專利名稱：“巨”字形扣件約束型裝配式防屈曲耗能支撐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型的防屈曲耗能支撐，屬于結(jié)構(gòu)工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
日本阪神地震與美國北嶺地震后，防屈曲耗能支撐作為一種性能優(yōu)越的消能減震 構(gòu)件，在日美等多震的發(fā)達(dá)國家得到了快速的推廣應(yīng)用。防屈曲耗能支撐由內(nèi)核與外圍兩 部分組成內(nèi)核構(gòu)件直接承受軸向荷載作用，一般采用低屈服點(diǎn)的鋼材，之所以采用低屈服 點(diǎn)的鋼材，是希望在中震和大震下防屈曲耗能支撐能夠先于框架進(jìn)入屈服，從而提高結(jié)構(gòu) 的延性性能并充分發(fā)揮支撐的耗能作用；外圍約束構(gòu)件并不直接承受軸壓作用，但它對內(nèi) 核構(gòu)件的約束作用可提高內(nèi)核構(gòu)件的屈曲荷載，使內(nèi)核部分在外壓力作用下發(fā)生全截面屈 服，從而提高構(gòu)件滯回環(huán)的飽滿度和構(gòu)件的耗能能力。 防屈曲耗能支撐兼具"支撐"和"耗能"兩種作用，是一種在地震作用下表現(xiàn)良好
的消能減震構(gòu)件。在小震作用下，防屈曲耗能支撐保持彈性，從而為主體結(jié)構(gòu)提供足夠的剛
度，保證主體框架的側(cè)移滿足要求；在中震和大震作用下，防屈曲耗能支撐進(jìn)入屈服，通過
其內(nèi)核截面的屈服耗散地震能量，從而保護(hù)主體框架的安全并有效消減地震反應(yīng)。 在我國防屈曲耗能支撐尚處于起步階段，我國目前在工程上普遍采用的防屈曲耗
能支撐，大多是由外圍鋼管混凝土與內(nèi)核鋼板組成，內(nèi)核鋼板要刷上一層無粘結(jié)材料，并與
填充混凝土之間留有一定的空隙，以防止外圍鋼管混凝土約束內(nèi)核鋼板的受壓膨脹變形，
制作過程較為復(fù)雜，制作成本較高，并且不利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化批量生產(chǎn)。如果對防屈曲耗能支
撐的屈服荷載要求不高，通?？刹捎?一"字型內(nèi)核；如果需要較高的屈服荷載，則通常采用
三塊板焊接成的"工"字型內(nèi)核，而焊接的過程對鋼材材性影響較大，會(huì)存在殘余應(yīng)力并導(dǎo)
致周圍材料變脆，防屈曲耗能支撐可在次數(shù)不多的拉壓循環(huán)下就發(fā)生斷裂。 為克服普通防屈曲耗能支撐的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種全新的裝配式防屈曲
耗能支撐，它利用螺栓將兩個(gè)"巨"字形扣件組合在一起作為外圍約束構(gòu)件，利用熱軋H型
鋼作為內(nèi)核受力構(gòu)件，從而得到一種低成本、高效率的消能減震構(gòu)件。在地震作用下，熱軋
H型鋼在受壓時(shí)會(huì)達(dá)到全截面屈服，而不發(fā)生屈曲，這對控制地震下的結(jié)構(gòu)變形和好散地震
能量都是是很有利的。這種防屈曲耗能支撐的內(nèi)核與外圍之間也要留有一定的間隙，但是
它的間隙存在于"巨"字形扣件與內(nèi)核之間，即鋼材與鋼材之間的間隙，而不是混凝土與鋼
材之間的間隙，加工精度很容易滿足；另外，這種防屈曲耗能支撐利取材便利，材料成本較
低；大部分的工序都可以在加工廠完成，構(gòu)件運(yùn)至施工現(xiàn)場拼裝起來即可，現(xiàn)場施工十分便
利簡單；它利用H型鋼作為內(nèi)核受壓部件，延性很好，并且屈服荷載能夠達(dá)到較大的噸位；
它將約束構(gòu)件放置于內(nèi)核部分的周邊，從而實(shí)現(xiàn)了截面效率的最大化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出的"巨"字形扣件約束型裝配式防屈曲耗能支撐，目的在于提供一種全 新的裝配式的支撐消能構(gòu)件，為結(jié)構(gòu)主體提供抗側(cè)力作用，并在大震作用下有效耗能，消減地震作用；在防屈曲耗能支撐的構(gòu)成方面，本發(fā)明的防屈曲耗能支撐的突出特點(diǎn)是，內(nèi)核采 用熱軋H形鋼，比起普通防屈曲耗能支撐的焊接組合截面內(nèi)核具有更高的延性和更好的耗 能能力；另外，該防屈曲耗能支撐采用組合冷彎薄壁型鋼作為外圍約束構(gòu)件，并布置在內(nèi)核 部分周圍，實(shí)現(xiàn)了截面承載效率的最大化。 約束比是防屈曲耗能支撐的一個(gè)重要參數(shù)，它是防屈曲耗能支撐整體彈性屈曲荷 載與內(nèi)核屈服荷載的比值，即
— ;z"2附+五2/2)/丄2 它反應(yīng)了外圍約束部分對內(nèi)核的約束作用的強(qiáng)弱。通過設(shè)置合理的約束比，可保 證防屈曲耗能支撐的正常工作。對于本發(fā)明提出的"巨"字形扣件約束型裝配式防屈曲耗 能支撐，取約束比在1. 8-2. 0之間，即可保證外圍具有足夠的約束作用。
本發(fā)明提出的"巨"字形扣件約束型裝配式防屈曲耗能支撐，其特征在于含有 "巨"字形扣件和熱軋H型鋼，其中"巨"字形扣件共有兩個(gè)第一"巨"字形扣件(1)和第二 "巨"字形扣件(2)，所述每一個(gè)"巨"字形扣件由一個(gè)帽形冷彎薄壁型鋼和內(nèi)嵌于該帽形冷 彎薄壁型鋼內(nèi)側(cè)的槽型冷彎薄壁型鋼互相焊接而成，在由所述帽形冷彎薄壁型鋼和槽型冷 彎薄壁型鋼形成的封閉矩形管內(nèi)灌注混凝土，所述第一"巨"字形扣件(1)和第二"巨"字 形扣件(2)以內(nèi)側(cè)相對的方式在帽緣處扣合，并在所述扣合處用螺栓連接；熱軋H型鋼，位 于所述第一"巨"字形扣件(1)和第二"巨"字形扣件(2)扣合后形成的"H"字形空間中， 構(gòu)成內(nèi)核構(gòu)件；在所述第一"巨"字形扣件(D、第二"巨"字形扣件(2)這兩個(gè)扣件和所述 熱軋H型鋼之間留有間隙，用以防止所述外圍構(gòu)件約束所述內(nèi)核構(gòu)件受壓而產(chǎn)生的截面膨 脹變形。 本發(fā)明提出的"巨"字形扣件約束型裝配式防屈曲耗能支撐，能夠?yàn)槎喔邔咏ㄖY(jié) 構(gòu)提供良好的抗側(cè)力作用，且在大震作用下，能夠達(dá)到全截面屈服，從而有效耗能。此外，該 防屈曲耗能支撐為裝配式構(gòu)件，易于加工與安裝，能夠有效降低結(jié)構(gòu)造價(jià)，是一種性能卓越 的防屈曲耗能支撐。


圖l為本發(fā)明的'
圖2為本發(fā)明的'
圖3為本發(fā)明的'
'字形扣件約束型裝配式防屈曲耗能支撐截面示意圖。 '字形扣件約束型裝配式防屈曲耗能支撐三維示意圖。 字形扣件約束型裝配式防屈曲耗能支撐的"巨"字形扣件詳
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。 在如圖1 4中 l-"巨"字形扣件l 2-"巨"字形扣件2 3-熱軋H型鋼 4-螺栓
如圖1和圖2所示，防屈曲耗能支撐由兩個(gè)"巨"字形扣件1 2與內(nèi)核熱軋H型 鋼3組成。兩個(gè)"巨"字形扣件1 2分別由一個(gè)帽形冷彎薄壁型鋼和內(nèi)嵌于該帽形冷彎 薄壁型鋼內(nèi)側(cè)的槽型冷彎薄壁型鋼互相焊接而成；"巨"字形扣件1 2分別有一個(gè)封閉矩 形管，封閉矩形管內(nèi)要灌注混凝土 ；兩個(gè)"巨"字形扣件1 2在帽緣處通過螺栓連接在一 起，組成外圍約束構(gòu)件，兩個(gè)"巨"字形扣件1 2形成H形的空間用于放置內(nèi)核熱軋H型 鋼3 ;"巨"字形扣件1、"巨"字形扣件2與熱軋H型鋼3之間要留有適當(dāng)?shù)拈g隙，防止外圍 構(gòu)件約束內(nèi)核熱軋H型鋼3的受壓時(shí)的截面膨脹變形。 如圖3所示，兩個(gè)"巨"字形扣件1 2的帽形冷彎薄壁型鋼的帽緣處要預(yù)先開設(shè) 螺栓孔，孔徑與螺栓的螺桿匹配即可，便于用螺栓將兩個(gè)"巨"字形扣件1 2連接起來。
防屈曲耗能支撐與框架部分的連接構(gòu)造，與其他的防屈曲耗能支撐相同。
實(shí)驗(yàn)證明，本發(fā)明具有如下明顯的優(yōu)點(diǎn) 它在小震作用下保持彈性，發(fā)揮支撐的作用，為結(jié)構(gòu)提供足夠的抗側(cè)剛度以滿足
層間位移限制要求；它在中震或大震作用下將進(jìn)入屈服，發(fā)揮阻尼器的作用，耗散地震能
量，降低主體結(jié)構(gòu)的地震相應(yīng)，并保護(hù)主體結(jié)構(gòu)的安全。 它的生產(chǎn)過程簡單，加工費(fèi)用較低，可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化批量生產(chǎn)； 它是一種裝配式的構(gòu)件，所有的加工工序都能在工廠內(nèi)完成，比如"巨"字形扣件
封閉矩形管內(nèi)灌注混凝土、開螺栓孔等，在施工現(xiàn)場的拼裝十分快捷方便。 它的內(nèi)核利用熱軋H型鋼承受軸壓力，延性非常好，并且可以實(shí)現(xiàn)較大噸位的屈
服荷載。而如果利用焊接的工字鋼作為內(nèi)核，則焊接殘余應(yīng)力和殘余變形將會(huì)大大影響到
防屈曲耗能支撐的加工精度與延性性能。 它將約束構(gòu)件布置在內(nèi)核的周邊，增大了約束構(gòu)件的慣性矩，提高了截面的效率。
權(quán)利要求
“巨”字形扣件約束型裝配式防屈曲耗能支撐，其特征在于，含有“巨”字形扣件和熱軋H型鋼，其中“巨”字形扣件，共有兩個(gè)第一“巨”字形扣件(1)和第二“巨”字形扣件(2)，所述每一個(gè)“巨”字形扣件由一個(gè)帽形冷彎薄壁型鋼和內(nèi)嵌于該帽形冷彎薄壁型鋼內(nèi)側(cè)的槽型冷彎薄壁型鋼互相焊接而成，在由所述帽形冷彎薄壁型鋼和槽型冷彎薄壁型鋼形成的封閉矩形管內(nèi)灌注混凝土，所述第一“巨”字形扣件(1)和第二“巨”字形扣件(2)以內(nèi)側(cè)相對的方式在帽緣處扣合，并在所述扣合處用螺栓連接；熱軋H型鋼，位于所述第一“巨”字形扣件(1)和第二“巨”字形扣件(2)扣合后形成的“H”字形空間中，構(gòu)成內(nèi)核構(gòu)件，在所述第一“巨”字形扣件(1)、第二“巨”字形扣件(2)這兩個(gè)扣件和所述熱軋H型鋼之間留有間隙，用以防止所述外圍構(gòu)件約束所述內(nèi)核構(gòu)件受壓而產(chǎn)生的截面膨脹變形。
全文摘要
“巨”字形扣件約束型裝配式防屈曲耗能支撐，屬于結(jié)構(gòu)工程技術(shù)領(lǐng)域。其特征在于所述支撐由兩個(gè)“巨”字形扣件和熱軋H型鋼組成；兩個(gè)“巨”字形扣件通過螺栓連接在一起，組成外圍約束構(gòu)件；兩個(gè)“巨”字形扣件的封閉矩形管內(nèi)灌注混凝土；兩個(gè)“巨”字形扣件于熱軋H型鋼之間要留有適當(dāng)?shù)拈g隙。本發(fā)明能夠?yàn)槎喔邔咏ㄖY(jié)構(gòu)提供的抗側(cè)力作用，且在大震作用下能夠達(dá)到全截面屈服，從而有效耗能。用熱軋H形鋼作為內(nèi)核受力構(gòu)件，截面規(guī)格選擇寬泛，可實(shí)現(xiàn)較大噸位的屈服荷載，并且比起焊接工字鋼具有更好的延性。此外，取材容易，加工簡單，施工方便，造價(jià)低廉，便于工業(yè)化批量生產(chǎn)。
文檔編號E04B1/30GK101718123SQ20091025964
公開日2010年6月2日 申請日期2009年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月21日
發(fā)明者蘭濤, 江磊鑫, 田廣宇, 郭彥林 申請人:清華大學(xué)