[发明专利]一种槽钢开槽式十字形变截面钢芯防屈曲限位耗能支撑构件

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，尤其是一种内置钢芯为变截面十字形，外约束钢管为开槽式对焊槽钢的防屈曲耗能支撑构件。受荷前期变截面钢芯（1）耗能屈服，变形量达到限位槽（4）的约束点时，外约束钢管（2）与屈服后钢芯（1）共同提供轴向刚度，约束结构整体变形，实现限制位移的功能。

背景技术

屈曲约束支撑又称防屈曲支撑或BRB(Buckling restrained brace)，产品技术最早发展于1973年的日本，当时的一批日本学者成功研发了最早的墙板式防屈曲耗能支撑，并对其进行了加入不同无粘结材料的拉压试验；1994年北岭地震后，美国也开始对放屈曲支撑体系进行相应的设计研究和大比例试验，同时结合理论计算分析了该支撑体系较其他支撑体系的优点。防屈曲支撑由支撑内芯、外围约束构件组成，可为框架或排架结构提供很大的抗侧刚度和承载力，采用支撑的结构体系在建筑结构中应用十分广泛。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内芯受压时所产生的膨胀变形。外套筒和填充材料仅约束芯板受压屈曲，使芯板在受拉和受压下均能进入屈服，因而，防屈曲约束支撑的滞回性能优良。

传统的防屈曲支撑构件具有以下特点，仅钢芯与结构构件相连，荷载完全由内芯板承担，外套筒和填充材料仅约束内芯板受压屈曲以防止内芯板受压失稳，使内芯板在受拉和受压下均能进入屈服。即仅考虑芯板一个耗能核心，不考虑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，我们准备设计一种可以在钢芯耗能屈服后，利用外约束钢管的轴向刚度限制结构整体侧移的一种新型的防屈曲支撑构件。

发明内容

本发明在现有防屈曲支撑基础上，提出一种槽钢开槽式十字形变截面防屈曲限位耗能支撑构件，是针对现有防屈曲支撑只依靠钢芯屈服耗能，而没有位移控制装置的功能上的改进。外约束钢管采用开槽式对焊槽钢形成的方形钢管，钢芯采用十字形钢变截面设计与外约束钢管的限位槽相嵌合，从而便于在钢芯屈服后利用外约束钢管的轴向刚度达到限位的目标。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种槽钢开槽式十字形变截面钢芯防屈曲限位耗能支撑构件，包括十字形钢芯和外约束钢管，十字形钢芯位于外约束钢管内部，外约束钢管与十字形钢芯形成的四个长方形区域内填充四个正方形薄壁型钢钢管混凝土，其特征在于，所述十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，十字形钢芯的四个翅通过限位槽伸出外约束钢管外，约束钢管在对应的十字形钢芯截面局部变大段b的四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的四个翅处以60°坡角局部增大截面，直至截面穿出外约束钢管限位槽约30mm，所述外约束钢管由两个开槽的槽钢对焊形成方形截面，槽钢对接焊缝见；槽钢腰部长度为腿部长度的2倍，且外约束钢管的宽度大于十字形钢芯屈服工作段翼缘宽度，小于十字形钢芯截面变大处的翼缘宽度，外约束钢管、十字形钢芯及正方形薄壁型钢钢管混凝土之间的缝隙设置无粘结材料。所述外约束钢管的槽钢腰部中间开槽，纵向开槽位置与钢芯变截面区域一致，限位槽距离外约束钢管端部的长度d为钢管长度的1/12，限位槽长度e为外钢管总长度的1/6。两槽钢腿部对焊时要求局部焊接，与腰部限位槽相同位置的腿部局部不焊接作缀板为此对边内的限位槽。

所述十字形钢芯截面于外钢管限位槽处以60°坡角局部增大截面，直至截面穿出外钢管限位槽，保证受拉时钢芯与外钢管连接安全，防止滑脱并利用外钢管的轴向刚度限制结构侧移。

所述外约束钢管由两个开槽的槽钢对焊形成方形截面，且外约束钢管的宽度大于十字形钢芯屈服工作段翼缘宽度，小于十字形钢芯截面变大处的翼缘宽度。

所述外约束钢管的槽钢腰部中间开槽，纵向开槽位置与钢芯变截面区域一致，限位槽距离外钢管端部的长度d为钢管长度的1/12，限位槽长度e为外钢管总长度的1/6。

所述限位槽开槽长度与钢芯截面变大长度的距离差，考虑包括钢芯屈服时的受拉、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。

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。