CN208168025U - 一种以木材为屈曲约束机构的防屈曲支撑 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种以木材为屈曲约束机构的防屈曲支撑，包括屈曲约束机构和核心钢板，屈曲约束机构为内部设置有空腔的条形件，核心钢板设置在条形件的内部空腔中，核心钢板与条形件内壁之间设置有多个肋板，多个肋板沿条形件的长度方向均匀分布；屈曲约束机构和肋板均为木质材料。本实用新型的屈曲约束机构采用木材制作，显著减轻了支撑结构的自重，加工及安装方便；通过有限元模拟发现，当核心钢板全截面屈服后屈曲约束机构扔处于弹性阶段，说明本实用新型的支撑结构具有良好的承载性能和耗能能力。

Description

一种以木材为屈曲约束机构的防屈曲支撑

技术领域

本实用新型属于建筑结构防震减灾技术领域，涉及一种防屈曲支撑，具体涉及一种以木材为屈曲约束机构的防屈曲支撑。

背景技术

防屈曲支撑是一种新型金属屈服耗能支撑构件。它在压力作用下不会发生弯曲失稳，避免了传统钢支撑易于受压屈曲、拉压不对称的问题。防屈曲支撑通过适当的构造措施，使支撑的金属核心部件屈服先于构件整体失稳。因此，防屈曲支撑进入弹塑性阶段后具有良好的变形能力和滞回耗能能力；防屈曲支撑的构件截面可以做得更小，降低成本；防屈曲支撑先于主体框架结构破坏，易于更换；防屈曲支撑与主体结构通过螺栓连接，避免了现场焊接，安装较普通支撑更方便。

现有防屈曲支撑外围约束机构多采用钢管外包，并内填混凝土，这种屈曲约束机构使支撑的自重较大，不便于安装。此外，浇筑混凝土时屈曲约束机构和核心构件之间的间隙很难控制。目前，虽然有学者对全钢防屈曲支撑和新型材料约束装配式防屈曲支撑开展研究，但尚未见以木材为屈曲约束机构的防屈曲支撑。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的是提供一种以木材为屈曲约束机构的防屈曲支撑，解决现有的屈曲约束机构与核心构件之间的间隙难以控制及防屈曲支撑自重大的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案予以实现：

一种以木材为屈曲约束机构的防屈曲支撑，包括屈曲约束机构和核心钢板，所述的屈曲约束机构为内部设置有空腔的条形件，所述的核心钢板设置在条形件的内部空腔中，所述的核心钢板与条形件内壁之间设置有多个肋板，多个肋板沿条形件的长度方向均匀分布；所述的屈曲约束机构和肋板均为木质材料。

具体的，所述的屈曲约束机构包括第一约束板和第二约束板，所述的第一约束板和第二约束板的长边依次连接形成内部设有空腔的条形件。

具体的，所述的第一约束板有两个，所述的第二约束板有两个，所述的肋板固定在第一约束板上，所述的核心钢板夹设在两个第一约束板上的肋板之间，两个第二约束板固定在第一约束板和核心钢板的侧方。

进一步的，所述的肋板与第二约束板的板面之间设置有间隙。

具体的，所述的第二约束板上与第一约束板的接触部位设置有连接螺钉。

具体的，相邻肋板之间的间距为300～490mm；所述的肋板的长度位 100～110mm，宽度为20～30mm，厚度为8～10mm。

进一步的，所述的核心钢板上覆盖有摩擦阻力小的薄膜。

进一步的，所述的核心钢板为低屈服点刚。

进一步的，所述的核心钢板的两端还设置有连接头，所述的连接头为截面为十字交叉形的钢板。

进一步的，所述的连接头上设置有过渡段，所述的过渡段沿连接头主体逐渐收缩至核心钢板的端部。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型的屈曲约束机构采用木材制作，显著减轻了支撑结构的自重，加工及安装方便；通过有限元模拟发现，当核心钢板全截面屈服后屈曲约束机构扔处于弹性阶段，说明本实用新型的支撑结构具有良好的承载性能和耗能能力。

(2)本实用新型通过在屈曲约束机构和核心钢板之间设置有肋板可以防止核心钢板发生局部失稳。

(3)本实用新型通过多个板件栓接拼接的形式，缩短了施工周期，实现了装配式施工，符合建筑行业发展趋势；另外，本实用新型的屈曲约束机构可以在工厂预制，现场将核心钢板插入屈曲约束机构的内部空腔中即可，安装方便。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1是本实用新型的防屈曲支撑机构的整体结构示意图。

图2是本实用新型的防屈曲支撑机构的爆炸图。

图3是核心钢板屈服时的应力云图。

图4是屈曲约束机构屈服时的应力云图

图5是防屈曲支撑的荷载-位移滞回曲线。

图中各标号表示为：1-屈曲约束机构，2-核心钢板，3-肋板，4-连接螺钉，5-薄膜，6-连接头；

11-第一约束板，12-第二约束板；

61-过渡段。

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

以下给出本实用新型的具体实施方式，需要说明的是本实用新型并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本实用新型的保护范围。

在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指以相应附图的图面为基准定义的，“内、外”是指相应部件轮廓的内和外。

由于木材具有强重比高，弹性和韧性性能好，抗冲击性好，易于加工，绿色环保等一系列优点，是一种与钢材具有良好共同工作性能的材料。因此，本实用新型的装置木材作为防屈曲支撑中的屈曲约束机构。

如图1所示，本实用新型公开了一种以木材为屈曲约束机构的防屈曲支撑，包括屈曲约束机构1和核心钢板2，屈曲约束机构1为内部设置有空腔的条形件，核心钢板2设置在条形件的内部空腔中，核心钢板2与条形件内壁之间设置有多个肋板3，多个肋板3沿条形件的长度方向均匀分布，设置肋板用于防止核心钢板2发生局部失稳。屈曲约束机构1和肋板3均为木质材料。本实用新型的屈曲约束机构采用木材制作，显著减轻了支撑结构的自重，加工及安装方便。

具体的，如图2所示，屈曲约束机构1包括第一约束板11和第二约束板12，第一约束板11和第二约束板12的长边依次连接形成内部设有空腔的条形件。更具体的，第一约束板11有两个，第二约束板12也有两个，肋板3固定在第一约束板11上，其中，肋板用钉子连接在第一约束板11上，两者连成整体，为了减少现场制作和施工误差，肋板和第一约束板的制作可在工厂预制完成。核心钢板2夹设在两个第一约束板上的肋板3之间，两个第二约束板12固定在第一约束板11和核心钢板2的侧方。

为了简化肋板的受力，应该避免肋板与侧方的第二约束板肋板12的接触，由于肋板是横向固定在第一约束板上的，因此，肋板的长度应该略小于第一约束板的宽度，即肋板第二约束板12的板面之间设置有间隙，优选的，间隙为5～10mm。

具体的，在第二约束板12上与第一约束板11的接触部位设置连接螺钉 4，使得第二约束板和第一约束板通过钉子连接，使用钉子连接防止了因较大的连接孔洞对约束板的削弱。

优选的，相邻肋板3之间的间距为300～490mm；肋板(3)的长度位 100～110mm，宽度为20～30mm，厚度为8～10mm。

优选的，核心钢板2为低屈服点钢，在拉压循环荷载作用下首先屈服耗能，有效减小或避免主体结构的损坏。其中，低屈服点钢是指屈服强度在 235MPa以下，屈服强度在一个狭小的范围内，没有明显的屈服点，并且滞回性能、延性很好的耗能材料。

进一步的，如图2所示，在本实用新型的一个实施例中，核心钢板2 上覆盖有摩擦阻力小的薄膜5，设置摩擦阻力小的薄膜可以防止核心钢板与肋板支架产生摩擦力进而将摩擦力传递至屈曲约束机构，其中薄膜可选聚乙烯膜。

进一步的，如图1所示，在本实用新型的一个实施例中，屈曲约束机构 1的两端还设置有连接头6，连接头6为截面为十字交叉形的钢板，该钢板采用Q235或Q345钢。相对于“一”字型钢板，十字交叉形的钢板在受力时不易破坏，与主体结构的连接性能较好。

优选的，在连接头6上设置过渡段61，该过渡段61沿连接头主体逐渐收缩至核心钢板2的端部，设置过渡段可以防止出现应力集中现象。其中，过渡段末端焊接在核心钢板2上。

以下通过建立有限元模型来模拟本实用新型的防屈曲支撑的受力情况：

(1)模型建立

采用有限元软件对本实用新型的防屈曲支撑进行有限元模拟，建立防屈曲支撑模型，其中，核心钢板长3000mm，宽120mm，厚12mm，模型几何尺寸如表1所示。

表1模型构件几何尺寸

核心钢板采用低屈服点钢材，采用理想弹塑性模型，屈服强度取 f_y＝100MPa，弹性模量E＝206000MPa，泊松比取υ＝0.3。连接头钢板采用 Q235钢材，采用理想弹塑性模型，屈服强度取f_y＝235MPa，弹性模量 E＝206000MPa，泊松比取υ＝0.3。木材的材性参数选鱼鳞云杉的相关参数，其取值见表2。其中，x方向是木材纵向顺纤维方向，y方向是木材横截面纤维径向，z方向是木材横截面纤维切线方向)，在有限元软件中输入时，将各方向的材性参数与坐标方向一一对应输入，其破坏强度按抗弯强度取值，抗弯强度f_m＝15MPa。

表2木材材性参数

模型各部件均采用实体单元，考虑构件的几何非线性、材料非线性和接触非线性。肋板与核心钢板接触关系法向定义为硬接触，切向采用库伦摩擦型，摩擦系数为零。在连接头处施加位移荷载。

(2)结果分析

以木材为屈曲约束机构的防屈曲支撑的荷载-位移滞回曲线如图5所示。由曲线可知，滞回曲线稳定、饱满，表现出良好的耗能能力。防屈曲支撑屈服前，由于核心钢板在弹性范围内，没有塑性变形，所以滞回曲线在加载和卸载阶段处于弹性阶段，刚度较大。当位移达到1.75mm后，核心钢板屈服，滞回环所包面积逐渐增大，进入塑性阶段，核心钢板屈服后提供良好的耗能能力，防屈曲支撑的滞回环呈较为饱满的梭形。所以，本实用新型的防屈曲支撑结构具有良好的耗能能力。

图3为核心钢板屈服时的应力云图，由图可知，核心钢板全截面屈服。

图4为屈曲约束机构屈服时的应力云图，由图可知，当核心钢板全截面屈服后，屈曲约束机构仍处于弹性阶段。因此，本实用新型的防屈曲支撑具有良好的承载性能和耗能能力。

以上具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。

Claims (10)

1.一种以木材为屈曲约束机构的防屈曲支撑，其特征在于，包括屈曲约束机构(1)和核心钢板(2)，所述的屈曲约束机构(1)为内部设置有空腔的条形件，所述的核心钢板(2)设置在条形件的内部空腔中，所述的核心钢板(2)与条形件内壁之间设置有多个肋板(3)，多个肋板(3)沿条形件的长度方向均匀分布；所述的屈曲约束机构(1)和肋板(3)均为木质材料。

2.如权利要求1所述的以木材为屈曲约束机构的防屈曲支撑，其特征在于，所述的屈曲约束机构(1)包括第一约束板(11)和第二约束板(12)，所述的第一约束板(11)和第二约束板(12)的长边依次连接形成内部设有空腔的条形件。

3.如权利要求2所述的以木材为屈曲约束机构的防屈曲支撑，其特征在于，所述的第一约束板(11)有两个，所述的第二约束板(12)有两个，所述的肋板(3)固定在第一约束板(11)上，所述的核心钢板(2)夹设在两个第一约束板上的肋板(3)之间，两个第二约束板(12)固定在第一约束板(11)和核心钢板(2)的侧方。

4.如权利要求2或3所述的以木材为屈曲约束机构的防屈曲支撑，其特征在于，所述的肋板(3)与第二约束板(12)的板面之间设置有间隙。

5.如权利要求2所述的以木材为屈曲约束机构的防屈曲支撑，其特征在于，所述的第二约束板(12)上与第一约束板(11)的接触部位设置有连接螺钉(4)。

6.如权利要求1所述的以木材为屈曲约束机构的防屈曲支撑，其特征在于，相邻肋板(3)之间的间距为300～490mm；所述的肋板(3)的长度位100～110mm，宽度为20～30mm，厚度为8～10mm。

7.如权利要求1所述的以木材为屈曲约束机构的防屈曲支撑，其特征在于，所述的核心钢板(2)上覆盖有摩擦阻力小的薄膜(5)。

8.如权利要求1所述的以木材为屈曲约束机构的防屈曲支撑，其特征在于，所述的核心钢板(2)为低屈服点刚。

9.如权利要求1所述的以木材为屈曲约束机构的防屈曲支撑，其特征在于，所述的核心钢板(2)的两端还设置有连接头(6)，所述的连接头(6)为截面为十字交叉形的钢板。

10.如权利要求9所述的以木材为屈曲约束机构的防屈曲支撑，其特征在于，所述的连接头(6)上设置有过渡段(61)，所述的过渡段(61)沿连接头主体逐渐收缩至核心钢板(2)的端部。