CN111706141A - 一种全装配三段式防屈曲耗能支撑 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全装配三段式防屈曲耗能支撑，涉及建筑结构抗震防灾技术领域。一种全装配三段式防屈曲耗能支撑，包括螺纹接头、两端的屈曲耗能段、中部的弹性支撑段和法兰连接。整个防屈曲支撑构件的耗能减震主要由屈曲耗能段的核心耗能钢管和形状记忆合金弹簧实现；螺纹接头由核心耗能钢管的一端加工成；弹性支撑段由一根弹性支撑钢管组成；屈曲耗能段与弹性支撑段由法兰连接形成一个整体防屈曲耗能支撑。通过上述方式，本发明能够实现现场装配，高空等不利环境的安装、维护和更换等作业，同时本发明具有部分自复位能力。

Description

一种全装配三段式防屈曲耗能支撑
技术领域
本发明涉及建筑结构抗震防灾技术领域，尤其涉及一种全装配三段式防屈曲耗能支撑。
背景技术
大跨空间结构在实际工程中具有广泛的应用，这类大型结构的杆件在地震等偶然荷载作用下可能会发生屈曲进而引起整体结构的破坏。为了防止这类破坏，一种有效措施是在其中设置防屈曲支撑。其中以钢筋混凝土为主要材料的防屈曲支撑并不适用于大跨空间结构，因为其自重较大。而以传统金属材料为主的防屈曲支撑，虽然可以减轻自重，但是其在大跨空间结构中的高空安装也不方便，其长度也不便调整。为此，研发一种自重较轻、安装方便的新型防屈曲支撑具有重要的意义。
发明内容
本发明提出一种全装配三段式防屈曲耗能支撑，能够满足大跨空间结构的要求。
本发明采用的一个技术方案是：提供一种全装配三段式防屈曲耗能支撑，包括螺纹接头、两端的屈曲耗能段、法兰连接和中部的弹性支撑段。
在上述防屈曲支撑中，所述螺纹接头由屈曲耗能段外伸的核心耗能钢管加工而成，用于施工现场与外部结构直接安装连接，螺纹使得安装过程更加方便，也可实现长度的微调，这有利于防屈曲支撑在高空等不利环境中的顺利安装。
在上述防屈曲支撑中，所述屈曲耗能段由外约束钢管、核心耗能钢管、内约束钢管和形状记忆合金弹簧组成，所述外约束钢管、核心耗能钢管和内约束钢管均为圆钢管，其直径由小到大分别为:内约束钢管、核心耗能钢管、外约束钢管，三根钢管的同一端焊接在法兰盘上时，相邻之间存在少量间隙，所述间隙可选择用防摩擦橡胶填充。所述核心耗能钢管选用屈服点较低的钢材，核心耗能钢管壁厚大于内约束钢管和外约束钢管，其一端同约束钢管焊接于法兰盘，另一端加工成螺纹接头。所述内约束钢管和外约束钢管选用屈服值大于核心耗能钢管的钢材，二者长度相同且小于核心耗能钢管，外约束钢管壁厚略大于内约束钢管，内、外约束钢管的一端均焊接于上述法兰盘上。
在上述防屈曲支撑中，所述形状记忆合金弹簧置于内约束钢管内部，一端固定于法兰盘处，另一端与一块圆形钢板连接，形状记忆合金弹簧能够明显提高整个防屈曲支撑的支撑能力、耗能减震能力，降低更换及维护成本，解决不具有自复位能力的问题；圆形钢板焊接在螺纹接头内部。
在上述防屈曲支撑中，所述法兰连接由法兰盘、肋板和高强螺栓组成。所述法兰盘为一外径大于外约束钢管的圆钢板，其上有高强螺栓孔洞，用于高强螺栓将两个法兰盘连接起来。
在上述防屈曲支撑中，所述弹性支撑段为一根两端均焊接在法兰盘上的圆钢管。所述弹性支撑段钢管选取屈服强度高于两种约束钢管的钢材；其外径大于外约束钢管，小于法兰盘；其钢管壁厚大于核心耗能钢管、内约束钢管和外约束钢管。
本发明的有益效果是：
1.相比于传统钢筋混凝土防屈曲支撑，本发明在重量上更加轻盈，方便空间结构的高空安装、维护和更换等作业，同时也可用于框架结构。
2.在正常使用和小震条件下，本发明在结构中起到了类似于中心支撑的作用，为结构体系提供必要的承载能力和刚度；在大震作用下，本发明可以通过核心耗能钢管的反复拉压屈服耗散地震输入能量，相当于为建筑提供附加阻尼，减小建筑结构上的地震作用，达到耗能减震的目的，提高结构的安全性。
3.相比于传统防屈曲支撑，本发明将形状记忆合金弹簧与核心耗能钢管并联，既能提高整个防屈曲支撑的耗能减震能力，又能在地震的作用下利用形状记忆合金弹簧良好的形状恢复能力，提高防屈曲支撑的二次耗能减震能力。
4.在生产制造方面，本发明可统一规范化量产屈曲耗能段，与不同长度弹性支撑段连接满足不同跨度的要求。
附图说明
图1是本发明一种全装配三段式防屈曲耗能支撑的示意图；
图2是屈曲耗能段及螺纹接头的内部构造示意图；
图3是法兰连接的示意图；
图4为弹性支撑段的内部构造示意图；
附图中各部件的标记如下：1-螺纹接头；2-屈曲耗能段；201-外约束钢管；202-核心耗能钢管；203-内约束钢管；204-形状记忆合金弹簧；205-圆形钢板；3-法兰连接；301-法兰盘；302-肋板；303-高强螺栓；4-弹性支撑段；401-弹性支撑钢管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征更容易被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1-4，本发明实例包括：
一种全装配三段式防屈曲耗能支撑，包括螺纹接头1、屈曲耗能段2、法兰连接3和弹性支撑段4。
本实施例中螺纹接头1为核心耗能钢管202直接加工而成，其整体的长度略大于施工现场的套筒深度，采用螺纹连接的目的在于使安装过程更加方便，这有利于在高空等不利环境中的顺利安装，同时在安装时可通过控制螺纹进入套筒的深度来调节防屈曲支撑的长度，以应对不同施工条件的误差；螺纹接头1内部焊有一块圆形钢板205，用于固定形状记忆合金弹簧204的一端，圆形钢板205厚度根据弹簧整体长度而定。
本实施例中屈曲耗能段2，包括：外约束钢管201、核心耗能钢管202、内约束钢管203和形状记忆合金弹簧204，三根钢管的一端焊接在同一块法兰盘上时，相邻之间存在间隙，所述间隙可选择用防摩擦橡胶填充，其目的在于避免了防屈曲支撑在使用过程中因相互摩擦导致局部应力过大，内、外约束钢管可以约束核心耗能钢管202在地震等作用下的屈曲变形。本实施例中核心耗能钢管202为整个防屈曲支撑主要的耗能减震部件，应选择屈服点较低的钢材，钢管的壁厚应大于两种约束钢管，目的在于提高防屈曲支撑的耗能减震能力，在大震作用下，核心耗能钢管202的反复拉压屈服可以耗散地震输入能量，相当于为建筑提供附加阻尼，提高结构的安全性。
本实施例中形状记忆合金弹簧204也为防屈曲支撑的耗能减震部件，同时也能起到地震后的部分自复位效果，其材质为形状记忆合金，整体上与核心耗能钢管202并联。在地震作用时，核心耗能钢管202和形状记忆合金弹簧204两种耗能减震部件都可以耗散地震输入的能量。
本实施例中法兰连接3包括法兰盘301、肋板302和高强螺栓303，主要用于连接屈曲耗能段2和弹性支撑段4，各个部件可以在现场直接装配。
本实施例中弹性支撑段4包括一根弹性支撑钢管401，弹性支撑钢管401在使用过程中不具有屈曲耗能的作用，所以应选择屈服点较高的钢材，钢管的壁厚也应足够厚。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明专利的范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效变换，或直接、间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种全装配三段式防屈曲耗能支撑，其特征在于：包括螺纹接头(1)、屈曲耗能段(2)、法兰连接(3)和弹性支撑段(4)。
2.根据权利要求1所述的一种全装配三段式防屈曲耗能支撑，其特征在于：所述螺纹接头(1)由屈曲耗能段(2)核心耗能钢管(202)的延长部分加工而成，用于施工现场与外部结构直接安装连接，螺纹使得安装过程更加方便，这有利于防屈曲支撑构件在高空等不利环境中的顺利安装，同时在安装时可通过控制螺纹进入套筒的深度，实现长度微调以应对不同施工条件的误差；螺纹接头(1)的内部焊有圆形钢板(205)，用于固定形状记忆合金弹簧(204)。
3.根据权利要求1所述的一种全装配三段式防屈曲耗能支撑，其特征在于：所述屈曲耗能段(2)由外约束钢管(201)、核心耗能钢管(202)、内约束钢管(203)和形状记忆合金弹簧(204)组成，三根钢管的一端焊接在同一个法兰盘(301)上，每根相邻钢管之间留有间隙，避免钢管之间的摩擦而导致局部应力过大。所述外约束钢管(201)用于防止核心耗能钢管(202)向外侧屈曲；所述内约束钢管(203)用于防止核心耗能钢管(202)向内侧屈曲，内、外约束钢管的长度相同，其钢材屈服点可选相同；所述核心耗能钢管(202)的钢材屈服点小于内、外约束钢管，而长度大于约束钢管，其一端焊接于法兰盘，另一端加工成螺纹接头(1)；所述形状记忆合金弹簧(204)置于内约束钢管(203)内部，形状记忆合金弹簧(204)的整体长度大于两种约束钢管，小于核心耗能钢管(202)与螺纹接头(1)的长度之和，其目的在于当螺纹与外部结构刚开始连接时，弹簧不会受力，只有当螺纹进入一定深度后，弹簧才会受力。
4.根据权利要求1所述的一种全装配三段式防屈曲耗能支撑，其特征在于：所述法兰连接(3)由法兰盘(301)、肋板(302)和高强螺栓(303)组成。所述法兰盘(301)一块用于焊接屈曲耗能段(2)，一块用于焊接弹性支撑段(4)，然后用高强螺栓(303)将两个法兰盘连接；所述肋板(302)用于进一步加强法兰连接。
5.根据权利要求1所述的一种全装配三段式防屈曲耗能支撑，其特征在于：所述弹性支撑段(4)由一根具有较高屈服强度的弹性支撑钢管(401)组成，其钢材屈服值大于两种约束钢管，且壁厚较厚，长度可根据现场条件设计选取，这使得弹性支撑段(4)始终保持弹性，在整个构件中主要起到支撑连接作用。
6.根据权利要求1所述的一种全装配三段式防屈曲耗能支撑，其特征在于：三段式防屈曲耗能支撑构件相对于传统一段式防屈曲耗能支撑构件，具有更好的耗能能力和稳定性能。两端铰接柱的欧拉临界力为：
Figure FDA0002525423340000021
其中：Pcr临界荷载，l为构件计算长度，EI为截面抗弯刚度。
三段式防屈曲支撑构件的计算长度l减小约为原来一段防屈曲支撑构件的三分之一，根据欧拉临界力公式，理论上三段式防屈曲支撑构件的屈曲荷载将提高为一段式防屈曲支撑构件的九倍，即三段防屈曲支撑将能够承受更大的荷载，具有更好的稳定性。
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