[发明专利]一种螺栓转化式防屈曲耗能支撑及制作工艺

说明书

技术领域

本发明涉及建筑工程和桥梁工程结构减振技术领域，尤其是一种防屈曲耗能支撑及制作工艺。

背景技术

中国地震活动频度高、强度大、震源浅，分布广，是一个震灾严重的国家。中国地震主要分布在五个区域：台湾地区、西南地区、西北地区、华北地区、东南沿海地区和23条地震带上。1949年以来，100多次破坏性地震袭击了我国22个省(自治区、直辖市)。在20世纪里，全球共发生3次7.6级以上的强烈地震，其中两次发生在中国；全球发生两次导致20万人死亡的强烈地震也都发生在中国，一次是1920年宁夏海原地震；一次是1976年河北唐山地震。近年来，地震在我国的依然非常活跃，给我国居民的生命安全带来了巨大隐患；我国每年都将花重资进行震后的重建工作，这严重阻碍了我国社会的发展。最近几十年来，各类耗能减震构件在美国、日本、我国台湾等国家和地区已得到了广泛的应用，防屈曲耗能支撑就是其中的一种耗能构件。

防屈曲耗能支撑一般主要包括内部核心受力单元和外围约束单元组成，当采用防屈曲耗能支撑的结构受到地震等动力荷载时，外围的约束单元能够保证内部核心受力单元在受压时能够达到全截面屈服的状态，并通过屈服滞回达到耗能的效果，从而达到结构“保险丝”的作用。如能在我国地震多发的高烈度区大量推广防屈曲耗能支撑，将大 大提高我国建筑结构、桥梁结构等的安全系数，从而可以更好得保证居民的生命安全和财产安全。

目前，国内市场上的防屈曲耗能支撑主要分为两大类：①纯钢类防屈曲耗能支撑；②钢-混凝土类防屈曲耗能支撑。国内在这方面的研究已取得了一定的成果，但行业总体还处在起步阶段，我国在防屈曲耗能支撑的设计、加工、试验以及工程应用等方面并不成熟。现有防屈曲耗能支撑存在以下几个问题：

1.设计缩尺防屈曲耗能支撑或者小吨位防屈曲耗能支撑时，由于吨位较小，核心受力单元所采用的板相对较薄，初始缺陷对钢板的动力性能、力学性能、疲劳性能等都有很大的影响。如果核心受力单元的屈服段和非屈服段、过渡段采用焊接方式连接，焊缝质量和焊接工艺要求很高，即便满足焊缝质量要求和焊接工艺的要求，焊接所产生的残余应力和焊接时的大量热量对核心受力构件力学性能、动力性能等的影响仍然很大。焊缝延性较差，很容易在动力荷载下出现破坏现象，这将大幅降低结构的安全系数。上述两者因素的影响综合起来将对防屈曲耗能支撑的性能有更加严重的影响，将大大降低采用防屈曲耗能支撑结构的安全性。

2.随着国民经济的发展，大跨度桥梁、超高超限的建筑结构、大悬挑结构等在我国如雨后春笋般涌现，这些结构所采用的防屈曲耗能支撑的尺寸、吨位、耗费材料相对较大。其中，核心受力构件的屈服段将很厚(采用“一”字形截面形式时，截面厚度将更厚)，不利于防屈曲耗能支撑和主体结构进行连接，特别当核心受力单元的屈服段和非屈服段、过渡段采用焊接方式连接时，钢材可焊性较差，焊接工艺将 要求将大大提高，且会有Z向性能问题，将会降低防屈曲耗能支撑的性能，影响结构的耗能性能和安全性能，并降低防屈曲耗能支撑与主体结构连接施工的可操作性和安全性等，使得工艺难度增大，造价上升。

3.针对上述问题2，如果大吨位防屈曲耗能支撑采用较薄的板来制作核心受力构件，截面较大，材料得不到充分的利用，经济性能较差，并会影响到结构的整体美观；而如果采用强度高的钢材，强度高的钢材的韧性、冲击性能等动力性能以及焊接性能比软钢差很多，对防屈曲耗能支撑的工程应用的效果产生很大的不利影响，会降低结构的耗能性能、耐久性和安全系数。

综上所述，在建筑结构中采用现有的防屈曲耗能支撑面临以下问题：1.初始缺陷对较薄钢板的静力性能和动力性能的影响较大；2.焊缝延性差，焊缝位置容易出现锈蚀问题；3.焊接工艺要求高、烦琐；4.焊接的残余应力和残余变形大，容易产生安装偏差；5.连接件的耗能性能差的问题；6.耐久性、力学性能；7.材料利用率问题。上述这些问题都将较大地影响钢结构在各类工况下的结构性能，结构安全系数较低。

发明内容

为了克服已有防屈曲耗能支撑的延性较差、容易对支撑核心受力构件产生残余应力和残余变形、耐久性和抗震性能较差的不足,本发明提供了一种延性较好、避免对支撑核心受力构件产生残余应力和残余变形、耐久性和抗震性能良好的螺栓转化式防屈曲耗能支撑及制作工艺。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：