[发明专利]一种采用GFRP角钢约束的防屈曲耗能支撑结构

说明书

本发明属于土木工程结构减震抗风技术领域，提供了一种采用GFRP角钢约束的防屈曲耗能支撑结构。该防屈曲耗能支撑结构以中间窄两端宽的芯板为主体结构，芯板两端加宽的区域分别对称设有两个加劲肋板，形成端部为十字形的结构；芯板的两端延伸部分为十字形安装节点板，安装节点板上设有螺孔，支撑结构通过GFRP高强螺栓和安装节点板与框架结构连接；四个GFRP角钢分别设置在芯板周围，组成十字形，再通过GFRP高强螺栓与芯板固定在一起。约束部件为采用GFRP角钢，其自身重量轻，且强度高，即通常所说的轻质高强。除此外，其抗腐蚀、抗疲劳性能好,可以在酸、碱、氯盐和潮湿的环境中长期使用,因而可提高结构的使用寿命。

技术领域

本发明属于土木工程结构减震抗风技术领域，一种采用GFRP角钢约束的防屈曲耗能支撑结构。

背景技术

现代建筑结构在设计过程中必须要考虑建筑结构的抗震性能，特别是位于地震高发区的建筑结构。除了需要预防地震破坏外，许多建筑结构的设计还需要考虑其抗风性能。

耗能减震结构体系与传统的抗震结构体系相比，在安全性、经济性和技术合理性方面都要优越一些。传统抗震结构的基本原理是通过增强结构本身的抗震性能(强度、刚度)来抵御地震作用，即依靠结构本身和承重构件的损坏来储存、转换和消耗地震能量。结构抗震能力主要取决于结构的弹塑性变形能力与滞回环耗能能力，而结构本身不具备自我调节的能力，可以说是被动消极的抗震措施。

耗能减震结构体系由于设有非承重耗能构件(耗能支撑、耗能剪力墙等)，他们具有较大的耗能能力，在强震中耗能元件能率先进入耗能状态，消耗输入结构中的地震能量及衰减结构的地震反应，保护主体结构和构件免遭损坏，从而确保结构在强震中的安全性。耗能减震结构是通过“柔性消能”的方式减少结构的地震反应，主体结构和消能装置分工明确，主体结构的承重构件负责承受主要荷载，而消能装置并非承重构件，仅承担为结构提供较大阻尼，耗散输入结构的地震能量的作用。这样一方面能够减少结构构件的设置、断面和配筋, 另一方面由于消能装置的协调合作，耗散了一部分地震能量，从而提高了结构整体的抗震安全度。工程资料表明，采用消能减震结构体系,对于新建建筑可以节省结构5％～10％的造价。随着建筑技术的不断发展，高强轻质材料越来越多的被采用，结构构件断面越来越小，房屋高度越来越高，结构跨度也越来越大，若要满足结构抗震的要求，已无法采用传统抗震理论中的单纯依靠构件的强度和刚度，以“硬碰硬”的方式来抵御地震的方法，而耗能减震结构则更加倾向于“以柔克刚”，结构越高、越柔、跨度越大，消能减震效果越显著。因而，耗能减震结构更加适应现代建筑技术的发展。

现在的建筑结构系统中，框架结构和框架-支撑结构应用十分广泛。纯框架结构的抗侧刚度有限，在地震和强风荷载作用下，侧向位移较大，限制了他的应用高度。框架-支撑结构在一定程度上解决了结构抗侧刚度的问题，但其在强震作用下受压时易产生屈曲现象，极易造成支撑本身或连结的破坏与失效，同时支撑屈曲后的滞回性能能力变差，很难有效的耗能，使结构的抗震能力降低。为解决支撑受压屈曲的问题，一些学者研发出一种能防止屈曲的支撑构件，称为防屈曲耗能支撑。防屈曲耗能支撑一般由3部分组成，即核心单元、约束单元及滑动机制单元。常见的防屈曲耗能支撑包括两种类型，即灌浆型和纯钢型。灌浆型指约束材料为混凝土材料，而纯钢型则指整个产品仅使用钢材的情况。灌浆型产品为早期产品，在各国使用较为广泛，而纯钢型则相对发展较晚，但由于其自身优势明显，已开始在各国大面积使用。但是，这两种类型的防屈曲耗能支撑存在一个共同问题，就是支撑装置自身重量太大，给安装和应用带来很大不便。