[实用新型]一种采用GFRP角钢约束的防屈曲耗能支撑结构

说明书

技术领域

本实用新型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。

社会科学技术和土木工程结构学科发展迅速,这在很大程度上得益于性质 优异的新材料、新技术的应用和发展。其中GFRP(GlassFiberReinforcedPlastics) 以其优异的力学性能及适应现代工程结构向大跨、高耸、重载、轻质发展的需 求,正被越来越广泛地应用于桥梁工程、各类民用建筑、海洋工程、地下工程 中,受到了结构工程界的广泛关注。GFRP各方面性能如下：(1)抗拉强度高。 GFRP的抗拉强度均明显高于钢筋,与高强钢丝抗拉强度差不多,一般是钢筋 的2倍甚至达10倍。(2)GFRP材料抗腐蚀、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,这是其它结构材 料难以做到的。(3)重量很轻，但强度很高，即通常所说的轻质高强。因此采 用GFRP材料可减轻结构自重，施工方便,其重量一般为钢材的20％。(4)良 好的可设计性。GFRP属于人工材料，可根据工程需要采用不同纤维材料、纤维 含量和铺陈方式等不同工艺设计出不同强度指标、弹性模量及特殊性能要求的 GFRP产品，且GFRP产品形状可灵活设计。(5)可工厂化生产，现场安装， 有利于保证工程质量、提高劳动效率和建筑工业化。

实用新型内容