一种耗能节段及一种节段式组合防屈曲耗能支撑构造制造技术

本发明专利技术涉及房建工程结构抗震与消能减震技术领域，特别涉及一种耗能节段及一种节段式组合防屈曲耗能支撑构造，所述耗能节段包括外围约束构件、第一耗能芯材和第二耗能芯材，第一耗能芯材包括低屈服点钢材构件，第二耗能芯材包括高强钢材构件，第一耗能芯材和第二耗能芯材在节段截断面呈对称设置。两种不同材料的耗能芯材分工明确，充分发挥各自材料优点，且能够确保纵向传力可靠，所述支撑构造包括偶数个的耗能节段，若干耗能节段在支撑主体跨中两侧相对设置，相对及相邻设置的两个耗能节段的第一耗能芯材和第二耗能芯材在节段截断面呈反向设置，使每个耗能节段的耗能及承载能力得到充分利用，提高了框架加强的安全性和使用耐久性。久性。久性。

【技术实现步骤摘要】
一种耗能节段及一种节段式组合防屈曲耗能支撑构造


[0001]本专利技术涉及房建工程结构抗震与消能减震
，特别涉及一种耗能节段及一种节段式组合防屈曲耗能支撑构造。

技术介绍

[0002]随着我国基础设施建设快速发展和四新技术更新迭代，复杂结构形式、多样化造型的建筑不断涌现，导致不规则的平面或竖向结构布置问题。当遭遇地震作用时，这些问题容易使结构产生严重的扭转效应或由于刚度突变形成薄弱层；尤其针对结构抗侧刚度有限的纯抗弯钢框架体系，受荷载作用下过大侧向位移限制，造成应用高度严重受限。虽然框架—支撑体系能增大结构抗侧刚度，但支撑构造在大震作用下受压容易发生屈曲造成本身或连接构造失效，同时屈曲变形后很难有效地消耗框架结构的地震能量，因此，研发构造合理且延性良好的防屈曲耗能支撑构架，对于保证新建结构和既有结构的抗震安全性具有很强的现实意义。
[0003]现有的防屈曲支撑在构造上通常由内核钢芯、外围约束构件和两者之间的无黏结隔离材料组成，依靠外部约束构件约束内部核心构件的屈曲，并通过核心构件的非弹性变形来达到耗能目的，相比普通支撑而言，其内部核心可从一阶屈曲发展为多阶屈曲从而达到全截面屈服而非破坏，从而提供稳定的承载力和耗能能力。但是，现有的防屈曲支撑除节点区域外，一般采用相同截面或材料均匀分布的构造，一般单纯依靠钢板芯材的塑性变形耗能，低屈服点钢板芯材通常在拉
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压作用下出现较大变形，若得不到有效约束则无法有效贡献耗能性能，而高屈服点钢板芯材通常延性有限，如果处于不合适的往复变形状态往往使其高强性能得不到有效发挥，同时，当大变形下框架结构梁柱产生较大弯曲变形对支撑构造相连节点部位造成显著的张开或闭合效应时，既可能使梁柱端剪力显著增加，又可能引起偏心并改变支撑构造的轴向传力路径，不仅容易出现在有一定时间持续但地震荷载不大的情况下就提早出现屈曲，而随后当地震荷载增大时可能已经丧失了足够的承载能力及抗侧刚度的情况，而且容易在支撑中部出现较大的屈曲应力，尤其对于长度较大的支撑更为不利，造成支撑中部屈曲及损伤，而其余部位的材料强度得不到充分发挥，造成内部核心构件未有效耗能便出现外部约束构件破坏的情况。
[0004]中国专利CN206337880U（一种复合双板式钢管混凝土防屈曲支撑结构，公告日2017.07.18）、中国专利申请CN104532977A（一种预应力索撑型防屈曲支撑，公告日2015.04.25），采用组合截面方式，但是，当截面存在一定面外变形或偏心时，防屈曲支撑可能出现抗拉压不平衡现象，内部核心构件发生过大的局部或单侧屈服，消耗过多耗能储备，从而降低了支撑对持续较大地震力的抵御能力和安全性储备，影响支撑对于加强框架的安全性和正常使用的耐久性；若出现局部损伤，其受损耗能部件也无法独立更换，不利于震后结构加固及恢复，且约束截面过大容易造成支撑自重过大，不仅使其承受较大的附加地震惯性力，加剧不必要的损伤，而且给安装和运输造成不便影响。
[0005]因此，目前亟需要一种技术方案，以解决现有防屈曲支撑采用相同截面或材料均
匀分布的构造，无法充分发挥组成材料耗能优势，影响支撑对于加强框架的安全性和正常使用的耐久性，且无法独立更换，不利于震后结构加固及恢复，给安装和运输造成不便影响的技术问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于：针对现有技术问题，提供了一种耗能节段及一种节段式组合防屈曲耗能支撑构造。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种耗能节段，包括外围约束构件、第一耗能芯材和第二耗能芯材，所述第一耗能芯材和所述第二耗能芯材沿节段纵向平行设置且纵向端部通过螺栓连接于所述外围约束构件，所述第一耗能芯材包括低屈服点钢材构件，所述第二耗能芯材包括高强钢材构件，所述第一耗能芯材和所述第二耗能芯材在节段截断面呈对称设置。
[0008]本专利技术的一种耗能节段，通过采用两种不同屈服强度的构件作为耗能芯材，当耗能节段承受轴向拉力和压力时，位于节段截断面一侧的低屈服点钢材构件的第一耗能芯材将发生非弹性轴向变形，有效消耗地震能量，位于另一侧的高强钢材构件保持一定的弹性承载力和抗侧移刚度，不至于在一定时间持续但地震荷载不大的情况下较早退出工作，两种不同材料的耗能芯材分工明确，充分发挥各自材料优点，同时，耗能芯材采用螺栓进行纵向连接固定，不仅能够确保纵向传力可靠，而且形成装配式结构，有利于震后结构加固及恢复。
[0009]作为本专利技术的优选方案，所述第一耗能芯材和所述第二耗能芯材均包括钢板构件，所述钢板构件包括位于纵向两端的连接部和位于中部的拉伸部，所述连接部与所述拉伸部之间设置圆弧过渡段，所述连接部的宽度大于所述拉伸部宽度，所述连接部厚度大于所述拉伸部厚度。形成整体呈狗骨状的耗能芯材构造，通过圆弧过渡段将拉伸和压缩变形控制在拉伸部的有效长度内，避免固定部与发生过大拉伸变形或受压屈曲。
[0010]作为本专利技术的优选方案，所述外围约束构件包括设置在节段纵向两端的端板，两个所述端板之间设置侧板和波纹盖板，所述波纹盖板的波肋方向与节段纵向垂直，所述波纹盖板的波纹边与所述侧板连接，所述侧板包括延性结构件。利用波纹板材特有的“手风琴效应”能自由伸缩及波肋横向刚度为零的特性，使外围约束构件不会影响受力作用下耗能芯材的耗能及承载能力的充分发挥。
[0011]作为本专利技术的优选方案，所述外围约束构件截面呈矩形或正方形，所述外围约束构件包括平行设置的两个所述波纹盖板和平行设置的两个所述侧板。使节段主轴方向的惯性矩、回转半径、截面抗弯模量均相同，提高节段稳定性，而且节段具有表面平整、无死角、外表面积小等特点，有利于节省防腐和防火涂料的使用，便于防尘。
[0012]作为本专利技术的优选方案，所述外围约束构件内填装无黏结填充物或设置抗弯加固构件，所述外围约束构件内沿节段纵向贯通设置预应力锚固件。通过无黏结填充物包裹耗能芯材，限制其弯曲及面外变形，避免其受压屈曲，减小或消除耗能芯材在轴力作用下传递给外围约束构件的附加力，使低屈服点耗能芯材在受拉与受压时均能达到屈服而不会发生屈曲，高强耗能芯材也可以较好发挥其轴向强度高的优点。
[0013]一种节段式组合防屈曲耗能支撑构造，包括支撑本体，所述支撑本体设置偶数个
的耗能节段，纵向相邻的两个所述耗能节段之间可拆卸连接杆件段，若干所述耗能节段在所述支撑主体跨中两侧相对设置，相对及相邻设置的两个所述耗能节段的第一耗能芯材和第二耗能芯材在节段截断面呈反向设置。
[0014]本专利技术的一种节段式组合防屈曲耗能支撑构造，采用多段式构造，各节段之间有效区分，充分发挥各组成材料优点，实现组合截面传力有效性，同时，可拆卸连接实现支撑本体的装配化，方便安装和施工，可灵活拆卸方便运输，且可实现对耗能节段的独立更换，便于检修及可重复利用支撑承载后保持完好无损的构件，同时，偶数个耗能节段在支撑本体纵向呈第一耗能芯材和第二耗能芯材交替布置状态，使支撑本体在跨中两侧主轴方向截面惯性矩相当，面内和面外稳定性能相近，整体稳定性较好，在偏心作用下跨中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耗能节段，其特征在于，包括外围约束构件（11）、第一耗能芯材（12）和第二耗能芯材（13），所述第一耗能芯材（12）和所述第二耗能芯材（13）沿节段纵向平行设置且纵向端部通过螺栓（14）连接于所述外围约束构件（11），所述第一耗能芯材（12）包括低屈服点钢材构件，所述第二耗能芯材（13）包括高强钢材构件，所述第一耗能芯材（12）和所述第二耗能芯材（13）在节段截断面呈对称设置。2.如权利要求1所述的一种耗能节段，其特征在于，所述第一耗能芯材（12）和所述第二耗能芯材（13）均包括钢板构件，所述钢板构件包括位于纵向两端的连接部（21）和位于中部的拉伸部（23），所述连接部（21）与所述拉伸部（23）之间设置圆弧过渡段（22），所述连接部（21）的宽度大于所述拉伸部（23）宽度，所述连接部（21）厚度大于所述拉伸部（23）厚度。3.如权利要求1所述的一种耗能节段，其特征在于，所述外围约束构件（11）包括设置在节段纵向两端的端板（111），两个所述端板（111）之间设置侧板（112）和波纹盖板（113），所述波纹盖板（113）的波肋方向与节段纵向垂直，所述波纹盖板（113）的波纹边与所述侧板（112）连接，所述侧板（112）包括延性结构板。4.如权利要求3所述的一种耗能节段，其特征在于，所述外围约束构件（11）截面呈矩形或正方形，所述外围约束构件（11）包括平行设置的两个所述波纹盖板（113）和平行设置的两个所述侧板（112）。5.如权利要求1所述的一种耗能节段，其特征在于，所述外围约束构件（11）内填装无黏结填充物（3）或...

【专利技术属性】
技术研发人员：周文峰，彭志强，王志宇，刘应该，曾维唯，白敏杰，吴克强，
申请(专利权)人：中铁二局集团建筑有限公司，
类型：发明
国别省市：