[发明专利]纤维增强复合材料约束防屈曲耗能钢支撑

说明书

发明领域

本发明涉及一种新型防屈曲耗能支撑构件，可用于工程结构的抗震减振，属于结构工程领域。

背景技术

钢支撑框架结构在强震作用下有着较好的抗震性能，但普通支撑在强震作用下容易发生屈曲，断面利用率较低，且低周疲劳性能不理想，而纤维增强复合材料(Fiber ReinforcedPolymer，即FRP)约束防屈曲支撑则能弥补这一不足，能够有效地防止支撑发生整体失稳，并通过较好滞回耗能进一步改善整体结构的抗震性能。

约束屈曲耗能支撑的概念最早在1971年由Yoshino等人提出，并进行了以剪力墙为外约束的约束屈曲支撑的试验研究。此后大量的学者进行了各种形式约束屈曲支撑(BucklingRestrained Brace，简称为BRB)构件的受力性能研究。此外，还有许多的研究者对采用BRB的结构的整体抗震性能进行了研究，充分说明了BRB对提高结构抗震性能的有效性。目前，日本已有300多栋，美国有30多栋建筑采用了这种支撑，美国钢结构协会(AISC)和加州工程师协会(SEAOC)已经将BRB框架的设计写入设计指南AISC/SEAOC(2001)和AISC(2002)，FEMA368中也加入了BRB支撑框架的设计方法和试验指标。BRB的研究与应用在我国发展很快，2004年前后被引入国内，很快就被我国结构工程师所接受，并已在一些工程中进行了应用。

目前，已有的BRB产品都是采用钢材和混凝土制成。最新研究发现，BRB中外包约束的抑制屈曲效果与其极限强度有关，钢材和混凝土的比强度(强度/密度)较小，为实现BRB的功能需要用较厚的混凝土和钢材。因此，这些现有的BRB的重量都较重，运输和安装都不便，自重荷载较大等缺点，在推广应用和对原有结构的现场改造和加固中应用存在着一定的困难。而FRP材料的比强度高于钢材和混凝土，因此本发明建议采用FRP作为约束体系，砂浆、轻质混凝土、竹篾、木材或泡沫等材料作为填充材料，可有效的减轻BRB的自重和截面尺寸，以较轻的重量获得同样的效果。另外，对于已经在使用中的普通支撑无需拆换就能改造成为BRB。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型FRP约束防屈曲耗能支撑，即采用工厂生产的FRP管拉挤型材与纵向纤维布组成套管通长套住核心钢钢支撑，再外缠环向纤维布进行环向约束，FRP套管与核心钢支撑间填入砂浆、轻质混凝土、竹篾、木材或泡沫等填充材料，从而提高钢支撑的刚度、承载力和滞回耗能能力，实现一种轻质、施工成型方便、耐腐蚀等显著优点的新型FRP约束防屈曲耗能支撑。

FRP是由玻璃纤维或碳纤维等高性能纤维与树脂基体混合经过一定的加工工艺复合而成的非金属材料。它具有轻质、高强、施工成型方便、耐腐蚀等显著优点。近十年，FRP在结构工程领域中的应用发展迅速，现已成为混凝土、钢材等传统结构材料的重要补充，合理地将FRP应用于各类结构物中已经成为结构工程发展的一个重要方向。

FRP约束防屈曲耗能钢支撑采用FRP(FRP套管和外缠FRP布)及填充材料(砂浆、轻质混凝土、竹篾、木材或泡沫等)构成外约束系统，可以形成FRP约束防屈曲钢支撑，或将普通钢支撑改造成为FRP约束防屈曲支撑。相对有以下优点：

(1)构件自重轻，给运输、安装都带来便利，附加荷载也小；

(2)具有可设计性，可根据的受力需求设计纤维的铺设方向和比例，能充分利用材料提高支撑性能，减小断面。

(3)成型容易，可以设计出新的FRP约束防屈曲钢支撑，也可用于改造已有普通支撑结构。

本发明特征之一在于，含有：内核心钢和纤维增强复合材料屈曲约束单元，其中：

内核心钢支撑为普通钢构件，两端设有连接构造，以便与主体结构连接，所述的两端连接构造构成所述纤维增强复合材料约束防屈曲耗能钢支撑的连接段，所述内核心钢支撑的截面形式多样；

纤维增强复合材料屈曲约束单元为沿轴向套在所述内核钢支撑外的纤维增强复合材料管，构成所述纤维增强复合材料约束防屈曲支撑的核心段，以及所述核心段与所述两端连接段之间的过渡段，提高所述内核心钢支撑整体的屈曲承载力，并约束该内核心钢支撑横向变形和局部变形。

本发明特征之二在于，所述纤维增强复合材料屈曲约束单元由全纤维增强复合材料套管构成。

本发明特征之三在于，所述纤维增强复合材料屈曲约束单元由纤维布包缠构成。

本发明特征之四在于，所述纤维增强复合材料屈曲约束单元由所述纤维增强复合材料套管与包缠在该套管外的纤维布共同构成。