CN108678480A - Gfrp管填充混凝土型屈曲约束支撑 - Google Patents

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鲁正
林嘉丽
马乃寅
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Tongji University
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
    • E04H9/00—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate
    • E04H9/02—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate withstanding earthquake or sinking of ground
    • E04H9/021—Bearing, supporting or connecting constructions specially adapted for such buildings

Abstract

本发明涉及一种GFRP管填充混凝土型屈曲约束支撑，由芯材、约束GFRP管、填充混凝土和芯材端部加劲肋组成。其中，芯材是中间窄两端宽的芯板，两端加宽区域分别对称布置两个加劲肋板，形成端部十字结构；填充混凝土中掺加钢纤维或合成纤维，以提高内包混凝土抗拉能力。其次，由于芯材被包裹在填充纤维混凝土的GFRP管中，其平面内和平面外变形被约束，使内部芯材构件不仅可以受拉还可以抵抗压力而不屈曲。在水平地震作用下，内部钢芯与GFRP管内包的混凝土共同工作，提供结构的强度和整体刚度，通过钢材屈服和混凝土优良的滞回性能提高支撑的变形能力和耗能能力。

Description

GFRP管填充混凝土型屈曲约束支撑
技术领域
本发明涉及一种GFRP管填充混凝土型屈曲约束支撑，通过芯材塑性变形能和混凝土滞回性能吸收地震输入能量，属于建筑结构的抗震设计以及加固改造领域。
背景技术
近年来，框架结构由于其自重轻、平面布置灵活的优点，在实际建筑施工中得到了广泛的应用。地震作用下建筑物往往受到很大的水平地震力，若仅靠框架结构本身的承载力和延性来耗散能量，地震作用下层间位移大，震后结构损伤严重，虽能保证结构和生命安全，却不易修复。为提高延性框架的侧向刚度，目前的研究和应用趋势是将支撑同框架相结合使用。
由于支撑在水平地震作用下处于拉压交替受力状态，钢结构支撑的应用最为广泛，但这种支撑形式用钢量较大，且构件在水平地震作用下易于屈曲，经济性能有待提高。针对这一情况，防屈曲支撑应运而生。现有的屈曲约束支撑大多数是通过其轴向受力而产生轴向大塑性变形吸收地震输入能量，在拉压力作用下结构的荷载不对称，造成现有支撑节点承载能力和变形能力不足，一般无法满足高烈度地区建筑结构的抗震设计要求。
发明内容
为改善现有的支撑不足与局限性，本发明的目的在于提供一种GFRP管填充混凝土型屈曲约束支撑，本发明利用钢材屈服和混凝土优良的滞回性能提高支撑的变形能力和耗能能力。既能增强结构的刚度和延性，又能有效减小和控制框架结构的层间位移，对建筑结构工程的抗震设计和加固改造具有重大意义。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明提出的一种GFRP管填充混凝土型屈曲约束支撑，由约束GFRP管1、芯材2、填充混凝土3和端部加劲肋4组成，其中：所述芯材2是中间窄两端宽的芯板，芯材2放置于约束GFRP管1中，芯材2两端伸出约束GFRP管1，且芯材2两端封住约束GFRP管1，芯材2与约束GFRP管1间形成的空腔内充满填充混凝土3，所述混凝土3包裹住芯材2，以约束芯材2变形；所述端部加劲肋4对称布置于芯材2两端加宽区，形成端部十字结构，且端部加劲肋4伸入约束GFRP管1内；在水平地震作用下，当芯材2中部屈服段进入塑性变形状态耗能时，芯材2两端加宽区域仍处于弹性状态，以保证与混凝土保持良好连接，通过芯材2塑性变形能和填充混凝土3优良的滞回性能，提高支撑耗能能力。
本发明中，所述芯材2是由屈服点较低的软钢制成的芯板，芯板两端延伸部分为十字形安装节点板5，节点板5位于约束GFRP管1两端，安装节点板5上设有螺孔6，用于与主体结构连接。
本发明中，所述填充混凝土3是一种纤维混凝土，在普通混凝土的基础上，加入钢纤维、玻璃纤维或植物纤维，纤维体积率为1.0%-2.0%。
本发明中，所约束GFRP管1表面中间设置防滑键，或对称布置，或不设置。
本发明的有益效果在于：
1、本发明采用GFRP材料作为混凝土的外包材料，具有高韧性、耐久性、耐腐蚀、耐高温和耐磨损的优点；
2、本发明采用纤维混凝土，能够提高混凝土的抗拉强度，使支撑在拉压循环荷载下的拉压承载力相近；
3、本发明芯板分为中部屈服段和端部弹性段，屈服段进入塑性变形耗能时，弹性段仍保证与混凝土保持良好连接；
4、本发明由内部钢芯材和GFRP管内包混凝土协同作用，利用钢材屈服和混凝土的滞回性能进行地震作用下的耗能，在增加结构整体刚度以控制层间位移有着显著的效果。
附图说明
图1为一种GFRP管填充混凝土型屈曲约束支撑的部分结构示意图；
图2为一种GFRP管填充混凝土型屈曲约束支撑的两个侧面示意图。其中：（a）为左视图，（b）为主视图；
图中标号：1为约束GFRP管、2为芯材、3为填充混凝土、4为端部加劲肋、5为安装节点板、6为螺孔。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
实施例1：如图1-图2所示，本发明装置包括约束GFRP管1、芯材2、填充混凝土3和端部加劲肋4。约束GFRP管1为圆形截面；芯材2是由屈服点较低的软钢制成的中间窄两端宽的芯板，两个端部加劲肋4分别对称布置于芯材2两端加宽区，形成端部十字结构；芯材2位于约束GFRP管1内，且其两端伸出约束GFRP管1，在约束GFRP管1空腔内填充纤维混凝土3，包裹住芯材2，以约束芯材2变形；芯材2两端延伸部分为十字形安装节点板5，安装节点板5上设有螺孔6,通过高强螺栓与框架节点处的节点板连接，形成带有支撑的组合框架结构。在水平地震作用下，芯板中部屈服段进入塑性变形状态耗能时，两端加宽区域仍处于弹性状态以保证与混凝土保持良好连接，通过钢材塑性变形能和混凝土优良的滞回性能提高支撑耗能能力。

Claims (4)

1.一种GFRP管填充混凝土型屈曲约束支撑，由约束GFRP管（1）、芯材（2）、填充混凝土（3）和端部加劲肋（4）组成，其特征在于：所述芯材（2）是中间窄两端宽的芯板，芯材（2）放置于约束GFRP管（1）中，芯材（2）两端伸出约束GFRP管（1），且芯材（2）两端封住约束GFRP管（1），芯材（2）与约束GFRP管（1）间形成的空腔内充满填充混凝土（3），所述混凝土（3）包裹住芯材（2），以约束芯材（2）变形；所述端部加劲肋（4）对称布置于芯材（2）两端加宽区，形成端部十字结构，且端部加劲肋（4）伸入约束GFRP管（1）内；在水平地震作用下，当芯材（2）中部屈服段进入塑性变形状态耗能时，芯材（2）两端加宽区域仍处于弹性状态，以保证与混凝土保持良好连接，通过芯材（2）塑性变形能和填充混凝土（3）优良的滞回性能，提高支撑耗能能力。
2.根据权利要求1所述的一种GFRP管填充混凝土型屈曲约束支撑，其特征在于：所述芯材（2）是由屈服点较低的软钢制成的芯板，芯板两端延伸部分为十字形安装节点板（5），节点板（5）位于约束GFRP管（1）两端，安装节点板（5）上设有螺孔（6），用于与主体结构连接。
3.根据权利要求1所述的一种GFRP管填充混凝土型屈曲约束支撑，其特征在于：所述填充混凝土（3）是一种纤维混凝土，在普通混凝土的基础上，加入钢纤维、玻璃纤维或植物纤维，纤维体积率为1.0%-2.0%。
4.根据权利要求1所述的一种GFRP管填充混凝土型屈曲约束支撑，其特征在于：所约束GFRP管（1）表面中间设置防滑键，或对称布置，或不设置。
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