CN108643671B - 一种可更换十字型内核的四钢管约束型防屈曲支撑 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可更换十字型内核的四钢管约束型防屈曲支撑，属于结构工程领域。该防屈曲支撑由两个十字型内核构件、四钢管外围约束装置、四个内核外侧连接盖板及高强螺栓群组成。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，内核外侧连接盖板及高强螺栓群传递轴向拉力，通过在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，震后只需通过拆卸高强螺栓群及内核外侧连接盖板即可将两个内核构件从外围约束装置中抽离，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，克服了传统整体约束型防屈曲支撑在破坏后无法更换内核构件的弊端。

Description

一种可更换十字型内核的四钢管约束型防屈曲支撑

技术领域

本专利涉及一种可更换十字型内核的四钢管约束型防屈曲支撑，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，工程中普遍采用的防屈曲支撑多为整体约束型构件，内核构件通常采用“一”字型、“十”字型或“工”字型构件，外围约束构件采用混凝土外围约束型构件、钢管混凝土外围约束型构件或全钢外围约束型构件，且内核构件表面与外围约束构件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，现在常用的整体约束型防屈曲支撑，一旦安装完成即无法拆卸，地震发生后即使发生局部损伤也只能整体更换，造成建筑材料的严重浪费，不符合现在提倡绿色建筑的内涵。基于此，本发明提出一种可更换十字型内核的四钢管约束型防屈曲支撑，克服了传统整体约束型防屈曲支撑在破坏后无法更换内核构件的弊端。该防屈曲支撑由两个十字型内核构件、四个钢管约束构件、若干缀板、四个内核外侧连接盖板以及高强螺栓群组成，通过两个十字型内核构件顶紧传递轴向压力，通过内核外侧连接盖板及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，四钢管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；震后只需通过拆卸高强螺栓群及内核外侧连接盖板即可将两个十字型内核构件从四钢管外围约束装置中抽离出，更换内核构件的防屈曲支撑仍可继续使用，满足震后功能恢复需求，延长支撑使用寿命，提高经济效益。

此外，用于连接的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，高强螺栓群传递十字型内核构件上的拉力到内核外侧连接盖板上，同时其限制四钢管外围约束装置滑动，此时四钢管外围约束装置不参与受力。当十字型内核构件受压时，高强螺栓群限制四钢管外围约束装置滑动，四钢管外围约束装置处于受弯状态，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整体约束型防屈曲支撑内核构件的震后更换，而且无需另外设置外围约束构件的限位装置；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，又能解决其震后快速修复等问题，避免了建筑材料的浪费，具有良好的社会效益和经济效益。

发明内容

本发明提出一种可更换十字型内核的四钢管约束型防屈曲支撑，旨在解决现有的整体约束型防屈曲支撑震后无法更换内核构件的弊端，避免建筑材料浪费，延长支撑使用寿命，提高经济效益，也为整体约束型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：

一种可更换十字型内核的四钢管约束型防屈曲支撑，其特征在于：该防屈曲支撑由两个十字型内核构件、四钢管外围约束装置、四个内核外侧连接盖板及高强螺栓群组成；该防屈曲支撑克服了传统整体约束型防屈曲支撑在破坏后无法更换内核构件的弊端，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，通过内核外侧连接盖板及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，四钢管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；震后只需通过拆卸高强螺栓群及内核外侧连接盖板即可将两个十字型内核构件从四钢管外围约束装置中抽离出，更换内核构件的防屈曲支撑仍可继续使用，满足震后功能恢复需求；所述的四钢管外围约束装置由四个钢管约束构件和缀板在工厂焊接制成，钢管约束构件与十字型内核构件表面之间留有1-2mm间隙，或橡胶填充；所述的两个十字型内核构件在安装时需穿过四钢管外围约束装置，且端部顶紧，最后通过内核外侧连接盖板以及高强螺栓群将十字型内核构件与四钢管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——用于与内核外侧连接盖板及四钢管外围约束装置的连接，通过高强螺栓群传递轴向拉力，并限制四钢管外围约束装置滑动。

所述的内核外侧连接盖板与四钢管外围约束装置应在十字型内核构件端部开孔连接区的对应位置处开孔；通过安装高强螺栓群将内核外侧连接盖板、十字型内核构件以及四钢管外围约束装置连为一体。

所述的内核外侧连接盖板板件材质屈服强度高于十字型内核构件材质，所有内核外侧连接盖板总的抗拉承载力高于十字型内核构件中部削弱区抗拉承载力的两倍；所述的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，高强螺栓群传递十字型内核构件上的拉力至内核外侧连接盖板上，同时其限制四钢管外围约束装置滑动，此时四钢管外围约束装置不参与受力；当十字型内核构件受压时，高强螺栓群限制四钢管外围约束装置滑动，四钢管外围约束装置处于受弯状态，约束两个十字型内核构件屈曲失稳。

所述的四个钢管约束构件为四根通长钢管，内填混凝土，或不填。

本专利的优点表现在以下几个方面：

(1)震后可更换内核构件。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，通过内核外侧连接盖板及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，震后只需通过拆卸高强螺栓群及内核外侧连接盖板即可将两个十字型内核构件从外围约束构件中抽离出，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，延长使用寿命，避免了建筑材料的浪费，提高经济效益。此外，将内核分段装配式理念应用到整体约束型防屈曲支撑，使得十字型内核构件在震后可更换，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，高强螺栓群传递十字型内核构件上的拉力至内核外侧连接盖板上，同时限制四钢管外围约束装置滑动，此时四钢管外围约束装置不参与受力。当十字型内核构件受压时，高强螺栓群限制四钢管外围约束装置滑动，四钢管外围约束装置处于受弯状态，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焊接预制完成，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高强螺栓群还起到“传力”与“限位”的作用，无需另外设置四钢管外围约束装置的限位装置。

附图说明

图1为一种可更换十字型内核的四钢管约束型防屈曲支撑的三维图；

图2为一种可更换十字型内核的四钢管约束型防屈曲支撑的拆分图；

图3为一种可更换十字型内核的四钢管约束型防屈曲支撑的正视图；

图4为一种可更换十字型内核的四钢管约束型防屈曲支撑的俯视图；

图5为一种可更换十字型内核的四钢管约束型防屈曲支撑的侧视图；

图6为一种可更换十字型内核的四钢管约束型防屈曲支撑的十字型内核构件分区域示意图；

图7为一种可更换十字型内核的四钢管约束型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。

具体实施方式

下面结合附图1～7，详细说明本专利的实施方式。

如图1～7所示，一种可更换十字型内核的四钢管约束型防屈曲支撑包括以下部件：

1——十字型内核构件；

2——四个钢管约束构件；

3——缀板；

4——内核外侧连接盖板；

5——高强螺栓群；

6——端部加强区；

7——中部削弱区；

8——端部开孔连接区；

9——狗骨削弱；

10——开槽削弱；

11——橡胶材料填充。

如图1-7所示，一种可更换十字型内核的四钢管约束型防屈曲支撑，包括两个十字型内核构件(1)、四个钢管约束构件(2)、缀板(3)、内核外侧连接盖板(4)以及高强螺栓群(5)。四个钢管约束构件(2)在工厂通过缀板(3)焊接组成四钢管外围约束装置，缀板(3)用来控制钢管约束构件(2)间的间隙，而后两个十字型内核构件(1)穿过四钢管外围约束装置，端部顶紧，最后通过内核外侧连接盖板(4)以及高强螺栓群(5)将十字型内核构件(1)与四钢管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(6)、中部削弱区(7)及端部开孔连接区(8)。端部加强区(6)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(7)，采用狗骨削弱(9)或开槽削弱(10)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(11)，或不填充，保证该区域截面抗拉刚度弱于其他两区域，本实例采用狗骨削弱(9)形式设置中部削弱区(7)，且削弱区不填充；端部开孔连接区(8)，用于与内核外侧连接盖板(4)及四钢管外围约束装置的连接，保证高强螺栓群(5)的“传力”和“限位”功能。

具体组装时先将四个钢管约束构件(2)通过缀板(3)焊接组成四钢管外围约束装置，而后将两个十字型内核构件(1)分别从两侧穿入四钢管外围约束装置，且两端部顶紧，高强螺栓群(5)穿过内核外侧连接盖板(4)、四钢管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 (2)

1.一种可更换十字型内核的四钢管约束型防屈曲支撑，其特征在于：该防屈曲支撑由两个十字型内核构件、四钢管外围约束装置、四个内核外侧连接盖板及高强螺栓群组成；该防屈曲支撑可有效克服传统整体约束型防屈曲支撑在破坏后无法更换内核构件的弊端；震后只需通过拆卸高强螺栓群及内核外侧连接盖板即可将两个十字型内核构件从四钢管外围约束装置中抽离出，更换内核构件的防屈曲支撑仍可继续使用，满足震后功能恢复需求；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人为控制，削弱宽度大于高强螺栓孔洞直径的两倍，削弱区填充硬质橡胶材料，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——用于与内核外侧连接盖板及四钢管外围约束装置的连接，通过高强螺栓群有效传递轴向拉力，并限制四钢管外围约束装置滑动；所述的内核外侧连接盖板与四钢管外围约束装置应在十字型内核构件端部开孔连接区的对应位置处开孔；所述的四钢管外围约束装置由四个钢管约束构件和缀板在工厂焊接制成，钢管约束构件与十字型内核构件表面之间留有1-2mm间隙，或橡胶填充；所述的两个十字型内核构件在安装时需穿过四钢管外围约束装置，且端部顶紧，最后通过内核外侧连接盖板以及高强螺栓群将十字型内核构件与四钢管外围约束装置联系为整体；所述的内核外侧连接盖板在外围约束装置外侧，板件材质应高于十字型内核构件材质，所有内核外侧连接盖板总的抗拉承载力高于十字型内核构件中部削弱区抗拉承载力的两倍；所述的高强螺栓群主要有传力作用和限位作用，当十字型内核构件受拉时，高强螺栓群传递十字型内核构件上的拉力至内核外侧连接盖板上，同时其限制四钢管外围约束装置滑动，此时四钢管外围约束装置不参与受力；当十字型内核构件受压时，高强螺栓群限制四钢管外围约束装置滑动，四钢管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。

2.根据权利要求1所述的一种可更换十字型内核的四钢管约束型防屈曲支撑，其特征在于：所述的四个钢管约束构件为四根通长钢管，内填混凝土，或不填。

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