[发明专利]一种新型螺栓组装方形钢管T字形变截面钢芯防屈曲耗能限位支撑构件

说明书

技术领域

本发明属于防屈曲限位耗能支撑构件技术领域，涉及一种新型的工程结构抗震耗能及限位的支撑构件，尤其是一种钢芯为变截面T字形，外约束钢管为方形螺栓装配式的防屈曲支撑构件。受荷前期T字形钢芯屈服耗能，后期外约束钢管和屈服后钢芯共同提供轴向刚度限制结构整体侧移，达到限位效果。

背景技术

防屈曲支撑(BRB)是一种兼具普通支撑和金属阻尼器双重功能的支撑形式，其主要由支撑钢芯、外围约束构件组成，且两者之间通常设置有无粘结材料或适当的间隙以释放支撑钢芯受压时所产生的膨胀变形。屈曲约束单元提供给核心单元足够的约束，使得核心单元在受压时屈服而不屈曲。屈曲约束支撑具有明确的屈服承载力，在大震下可起到“保险丝”的作用，用于保护主体结构在大震下不屈服或者不严重破坏，并且大震后，经核查，可以方便地更换损坏的支撑。

传统的防屈曲支撑构件由钢芯耗能，外围约束构件只起到支撑并限制钢芯面外屈曲的作用，其特点是仅钢芯与结构构件相连，荷载完全由钢芯承担，外套筒和填充材料仅约束钢芯板防止其受压屈曲，即防止钢芯板受压失稳，使钢芯板在受拉和受压下均能进入屈服。仅考虑钢芯一个耗能核心，忽略了外约束套筒的轴向刚度贡献。目前研究开发的防屈曲支撑主要着重提高其耗能能力，对防屈曲支撑的限位作用研究较少。鉴于此，考虑钢芯屈服后利用钢芯和外钢管的刚度限制结构整体位移的研究是有必要的，我们可以在现有常用的防屈曲支撑的基础上，通过一定的改进技术手段完成这一构想。

发明内容

本发明充分利用防屈曲支撑外围约束构件的刚度，提出一种新型螺栓组装方形钢管T字形钢芯变截面防屈曲耗能限位支撑构件，防屈曲支撑受荷前期钢芯屈服耗能，后期外钢管和屈服后钢芯共同提供刚度限制结构整体侧移，达到限位效果。两端向外弯折的相邻外约束钢管采用螺栓连接形成方形截面，钢芯采用焊接T字形变截面设计，T字形截面局部变大区域与外约束钢管的限位槽相嵌合并留有一定限位距离，从而在钢芯变形屈服后利用外约束钢管以及屈服后钢芯的轴向刚度和限制结构整体位移以达到限位的目标。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种新型螺栓组装方形钢管T字形变截面钢芯防屈曲耗能限位支撑构件，包括T字形钢芯和外约束钢管，T字形钢芯位于外约束钢管内部，外约束钢管与T字形钢芯形成的2个长方形区域内填充2个长方形薄壁型钢钢管混凝土，其特征在于，所述T字形钢芯从两端到中间依次为连接段a、截面局部变大段b以及屈服工作段c，屈服工作段c位于两截面局部变大段b之间，截面局部变大段b分别靠近外约束钢管的两端，外约束钢管在对应的T字形钢芯截面局部变大段b的三个翅处开设有限位槽，限位槽的长度稍大于截面局部变大段b的长度，截面局部变大段b的三个翅通过限位槽伸出外约束钢管外，屈服工作段c与截面局部变大段b之间、截面局部变大段b与连接段a之间均采用坡度渐变式连接。

坡度渐变式连接优选：T字形钢芯截面于外钢管限位槽处以60°坡角局部增大截面，直至截面穿出外约束钢管限位槽。

所述外约束钢管由4片钢板螺栓组装而成，钢板相对的端部分别向外弯折135°且与相邻两钢板由螺栓连接。外约束钢管的宽度大于钢芯屈服工作段截面宽度，小于钢芯截面变大段的截面宽度，外约束钢管和T字形钢芯表面与长方形薄壁型钢钢管混凝土之间的缝隙设置无粘结材料。

所述外约束钢管3个相邻侧面对应于钢芯端部截面局部变大段开限位槽，开槽位置与钢芯变截面区域一致，距离外钢管端部长度d为钢管总长度的1/12，开槽长度e为外钢管总长度的1/6，开槽长度与钢芯截面变大长度的距离差，考虑包括T字形钢芯屈服时的受拉、受压变形和设计此消能限位体系的控制位移量，根据结构抗震设计规范中弹塑性层间位移角的限制要求规定其最大距离差。

所述外约束钢管与T字形钢芯形成的2个长方形区域内填充薄壁型钢钢管混凝土，以防止T字型钢芯受压局部失稳，同时可以防止混凝土受压破坏影响支撑的整体效果。

防屈曲支撑受力时，钢芯首先耗能变形，变形达到一定程度受到限位槽的约束后，外钢管与钢芯一起受力，并且由于外钢管刚度较大，外钢管与屈服后钢芯刚度之和能够有效限制钢芯屈服后结构整体的侧移，达到限位的效果。此发明可广泛应用于高层建筑物的减震设计。

根据以上技术方案，与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果。

性能优越：本发明的耗能能力为T字形钢芯的耗能能力，但钢芯屈服后充分利用了外约束钢管的轴向刚度限制结构的整体位移；

施工方便：本发明的外约束钢管采用螺栓组装，现场施工以及工厂组装都可以做到降低生产成本，扩大应用范围。