CN115749376A - 屈曲约束支撑结构及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种屈曲约束支撑结构及其制备方法，其中屈曲约束支撑结构包括：第一耗能段，第一耗能段包括套管和內芯，內芯位于套管之中；第二耗能段，第二耗能段设置于第一耗能段至少一端的外侧，第二耗能段包括多个耗能组件；其中，各耗能组件沿着套管的周向设置且连接于套管，每个耗能组件均包括支撑板，支撑板和套管间隔设置且支撑板上设有多个开孔，各开孔沿着套管的轴线方向依次间隔排列。本发明的屈曲约束支撑结构能够实现多阶屈服耗能，从而对建筑主体进行更加稳定的支撑。

Description

屈曲约束支撑结构及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料耗能支撑技术领域，特别涉及屈曲约束支撑结构及其制备方法。

背景技术

屈曲约束支撑能有效防止中震及大震作用对主体结构的损伤，传统的屈曲支撑由内芯、约束单元、防滑约束机制组成。其中内芯与框架节点铰接，微型地震和小型地震下仅提供轴向支撑作用，在中震及大震作用时则通过杆件屈服消耗地震能量；但是通常的屈曲约束支撑的约束单元尺寸不断增大，导致耗材越来越多；同时，根据高承载力需求而设计的屈曲支撑无法在风致振动或微型地震和小型地震条件下提供耗能作用，也即大部分情况与普通钢支撑无异，这与兼具支撑承载与屈服耗能的初衷相违背。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种屈曲约束支撑结构，能够实现多阶屈服的屈曲约束支撑，保证支撑的稳定性。

本发明还提出一种制备上述屈曲约束支撑结构的制备方法。

根据本发明的第一方面实施例的屈曲约束支撑结构，包括：

第一耗能段，所述第一耗能段包括套管和內芯，所述內芯位于所述套管之中；

第二耗能段，所述第二耗能段设置于所述第一耗能段至少一端的外侧，所述第二耗能段包括多个耗能组件；

其中，各所述耗能组件沿着所述套管的周向设置且连接于所述套管，每个耗能组件均包括支撑板，所述支撑板和所述套管间隔设置且所述支撑板上设有多个开孔，各所述开孔沿着所述套管的轴线方向依次间隔排列。

根据本发明实施例的屈曲约束支撑结构，至少具有如下有益效果：

屈曲约束支撑结构包括第一耗能段和第二耗能段，第二耗能段连接在第一耗能段的至少一端的外侧，屈曲约束支撑结构对建筑主体结构进行支撑时，在轻微晃动的情况下，通过第二耗能段进行耗能，在大型地震等情况下，通过第一耗能段进行耗能支撑，从而实现多阶屈服的屈曲约束支撑，保证支撑的稳定性。

在本发明的其他实施例中，所述內芯为H型钢，所述H型钢包括上翼缘、下翼缘和腹板，所述上翼缘和所述下翼缘分别连接于所述腹板的宽度方向的两侧，所述腹板的横截面为波浪形。

在本发明的其他实施例中，所述耗能组件还包括连接件，所述连接件包括第一连接部和第二连接部，所述第一连接部连接于所述套管，所述第二连接部连接于所述支撑板，所述连接件连接所述套管和所述支撑板且支撑所述支撑板，以使所述支撑板和所述套管之间具有间隙。

在本发明的其他实施例中，所述屈曲约束支撑结构还包括第一限位板和第二限位板，所述第一限位板设于所述套管的端部且沿着所述套管的轴线方向抵持所述第二耗能段和所述內芯，所述第二限位板设于所述套管之上且沿着所述套管的轴线方向抵持所述第二耗能段，所述第一限位板和所述第二限位板共同作用以限制所述第二耗能段在所述套管轴线方向上的移动。

在本发明的其他实施例中，所述屈曲约束支撑结构还包括填充部，所述填充部设于所述套管和所述內芯之间的空腔。

在本发明的其他实施例中，所述內芯还包括限位块，所述限位块设于所述內芯的长度方向上的中部。

在本发明的其他实施例中，所述支撑板包括第一板和第二板，所述第一板的一侧上间隔设置有多个第一凹槽，所述第二板的一侧上间隔设置有多个第二凹槽，所述第一板和所述第二板拼接，所述第一凹槽和所述第二凹槽相对应，以形成多个所述开孔。

根据本发明的第二方面实施例的屈曲约束支撑结构的制备方法，包括：

准备套管和H型钢，所述H型钢的腹板的截面形状为波浪形；

将所述H型钢置于所述套管之中；

制备耗能组件；

在所述套管的至少一端的外侧沿着所述套管的周向安装所述耗能组件，所述耗能组件包括连接件和支撑板，所述连接件包括第一连接部和第二连接部，所述第一连接部连接于所述套管，所述第二连接部连接于所述支撑板，所述连接件连接所述套管和所述支撑板且支撑所述支撑板，以使所述支撑板和所述套管之间具有间隙；

将填充部浇筑至所述套管内；

所述套管两端安装连接段。

在本发明的其他实施例中，所述制备耗能组件步骤包括：

准备金属板材和所述连接件；

沿着所述金属板材的中轴线进行折线切割；

将切割完成的两块板错位拼接，切割多余部分形成具有开孔的所述支撑板；

将所述支撑板和所述连接件进行连接形成所述耗能组件。

在本发明的其他实施例中，所述将填充部浇筑至套管内步骤包括：

准备两个第一限位板；

将一个所述第一限位板安装于所述套管一端；

浇筑所述填充部至所述套管内；

另一所述第一限位板安装于所述套管另一端。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：

图1为本发明一方面实施例中屈曲约束支撑结构的示意图；

图2为图一的左视图；

图3为图2中A-A向的剖视图；

图4为图2中B-B向的剖视图；

图5为本发明另一方面实施例中內芯的示意图；

图6为本发明另一方面实施例中耗能组件的示意图；

图7为本发明另一方面实施例中支撑板的示意图；

图8为本发明另一方面实施例中屈曲约束支撑结构的制备方法的流程示意图；

图9为本发明另一方面实施例中制备耗能组件的流程示意图；

图10为本发明另一方面实施例中浇筑填充部的流程示意图。

附图标记：

套管100；

內芯200、上翼缘210、腹板220、下翼缘230、限位块240；

耗能组件300、支撑板310、第一板311、第二板312、连接件320；

第一限位板400；

第二限位板500；

填充部600。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

本发明提出了一种屈曲约束支撑结构及其制备方法，其中屈曲约束支撑结构适用于对建筑主体结构进行多阶屈服的耗能支撑，确保支撑的稳定性。为了实现上述目的，本发明所提出的屈曲约束支撑结构包括第一耗能段和第二耗能段，第二耗能段材料的屈服强度小于第一耗能段，当轻微晃动情况下，第二耗能段进行屈服耗能，保证主体结构稳定，在剧烈晃动情况下(如大型地震)，第二耗能段率先进行屈服耗能，当第二耗能段失效之后，第一耗能段进行屈服耗能支撑，形成多阶屈服耗能支撑，从而保证支撑的稳定性。以下结合附图具体描述发明的实施例。

在一些实施例中，参照图1至图4，屈曲约束支撑结构包括第一耗能段和第二耗能段，第一耗能段包括套管100和內芯200，內芯200和套管100的长度相对应，內芯200置于套管100之内，第二耗能段设置于第一耗能段的至少一端的外侧，第二耗能段包括多个耗能组件300，多个耗能组件300沿着套管100的周向设置，图示套管100为矩形，耗能组件300则设置为四个，分别设于套管100的四周，每一个耗能组件300都包括有支撑板310，支撑板310和套管100之间间隔设置，支撑板310上有多个开孔，多个开孔沿着套管100的轴线方向依次间隔排列，需要说明的是，由于耗能组件300上的支撑板310上开设有多个开孔，且其材料强度小于内芯200，第一耗能段的屈服强度是大于第二耗能段的屈服强度的，当屈曲约束支撑结构对建筑主体结构进行支撑时，当风振或是微型/小型地震使建筑主体发生轻微晃动时，第二耗能段会率先发生屈服耗能，消耗能量，保证主体结构的稳定，当中型/大型地震使建筑主体发生较为剧烈的晃动时，第二耗能段仍率先发生屈服耗能，直到支撑板310断裂，第二耗能段失效，第一耗能段进入屈服阶段，消耗地震能量，从而实现多阶耗能机制，实现多阶屈服耗能支撑，以对建筑主体实现更为稳定的支撑。

在一些实施例中，参照图3至图5，內芯200为H型钢，H型钢包括上翼缘210、腹板220和下翼缘230，腹板220的截面形状为波浪形，上翼缘210和下翼缘230分别连接在腹板220的宽度方向上的两端(为了确保连接的稳定性，一般为焊接)，需要说明的是，內芯200的形状不被限定，能够起到支撑效果且屈服强度大于支撑板310即可，本实施例所提出的H型钢作为內芯200，H型钢本身具有较好的稳定性，能够提供较好的支撑效果，并且将腹板220的形状设置为波浪形，能够使的H型钢稳定性系数更高，整体稳定性更好，相同承载力下厚度更小，采用波浪形腹板220H型钢作为内芯的屈曲支撑不仅能显著提升屈服承载力，还可有效减小约束单元截面面积，为主体结构节省空间，降低产品用钢量，减轻自重。

在一些实施例中，参照图4和图6，耗能组件300还包括连接件320，连接件320将支撑板310连接在套管100之上，连接件320包括第一连接部和第二连接部，第一连接部连接在套管100之上，第二连接部连接支撑板310的侧面，两个连接件320共同连接并且一个支撑板310，以使支撑板310和套管100之间具有空隙，需要说明的是，为了实现多阶屈服支撑，支撑板310和套管100之间需要具有一定空隙，才能避免套管100对支撑板310的屈服耗能过程产生干扰，通过连接件320将支撑板310进行支撑，并且将支撑板310连接于套管100之上，能够简便的实现支撑板310和套管100连接且二者之间具有间隙，从而实现多阶屈服支撑。

在一些实施例中，参照图1和图2，屈曲约束支撑结构还包括第一限位板400和第二限位板500，第一限位板400设于套管100的两端，连接于套管100和內芯200，能够沿着套管100的轴线方向抵持第二耗能段和內芯200，防止內芯200的晃动，第二限位板500设在套管100之上，能够沿着套管100的轴线方向抵持第二耗能段，第一限位板400和第二限位板500共同作用以限制第二耗能段在套管100轴线方向上产生移动，当第二耗能段屈服耗能时，第一限位板400和第二限位板500能够对各耗能组件300进行限位，保证耗能组件300不会发生刚性位移，仅能够通过屈服变形耗能，从而保证本屈曲约束支撑结构能够实现多阶屈服耗能支撑，确保其对建筑主体支撑的稳定性。

在一些实施例中，参照图3和图5，內芯200还包括限位块240，限位块240设于內芯200长度方向上的中部，需要说明的是，实际应用中，套管100和內芯200之间的空腔需要浇筑填充部600，一般为混凝土，填充部600位于套管100和內芯200之间，內芯200承受轴向压力，填充部600和套管100对內芯200的横向位移进行约束，防止內芯200发生屈曲，使其能够在轴向压力作用下发生全截面屈服，从而获得拉压对称的受力性能。同时，內芯200上一般会设置无粘结材料，以隔离轴向力对混凝土的作用，以达到更好的防屈曲约束效果，內芯200上设置限位块240，能够防止混凝土因为重力的作用产生相对于內芯200的滑动，从而保证屈曲约束支撑结构的使用，图示內芯200为波浪形腹板220H型钢，为了更好的限制混凝土不产生相对滑动，限位块240设置为两个，分别设于上翼缘210和下翼缘230的中部，能够更好的防止混凝土产生滑动，从而进一步保证屈曲约束支撑结构能够实现多阶屈服支撑，对建筑主体进行更加稳定的支撑。

在一些实施例中，参照图7，支撑板310为两块板拼接而成，支撑板310包括第一板311和第二板312，图示虚线为第一板311和第二板312拼接处，第一板311的一侧上间隔设置有多个第一凹槽，第二板312的一侧设有和第一凹槽相对应的第二凹槽，第一板311和第二板312拼接，各第一凹槽和各第二凹槽对应，形成多个开孔，第一板311和第二板312连接以形成具有多个开孔的支撑板310，采用第一板311和第二板312拼接形成支撑板310不仅能够降低加工难度，同时也能减少材料的浪费。

本发明第二实施例的屈曲约束支撑结构的制备方法，参照图8，包括：

S100准备套管100和H型钢；

其中套管100和H型钢的长度相对应，H型钢包括上翼缘210、腹板220和下翼缘230，上翼缘210和下翼缘230分别连接在腹板220的宽度方向的两侧，腹板220的截面形状为波浪形。

S200H型钢置于套管100之中；

S300制备耗能组件300；

S400安装耗能组件300；

在套管100的至少一端的外侧沿着套管100的周向安装耗能组件300，耗能组件300包括连接件320和支撑板310，连接件320包括第一连接部和第二连接部，第一连接部连接于套管100，第二连接部连接于支撑板310，连接件320连接套管100和支撑板310且支撑支撑板310，以使支撑板310和套管100之间具有间隙。

S500浇筑填充部600；

将填充部600浇筑至套管100和H型钢之间的空腔内。

S600安装连接段；

连接段安装于套管100的两端，通过连接段和建筑主体进行连接，连接段一般采用十字型构造，即通过增设加强筋板的方式提高结构稳定性，使之保持在弹性受力状态。

在一些实施例中，参照图9，制备耗能组件300的步骤包括：

S310准备金属板和连接件320；

S320切割金属板；

沿着金属板的中轴线进行折线切割，以形成两块板，也即第一板311和第二板312，折线切割使第一板311上具有多个第一凹槽，第二板312上具有多个第二凹槽。

S330金属板错位拼接形成支撑板310；

第一板311和第二板312错位连接，第一凹槽和第二凹槽相对应，形成多个开孔，然后根据需求切割，形成多个支撑板310。

S340支撑板310和连接件320连接；

两个连接件320的第二连接部分别连接于支撑板310的两侧，以形成耗能组件300。

在一些实施例中，参照图10，浇筑填充部600的步骤包括：

S510准备两个第一限位板400；

S520套管100一端安装第一限位板400；

S530浇筑填充部600至套管100内；

从套管100未安装第一限位板400的一侧浇筑填充部600；

S540套管100另一端安装第一限位板400。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (10)

1.屈曲约束支撑结构，其特征在于，包括：

第一耗能段，所述第一耗能段包括套管和內芯，所述內芯位于所述套管之中；

第二耗能段，所述第二耗能段设置于所述第一耗能段至少一端的外侧，所述第二耗能段包括多个耗能组件；

其中，各所述耗能组件沿着所述套管的周向设置且连接于所述套管，每个耗能组件均包括支撑板，所述支撑板和所述套管间隔设置且所述支撑板上设有多个开孔，各所述开孔沿着所述套管的轴线方向依次间隔排列。

2.根据权利要求1所述的屈曲约束支撑结构，其特征在于，所述內芯为H型钢，所述H型钢包括上翼缘、下翼缘和腹板，所述上翼缘和所述下翼缘分别连接于所述腹板的宽度方向的两侧，所述腹板的横截面为波浪形。

3.根据权利要求1所述的屈曲约束支撑结构，其特征在于，所述耗能组件还包括连接件，所述连接件包括第一连接部和第二连接部，所述第一连接部连接于所述套管，所述第二连接部连接于所述支撑板，所述连接件连接所述套管和所述支撑板且支撑所述支撑板，以使所述支撑板和所述套管之间具有间隙。

4.根据权利要求1所述的屈曲约束支撑结构，其特征在于，所述屈曲约束支撑结构还包括第一限位板和第二限位板，所述第一限位板设于所述套管的端部且沿着所述套管的轴线方向抵持所述第二耗能段和所述內芯，所述第二限位板设于所述套管之上且沿着所述套管的轴线方向抵持所述第二耗能段，所述第一限位板和所述第二限位板共同作用以限制所述第二耗能段在所述套管轴线方向上的移动。

5.根据权利要求1所述的屈曲约束支撑结构，其特征在于，所述屈曲约束支撑结构还包括填充部，所述填充部设于所述套管和所述內芯之间的空腔。

6.根据权利要求5所述的屈曲约束支撑结构，其特征在于，所述內芯还包括限位块，所述限位块设于所述內芯的长度方向上的中部。

7.根据权利要求1所述的屈曲约束支撑结构，其特征在于，所述支撑板包括第一板和第二板，所述第一板的一侧上间隔设置有多个第一凹槽，所述第二板的一侧上间隔设置有多个第二凹槽，所述第一板和所述第二板拼接，所述第一凹槽和所述第二凹槽相对应，以形成多个所述开孔。

8.屈曲约束支撑结构的制备方法，操作步骤如下：

准备套管和H型钢，所述H型钢的腹板的截面形状为波浪形；

将所述H型钢置于所述套管之中；

制备耗能组件；

在所述套管的至少一端的外侧沿着所述套管的周向安装所述耗能组件，所述耗能组件包括连接件和支撑板，所述连接件包括第一连接部和第二连接部，所述第一连接部连接于所述套管，所述第二连接部连接于所述支撑板，所述连接件连接所述套管和所述支撑板且支撑所述支撑板，以使所述支撑板和所述套管之间具有间隙；

将填充部浇筑至所述套管内；

所述套管两端安装连接段。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，

所述制备耗能组件步骤包括：

准备金属板材和所述连接件；

沿着所述金属板材的中轴线进行折线切割；

将切割完成的两块板错位拼接，切割多余部分形成具有开孔的所述支撑板；

将所述支撑板和所述连接件进行连接形成所述耗能组件。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，

所述将填充部浇筑至套管内步骤包括：

准备两个第一限位板；

将一个所述第一限位板安装于所述套管一端；

浇筑所述填充部至所述套管内；

另一所述第一限位板安装于所述套管另一端。

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