[发明专利]带肋的双矩形管约束型H形截面装配式防屈曲耗能支撑

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型的防屈曲耗能支撑，属于结构工程技术领域。

技术背景

防屈曲耗能支撑是一种新型抗侧力构件，兼具“支撑”和“耗能”两种作用，是一种在地震作用下表现良好的消能减震构件。在小震作用下，防屈曲耗能支撑保持弹性，从而为主体结构提供足够的刚度，保证主体框架的侧移满足设计要求；在中震和大震作用下，防屈曲耗能支撑进入屈服，通过其内核截面的屈服耗散地震能量，从而保护主体框架的安全并有效消减地震反应。

防屈曲耗能支撑由内核与外围两部分组成：内核构件直接承受轴向荷载作用，一般采用低屈服点的钢材，之所以采用低屈服点的钢材，是希望在中震和大震下防屈曲耗能支撑能够先于框架进入屈服，从而提高结构的延性性能并充分发挥支撑的耗能作用；外围约束构件并不直接承受轴压作用，但它对内核构件的约束作用可提高内核构件的屈曲荷载，使内核部分在外压力作用下发生全截面屈服，从而提高构件滞回环的饱满度和构件的耗能能力。

日本阪神地震与美国北岭地震后，防屈曲耗能支撑在美日等多震的发达国家得到了快速的推广应用。近几年来，防屈曲耗能支撑在我国的大型建筑结构也开始得到应用，尤其是在地震高设防烈度区域，防屈曲耗能支撑被作为最好的消能减震构件之一。

然而，目前国内防屈曲耗能支撑的发展仍较为滞后，工程上普遍采用的防屈曲耗能支撑，大多是由外围钢管混凝土与内核构件组成；内核构件一般采用一块钢板或者钢板焊接而形成的组合截面，内核钢板或构件表面要刷上一层无粘结材料，并与填充混凝土之间留有一定的空隙。众所周知，对于焊接组合截面，由于焊接材料和热影响区材料的变脆，将严重影响内核构件的耗能效果。往往在反复荷载作用下，在不多的循环次数下热影响区的材料就发生脆断而使构件失去作用。其次，由于约束构件的混凝土与内核构件表面之间有严格的间隙控制，精度要求严格，制作过程较为复杂，导致成本较高；又由于有混凝土的浇注养护，制作周期较长，并且不利于实现工业化批量生产。另外，对于内核是焊接组合截面的防屈曲耗能支撑，内核组合截面与钢框架连接十分复杂，导致施工不便。因此，寻求制作与安装简便、又有较高承载力与优良性能的防屈曲耗能支撑便是设计人员的目标之一。

为了克服上述缺点，本申请人也曾提出了一种全钢结构防屈曲耗能支撑【申请号：200910081817.5】，主要利用四个热轧槽钢作为外围约束构件，并通过高强度螺栓把四个槽钢连接起来，使其工作时作为整体而不散开。这种组合式全钢截面防屈曲耗能支撑，实现了现场装配的要求，而且热轧型钢实现了工业化批量生产，生产成本低，克服了普通防屈曲耗能支撑制作与应用上的缺点。但是，对这种由四个热轧槽形截面组成的防屈曲耗能支撑，由于其内核承压构件采用一字型钢板，所承担的荷载有限，仅适用于对支撑承载力要求不高的结构。且由于配置在内核板外侧的两个槽形构件开口向外，其对绕竖轴的惯性矩较小，因而约束效率不能得到充分发挥

为此，在上述全钢结构防屈曲耗能支撑的基础上，本发明提出了一种全新的装配式防屈曲耗能支撑，称为带肋的双矩形管约束型H形截面装配式防屈曲耗能支撑，它利用长螺杆连接件将带加劲肋的冷弯薄壁型钢矩形管和热轧H型钢装配在一起，其中热轧H型钢是内核受压构件，带肋的冷弯薄壁型钢矩形管是外围约束构件，用于约束内核热轧H型钢的屈曲变形。一般防屈曲耗能支撑的内核承力构件与外围约束构件之间留有一定的间隙，因而需要较高的制作精度，而本文发明的防屈曲耗能支撑，外围约束构件通过加劲肋与内核H型钢发生紧密接触，没有预留间隙的问题，而且外围与内核“线接触”也不会约束内核构件的受压膨胀。

这种新型的防屈曲耗能支撑，不仅具有普通防屈曲耗能支撑的功能，更具有很多普通防屈曲耗能支撑所不具备的优越性。它利用我国现在广泛应用的型钢作为原材料，取材便利，材料成本较低；加劲肋的焊接和冷弯薄壁型钢矩形管内混凝土的灌注均可在加工厂完成，构件运至施工现场拼装起来即可，现场施工十分便利简单；它的加工厂生产过程也比较简单，加工费用比较低，对加工人员技术水平的要求也不高，有利于实现工业化生产；它利用H型钢作为内核受压部件，延性很好，并且屈服荷载能够达到较大的吨位；另外，它的槽型加劲肋能够保证冷弯薄壁型钢矩形管和热轧H型钢紧密发生接触，从而扩大了冷弯薄壁型钢矩形管和热轧H型钢的匹配范围。

发明内容