[发明专利]一种采用滑移连接套筒的超长屈曲约束支撑及其制作方法

说明书

本发明提供一种采用滑移连接套筒的屈曲约束支撑，包括若干屈曲约束支撑短构件，若干所述屈曲约束支撑短构件均包括芯材和约束构件，芯材位于约束构件内，芯材包括位于中间的耗能段和位于耗能段两端的两耗能芯材放大连接头，相邻两根屈曲约束支撑短构件之间均分别通过滑移连接套筒与耗能芯材放大连接头的配合进行插接，滑移连接套筒上开设有槽形孔，耗能芯材放大连接头通过槽形孔与滑移连接套筒插接，并焊接固定。并且还提供了一种制作采用滑移连接套筒的屈曲约束支撑的制作方法。本发明具有耗能芯材摩擦效应小，沿支撑长度受力和变形均匀，塑性变形能力、耗能能力和低周疲劳性能强，运输方便和施工简便等优点。

技术领域

本发明属于建筑结构消能减震技术领域，特别是涉及一种用于大跨度和高层建筑中的采用滑移连接套筒的超长屈曲约束支撑及其制作方法。

背景技术

屈曲约束支撑是一种受压时发生屈服而不屈曲的高效耗能减震装置，其基本构造由耗能芯材(钢材)和约束构件(钢管混凝土等)组成（如图1所示）。通过约束构件的套箍作用，可实现耗能芯材拉压全截面屈服耗散地震能量，减小结构地震损伤，目前已被广泛应用于多高层和大跨度建筑中，提高建筑结构的抗震性能和防倒塌能力。

屈曲约束支撑的耗能芯材和约束构件一般由热轧钢板或型钢通过切割成短板件或短构件后再经焊接组装成形（如图1所示）。由于钢板和型钢的长度限制，屈曲约束支撑的最长长度只能限制在10米以内。然而，随着现代建筑的迅速发展，超高层和大跨度结构日益增多，采用屈曲约束支撑提高此类结构的抗侧刚度和抗震性能是最有效的技术手段，但对屈曲约束支撑的生产制作也提出了新挑战。如天津高银117大厦（超高层结构），所采用的屈曲约束支撑长度高达48米。

为制作满足建筑和结构功能要求的超长屈曲约束支撑（10~50米），传统技术手段采用焊接拼接方式（如图2和图3所示），把多段耗能芯材（10米）和多段约束构件（10米）通过拼接分别组装成超长耗能芯材和超长约束构件。这种传统技术存在以下问题：

（1）耗能芯材与约束构件之间的摩擦力造成的摩擦锁死问题

屈曲约束支撑的耗能原理是利用耗能芯材发生相对于约束单元的拉压塑性变形来实现的。理想的耗能机制是耗能芯材沿长度方向各个截面均同时进入屈服，进而最大限度的消耗地震能量。但由于耗能芯材与约束构件之间彼此接触，耗能芯材受压时会产生高阶弯曲变形（如图4所示），因此当两者发生相对轴向运动时必定会在波峰位置产生摩擦力，导致耗能芯材的轴向力和变形出现“两端大、中间小”的端部集中现象（即摩擦锁死现象），且支撑长度越长，上述现象越显著。

以往研究表明，虽然焊接拼接方案可以解决因钢板或型材长度限制引起的超长支撑制作问题，但由此引起的摩擦锁死现象将导致耗能芯材两端承受过大轴力和发生过大塑性变形而首先发生断裂破坏，而中部耗能芯材受力和变形减小反而无法进入屈服耗能状态，无法实现沿耗能芯材全长均匀变形、全长同时屈服的最优耗能机制，显著降低了屈曲约束支撑的变形和耗能能力。研究表明，上述摩擦锁死现象在支撑长度为5米以内时可得到明显缓解，但短支撑构件却始终无法适应大跨度和超高层建筑对超长屈曲约束支撑提出的新需求。

（2）焊接热影响引起芯材提早断裂的问题

由于耗能芯材采用焊缝拼接，若焊接位置靠近耗能区域，焊接引起的热影响区、焊接缺陷和残余应力均会显著降低芯材的变形能力和耗能能力。因此与常规屈曲约束支撑相比，超长屈曲约束支撑在地震中更易发生疲劳断裂，失去对建筑结构的地震保护作用，对其抗震性能也提出了新挑战。

综上所述，大跨度、超高层建筑的应用对超长屈曲约束支撑提出了新要求，对其生产制作和抗震性能提出了新挑战，采用现有焊接拼接技术无法保证支撑在超长情况下正常发挥其耗能作用，对此类大型公共建筑在超大地震下的安全性埋下了严重隐患。

发明内容

本发明为了解决传统超长屈曲约束支撑技术直接采用焊接拼接引起的摩擦锁死、变形集中和芯材过早断裂的难题，提出了一种采用滑移连接套筒的屈曲约束支撑及其制作方法。