[发明专利]屈服薄壁表面连续约束的双重防压曲钢支撑

说明书

技术领域

本发明涉及结构工程抗震防灾领域，尤其涉及消能减震结构中的屈曲约束支撑，具体为一种屈服薄壁表面连续约束的双重防压曲钢支撑。

背景技术

带支撑的框架可以有效减小结构的侧移变形，提高结构的抗震抗倒能力。虽然钢支撑容易在受拉时产生屈服并有效地消能，但传统的钢支撑在受压时会发生弹性屈曲，受压承载力退化很快，无法利用其弹塑性消能能力。为克服这一缺点，国内外研究者开发出一类不易屈曲的轴心受力构件，称为屈曲约束支撑或防压曲支撑，其基本原理为：支撑设置一个核心受力单元，在核心受力单元的周围设置约束单元，使核心受力单元在受压时不致失稳屈曲而达到全截面塑性屈服状态，从而使支撑不仅在轴心受拉作用下能够消能，而且在轴心受压作用下也能有效消耗地震输入结构中的能量，起到高效减震防灾的功效。

屈曲约束支撑全部采用钢材制造时，便于缩短制造周期，从横断面看，一般由核心轴力单元、约束单元组成。

核心轴力单元一般位于支撑内部核心，用于承受轴心拉压力作用并产生屈服耗能。核心轴力单元从纵断面看，一般分为屈服段、过渡段和连接段。屈服段是轴心拉压力作用下全截面产生屈服的区段，常见截面多为一字形的薄壁对称截面，承载能力要求较大时为十字形、工字形等截面，屈服段为避免在受压屈服前产生失稳，需要进行约束。连接段是将支撑与结构连接的区段，其受力状态应始终处于弹性阶段，连接段设置在屈曲约束消能支撑的两端，用于将支撑与框架连接起来并将框架节点的力以轴心力的形式传递到屈服段，并减小对屈服段的弯曲作用，防止其偏心受力。过渡段是支撑屈服段与工程结构进行连接安装之前的一个过渡和缓冲段，过渡段既要防止在受压时产生屈服及屈曲失稳，又要能够脱离约束而过渡到连接段，以方便与工程结构进行连接。

约束单元通常设置在核心轴力单元的外围，以防止核心轴力单元在轴心压力作用下的屈曲。核心轴力单元应减小或避免通过粘结、摩擦或机械作用向约束单元传递轴力，保证核心轴力单元的屈服耗能。

现有屈曲约束支撑大多采用钢管与混凝土作为约束单元，制作中混凝土浇注后容易沾污钢件的后续焊接面及涂装表面，且混凝土浇注养护后还有钢件焊接工序，不同工序间存在时间间隔，工序复杂、制造周期长，影响推广应用。

现有全钢型屈曲约束支撑，屈服段多为长方形断面的薄壁钢条板，其存在下列方面的问题：一方面，屈服段薄壁钢条板的约束构造或者支撑的整体结构不合理，薄壁钢条板在轴向动态压应变较大时容易发生局部高阶或整体屈曲失稳，耗能性能得不到保证，在强震动力作用下的工作可靠性差，核心轴力钢件的防腐防锈耐久性达不到工程结构设计使用年限要求；另一方面，支撑与工程结构的现场施工连接安装难度大、连接构造复杂，此外，支撑构造和制作复杂，质量不易保证、价格高，这些均不利于工程应用。

发明内容

本发明为了解决全钢型屈曲约束支撑采用长方形断面的薄壁钢条板时在强震动力作用下耗能性能不稳定、工作可靠性及耐久性差、工程施工连接安装困难的问题，提供了一种耗能性能优良、防压曲及耐久性可靠、施工连接方便的屈服薄壁表面连续约束的双重防压曲钢支撑。

本发明是采用如下技术方案实现的：屈服薄壁表面连续约束的双重防压曲钢支撑，包括核心轴力钢件、外层约束钢套筒，核心轴力钢件包括位于其中部的屈服段、固定在屈服段轴向两端的过渡段和固定在两过渡段外侧的连接段，屈服段为长方形横断面的薄壁钢条板，两段连接段中的每一段包括两块板面相邻且留有间隙的相互平行的接头钢板且接头钢板上沿其轴向正交固定有加劲钢板，过渡段和连接段的横截面积均大于屈服段的横截面积；外层约束钢套筒套在屈服段和过渡段上，外层约束钢套筒的两端均固定有使其内腔密封的端盖；屈服段的周边设有钢材制成的连续约束体，连续约束体包括位于屈服段两侧且与其表面之间为空气间隙或摩擦接触的两个约束钢件，约束钢件包括沿屈服段轴向连续设置的薄壁钢肢件，该薄壁钢肢件的薄壁表面紧邻且平行于屈服段的薄壁表面，两约束钢件之间设有将两者连接的拉结件，连续约束体位于外层约束钢套筒内部且与其内表面相互摩擦接触或固定；两段过渡段中的其中一段与连续约束体之间留有间隙并与外层约束钢套筒相互摩擦接触，两段过渡段中的另一段与连续约束体及外层约束钢套筒连接固定。

制作时，号料并切割核心轴力钢件并拼装焊接，接着制作约束钢件，然后将约束钢件通过拉结件设在薄壁钢条板屈服段的两侧，在薄壁钢条板的过渡段和屈服段上安装外层约束钢套筒，使屈服段的连续约束体与外层约束钢套筒相互摩擦接触或固定，最后在外层约束钢套筒的两端焊接端板，即可制得本发明所述的屈服薄壁表面连续约束的双重防压曲钢支撑。