CN108385837A - 一种两端设置可更换耗能部件的耗能支撑 - Google Patents

一种两端设置可更换耗能部件的耗能支撑 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种两端设置可更换耗能部件的耗能支撑，包括两耗能单元、作为受力骨架的支撑单元，两耗能单元分别设置在支撑单元相对的两端，且各耗能单元分别包括中空的高强钢柱和设置在该高强钢柱之中的低屈服点钢构件。本发明的支撑单元可提供足够的承载能力和刚度，低屈服点钢构件作为耗能单元的材料，并充分发挥高强钢的材料力学性能为低屈服点钢构件屈服耗能提供保证。在中、小地震作用下，主要受力破坏部位为位于支撑单元两端的耗能单元，可在震后快速更换修复结构；在大震作用下，耗能支撑中间的侧向支撑单元可能在地震作用下产生破坏，也可通过震后更换侧向支撑单元快速修复补强结构。

Description

一种两端设置可更换耗能部件的耗能支撑
技术领域
本发明涉及建筑减震技术领域，特别是涉及一种两端设置可更换耗能部件的耗能支撑。
背景技术
在抗震设防区建造的建筑都要考虑结构的抗震性能，结构设计时还需要考虑抗风性能，钢支撑框架结构自重轻，在地震作用下，结构所受的地震力相对较小，因此被广泛应用于抗震设防区的多、高层结构中。但传统的钢支撑在强震作用下受压时易产生屈曲现象，极易造成支撑本身或连接的破坏或失效，同时支撑屈曲后的滞回耗能能力变差，很难有效地消耗地震能量，使结构抗震能力降低。因此，国外一些研究者开发出一种受压时不发生屈曲的构件，称为防屈曲支撑。
防屈曲支撑在美国和日本的发展已经比较成熟，工程应用实例较多；在我国的台湾地区的发展也非常迅速，近年来工程应用也日渐增多；我国大陆地区起步晚，研究不深入，但应用快。与普通支撑相比，防屈曲支撑的最大优点是其自身的承载力与刚度的分离，并且还具有承载力高、延性与滞回性能好、保护主体结构、减小相邻构件受力等显著优点。但现有防屈曲支撑主要依靠内芯变形耗能导致内芯在地震中可能过早失去作用，并且由于外约束的原因，内芯可能出现失稳问题，以及更换和维护成本过高。
发明内容
本发明提供了一种两端设置可更换耗能部件的耗能支撑，其克服了现有技术的防屈曲支撑震后不便于快速损伤检测及修复，以及更换和维修成本过高的不足之处。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种两端设置可更换耗能部件的耗能支撑，包括两耗能单元、作为受力骨架的支撑单元，两耗能单元分别设置在支撑单元相对的两端，且各耗能单元分别包括中空的高强钢柱和设置在该高强钢柱之中的低屈服点钢构件。
进一步的，所述低屈服点钢构件的横截面形式为多道横、纵交叉分布的矩形网格。
进一步的，所述支撑单元包括中空的普通钢柱，所述两耗能单元的高强钢柱分别设置在该普通钢柱的两端，且高强钢柱与普通钢柱位于同一轴线上。
进一步的，所述普通钢柱的内周分布有若干第一加劲肋。
进一步的，所述普通钢柱的两端分别设有第一连接板，所述高强钢柱朝向普通钢柱的一端设有第二连接板，第一连接板和第二连接板可装拆地连接在一起。
进一步的，所述第一连接板和第二连接板通过若干螺栓配合螺母锁固在一起。
进一步的，所述普通钢柱外周与第一连接板之间设置有若干第二加劲肋，所述高强钢柱外周与第二连接板之间设置有若干第三加劲肋。
进一步的，所述高强钢柱背离普通钢框架的一端设有第三连接板，该第三连接板上连接有吊耳。
进一步的，所述普通钢柱采用普通钢壁板制作而成，所述高强钢柱采用高强钢壁板制作而成；所述普通钢柱、高强钢柱的横截面均呈矩形。
进一步的，所述高强钢柱的屈服强度为大于或等于420MPa，所述低屈服点钢构件的屈服强度为100MPa、160MPa或225MPa。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1、本发明的支撑单元起到受力骨架作用，可提供足够的承载能力和刚度，本发明的耗能单元包括高强钢柱和设置在该高强钢柱之中的低屈服点钢构件，利用低屈服点钢构件作为耗能单元的材料，并充分发挥高强钢的材料力学性能：高强钢具有较大的极限弹性应变值，可为低屈服点钢构件屈服耗能提供保证。在中、小地震作用下，主要受力破坏部位为位于支撑单元两端的耗能单元，可在震后快速更换修复结构；在大震作用下，耗能支撑中间的侧向支撑单元可能在地震作用下产生破坏，也可通过震后更换侧向支撑单元快速修复补强结构。
2、所述低屈服点钢构件的横截面形式优选采用多道横、纵交叉分布的矩形网格，可抑制其弯曲屈曲变形，形成合理的受力区格，充分发挥低屈服点钢的屈服耗能能力。
3、所述支撑单元由内部设有第一加劲肋的普通钢柱构成，避免在轴压作用下发生整体或局部失稳，提供足够的承载能力和刚度，避免在地震作用中发生平面外失稳破坏。
4、普通钢柱和高强钢柱之间采用所述第一连接板、第二连接板配合螺栓、螺母进行连接，使本发明的耗能单元装拆简便、快捷。
5、本发明整体构造简单、易于加工制造、震后可快速检测修复补强，便于在实际工程中推广应用。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种两端设置可更换耗能部件的耗能支撑不局限于实施例。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的A-A剖视图；
图3是本发明的B-B剖视图。
具体实施方式
实施例，请参见图1-图3所示，本发明的一种两端设置可更换耗能部件的耗能支撑，用于门式钢桥墩，包括两耗能单元、作为受力骨架的支撑单元，两耗能单元分别设置在支撑单元相对的两端，且各耗能单元分别包括中空的高强钢柱2和设置在该高强钢柱2之中的低屈服点钢构件11，高强钢柱2的屈服强度大于或等于420MPa，具体高强钢柱2可采用屈服强度为420MPa或460MPa的高强度钢材制作；所述低屈服点钢构件11的屈服强度为100MPa、160MPa或225MPa。
本实施例中，所述低屈服点钢构件11包括多块低屈服点钢板，该多块低屈服点钢板按多道横、纵交叉形式焊接在高强钢柱2之中，使低屈服点钢构件11的横截面形式为多道横、纵交叉分布的矩形网格。
本实施例中，所述支撑单元包括中空的普通钢柱1，所述两耗能单元的高强钢柱2分别设置在该普通钢柱1的两端，且高强钢柱2与普通钢柱1位于同一轴线上。所述普通钢柱1、高强钢柱2的横截面均呈矩形，但不局限于此。具体，普通钢柱1由多块普通钢壁板焊接而成，高强钢柱2由有多块高强钢壁板焊接而成。普通钢柱1的内周分布有若干第一加劲肋12，具体，普通钢柱1的四周内壁分别间隔焊接有若干第一加劲肋12，且各第一加劲肋12分别与其所在壁面垂直。普通钢柱1又可称为普通钢箱形柱，高强钢柱2长度小于普通钢柱1，高强钢柱2又可称为高强钢箱形墩柱。普通钢柱1的屈服强度小于高强钢柱2的屈服强度，具体，普通钢柱1的屈服强度小于420MPa，普通钢柱1可采用屈服强度为235MPa或345MPa的钢板制作。
本实施例中，所述普通钢柱1的两端分别焊接有第一连接板3，所述高强钢柱2朝向普通钢柱1的一端焊接有第二连接板5，第一连接板3和第二连接板5可装拆地连接在一起。具体，所述第一连接板3和第二连接板5通过若干螺栓7配合螺母8锁固在一起，且螺栓7为高强摩擦型螺栓，并采用双螺母连接形式。
本实施例中，所述普通钢柱1外周与第一连接板3之间设置有若干第二加劲肋4，所述高强钢柱2外周与第二连接板5之间设置有若干第三加劲肋6。具体，普通钢框架的四周外壁与第一连接板3之间分别间隔焊接有若干第二加劲肋4，且各第二加劲肋4分别与其所在壁面垂直。同理，高强钢柱2的四周外壁与第二连接板5之间分别间隔焊接有若干第三加劲肋6，且各第三加劲肋6分别与其所在壁面垂直。所述高强钢柱2背离普通钢框架的一端设有第三连接板9，该第三连接板9上焊接有吊耳10。
本发明的一种两端设置可更换耗能部件的耗能支撑，其工艺步骤如下：
1)将内部焊有第一加劲肋12的普通钢壁板焊接成矩形单元，作为侧向支撑单元；
2)将侧向支撑单元两端均焊接第一连接板3，且四周外壁焊接第二加劲肋4；
3)将高强钢壁板焊接成矩形截面的形式，并在其内部焊接低屈服点钢板，在其四周外壁焊接第三加劲肋6，形成耗能单元，共制作两组耗能单元；
4)在各耗能单元两端分别焊接第二连接板5和第三连接板9，将两耗能单元上的第二连接板5分别与侧向支撑单元两端的第一连接板3使用螺栓7配合螺母8进行连接，在两耗能单元上的第三连接板9上分别焊接吊耳10。
本发明的一种两端设置可更换耗能部件的耗能支撑，其侧向支撑单元起到受力骨架作用，可提供足够的承载能力和刚度，避免在地震作用下发生平面外失稳破坏，避免在轴压作用下发生整体或局部失稳。耗能单元的高强钢壁板具有较大的极限弹性应变值，为低屈服点钢构件11屈服耗能提供保证。低屈服点钢构件11作为耗能单元的材料，通过设置成矩形网格形式可抑制其弯曲屈曲变形，形成合理的受力区格，充分发挥低屈服点钢的屈服耗能能力。在中、小地震作用下，主要受力破坏部位为装配于支撑单元两端的耗能单元，可在震后快速更换修复结构；在大震作用下，耗能支撑中间的侧向支撑单元可能在地震作用下产生破坏，也可通过震后更换侧向支撑单元快速修复补强结构。
上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种两端设置可更换耗能部件的耗能支撑，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种两端设置可更换耗能部件的耗能支撑，其特征在于：包括两耗能单元、作为受力骨架的支撑单元，两耗能单元分别设置在支撑单元相对的两端，且各耗能单元分别包括中空的高强钢柱和设置在该高强钢柱之中的低屈服点钢构件。
2.根据权利要求1所述的两端设置可更换耗能部件的耗能支撑，其特征在于：所述低屈服点钢构件的横截面形式为多道横、纵交叉分布的矩形网格。
3.根据权利要求1所述的两端设置可更换耗能部件的耗能支撑，其特征在于：所述支撑单元包括中空的普通钢柱，所述两耗能单元的高强钢柱分别设置在该普通钢柱的两端，且高强钢柱与普通钢柱位于同一轴线上。
4.根据权利要求3所述的两端设置可更换耗能部件的耗能支撑，其特征在于：所述普通钢柱的内周分布有若干第一加劲肋。
5.根据权利要求3所述的两端设置可更换耗能部件的耗能支撑，其特征在于：所述普通钢柱的两端分别设有第一连接板，所述高强钢柱朝向普通钢柱的一端设有第二连接板，第一连接板和第二连接板可装拆地连接在一起。
6.根据权利要求5所述的两端设置可更换耗能部件的耗能支撑，其特征在于：所述第一连接板和第二连接板通过若干螺栓配合螺母锁固在一起。
7.根据权利要求5所述的两端设置可更换耗能部件的耗能支撑，其特征在于：所述普通钢柱外周与第一连接板之间设置有若干第二加劲肋，所述高强钢柱外周与第二连接板之间设置有若干第三加劲肋。
8.根据权利要求3所述的两端设置可更换耗能部件的耗能支撑，其特征在于：所述高强钢柱背离普通钢框架的一端设有第三连接板，该第三连接板上连接有吊耳。
9.根据权利要求3所述的两端设置可更换耗能部件的耗能支撑，其特征在于：所述普通钢柱采用普通钢壁板制作而成，所述高强钢柱采用高强钢壁板制作而成；所述普通钢柱、高强钢柱的横截面均呈矩形。
10.根据权利要求1所述的两端设置可更换耗能部件的耗能支撑，其特征在于：所述高强钢柱的屈服强度大于或等于420MPa，所述低屈服点钢构件的屈服强度为100MPa、160MPa或225MPa。
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