CN204510513U - 端部焊接式混凝土套管防屈曲耗能支撑构件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种端部焊接式混凝土套管防屈曲耗能支撑构件，其结构包括内芯耗能单元、外围约束单元以及设置于二者间的无粘结材料体；所述内芯耗能单元由设置于中部的约束屈服段、设置于两端的无约束非屈服段以及设置在所述约束屈服段与所述无约束非屈服段连接处的约束非屈服段三部分所组成；所述外围约束单元是在钢筋笼上浇筑混凝土所形成的钢筋混凝土套管，套接在所述内芯耗能单元的外围。本实用新型中的内芯耗能单元加工方便，加工步骤少，焊接量小，力学性能优越，且便于分析设计，能保证外围约束单元的性能充分发挥，进而提高防屈曲耗能支撑整体失稳的极限承载力，提高外围约束单元的约束比，增强防屈曲支撑构件的滞回耗能能力。
Description
技术领域
本实用性涉及一种防屈曲支撑构件，具体地说是一种端部焊接式混凝土套管防屈曲耗能支撑构件。
背景技术
最近几十年时间以来，防屈曲耗能支撑在美国、日本、我国台湾等国家和地区应用较多。防屈曲耗能支撑由于其独特的构造形式使得其在轴向反复荷载作用下均能不发生屈曲的支撑，与传统支撑相比具有更稳定的力学性能。耗能减震结构体系不仅可以利用防屈曲耗能支撑提高结构的刚度和延性，而且可以利用钢材屈服后滞回耗能性能消耗输入到结构上的能量，对结构的抗震能力提高有很大的意义。1995年神户地震后，防屈曲支撑体系在日本被大量使用，截至目前已经超过300栋建筑使用了防屈曲耗能支撑；在美国也有30余栋建筑应用；在我国的台湾地区应用也较多。防屈曲耗能支撑有关的技术及设计方法研究有十几年的时间，但在国内研究应用尚处于初级阶段，且防屈曲支撑产品造价偏高，故该项技术仍处于发展阶段。
一般的防屈曲耗能支撑由五部分构成：约束屈服段、约束非屈服段、无约束非屈服段、无粘结可膨胀材料及外围约束结构。防屈曲耗能支撑的形式多样，但工作原理基本相似：支撑在外力作用下，荷载全部由内芯承受，芯材在轴向拉力或压力作用下能屈服耗能，而外围的约束机构提供芯材弯曲限制，避免芯材受压是屈曲。由于泊松效应，芯材受压时能发生膨胀，因此在芯材和屈曲约束机构之间设有缝隙，以减小芯材受力时对约束结构造成的挤压。
现有的防屈曲耗能支撑多采用钢管混凝土（或钢管砂浆）套管作为防屈曲耗能支撑的外围约束单元，由于钢材在防火性、套管表面耐久性、材料及加工经济性方面存在不足。故以钢筋混凝土套管作为约束机构代替钢管混凝土套管的防屈曲耗能支撑越来越受到工程界的关注。
钢筋混凝土套管防屈曲耗能支撑采用钢筋混凝土作为外围约束机构，内芯单元采用“一”字型、“十”字型截面，钢内芯可以采用钢板焊接而成，也可以采用双等边角钢焊接成“十”字型截面，内芯单元与外围约束结构之间设置缝隙或粘结脱粘材料。
现有钢筋混凝土套管防屈曲耗能支撑存在如下问题：第一，当内芯单元为“十”字形双角钢组合截面时，由于耗能钢芯无约束非屈服段与约束屈服段的截面尺寸相差较大，故加工内芯单元时需要对角钢进行截面局部消弱，以便使同一角钢满足无约束屈服段与约束屈服段截面面积比的要求，该加工过程通常采用线切割数控等加工工艺，该加工过程费用较高，而且切割边由于热应力的影响会大大降低内芯单元低周期疲劳寿命，当内芯单元进入塑性应变时此类问题尤为突出，会造成十字型内芯单元在地震过程中提前发生断裂而不能够充分发挥其耗能作用，这种焊接所造成的对低周疲劳寿命的影响也是研究人员无法准确估计的。第二，其端部与节点板连接多采用螺栓连接，该连接方式存在以下问题：（1）、当端部采用螺栓连接时，由于螺栓连接强度及构造的需要，往往造成内芯单元无约束非屈服段较长，这样易造成连接端部扭转失稳，出现端部破坏先于构件破坏前，使构件不能充分发挥其耗能作用；（2）、由理论分析可得，防屈曲耗能支撑整体失稳极限承载力随着内芯单元与外围约束结构的长度比的增大而减小，当采用该种连接方式时，内芯单元长度与外围约束单元长度相差较大，使得外围约束机构约束性能得不到充分发挥，防屈曲耗能支撑整体失稳极限承载力较低，构件约束比较低，内芯单元滞回耗能效果较低。
发明内容
本实用新型的目的就是提供一种端部焊接式混凝土套管防屈曲耗能支撑构件，以解决现有防屈曲支撑难以充分发挥耗能作用的问题。
本实用新型是这样实现的：一种端部焊接式混凝土套管防屈曲耗能支撑构件，包括内芯耗能单元、外围约束单元以及设置于二者间的无粘结材料体；
所述内芯耗能单元由设置于中部的约束屈服段、设置于两端的无约束非屈服段以及设置在所述约束屈服段与所述无约束非屈服段连接处的约束非屈服段三部分所组成；
所述外围约束单元是在钢筋笼上浇筑混凝土所形成的钢筋混凝土套管，所述外围约束单元套接在所述内芯耗能单元的外围；
所述无粘结材料体为硅胶板。
所述约束屈服段是由两节角钢通过顶角焊接组成一个十字截面的长条体；所述无约束非屈服段是由钢板焊接组成一个十字截面的短条体；所述约束屈服段的十字截面与所述无约束非屈服段的十字截面以轴线对中和十字相对的方式相对接；所述约束非屈服段是钢制的传力肋板，以斜搭接的方式焊接在所述约束屈服段与所述无约束非屈服段对接处的相邻两直角边上。
所述无约束非屈服段的十字截面的每个单边的高度大于所述约束屈服段的十字截面的每个单边的高度。
本实用新型中的内芯耗能单元加工方便，加工步骤少，焊接量小，力学性能优越，且便于分析设计，能保证外围约束单元的性能充分发挥，进而提高防屈曲耗能支撑整体失稳的极限承载力，提高外围约束单元的约束比，增强防屈曲支撑构件的滞回耗能能力。
本实用新型的优点具体体现在：1、支撑内芯耗能单元约束屈服段采用的等边角钢价格较低且采用一次切割加工而成；2、避免了支撑内芯单元各功能段的直接焊接，简化了加工工艺，保证了产品质量的同时大大减少了内芯单元生产加工缺陷及力学性能缺陷的影响；3、端部的焊接连接形式，保证了支撑无约束非屈服段的局部稳定的同时增强了外围约束单元的约束刚度比，提高了防屈曲支撑整体失稳极限承载力，保证了内芯耗能单元具有更好的滞回性能，耗能性能更加优越。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是内芯耗能单元的结构示意图。
图3是图1的A-A向剖面图。
图4是图1的B-B向剖面图。
图5是图1的C-C向剖面图。
图6是本实用新型的制作流程示意图。
图中：1、角钢，2、中垂板，3、边横板，4、传力肋板，5、钢筋笼，6、三角挡板，7、平行四边形空隙，8、三棱体空隙，9、浇筑材料体。
具体实施方式
本实用新型包括内芯耗能单元、外围约束单元以及浇筑在二者之间的无粘结材料体。所述内芯耗能单元包括设置于中部的约束屈服段、设置于两端的无约束非屈服段以及设置在所述约束屈服段与所述无约束非屈服段连接处的约束非屈服段。
如图2、图6所示，内芯耗能单元中的所述约束屈服段是用两节角钢1通过顶角的焊接，组成了一个十字截面的长条体。所述无约束非屈服段是用钢制的一个中垂板2和两个边横板3焊接组成了一个十字截面的短条体。所述无约束非屈服段的十字截面的每个单边的高度大于所述约束屈服段的十字截面的每个单边的高度。所述约束屈服段的十字截面与所述无约束非屈服段的十字截面以轴线对中和十字相对的方式对设在一起。所述约束非屈服段包括有八片钢制的矩形传力肋板4，每端使用四片；每个传力肋板4采用角焊缝焊接的方式将约束屈服段与无约束非屈服段的对接端焊接在一起，即以斜搭接的方式焊接在约束屈服段与无约束非屈服段的连接端头，具体是焊接在连接端头处的四个折角边上（图4）。在每个传力肋板4与约束屈服段的连接端部，还可焊接一块遮挡内端三角夹缝的三角挡板6。由此即可形成图2所示的内芯耗能单元。
如图1、图6所示，所述外围约束单元为钢筋混凝土套管，具体是用钢筋绕制成截面为方形或圆形且两端开设通口的直筒状钢筋笼5，通过在钢筋笼5上浇筑混凝土，经养护后即成钢筋混凝土套管，即钢筋混凝土套管是由钢筋笼5与浇筑材料体9组合而成的一个筒状体（图3、图5）。
将外围约束单元套接在内芯耗能单元上的约束屈服段（图1），外围约束单元与内芯耗能单元上的约束屈服段的长度基本相同，约束屈服段在外围约束单元内部沿轴向居中设置（图5），在外围约束单元长度范围内的内芯耗能单元的表面粘贴有无粘结材料体（未图示），无粘结材料体可以是2mm厚的硅胶板，然后，在空当处浇筑混凝土，经养护后即成为图1所示的端部焊接式混凝土套管防屈曲耗能支撑构件。图1中，在浇筑混凝土的过程中，可在混凝土套管的边沿制出平行四边形空隙7，在传力肋板4的内端制出三棱体空隙8。
Claims (3)
1.一种端部焊接式混凝土套管防屈曲耗能支撑构件，其特征是，包括内芯耗能单元、外围约束单元以及设置于二者间的无粘结材料体；
所述内芯耗能单元由设置于中部的约束屈服段、设置于两端的无约束非屈服段以及设置在所述约束屈服段与所述无约束非屈服段连接处的约束非屈服段三部分所组成；
所述外围约束单元是在钢筋笼上浇筑混凝土所形成的钢筋混凝土套管，所述外围约束单元套接所述内芯耗能单元的外围；
所述无粘结材料体为硅胶板。
2.根据权利要求1所述的端部焊接式混凝土套管防屈曲耗能支撑构件，其特征是，所述约束屈服段是由两节角钢通过顶角焊接组成一个十字截面的长条体；所述无约束非屈服段是由钢板焊接组成一个十字截面的短条体；所述约束屈服段的十字截面与所述无约束非屈服段的十字截面以轴线对中和十字相对的方式相对接；所述约束非屈服段是钢制的传力肋板，以斜搭接的方式焊接在所述约束屈服段与所述无约束非屈服段对接处的相邻两直角边上。
3.根据权利要求2所述的端部焊接式混凝土套管防屈曲耗能支撑构件，其特征是，所述无约束非屈服段的十字截面的每个单边的高度大于所述约束屈服段的十字截面的每个单边的高度。
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| CN109339545A (zh) * | 2018-11-28 | 2019-02-15 | 上海材料研究所 | 防屈曲耗能支撑 |
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