CN2743444Y - 装配式纯轴力屈曲束制消能斜撑结构 - Google Patents

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一种装配式纯轴力屈曲束制消能斜撑结构，主要由主受力单元与束制单元所组成；其中主受力单元是任意形状及数量依据不同受力需要而决定断面尺寸的钢构件组合体，其端部断面较中间段断面为大，套入束制单元内；束制单元，主要由单一或数个套管构件，搭配内灌混凝土、砂浆或加劲式钢桁或钢钣构件组装而成的外框体，用以束制主受力单元，防止其受压时产生屈曲破坏，同时配合斜撑端部的可转动式的枢接孔构造，令其受力时承受纯轴力作用，使斜撑结构无论在受压或受拉时都能稳定地降伏且其滞回曲线饱满，大大提高斜撑结构塑性变形消能能力，达到减低振动与降低地震力的效果。该主受力单元与束制单元构件为金属材料、非金属材料或金属与非金属材料的组合。

Description

装配式纯轴力屈曲束制消能斜撑结构
技术领域
本实用新型有关一种装配式纯轴力屈曲束制消能斜撑结构，尤指一种可供承受纯轴力作用，且能减低振动及降低地震效果的斜撑结构。
背景技术
传统斜撑构材受轴压力时会产生整体挫屈以及局部挫屈，其滞回曲线呈现出强度渐减及束缩的行为，并在材料未完全发挥其消能容量之前，即因过度的应力及应变集中而断裂。多年来地震工程研究人员即已着手进行传统斜撑性能的改善研究工作，并有单位陆续发表提出可防止屈曲的束制斜撑，来替代并改良传统斜撑的作用。
屈曲束制斜撑由主受力单元与束制单元组成，斜撑构材的轴力(拉力与压力)由主受力单元承担，束制单元则提供主受力单元侧向支撑，防止主受力单元受压屈曲。若能让主受力单元在轴压力下不产生屈曲，则主受力单元的轴向强度及延展性可有效发展，并充分发挥钢材的消能容量。
因此如何明确控制主受力单元的承受轴力行为与如何提高束制效果，便成为研究与改良屈曲束制斜撑的重点。
屈曲束制斜撑常见习知的束制单元内有灌注水泥砂浆与使用纯钢管提供侧撑束制两类，但不管任一类型，目前所见的前述斜撑其端部与结构构材的接合仍采用刚性或半刚性接合，此时将引起斜撑受弯挠曲及产生二次弯矩效应，在高轴压力时易使斜撑的强度急速降低而发生破坏；另外习见的屈曲束制斜撑束制单元所采用的多钢管纯钢型式，因该固定方式将出现内外部固定不均衡而有扭转脱离使主受力构件局部屈曲的状况，并无法提供主受力构件充分有效的束制效果。
发明内容
本实用新型针对前述现存屈曲束制斜撑的缺失部份特予改善并发展出更有效率、可靠且施工容易的耐震消能斜撑元件。
本实用新型的主要目的，在于提供一种装配式纯轴力屈曲束制消能斜撑结构，主要由主受力单元与束制单元所组成，其特征在于：主受力单元是任意形状开放式或封闭式具有单对称或双对称断面的钢构件组合体，其端部断面较中间段断面为大，并套入束制单元内；该束制单元，主要由单一或数个套管构件，搭配内灌混凝土、水泥砂浆或加劲式钢桁或钢钣构件组装而成的外框体，用以束制主受力单元，防止其受压时产生屈曲破坏，使本斜撑在受压或受拉时都能稳定地降伏且其滞回曲线饱满，大大提高斜撑塑性变形消能能力，达到减低振动与降低地震力的效果。
本实用新型的另一目的，在于配合斜撑端部的可转动式的枢接孔构造，使其受力时承受纯轴力作用，使斜撑无论于受压或受拉时，皆能稳定的降伏且其滞回曲线饱满，以提高斜撑塑性变形消能的能力，达到减低振动与降低地震力的效果，改善现有屈曲束制斜撑的缺失，并提供创新的装配方式，以符合耐震工程与实务需求。
附图说明
图1a为本实用新型第一实施例的主视图。
图1b为本实用新型第一实施例的俯视图。
图1c为图1a中沿A-A向的剖面放大图。
图1d为图1a中沿B-B向的剖面放大图。
图2a为本实用新型第二实施例的主视图。
图2b为本实用新型第二实施例的俯视图。
图2c为图2a中沿A-A向的剖面放大图。
图2d为图2a中沿B-B向的剖面放大图。
图3a为本实用新型第三实施例的主视图。
图3b为本实用新型第三实施例的俯视图。
图3c为图3a中沿A-A向的剖面放大图。
图3d为图3a中沿B-B向的剖面放大图。
图4a为本实用新型第四实施例的主视图。
图4b为本实用新型第四实施例的俯视图。
图4c为图4a中沿A-A向的剖面放大图。
图4d为图4a中沿B-B向的剖面放大图。
图5a为本实用新型第五实施例的主视图。
图5b为本实用新型第五实施例的俯视图。
图5c为图5a中沿A-A向的剖面放大图。
图5d为图5a中沿B-B向的剖面放大图。
图6a为本实用新型第六实施例的主视图。
图6b为本实用新型第六实施例的俯视图。
图6c为图6a中沿A-A向的剖面放大图。
图6d为图6a中沿B-B向的剖面放大图。
图7a为本实用新型第七实施例的主视图。
图7b为本实用新型第七实施例的俯视图。
图7c为图7a中沿A-A向的剖面放大图。
图7d为图7a中沿B-B向的剖面放大图。
图8a为本实用新型第八实施例的主视图。
图8b为本实用新型第八实施例的俯视图。
图8c为图8a中沿A-A向的剖面放大图。
图8d为图8a中沿B-B向的剖面放大图。
图9a为本实用新型第九实施例的主视图。
图9b为本实用新型第九实施例的俯视图。
图10a为本实用新型第十实施例的主视图。
图10b为本实用新型第十实施例的俯视图。
图11a为本实用新型第十一实施例的主视图。
图11b为本实用新型第十一实施例的俯视图。
图11c为图11a中沿A-A向的剖面放大图。
图11d为图11a中沿B-B向的剖面放大图。
图12a为本实用新型第十二实施例的主视图。
图12b为本实用新型第十二实施例的俯视图。
图12c为图12a中沿A-A向的剖面放大图。
图12d为图12a中沿B-B向的剖面放大图。
图13为本实用新型不同型式实施例的统观示意图。
元件符号说明：
1.........本实用新型的主受力单元
11  ......双一字型主受力构件
111 ......双一字型主受力构件的加劲钣
112 ......双一字型主受力构件的间隔钣
12  ......单一字型主受力构件
121 ......单一字型主受力构件的加劲钣
13  ......双T字型主受力构件
131 ......双T字型主受力构件的扩大钣
132 ......双T字型主受力构件的间隔钣
14  ......十字型主受力构件
141 ......十字型主受力构件的扩大钣
2.........本实用新型的束制单元
21  ......束制单元的侧撑构件
211 ......方形外套管束制构件
212 ......圆形外套管束制构件
213 ......内部加劲钢桁束制构件
214 ......内部加劲钢钣束制构件
215 ......内部型钢束制构件
216 ......填充混凝土束制构件
22  ......束制单元的封钣
3.........本实用新型的接合钣
31  ......接合钣的枢接孔
32  ......三向轴承
33  ......接合加劲钣
4.........端钣
5.........滑动端盖钣
6.........压缩空间预留层
7.........隔离层
具体实施方式
请参阅图1～13所示，为本实用新型的十二个实施例。本实用新型主要包含主受力单元1、束制单元2以构成斜撑结构，其二例的端部分别设有枢接孔31及可转式三向轴承32，通过该枢接孔31与三向轴承32接头的接合构造，使其与结构梁柱连接时，得以消除弯矩的影响，而构成一纯轴力斜撑结构，避免因弯曲及形成二次弯矩导致斜撑屈曲强度的急速降低造成斜撑提早屈伏或破坏。
如图11、12所示，本实用新型可供填充水泥砂浆，可设成填充混凝土束制构件216，同样可达到前述的效果，故而于学理分析或试验佐证的条件皆能符合一致性，且对于实务工程上的斜撑受力后传机械及消能作用更能获得明确的可靠性。
该束制单元2，设有封钣22，并于枢接孔31侧边各设有一端钣4，用以将主受力单元1(如图标中的双一字型主受力构件11、111，单一字型主受力构件12、121，双T型主受力构件13、131、间隔钣132及十字型主受力构件14、141)固定，并于其端部与接合钣3连结，且接合钣3两侧设有接合加劲钣33，以成为一可发挥整体性效果的斜撑，其中，主受力单元1的各构件之间，于全长范围内设置间隔钣112，将主受力构件焊接固定为一体，再搭配预先组合完成的钢桁束制构件213、钢钣束制构件214及内部型钢束制构件215分别与主受力构件邻接面焊接为牢固整体组件，再将组件套入束制单元2的外套管211、212与端钣4及端部接合钣3固定，完成装配式的屈曲束制消能斜撑结构，而该束制单元中的侧撑钢桁或钢钣可提供束制侧撑的功能外，更可因桁架213、214、215或隔钣111、112的加劲作用，避免主受力构件与束制外管211、212的局部屈曲，提高斜撑整体性的抗压强度及耐震性能。
本实用新型由于以端钣4收边固定，因此，束制单元2与主受力单元可依设计强度或材料使用的需要弹性选择，不受传统型端部接合的限制，进而提高断面使用的适用范围及配置方式。
本实用新型在一端钣4里侧设有滑动端盖钣5。如图11、12所示的实施例中，另设有压缩空间预留层6及隔离层7。
综上所述，本实用新型相较于习见的屈曲束制斜撑，至少具备以下优点：
(1)本结构类型属于纯轴力消能斜撑，动作原理与消能机制明确可靠。
(2)束制单元内部具有一体性，可大幅省却各部材间的界面处理工作，有效杜绝因界面处理不确实可能引发的问题，更可确保最大出力的稳定品质。
(3)以纯钢型制作的型式，其更有以下的特点：
a.重量轻且所用材料长期使用无质变或劣化的情况。
b.制造标准化，品质可以精确控制，而且在一般钢构厂即可独立完成制作。
c.平时毋须保养，若有必要时可拆卸检查内部后再装上固定，十分轻便。
(4)端部接合不但构造简单，且可减少螺栓数及钢钣用量，使得安装施工相当容易。
(5)无外露材，外型优美，为一种新型整体装配式的高延展性耐震消能构件。

Claims (7)

1.一种装配式纯轴力屈曲束制消能斜撑结构，主要由主受力单元与束制单元所组成，其特征在于：主受力单元是任意形状开放式或封闭式具有单对称或双对称断面的钢构件组合体，其端部断面较中间段断面为大，并套入束制单元内；该束制单元，主要由单一或数个套管构件，搭配内灌混凝土、水泥砂浆或加劲式钢桁或钢钣构件组装而成的外框体，并束制主受力单元。
2.根据权利要求1所述的装配式纯轴力屈曲束制消能斜撑结构，其特征在于：该斜撑端部采用可转动式的枢接孔构造，包括插栓及孔、垫钣、隔钣及三向轴承接头而与结构梁柱接合连接。
3.根据权利要求1所述的装配式纯轴力屈曲束制消能斜撑结构，其特征在于：主受力单元为不同断面积的分段组合，且中间段的材料强度较端部为低或相等的组合。
4.根据权利要求1所述的装配式纯轴力屈曲束制消能斜撑结构，其特征在于：束制单元中的构件为金属材料、非金属材料或金属与非金属材料的组合。
5.根据权利要求1所述的装配式纯轴力屈曲束制消能斜撑结构，其特征在于：主受力单元的构件断面为单一字型、双一字型、十字型或双T字型。
6.根据权利要求1或5所述的装配式纯轴力屈曲束制消能斜撑结构，其特征在于：束制单元的套管构件为方形外套管或圆形外套管。
7.根据权利要求1或5所述的装配式纯轴力屈曲束制消能斜撑结构，其特征在于：主受力单元由单一或数个钢构件组成。
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