CN111270898A - 一种十字形截面全装配式防屈曲支撑构件 - Google Patents

Abstract

一种十字形截面全装配式防屈曲支撑构件，包括有位于中心的十字形内核构件，分别设置在十字形内核构件的四个直角夹角中构成外围约束单元的四个约束方钢管组件，每相邻的两个约束方钢管组件边缘与夹在该两个约束方钢管组件边缘之间的十字形内核构件的翼板通过螺栓组件相互固定连接，每个所述的约束方钢管组件的管内都嵌入有X形钢内撑。本发明采用全钢构件现场装配，施工方便且制作精度易于控制，十字形双内核的设置可以提供大吨位防屈曲支撑，且外围约束构件与内核钢板之间的精度控制更方便，更简洁，且便于现场安装，所有钢构件均可以在工厂制作，加工精度容易控制。本发明构件的延性性能明显改善，耗能能力大大增强，提高了抗震性能。

Description

一种十字形截面全装配式防屈曲支撑构件

技术领域

本发明涉及一种结构工程振动控制中的防屈曲支撑。特别是涉及一种十字形截面全装配式防屈曲支撑构件。

背景技术

防屈曲支撑是一种新型抗侧力构件，它具备普通支撑和阻尼器的优点，在结构抗震设计中具有消能减震作用。1994年美国北岭地震和1995年日本阪神地震后，日本、美国等国家对其进行了深入研究，我国对防屈曲支撑的研究也已逐渐成熟。在小震作用下，防屈曲支撑构件保持弹性，为主体结构提供足够的抗侧刚度，限制结构位移；在中震和大震作用下，防屈曲支撑构件的钢芯率先进入屈服耗散地震能量，对主体框架起到保护的作用，防止主体结构破坏。近几年来，防屈曲支撑构件在我国的大型公共建筑中开始得到应用，尤其是在地震设防烈度较高的地区，大大提高了建筑物的抗震性能。防屈曲支撑构件一般由内核构件和外围约束构件两部分组成。内核构件主要由三部分组成，约束屈服段、约束非屈服段，无约束非屈服段。所采用的材料多为低屈服点延性钢材。外围约束构件主要分四类，钢筋混凝土外围约束构件，钢管混凝土外围约束构件，预应力混凝土外围约束构件，全钢装配式外围约束构件。一般在内核构件与外围约束构件之间设有一层无粘结材料或非常狭小的空气层，目的是减小或消除核心钢板上的轴力不传到砂浆或外钢管上。而这两者之间的距离控制与调整是防屈曲支撑构件设计的难点。通常采用的钢筋混凝土外围约束构件，在浇筑混凝土时，两者间的预留间隙很难满足精度方面的要求。针对这一问题，有学者提出了装配式防屈曲支撑，内核构件与外围约束构件两者之间的距离得到有效控制与调整，但制作和安装较为复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够极大提高抗震性能的十字形截面全装配式防屈曲支撑构件。

本发明所采用的技术方案是：一种十字形截面全装配式防屈曲支撑构件，包括有位于中心的十字形内核构件，分别设置在十字形内核构件的四个直角夹角中构成外围约束单元的四个约束方钢管组件，每相邻的两个约束方钢管组件边缘与夹在该两个约束方钢管组件边缘之间的十字形内核构件的翼板通过螺栓组件相互固定连接，每个所述的约束方钢管组件的管内都嵌入有X形钢内撑。

四个所述的约束方钢管组件与所述的十字形内核构件的相连接面之间形成有1mm～2mm的间隙，所述的间隙内设置有填充硬质橡胶垫。

所述的十字形内核构件是由四根结构相同的L形截面热轧型钢的直角边对接形成十字形结构，每根L形截面热轧型钢构成十字形内核构件的一个直角，并设置一个所述的约束方钢管组件。

每相邻的两个直角边之间形成有1mm～2mm的间隙，所述的间隙内设置有内核硬质橡胶垫，相邻的两个直角边和所述的内核硬质橡胶垫共同构成十字形内核构件的一个翼板。

所述的约束方钢管组件包括有第一等边角钢和第二等边角钢，其中，所述第一等边角钢的两个第一直角边板大于所述第二等边角钢的两个第二直角边板，所述第二等边角钢扣置在由所述第一等边角钢的两个第一直角边板构成的直角内，所述第二等边角钢的两个第二直角边板的边缘通过焊接与所述第一等边角钢的两个第一直角边板的内侧面固定连接，从而共同构成约束方钢管组件。

所述的第一等边角钢两个第一直角边板的外侧面与所连接的十字形内核构件翼板的板面之间形成有1mm～2mm的间隙，所述的填充硬质橡胶垫设置在所述的间隙内，其中，当四个所述的约束方钢管组件分别设置在所述十字形内核构件的四个直角夹角中时，相邻的两个第一直角边板与所夹的翼板以及所述的填充硬质橡胶垫通过螺栓组件相互固定连接。

所述第一等边角钢两个第一直角边板的宽度大于所述十字形内核构件翼板的宽度，所述十字形内核构件的长度大于所述约束方钢管组件的长度，即所述十字形内核构件的两端伸出所述约束方钢管组件的两端。

所述的X形钢内撑包括有圆钢管，在所述圆钢管外周面上沿轴向一体形成有四条管翼，四条管翼等间隔设置，每条管翼的边缘都与一条等边角钢的90度内角侧一体连接，并等分该内角，当所述的X形钢内撑嵌入所述的约束方钢管组件的管内时，每条等边角钢与所述约束方钢管组件的一个内角对应贴合，并通过焊接固定连接。

所述的螺栓组件包括有端部贯穿相邻的两个约束方钢管组件和夹在该两个约束方钢管组件之间的翼板的高强螺栓，以及螺纹连接在所述高强螺栓的端部进行固定的防松螺母，所述防松螺母是由螺帽和一体连接在所述螺帽下端的螺套构成，所述螺帽和螺套同轴，并沿轴形成有用于拧入所述高强螺栓的内螺孔。

所述的相邻的两个约束方钢管组件和夹在该两个约束方钢管组件之间的翼板上相对应的分别形成有用于贯穿所述高强螺栓的螺栓孔，所述螺栓孔的宽度与所述高强螺栓的螺杆直径相同，所述螺栓孔的长度大于所述高强螺栓的螺杆直径。

本发明的一种十字形截面全装配式防屈曲支撑构件，采用全钢构件现场装配，施工方便且制作精度易于控制，十字形双内核的设置可以提供大吨位防屈曲支撑，且外围约束构件与内核钢板之间的精度控制更方便，更简洁，且便于现场安装，所有钢构件均可以在工厂制作，加工精度容易控制。本发明提供了超大截面积的构件，使得其支撑力大大提高。构件的延性性能明显改善，耗能能力大大增强，提高了抗震性能。本发明补充了现有防屈曲支撑构件的种类、内核形式，外围约束的截面形式以及连接方式，为结构提供充足的抗侧刚度，达到限制结构整体侧移的目标，为结构抗震设计提供更大的选择范围。

附图说明

图1是本发明一种十字形截面全装配式防屈曲支撑构件的整体结构示意图；

图2是本发明一种十字形截面全装配式防屈曲支撑构件的断面结构示意图；

图3是本发明一种十字形截面全装配式防屈曲支撑构件的分解结构示意图；

图4是本发明中X形钢内撑的结构示意图；

图5是本发明中高强螺栓的结构示意图；

图6是本发明中防松螺母的结构示意图。

图中

1：十字形内核构件 1.1：L形截面热轧型钢

1.2：翼板 2：约束方钢管组件

2.1：第一等边角钢 2.11：第一直角边板

2.2：第二等边角钢 2.21：第二直角边板

3：螺栓组件 3.1：高强螺栓

3.2：防松螺母 3.21：螺帽

3.22：螺套 3.23：内螺孔

4：X形钢内撑 4.1：圆钢管

4.2：管翼 4.3：等边角钢

5：硬质橡胶垫 6：内核硬质橡胶垫

7：螺栓孔

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的一种十字形截面全装配式防屈曲支撑构件做出详细说明。

如图1、图2所示，本发明的一种十字形截面全装配式防屈曲支撑构件，包括有位于中心的十字形内核构件1，分别设置在十字形内核构件1的四个直角夹角中构成外围约束单元的四根约束方钢管组件2，每相邻的两根约束方钢管组件2边缘与夹在该两个约束方钢管组件2边缘之间的十字形内核构件1的翼板1.2通过螺栓组件3相互固定连接，施加螺栓组件3预紧力将四根约束方钢管组件2连为一个受力整体，形成十字形内核构件1的外围约束构件。每个所述的约束方钢管组件2的管内都嵌入有X形钢内撑4。约束方钢管组件2内焊接X形钢内撑4可以有效地防止约束方钢管组件2发生局部屈曲，不仅提高了外围约束构件的约束效率，构件的延性性能明显改善，耗能能力大大增强，提高了抗震性能。四个所述的约束方钢管组件2与所述的十字形内核构件1的相连接面之间形成有1mm～2mm的间隙，所述的间隙内设置有填充硬质橡胶垫5。

所述的十字形内核构件1是由四根结构相同的L形截面热轧型钢1.1的直角边对接形成十字形结构，每根L形截面热轧型钢1.1构成十字形内核构件1的一个直角，并设置一个所述的约束方钢管组件2。每相邻的两个直角边之间形成有1mm～2mm的间隙，所述的间隙内设置有内核硬质橡胶垫6，相邻的两个直角边和所述的内核硬质橡胶垫6共同构成十字形内核构件1的一个翼板1.2。由四根L形截面热轧型钢1.1组成的十字形内核构件1，形成双内核单元，一方面避免了焊接截面对构件延性，承载能力以及耗能能力的不利影响，另一方面由于组成的十字形翼缘为双层内核，提供了超大的截面积，使得其支撑力大大提高。

所述的约束方钢管组件2包括有第一等边角钢2.1和第二等边角钢2.2，其中，所述第一等边角钢2.1的两个第一直角边板2.11大于所述第二等边角钢2.2的两个第二直角边板2.21，所述第二等边角钢2.2扣置在由所述第一等边角钢2.1的两个第一直角边板2.11构成的直角内，所述第二等边角钢2.2的两个第二直角边板2.21的边缘通过焊接与所述第一等边角钢2.1的两个第一直角边板2.11的内侧面固定连接，从而共同构成约束方钢管组件2。

所述的第一等边角钢2.1两个第一直角边板2.11的外侧面与所连接的十字形内核构件1翼板1.2的板面之间形成有1mm～2mm的间隙，所述的填充硬质橡胶垫5设置在所述的间隙内，其中，当四个所述的约束方钢管组件2分别设置在所述十字形内核构件1的四个直角夹角中时，相邻的两个第一直角边板2.11与所夹的翼板1.2以及所述的填充硬质橡胶垫5通过螺栓组件3相互固定连接。

所述第一等边角钢2.1两个第一直角边板2.11的宽度大于所述十字形内核构件1翼板1.2的宽度，所述十字形内核构件1的长度大于所述约束方钢管组件2的长度，即所述十字形内核构件1的两端伸出所述约束方钢管组件2的两端。

如图2、图4所示，所述的X形钢内撑4包括有圆钢管4.1，在所述圆钢管4.1外周面上沿轴向一体形成有四条管翼4.2，四条管翼4.2等间隔设置，每条管翼4.2的边缘都与一条等边角钢4.3的90度内角侧一体连接，并等分该内角，当所述的X形钢内撑4嵌入所述的约束方钢管组件2的管内时，每条等边角钢4.3与所述约束方钢管组件2的一个内角对应贴合，并通过焊接固定连接。

如图5、图6所示，所述的螺栓组件3包括有端部贯穿相邻的两个约束方钢管组件2和夹在该两个约束方钢管组件2之间的翼板1.2的高强螺栓3.1，以及螺纹连接在所述高强螺栓3.1的端部进行固定的防松螺母3.2，所述防松螺母3.2是由螺帽3.21和一体连接在所述螺帽3.21下端的螺套3.22构成，所述螺帽3.21和螺套3.22同轴，并沿轴形成有用于拧入所述高强螺栓3.1的内螺孔3.23。这种结构可以防止高强螺栓3.1在荷载往复作用下出现松动，具有结构简单，防松效果好的优点。

如图3所示，所述的相邻的两个约束方钢管组件2和夹在该两个约束方钢管组件2之间的翼板1.2上相对应的分别形成有用于贯穿所述高强螺栓3.1的螺栓孔7，所述螺栓孔7的宽度与所述高强螺栓3.1的螺杆直径相同，所述螺栓孔7的长度大于所述高强螺栓3.1的螺杆直径。高强螺栓3.1可在螺栓孔7中滑动进行调节，调节至保证在最大荷载作用下高强螺栓3.1的螺杆不发生剪切破坏的位置。

本发明的一种十字形截面全装配式防屈曲支撑构件的工作原理为：

外部荷载施加到防屈曲支撑，首先由十字形内核构件1承受全部的地震作用，该十字形内核构件1在轴向力作用下屈服耗能，外围的约束方钢管组件2提供给十字形内核构件1弯曲限制，避免其受压屈曲。当其受压膨胀时，粘贴在表面上的硬质橡胶垫5和内核硬质橡胶垫6可以有效减小或切断十字形内核构件1受轴力时传给约束方钢管组件2的力，使二者在支撑体系中分工明确，受力合理。高强螺栓距离螺栓孔的端部需满足一定要求，以防止在内核压力达到屈服时，高强螺栓的螺杆发生剪切破坏，而导致其捆绑作用失效。

Claims (10)

1.一种十字形截面全装配式防屈曲支撑构件，其特征在于，包括有位于中心的十字形内核构件(1)，分别设置在十字形内核构件(1)的四个直角夹角中构成外围约束单元的四个约束方钢管组件(2)，每相邻的两个约束方钢管组件(2)边缘与夹在该两个约束方钢管组件(2)边缘之间的十字形内核构件(1)的翼板(1.2)通过螺栓组件(3)相互固定连接，每个所述的约束方钢管组件(2)的管内都嵌入有X形钢内撑(4)。

2.根据权利要求1所述的一种十字形截面全装配式防屈曲支撑构件，其特征在于，四个所述的约束方钢管组件(2)与所述的十字形内核构件(1)的相连接面之间形成有1mm～2mm的间隙，所述的间隙内设置有填充硬质橡胶垫(5)。

3.根据权利要求1所述的一种十字形截面全装配式防屈曲支撑构件，其特征在于，所述的十字形内核构件(1)是由四根结构相同的L形截面热轧型钢(1.1)的直角边对接形成十字形结构，每根L形截面热轧型钢(1.1)构成十字形内核构件(1)的一个直角，并设置一个所述的约束方钢管组件(2)。

4.根据权利要求3所述的一种十字形截面全装配式防屈曲支撑构件，其特征在于，每相邻的两个直角边之间形成有1mm～2mm的间隙，所述的间隙内设置有内核硬质橡胶垫(6)，相邻的两个直角边和所述的内核硬质橡胶垫(6)共同构成十字形内核构件(1)的一个翼板(1.2)。

5.根据权利要求1所述的一种十字形截面全装配式防屈曲支撑构件，其特征在于，所述的约束方钢管组件(2)包括有第一等边角钢(2.1)和第二等边角钢(2.2)，其中，所述第一等边角钢(2.1)的两个第一直角边板(2.11)大于所述第二等边角钢(2.2)的两个第二直角边板(2.21)，所述第二等边角钢(2.2)扣置在由所述第一等边角钢(2.1)的两个第一直角边板(2.11)构成的直角内，所述第二等边角钢(2.2)的两个第二直角边板(2.21)的边缘通过焊接与所述第一等边角钢(2.1)的两个第一直角边板(2.11)的内侧面固定连接，从而共同构成约束方钢管组件(2)。

6.根据权利要求5所述的一种十字形截面全装配式防屈曲支撑构件，其特征在于，所述的第一等边角钢(2.1)两个第一直角边板(2.11)的外侧面与所连接的十字形内核构件(1)翼板(1.2)的板面之间形成有1mm～2mm的间隙，所述的填充硬质橡胶垫(5)设置在所述的间隙内，其中，当四个所述的约束方钢管组件(2)分别设置在所述十字形内核构件(1)的四个直角夹角中时，相邻的两个第一直角边板(2.11)与所夹的翼板(1.2)以及所述的填充硬质橡胶垫(5)通过螺栓组件(3)相互固定连接。

7.根据权利要求5所述的一种十字形截面全装配式防屈曲支撑构件，其特征在于，所述第一等边角钢(2.1)两个第一直角边板(2.11)的宽度大于所述十字形内核构件(1)翼板(1.2)的宽度，所述十字形内核构件(1)的长度大于所述约束方钢管组件(2)的长度，即所述十字形内核构件(1)的两端伸出所述约束方钢管组件(2)的两端。

8.根据权利要求1所述的一种十字形截面全装配式防屈曲支撑构件，其特征在于，所述的X形钢内撑(4)包括有圆钢管(4.1)，在所述圆钢管(4.1)外周面上沿轴向一体形成有四条管翼(4.2)，四条管翼(4.2)等间隔设置，每条管翼(4.2)的边缘都与一条等边角钢(4.3)的90度内角侧一体连接，并等分该内角，当所述的X形钢内撑(4)嵌入所述的约束方钢管组件(2)的管内时，每条等边角钢(4.3)与所述约束方钢管组件(2)的一个内角对应贴合，并通过焊接固定连接。

9.根据权利要求1所述的一种十字形截面全装配式防屈曲支撑构件，其特征在于，所述的螺栓组件(3)包括有端部贯穿相邻的两个约束方钢管组件(2)和夹在该两个约束方钢管组件(2)之间的翼板(1.2)的高强螺栓(3.1)，以及螺纹连接在所述高强螺栓(3.1)的端部进行固定的防松螺母(3.2)，所述防松螺母(3.2)是由螺帽(3.21)和一体连接在所述螺帽(3.21)下端的螺套(3.22)构成，所述螺帽(3.21)和螺套(3.22)同轴，并沿轴形成有用于拧入所述高强螺栓(3.1)的内螺孔(3.23)。

10.根据权利要求9所述的一种十字形截面全装配式防屈曲支撑构件，其特征在于，所述的相邻的两个约束方钢管组件(2)和夹在该两个约束方钢管组件(2)之间的翼板(1.2)上相对应的分别形成有用于贯穿所述高强螺栓(3.1)的螺栓孔(7)，所述螺栓孔(7)的宽度与所述高强螺栓(3.1)的螺杆直径相同，所述螺栓孔(7)的长度大于所述高强螺栓(3.1)的螺杆直径。

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