，传统的屈曲约束支撑存在自重大的缺点，这是由于为了约束芯板的屈曲，内填满混凝土等填充材料，支撑越长吨位越大，这一问题相对越为突出。

屈曲约束支撑太重的问题，限制了屈曲约束支撑这一技术的应用。近年来，也有出现一些改进屈曲约束支撑，试图降低屈曲约束支撑的重量，这包括纯钢型屈曲约束支撑，铝合金屈曲约束支撑，FRP包裹屈曲约束支撑等。然而这些改进或者在降低支撑重量的同时却使得造价大大提高。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的问题，本发明一方面提供了一种屈曲约束支撑构件，其包括：芯材部分；外套筒，所述外套管套设于所述芯材部分的外部，以用于约束所述芯材部分；两个端板，分别固定设置在所述外套筒的两端；以及，两个支撑端部节点，分别设置于所述芯材部分的两端；所述支撑端部节点的内端部位于所述外套筒内且与所述芯材部分的端部拼接，所述支撑端部节点的外端部穿出所述端板之外；所述端板与所述支撑端部节点共同封闭所述外套筒的端部；其中，所述芯材部分为具有中空空腔的内套筒；所述芯材部分的外壁面和所述外套筒的内壁面之间的空间填充有填充材料。

优选的，所述的芯材部分为横截面呈圆形的内套筒，且所述外套筒的横截面呈圆形；或者，所述芯材部分为横截面呈方形的内套筒，且所述外套筒的横截面呈方形。

优选的，所述芯材部分为具有中空空腔的内套筒，由所述芯材部分的外壁面和两个所述支撑端部节点的内端部的外壁面与所述外套筒的内壁面和所述端板的内壁面之间共同形成的空间填满所述填充材料。

本发明另一方面提供了一种屈曲约束支撑构件，其包括：芯材部分；外套筒，所述外套管套设于所述芯材部分的外部，以用于约束所述芯材部分；两个端板，分别固定设置在所述外套筒的两端；以及，两个支撑端部节点，分别设置于所述芯材部分的两端；所述支撑端部节点的内端部位于所述外套筒内且与所述芯材部分的端部拼接，所述支撑端部节点的外端部穿出所述端板之外；所述端板与所述支撑端部节点共同封闭所述外套筒的端部；其中，所述芯材部分为横截面呈H形的支撑芯材，且其包括沿纵向延伸设置的两个第一支撑件和一个第二支撑件，所述两个第一支撑件大致相互平行，所述的第二支撑件大致垂直地支撑于两个第一支撑件之间；所述第一支撑件的上端部和下端部分别与所述外套筒的上下内壁面相抵，从而使得所述第一支撑件的外壁面与所述外套筒的位于同侧的内壁面之间形成一沿纵向延伸的空间，该空间填充有填充材料。

优选的，所述外套筒的横截面呈方形。

优选的，所述第一支撑件的上端部和下端部分别与所述外套筒的上下两个内壁面之间形成有间隙，且在每一个所述间隙处设有连接件，所述第一支撑件的上端部和下端部各自通过一所述连接件实现与所述外套筒的上下两个内壁面相抵。

优选的，所述连接件为角钢。

优选的，所述角钢的一个面与所述第一支撑件的内壁面固定，另一个面与对应位置上的所述外套筒的内壁面相抵。

优选的，所述间隙的隙宽为5mm～10mm，且所述第一支撑件的外壁面与所述外套筒的位于同侧的内壁面之间的间距大于30mm。

优选的，在所述第一支撑件的横截面上，以所述第一支撑件的上端面或下端面到所述第二支撑件之间的距离为其外伸高度，以所述第一支撑件的外壁面和内壁面之间的距离为其厚度，则所述第一支撑件的外伸高度与厚度的比值小于7:1。

优选的，两个所述第一支撑件的外壁面和两个所述支撑端部节点的内端部的外壁面与所述外套筒的内壁面和两个端板的内壁面之间共同形成的空间填满所述填充材料。

优选的，所述填充材料为混凝土填充材料。

优选的，所述混凝土填充材料采用灌浆的方式填充。

优选的，所述芯材部分的材质为钢材或铝材。

本发明再一方面提供了一种建筑材料，其采用上述的屈曲约束支撑构件作为其内部的支撑构件。

本发明提供了一种基于局部填充方式的轻量化屈曲约束支撑构件，在未增加屈曲约束支撑材料与加工造价的情况下，显著地降低了支撑构件的重量；另外，填充的腔体大小可以根据设计需要进行调整，设计方式可以很灵活；再者，圆形内套管、矩形内套管或者H形的芯材部分可以通过截面本身的稳定承载特性，在相当大的范围内不需要内部约束，有效避免了多余的填充材料。

附图说明

图1为根据本发明实施例1的屈曲约束支撑构件的正视剖面结构示意图；

图2为根据本发明实施例1的屈曲约束支撑构件的纵截面结构示意图；

图3为根据本发明实施例2的屈曲约束支撑构件的纵截面结构示意图；

图4为根据本发明实施例3的屈曲约束支撑构件的正视剖面结构示意图；

图5为根据本发明实施例3的屈曲约束支撑构件的俯视剖面结构示意图；

图6为根据本发明实施例3的屈曲约束支撑构件的纵截面结构示意图；

图7为根据本发明实施例4的屈曲约束支撑构件的纵截面结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

实施例1

如图1和图2所示，实施例1的屈曲约束支撑构件，其包括：芯材部分10、外套筒20、两个端板30和两个支撑端部节点40。

外套管20套设于芯材部分10的外部，以用于约束芯材部分10。

两个端板30分别固定设置在外套筒20的两端。

两个支撑端部节点40分别设置于芯材部分10的两端。

支撑端部节点40的内端部位于外套筒20内且与芯材部分10的端部拼接，支撑端部节点40的外端部穿出端板30之外；端板30与支撑端部节点40共同封闭外套筒20的端部。

芯材部分10为具有中空空腔P的内套筒；芯材部分10的外壁面和外套筒20的内壁面之间的空间填充有填充材料50。

在本实施例中，芯材部分10为横截面呈圆形的内套筒，且外套筒20的横截面呈圆形，如图2所示。

在本实施例中，如图1和图2所示，芯材部分10为具有中空空腔的内套筒，由芯材部分10的外壁面和两个支撑端部节点40的内端部的外壁面与外套筒20的内壁面和端板30的内壁面之间共同形成的空间填满填充材料50。

在本实施例中，填充材料50为混凝土填充材料。该混凝土填充材料可以采用灌浆的方式填充。

在本实施例中，芯材部分10为内部耗能芯材。芯材部分10的材质可以为钢材或铝材。例如，芯材部分10的材质可以选自Q195钢材、Q235钢材、LY100钢材、LY160钢材、LY225钢材中的任意一种。支撑端部节点40的材质选自Q345钢材、Q235钢材、Q460钢材中的任意一种。

本实施例的屈曲约束支撑构件，是一种基于局部填充方式的轻量化屈曲约束支撑构件，在未增加屈曲约束支撑材料与加工造价的情况下，显著地降低了支撑构件的重量；另外，填充的腔体大小可以根据设计需要进行调整，设计方式可以很灵活；再者，圆形内套管的芯材部分可以通过截面本身的稳定承载特性，在相当大的范围内不需要内部约束，有效避免了多余的填充材料。

本实施例的屈曲约束支撑构件可以应用于种建筑材料中作为其内部的支撑构件。

实施例2

实施例2与实施例1的不同在于：芯材部分和外套筒的形状与实施例1的不同。

实施例2的芯材部分10”为横截面呈方形的内套筒，且外套筒20”的横截面呈方形。优选的，在本实施例中，芯材部分10”为横截面和外套筒20”的横截面均呈矩形。

芯材部分10”的外壁面与外套筒20”的内壁面之间填充有填充材料50”。

芯材部分10”为具有中空空腔P”的内套筒。

实施例2的其他结构同实施例1，具体不再赘述。

实施例2的屈曲约束支撑构件可以应用于种建筑材料中作为其内部的支撑构件。

实施例3

实施例3与实施例2的不同在于：芯材部分的结构不同。

如图4和图5所示，实施例3的屈曲约束支撑构件，其包括：芯材部分10’、外套筒20’、两个端板30’和两个支撑端部节点40’。

外套管20’套设于芯材部分10’的外部，以用于约束芯材部分10’。

两个端板30’分别固定设置在外套筒20’的两端。

两个支撑端部节点40’分别设置于芯材部分10’的两端。

支撑端部节点40’的内端部位于外套筒20’内且与芯材部分10’的端部拼接，支撑端部节点40’的外端部穿出端板30’之外；端板30’与支撑端部节点40’共同封闭外套筒20’的端部。

如图6所示，芯材部分10’为横截面呈H型的支撑芯材，且其包括沿纵向延伸设置的两个第一支撑件11’和一个第二支撑件12’，两个第一支撑件11’大致相互平行，第二支撑件12’大致垂直地支撑于两个第一支撑件11’之间。

如图5和图6所示，第一支撑件11’的上端部和下端部分别与外套筒20’的上下内壁面相抵，从而使得第一支撑件11’的外壁面与外套筒20’的位于同侧的内壁面之间形成一沿纵向延伸的空间，该空间填充有填充材料50’。

优选的，在本实施例中，如图5和图6所示，两个第一支撑件11’的外壁面和两个支撑端部节点40’的内端部的外壁面与外套筒20’的内壁面和两个端板30’的内壁面之间共同形成的空间填满填充材料50’。

在本实施例中，填充材料50’为混凝土填充材料。该混凝土填充材料可以采用灌浆的方式填充。

如图4至图6所示，外套筒20’的横截面呈方形。优选的，在本实施例中，外套筒20’的横截面呈矩形。

在本实施例中，如图6所示，芯材部分10’的第一支撑件11’和第二支撑件12’上都可以均衡对称地设置拼接补强板C，优选的，芯材部分10’的两端拼接处设置拼接补强板C。例如，两个第一支撑件11’的相对内壁面上对称地各设置两个拼接补强板C，第二支撑件12’上设置两个拼接补强板C。

同样的，支撑端部节点40’的内端部也可以设置拼接补强板，具体不再赘述。

在本实施例中，芯材部分10’为内部耗能芯材。芯材部分10’的材质可以为钢材或铝材。例如，芯材部分10’的材质可以选自Q195钢材、Q235钢材、LY100钢材、LY160钢材、LY225钢材中的任意一种。支撑端部节点40’的材质选自Q345钢材、Q235钢材、Q460钢材中的任意一种。

实施例3的屈曲约束支撑构件，是另一种基于局部填充方式的轻量化屈曲约束支撑构件，在未增加屈曲约束支撑材料与加工造价的情况下，显著地降低了支撑构件的重量；另外，填充的腔体大小可以根据设计需要进行调整，设计方式可以很灵活；再者，H形的芯材部分可以通过截面本身的稳定承载特性，在相当大的范围内不需要内部约束，有效避免了多余的填充材料。

本实施例的屈曲约束支撑构件可以应用于种建筑材料中作为其内部的支撑构件。

实施例4

实施例4与实施例3的不同在于：第一支撑件11’与外套筒20’的内壁面的连接方式不同。

如图7所示，第一支撑件11’的上端部和下端部分别与外套筒20’的上下两个内壁面之间形成有间隙G’，且在每一个间隙处设有连接件L’，第一支撑件11’的上端部和下端部各自通过一连接件L’实现与外套筒20’的上下两个内壁面相抵，从而使得第一支撑件11’的外壁面与外套筒20’的位于同侧的内壁面之间形成一沿纵向延伸的空间，该空间填充有填充材料50’。

如图7所示，芯材部分10’通过四个连接件L’实现与外套筒20’的配合。

优选的，连接件L’采用角钢。更优选的，如图7所示，角钢L’的一个面与第一支撑件11’的内壁面固定连接，角钢L’的另一个面与对应位置的外套筒20’的内壁面相抵；例如，以第一支撑件11’的上端部为例，角钢L’的一个面与上端部的内壁面固定连接，另一个面与外套筒20’的上侧内壁面相抵。采用这样的结构，一方面便于芯材部分10’的安装，将芯材部分10’嵌合插入到外套筒20’内即可，并且即使第一支撑件11’的高度有误差，也不会出现芯材部分10’无法安装到外套筒20’内的情况，大大提高了安装时的误差容许度；另一方面，更好地实现芯材部分10’与外套筒20’的稳固配合，以及外套筒20’对芯材部分10’的约束；再一方面，从横截面上看，通过连接件来闭合第一支撑件11’的上下端部与外套筒20’之间的间隙，能够更好地形成填充空间。

优选的，间隙G’的隙宽为5mm～10mm，且第一支撑件11’的外壁面与外套筒20’的位于同侧的内壁面之间的间距大于30mm。优选的，这个间距最好小于外套筒20’高度的三分之一。采用该结构，可以更好地实现外套筒20’对芯材部分10’的稳定约束，节省填充材料的费用，同时降低芯材部分10’的支撑重量。

更优选的，间隙G’的隙宽为5mm～10mm，且第一支撑件11’的外壁面与外套筒20’的位于同侧的内壁面之间的间距为40mm、50mm或60mm。

优选的，如图7所示，在第一支撑件11’的横截面上，以第一支撑件11’上端面或下端面到第二支撑件12’之间的距离为其外伸高度(h)，以第一支撑件11’的外壁面和内壁面之间的距离为其厚度(t)，则第一支撑件11’的高度h与厚度t的比值小于7：1。更优选的，第一支撑件11’的高度h与厚度t的比值为6:1，5:1或4:1。采用这样的结构，可以更好地实现外套筒20’对芯材部分10’的稳定约束，节省填充材料的费用，同时降低芯材部分10’的支撑重量。

在本实施例中，填充材料50’为混凝土填充材料。该混凝土填充材料可以采用灌浆的方式填充。

在本实施例中，芯材部分10’为内部耗能芯材。芯材部分10’的材质可以为钢材或铝材。例如，芯材部分10’的材质可以选自Q195钢材、Q235钢材、LY100钢材、LY160钢材、LY225钢材中的任意一种。支撑端部节点40’的材质选自Q345钢材、Q235钢材、Q460钢材中的任意一种。

实施例4的其他结构同实施例3，具体不再赘述。

实施例4的屈曲约束支撑构件可以应用于种建筑材料中作为其内部的支撑构件。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种屈曲约束支撑构件，其包括：

芯材部分；

外套筒，所述外套管套设于所述芯材部分的外部，以用于约束所述芯材部分；

两个端板，分别固定设置在所述外套筒的两端；以及，

两个支撑端部节点，分别设置于所述芯材部分的两端；

所述支撑端部节点的内端部位于所述外套筒内且与所述芯材部分的端部拼接，所述支撑端部节点的外端部穿出所述端板之外；

所述端板与所述支撑端部节点共同封闭所述外套筒的端部；

其特征在于，

所述芯材部分为具有中空空腔的内套筒；所述芯材部分的外壁面和所述外套筒的内壁面之间的空间填充有填充材料。

2.如权利要求1所述的屈曲约束支撑构件，其特征在于：

所述的芯材部分为横截面呈圆形的内套筒，且所述外套筒的横截面呈圆形；或者，

所述芯材部分为横截面呈方形的内套筒，且所述外套筒的横截面呈方形。

3.如权利要求1所述的屈曲约束支撑构件，其特征在于：

所述芯材部分为具有中空空腔的内套筒，由所述芯材部分的外壁面和两个所述支撑端部节点的内端部的外壁面与所述外套筒的内壁面和所述端板的内壁面之间共同形成的空间填满所述填充材料。

4.一种屈曲约束支撑构件，其包括：

芯材部分；

外套筒，所述外套管套设于所述芯材部分的外部，以用于约束所述芯材部分；

两个端板，分别固定设置在所述外套筒的两端；以及，

两个支撑端部节点，分别设置于所述芯材部分的两端；

所述支撑端部节点的内端部位于所述外套筒内且与所述芯材部分的端部拼接，所述支撑端部节点的外端部穿出所述端板之外；

所述端板与所述支撑端部节点共同封闭所述外套筒的端部；

其特征在于，

所述芯材部分为横截面呈H形的支撑芯材，且其包括沿纵向延伸设置的两个第一支撑件和一个第二支撑件，所述两个第一支撑件大致相互平行，所述的第二支撑件大致垂直地支撑于两个第一支撑件之间；

所述第一支撑件的上端部和下端部分别与所述外套筒的上下内壁面相抵，从而使得所述第一支撑件的外壁面与所述外套筒的位于同侧的内壁面之间形成一沿纵向延伸的空间，该空间填充有填充材料。

5.如权利要求4所述的屈曲约束支撑构件，其特征在于：

所述外套筒的横截面呈方形。

6.如权利要求5所述的屈曲约束支撑构件，其特征在于：

所述第一支撑件的上端部和下端部分别与所述外套筒的上下两个内壁面之间形成有间隙，且在每一个所述间隙处设有连接件，所述第一支撑件的上端部和下端部各自通过一所述连接件实现与所述外套筒的上下两个内壁面相抵。

7.如权利要求6所述的屈曲约束支撑构件，其特征在于：

所述连接件为角钢。

8.如权利要求7所述的屈曲约束支撑构件，其特征在于：

所述角钢的一个面与所述第一支撑件的内壁面固定，另一个面与对应位置上的所述外套筒的内壁面相抵。

9.如权利要求6所述的屈曲约束支撑构件，其特征在于：

所述间隙的隙宽为5mm～10mm，且所述第一支撑件的外壁面与所述外套筒的位于同侧的内壁面之间的间距大于30mm。

10.如权利要求6所述的屈曲约束支撑构件，其特征在于：

在所述第一支撑件的横截面上，以所述第一支撑件的上端面或下端面到所述第二支撑件之间的距离为其外伸高度，以所述第一支撑件的外壁面和内壁面之间的距离为其厚度，则所述第一支撑件的外伸高度与厚度的比值小于7:1。

11.如权利要求4所述的屈曲约束支撑构件，其特征在于：

两个所述第一支撑件的外壁面和两个所述支撑端部节点的内端部的外壁面与所述外套筒的内壁面和两个端板的内壁面之间共同形成的空间填满所述填充材料。

12.如权利要求4所述的屈曲约束支撑构件，其特征在于：

所述填充材料为混凝土填充材料。

13.如权利要求12所述的屈曲约束支撑构件，其特征在于：

所述混凝土填充材料采用灌浆的方式填充。

14.如权利要求4所述的屈曲约束支撑构件，其特征在于：

所述芯材部分的材质为钢材或铝材。

15.一种建筑材料，其采用如权利要求1至14中任意一项所述的屈曲约束支撑构件作为其内部的支撑构件。