[发明专利]棒式芯杆屈曲约束钢支撑

说明书

技术领域

本发明涉及结构工程抗震防灾领域，尤其涉及工程结构中的的屈曲约束支撑，具体为一种棒式芯杆屈曲约束钢支撑。

背景技术

传统钢支撑可在受拉时屈服并消能，但在受压时会发生屈曲失稳，受压承载力低，无法屈服消能，其抗震性能不好。屈曲约束支撑是一种受压下不发生屈曲失稳的轴心受力构件，又称防压曲支撑，屈曲约束支撑在主受力部件的周围设置约束部件，使主受力部件在受压时不致屈曲失稳，从而达到全截面塑性屈服。在水平地震往复作用下，屈曲约束支撑的主受力部件不仅在轴心受拉作用时能够屈服，在受压时也能屈服，从而有效消耗地震输入结构中的能量，减小结构的水平侧移变形，起到高效减震防灾的功效。

屈曲约束支撑一般由主受力部件、约束部件组成。主受力部件和约束部件均采用钢材制造时，形成全钢型屈曲约束支撑，其便于减少工序，缩短制造周期。

屈曲约束支撑的主受力部件用于承受轴心拉压力作用并产生屈服耗能，多位于支撑内部。主受力部件沿轴向一般分为消能段、转换段和安装段。消能段是轴心拉压力作用下全截面产生屈服的区段，常见截面多为长方形、十字形、工字形等薄壁截面。安装段是将支撑与结构连接的区段，其受力应处于弹性阶段，安装段设置在支撑的两端，用于将支撑与工程结构连接起来，安装段主要承受轴心力，并传递到消能段，安装段应尽量采用铰接以减小弯矩作用，防止消能段偏心受力。转换段是消能段与工程结构连接之前的一个过渡，转换段既要避免象消能段那样屈服，又要防止屈曲失稳，并转换到安装段而脱离约束。

约束部件用于防止主受力部件屈曲失稳，多设在主受力部件的外围。主受力部件应避免通过粘结、摩擦或机械作用向约束部件传递轴力，保证主受力部件屈服耗能而约束部件不发生屈服。

现有的全钢型屈曲约束支撑，多采用薄壁钢件充当消能段，其存在下列方面的问题：

一方面，消能段薄壁钢件的薄壁肢件在厚度方向及其正交方向的尺寸、刚度及稳定性相差悬殊，导致约束构造复杂，约束可靠性不易保证，在轴向动态压应变较大时容易发生局部高阶屈曲失稳，耗能性能得不到保证，在强震动力作用下的工作可靠性差；另一方面，制作工艺困难，质量不易保证；而且，支撑安装段构造不合理，与工程结构的连接安装往往很困难，原因是支撑的安装连接多是在工程结构的节点梁柱构件及节点连接件施工安装之后进行的，在支撑安装过程中往往产生支撑不易就位、不易临时固定或者就位后附加连接件不宜安装等问题，不利于工程应用。

发明内容

本发明为了解决现有屈曲约束支撑的消能段钢肢件在不同方向的刚度和稳定性差异较大以及由此导致的局部稳定性差且支撑施工安装难、约束结构构造复杂的问题，提供了一种各向刚度稳定性均匀、性能优良、安装连接容易且结构简单的棒式芯杆屈曲约束钢支撑。

本发明是采用如下技术方案实现的：棒式芯杆屈曲约束钢支撑，包括核心主受力钢部件和外部约束钢部件，核心主受力钢部件包括位于其中部的消能段、固定在消能段轴向两端的转换段和固定在两个转换段外侧的安装段，消能段为实心钢棒或空心钢管，安装段包括接头钢板和沿其轴向正交固定的加劲钢板；外部约束钢部件包括局部约束钢件和整体约束钢件，局部约束钢件包括套在消能段四周且与消能段之间为空气间隙的芯杆钢套筒，整体约束钢件包括固定在芯杆钢套筒外侧的拓延钢架以及辅助钢筒，拓延钢架包括沿芯杆钢套筒轴线且固定在其外壁的轴向拓延钢板或/和垂直于芯杆钢套筒轴线且固定在其外壁的横向拓延钢板，辅助钢筒包括套在转换段上的转换段钢筒；两段转换段中的其中一段与转换段钢筒相互摩擦接触且与芯杆钢套筒及拓延钢架之间留有间隙。

由于消能段为各向尺寸较均匀的实心钢棒或为空心的薄壁闭口截面，因而消能段芯杆截面尺寸在各向对称或多向对称，各方向的尺寸较均匀，各方向的局部稳定承载力均匀、防屈曲能力高。消能段的截面采用空心钢管围套起来对钢棒的高阶屈曲进行约束十分有效而方便。制作时，将实心钢棒或空心钢管进行一般切割即可完成消能段的下料，将钢棒或钢管直接穿入芯杆钢套筒中完成消能段的局部屈曲约束，再在空心套管上固定少量的轴向或横向拓延钢件以及辅助钢筒，完成消能段及其局部约束钢筒的整体约束。在芯杆钢套筒上固定拓延钢架以防止其整体失稳，通过对钢棒的局部屈曲进行约束并对其整体稳定进行约束，实现对核心主受力部件的侧向约束。

两段安装段中的其中一段的接头钢板的数量为一块，接头钢板外部的加劲钢板位于接头钢板一侧。

两段安装段中的其中一段的接头钢板为板面相互平行且留有间隙的两块钢板。