CN108589954A - 一种可直接更换十字型内核的四角钢全装配式防屈曲支撑 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可直接更换十字型内核的四角钢全装配式防屈曲支撑，属于结构工程领域。该防屈曲支撑由两个十字型内核构件、四角钢装配式外围约束装置、四个内核外侧L型连接件及第一高强螺栓群组成。基于内核分段装配式设计理念，通过十字型内核构件分段顶紧传递轴向压力，内核外侧L型连接件及第一高强螺栓群传递轴向拉力，通过在十字型内核构件上设置狗骨削弱或开槽削弱来控制内核构件塑性发展区域，使得该防屈曲支撑在满足基本承载与耗能的同时，震后只需通过拆卸第一高强螺栓群及内核外侧L型连接件即可将两个内核构件从外围约束装置中抽离，有效克服了传统装配式防屈曲支撑更换内核时需拆解外围约束装置的弊端，优化震后修复工作。
Description
技术领域
本专利涉及一种可直接更换十字型内核的四角钢全装配式防屈曲支撑，属于结构工程技术领域。
背景技术
防屈曲支撑由内核构件和外围约束装置组成，内核构件承受轴向压力，外围装置约束内核构件的横向位移，使其在轴压作用下发生全截面屈服。自上个世纪90年代的日本阪神地震和美国北岭地震以来，防屈曲支撑在美国、日本等一些发达国家进行了大量的工程实践，由于其兼具“正常使用状态及小震时的支撑作用”以及“大震作用下的耗能作用”，使其成为最好的消能减震构件之一，并在近几年得以迅速推广应用。
目前，工程中采用的装配式防屈曲支撑，其内核构件通常采用“一”字型、“十”字型或“工”字型构件，外围约束装置采用混凝土装配式外围约束型装置、钢管混凝土组合装配式外围约束型装置或纯钢装配式外围约束型装置，且内核构件表面与外围约束装置表面之间留有一定间隙，防止内核构件受压时横向膨胀而塞死。在正常使用状态以及小震作用下，防屈曲支撑的内核构件受力保持弹性状态，并为主体框架提供足够的刚度；大震发生时，内核构件会首先进入屈服，大量消耗地震能量，保护主体框架。
然而，现在常用的装配式防屈曲支撑，地震发生后需先拆解外围约束装置才能进行内核构件的更换，震后修复工作费时费力，不符合现在提倡绿色建筑的内涵。基于此，本发明提出一种可直接更换十字型内核的四角钢全装配式防屈曲支撑，可有效克服了传统装配式防屈曲支撑在震后修复时需先拆解外围约束装置的弊端。该防屈曲支撑由两个十字型内核构件、四个角钢约束构件、四个垫板、四个内核外侧L型连接件、第一高强螺栓群以及第二高强螺栓群组成，通过两个十字型内核构件顶紧传递轴向压力，通过内核外侧L型连接件及第一高强螺栓群传递轴向拉力，通过在十字型内核构件上设置狗骨削弱或开槽削弱来控制内核构件塑性发展区域，外围约束装置仍起到防止两个十字型内核构件屈曲失稳的目的；震后只需通过拆卸第一高强螺栓群及内核外侧L型连接件即可将两个十字型内核构件从外围约束装置中抽离出，而无需拆解外围约束装置，更换内核构件的防屈曲支撑仍可继续使用，优化震后修复工作。
此外，用于连接的第一高强螺栓群有传力作用和限位作用，当十字型内核构件受拉时，第一高强螺栓群传递十字型内核构件上的拉力到内核外侧L型连接件上，同时其限制外围约束装置滑动，此时外围约束装置不参与受力。当十字型内核构件受压时，第一高强螺栓群限制外围约束装置滑动，外围约束装置处于受弯状态，有效约束两个十字型内核构件屈曲失稳。
本发明采用常用板件通过合理布置即可实现装配式防屈曲支撑内核构件的直接更换，而且无需另外设置外围约束装置的限位装置；本发明整体构造简单且传力合理，特别适用于地震设防烈度较高地区的建筑，在保证结构抗侧力构件“承载”与“耗能”的同时，又能有效解决其震后无法快速修复等问题，提高功效和时效，优化震后修复工作。
发明内容
本发明提出一种可直接更换十字型内核的四角钢全装配式防屈曲支撑，旨在解决现有的装配式防屈曲支撑震后修复时还需拆解外围约束装置而无法直接更换内核构件的弊端，提高功效和时效，优化震后修复工作，也为装配式防屈曲支撑提供了更多的选择范围。
为实现上述目的，本发明采用如下技术手段：
一种可直接更换十字型内核的四角钢全装配式防屈曲支撑，其特征在于：该防屈曲支撑由两个十字型内核构件、四角钢装配式外围约束装置、四个内核外侧L型连接件及第一高强螺栓群组成；该防屈曲支撑可有效克服了传统装配式防屈曲支撑在震后内核更换时还需拆解外围约束装置的弊端，基于内核分段装配式设计理念，通过两个十字型内核构件顶紧传递轴向压力，通过内核外侧L型连接件及第一高强螺栓群传递轴向拉力，通过在十字型内核构件上设置狗骨削弱或开槽削弱来控制十字型内核构件塑性发展区域，外围约束装置仍起到防止两个十字型内核构件屈曲失稳的目的；震后只需通过拆卸第一高强螺栓群及内核外侧L型连接件即可将两个十字型内核构件从外围约束装置中直接抽离，无需拆解外围约束装置，震后修复工作简单快捷，且更换十字型内核构件后的防屈曲支撑仍可继续使用，满足震后功能恢复需求；所述的四角钢装配式外围约束装置由四个角钢约束构件和四个垫板通过第二高强螺栓群连接组成，垫板厚度用来控制角钢约束构件与内核构件间的间隙；所述的两个十字型内核构件在安装时需穿过外围约束装置，且端部顶紧，而后通过内核外侧L型连接件以及第一高强螺栓群将十字型内核构件与外围约束装置联系为整体。
所述的十字型内核构件，单块通长分为三个区域：端部加强区——避免防屈曲支撑十字型内核构件端部发生折曲破坏；中部削弱区——十字型内核构件塑性发展区域，采用狗骨削弱或开槽削弱的方式进行控制，削弱宽度大于高强螺栓孔洞直径的两倍，削弱区填充橡胶材料，或不填充，保证该区域截面抗拉承载力弱于其他两区域，从而将塑性破坏控制在该区域内；端部开孔连接区——用于与内核外侧L型连接件及外围约束装置的连接，通过第一高强螺栓群有效传递轴向拉力，并限制外围约束装置滑动；内核构件端部开孔连接区的上下分肢与左右分肢上开设的螺栓孔应相互错开，以减小此开孔连接区截面的削弱程度。
所述的四个角钢约束构件和四个垫板均在角钢肢边侧对应位置处开孔，通过安装第二高强螺栓群组成四角钢装配式外围约束装置；所述的内核外侧L型连接件与角钢约束构件应在十字型内核构件端部开孔连接区的对应位置处开孔；通过安装第一高强螺栓群将内核外侧L型连接件、十字型内核构件以及四角钢装配式外围约束装置连为一体。
所述的内核外侧L型连接件板件材质屈服强度应高于十字型内核构件材质，所有内核外侧L型连接件总的抗拉承载力高于十字型内核构件中部削弱区截面抗拉承载力的两倍；所述的第一高强螺栓群有传力作用和限位作用，当十字型内核构件受拉时，第一高强螺栓群传递十字型内核构件上的拉力至内核外侧L型连接件上，同时其限制外围约束装置滑动，此时外围约束装置不参与受力；当十字型内核构件受压时，第一高强螺栓群限制外围约束装置滑动，外围约束装置处于受弯状态，有效约束两个十字型内核构件屈曲失稳。
所述的垫板为通长的带孔单板，或带孔的多个垫板。
本专利的优点表现在以下几个方面：
(1)震后可直接更换内核构件。本发明基于内核分段装配式设计理念，通过两个十字型内核构件顶紧传递轴向压力，通过内核外侧L型连接件及第一高强螺栓群传递轴向拉力，通过在十字型内核构件上设置狗骨削弱或开槽削弱来控制内核构件塑性发展区域，使得该防屈曲支撑在满足基本承载与耗能的同时，震后只需通过拆卸第一高强螺栓群及内核外侧L型连接件即可将两个十字型内核构件从外围约束装置中直接抽离出，而无需拆解外围约束装置，更换内核构件的防屈曲支撑仍可继续使用，满足震后功能恢复的需求。本发明有效克服了传统装配式防屈曲支撑更换内核时需拆解外围约束装置的弊端，提高功效和时效，优化震后修复工作。此外，将内核分段装配式理念应用到装配式防屈曲支撑，使得内核构件与外围约束装置均为装配式，且内核构件在震后可直接更换，为本领域首创。
(2)传力合理，受力巧妙。当十字型内核构件受拉时，第一高强螺栓群传递十字型内核构件上的拉力至内核外侧L型连接件上，同时限制外围约束装置滑动，此时外围约束装置不参与受力。当十字型内核构件受压时，第一高强螺栓群限制外围约束装置滑动，外围约束装置处于受弯状态，有效约束两个十字型内核构件屈曲失稳。
(3)构造简单，一构件多用途。本发明构造简单，所有构件均可在工厂预制完成，在工厂或施工现场实施装配，加工精度高，没有过于繁杂的施工工序。本装置中用于连接各构件的第一高强螺栓群还起到“传力”与“限位”的作用，无需另外设置外围约束装置的限位装置。
附图说明
图1为一种可直接更换十字型内核的四角钢全装配式防屈曲支撑的三维图；
图2为一种可直接更换十字型内核的四角钢全装配式防屈曲支撑的拆分图；
图3为一种可直接更换十字型内核的四角钢全装配式防屈曲支撑的正视图；
图4为一种可直接更换十字型内核的四角钢全装配式防屈曲支撑的俯视图；
图5为一种可直接更换十字型内核的四角钢全装配式防屈曲支撑的侧视图；
图6为一种可直接更换十字型内核的四角钢全装配式防屈曲支撑的十字型内核构件分区域示意图；
图7为一种可直接更换十字型内核的四角钢全装配式防屈曲支撑的十字型内核构件削弱类型示意图(a)为狗骨削弱形式，且不填充；(b)为狗骨削弱形式，且橡胶填充；(c)为开槽削弱形式；
图8一种可直接更换十字型内核的四角钢全装配式防屈曲支撑的内核外侧L型连接件螺栓开孔示意图；
具体实施方式
下面结合附图1～8，详细说明本专利的实施方式。
如图1～8所示，一种可直接更换十字型内核的四角钢全装配式防屈曲支撑包括以下部件：
1——十字型内核构件；
2——四个角钢约束构件；
3——垫板；
4——内核外侧L型连接件；
5——第一高强螺栓群；
6——第二高强螺栓群；
7——端部加强区；
8——中部削弱区；
9——端部开孔连接区；
10——狗骨削弱；
11——开槽削弱；
12——橡胶材料填充。
如图1-8所示，一种可直接更换十字型内核的四角钢全装配式防屈曲支撑，包括两个十字型内核构件(1)、四个角钢约束构件(2)、四个垫板(3)、内核外侧L型连接件(4)第一高强螺栓群(5)以及第二高强螺栓群(6)。安装时四个角钢约束构件(2)与四个垫板(3)通过第二高强螺栓群(6)连接组成四角钢装配式外围约束装置，垫板(3)用来控制角钢约束构件(2)间的间隙，而后两个十字型内核构件(1)穿过外围约束装置，端部顶紧，最后通过内核外侧L型连接件(4)以及第一高强螺栓群(5)将十字型内核构件(1)与四角钢装配式外围约束装置联系为整体，组成防屈曲支撑。
十字型内核构件(1)分为三个区域，如图6所示，分别为端部加强区(7)、中部削弱区(8)及端部开孔连接区(9)。端部加强区(7)可按常规方法加强，通过加宽十字型内核构件即可；中部削弱区(8)，采用狗骨削弱(10)或开槽削弱(11)方式进行控制，削弱宽度大于高强螺栓孔洞直径的两倍，削弱区填充橡胶材料(12)，或不填充，保证该区域截面抗拉承载力弱于其他两区域，本实例采用狗骨削弱(10)形式设置中部削弱区(8)，且削弱区不填充；端部开孔连接区(9)，用于与内核外侧L型连接件(4)及四角钢装配式外围约束装置的连接，保证第一高强螺栓群(5)的“传力”和“限位”功能。
具体组装时先将四个角钢约束构件(2)与四个垫板(3)通过第二高强螺栓群(6)连接组成四角钢装配式外围约束装置，而后将两个十字型内核构件(1)分别从两侧穿入四角钢装配式外围约束装置，且两端部顶紧，第一高强螺栓群(5)穿过内核外侧L型连接件(4)、四角钢装配式外围约束装置和十字型内核构件(1)，而后通过施加预紧力将以上各构件联系为整体，组成本发明的防屈曲支撑。此外，本发明不限于本实例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种可直接更换十字型内核的四角钢全装配式防屈曲支撑，其特征在于：该防屈曲支撑包括两个十字型内核构件、四角钢装配式外围约束装置、四个内核外侧L型连接件及第一高强螺栓群；该防屈曲支撑克服了传统装配式防屈曲支撑在震后内核更换时还需拆解外围约束装置的弊端，基于内核分段装配式设计理念，通过两个十字型内核构件顶紧传递轴向压力，通过内核外侧L型连接件及第一高强螺栓群传递轴向拉力，通过在十字型内核构件上设置狗骨削弱或开槽削弱来控制十字型内核构件塑性发展区域，外围约束装置仍起到防止两个十字型内核构件屈曲失稳的目的；震后只需通过拆卸第一高强螺栓群及内核外侧L型连接件即可将两个十字型内核构件从外围约束装置中直接抽离，无需拆解外围约束装置，震后修复工作简单快捷，且更换十字型内核构件后的防屈曲支撑仍可继续使用，满足震后功能恢复需求；所述的四角钢装配式外围约束装置由四个角钢约束构件和四个垫板通过第二高强螺栓群连接组成，垫板厚度用来控制角钢约束构件与内核构件间的间隙；所述的两个十字型内核构件在安装时需穿过外围约束装置，且端部顶紧，而后通过内核外侧L型连接件以及第一高强螺栓群将十字型内核构件与外围约束装置联系为整体。
2.根据权利要求1所述的一种可直接更换十字型内核的四角钢全装配式防屈曲支撑，其特征在于：所述的十字型内核构件，单块通长分为三个区域：端部加强区——避免防屈曲支撑十字型内核构件端部发生折曲破坏；中部削弱区——十字型内核构件塑性发展区域，采用狗骨削弱或开槽削弱的方式进行控制，削弱宽度大于高强螺栓孔洞直径的两倍，削弱区填充橡胶材料，或不填充，保证该区域截面抗拉承载力弱于其他两区域，从而将塑性破坏控制在该区域内；端部开孔连接区——用于与内核外侧L型连接件及外围约束装置的连接，通过第一高强螺栓群传递轴向拉力，并限制外围约束装置滑动；内核构件端部开孔连接区的上下分肢与左右分肢上开设的螺栓孔应相互错开，以减小此开孔连接区截面的削弱程度。
3.根据权利要求1所述的一种可直接更换十字型内核的四角钢全装配式防屈曲支撑，其特征在于：所述的四个角钢约束构件和四个垫板均在角钢肢边侧对应位置处开孔，通过安装第二高强螺栓群组成四角钢装配式外围约束装置；所述的内核外侧L型连接件与角钢约束构件应在十字型内核构件端部开孔连接区的对应位置处开孔；通过安装第一高强螺栓群将内核外侧L型连接件、十字型内核构件以及四角钢装配式外围约束装置连为一体。
4.根据权利要求1所述的一种可直接更换十字型内核的四角钢全装配式防屈曲支撑，其特征在于：所述的内核外侧L型连接件板件材质屈服强度应高于十字型内核构件材质，所有内核外侧L型连接件总的抗拉承载力高于十字型内核构件中部削弱区截面抗拉承载力的两倍；所述的第一高强螺栓群有传力作用和限位作用，当十字型内核构件受拉时，第一高强螺栓群传递十字型内核构件上的拉力至内核外侧L型连接件上，同时其限制外围约束装置滑动，此时外围约束装置不参与受力；当十字型内核构件受压时，第一高强螺栓群限制外围约束装置滑动，外围约束装置处于受弯状态，有效约束两个十字型内核构件屈曲失稳。
5.根据权利要求1所述的一种可直接更换十字型内核的四角钢全装配式防屈曲支撑，其特征在于：所述的垫板为通长的带孔单板，或带孔的多个垫板。
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