本發(fā)明屬于建筑耗能減震技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種菱形截面二階段屈服防屈曲支撐。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)防屈曲支撐主要由內(nèi)部芯材、外部約束構(gòu)件及無(wú)粘結(jié)滑移界面組成，兼?zhèn)淞似胀ㄤ撝魏徒饘俸哪茏枘崞鞯墓δ堋?qiáng)震作用時(shí)防屈曲支撐不發(fā)生屈曲，具有優(yōu)良的耗能能力和延性，顯著降低主體結(jié)構(gòu)的地震損傷。

傳統(tǒng)防屈曲約束支撐有明顯的屈服變形且整體結(jié)構(gòu)中鋼梁和鋼柱均保持彈性狀態(tài)，結(jié)構(gòu)抗側(cè)能力較好。

但統(tǒng)鋼支撐發(fā)生屈曲后剛度退化嚴(yán)重，屈曲約束支撐屈服不屈曲且剛度不會(huì)嚴(yán)重退化。

此外，傳統(tǒng)的防屈曲支撐屈服位移較大，布置在混凝土結(jié)構(gòu)或鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)中時(shí)，難以在混凝土構(gòu)件開(kāi)裂之前首先發(fā)生屈服并耗散地震能量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種菱形截面二階段屈服防屈曲支撐，該支撐同時(shí)具有優(yōu)良的延性和耗能能力，發(fā)生屈曲后剛度退化較慢。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述的菱形截面二階段屈服防屈曲支撐包 括外部套管、內(nèi)部芯板、第一端部加勁板、第二端部加勁板、第三端部加勁板、第四端部加勁板、第一加勁板及第二加勁板；

外部套管套接于內(nèi)部芯板的中部，第一端部加勁板的下端面及第二端部加勁板的上端面分別固定于內(nèi)部芯板左側(cè)的上表面及下表面上，第一端部加勁板的右側(cè)及第二端部加勁板的右側(cè)均插入于外部套管內(nèi)，第三端部加勁板的下端面及第四端部加勁板的上端面分別固定于內(nèi)部芯板右側(cè)的上表面及下表面上，第三端部加勁板的左側(cè)及第四端部加勁板的左側(cè)均插入于外部套管內(nèi)，第一加勁板及第二加勁板位于外部套管內(nèi)，第一加勁板的下端面及第二加勁板的上端面分別固定于內(nèi)部芯板中部的上表面及下表面上，且第一加勁板的左右兩端分別與第一端部加勁板及第三端部加勁板之間有間隙，第二加勁板的左右兩端分別與第二端部加勁板及第四端部加勁板之間有間隙，第一端部加勁板的上端面、第二端部加勁板的下端面、第三端部加勁板的上端面、第四端部加勁板的下端面、第一加勁板的上端面及第二加勁板的下端面均與外部套管的內(nèi)壁相接觸；

所述外部套管的橫截面為菱形結(jié)構(gòu)，內(nèi)部芯板沿所述菱形結(jié)構(gòu)的一條對(duì)角線分布，第一端部加勁板、第二端部加勁板、第三端部加勁板、第四端部加勁板、第一加勁板及第二加勁板均沿所述菱形結(jié)構(gòu)的另一條對(duì)角線分布。

內(nèi)部芯板與第一端部加勁板、第二端部加勁板、第三端部加勁板、第四端部加勁板、第一加勁板及第二加勁板之間均通過(guò)角焊縫相焊接。

第一端部加勁板、第二端部加勁板、第三端部加勁板及第四端部加 勁板均由第一鋼板、第二鋼板及第三鋼板依次焊接而成，其中，第一鋼板及第二鋼板均為長(zhǎng)方形結(jié)構(gòu)，第二鋼板為梯形結(jié)構(gòu)，第二鋼板位于外部套管內(nèi)；

第一端部加勁板及第三端部加勁板中第一鋼板的下端面、第二鋼板的下端面、第三鋼板的下端面均固定于內(nèi)部芯板的上表面上，第一端部加勁板及第三端部加勁板中第三鋼板的上端面與外部套管的內(nèi)壁相接觸；

第二端部加勁板及第四端部加勁板中第一鋼板的上端面、第二鋼板的上端面及第三鋼板的上端面均固定于內(nèi)部芯板的下表面上，第二端部加勁板及第四端部加勁板中第三鋼板的下端面均與外部套管的內(nèi)壁相接觸。

內(nèi)部芯板、第一端部加勁板、第二端部加勁板、第三端部加勁板、第四端部加勁板、第一加勁板及第二加勁板的材質(zhì)均為L(zhǎng)Y100鋼材；

外部套管的材質(zhì)為Q235鋼材。

第一端部加勁板的厚度與第二端部加勁板的厚度不同。

第三端部加勁板的厚度與第四端部加勁板的厚度不同。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明所述的菱形截面二階段屈服防屈曲支撐包括外部套管、內(nèi)部芯板、第一端部加勁板、第二端部加勁板、第三端部加勁板、第四端部加勁板、第一加勁板及第二加勁板，內(nèi)部芯板的中部、第一端部加勁板的一端、第二端部加勁板的一端、第三端部加勁板的一端、第四端部加勁板的一端、第一加勁板、第二加勁板均位于外部套管內(nèi)，且第一端部 加勁板、第二端部加勁板、第三端部加勁板、第四端部加勁板、第一加勁板及第二加勁板均固定于內(nèi)部芯板的表面且與外部套管的內(nèi)壁相接觸，從而通過(guò)第一端部加勁板、第二端部加勁板、第三端部加勁板、第四端部加勁板、第一加勁板、第二加勁板及內(nèi)部芯板作為整體共同抵抗支撐受到的軸向力。在發(fā)生屈服時(shí)，第一加勁板與第一端部加勁板及第三端部加勁板之間、第二加勁板與第二端部加勁板及第四端部加勁板之間的內(nèi)部芯板率先發(fā)生屈服，然后其他部分再發(fā)生屈服位移現(xiàn)象，相比傳統(tǒng)的防屈曲支撐發(fā)生屈服時(shí)約束屈服段必須全長(zhǎng)均發(fā)生屈服，本發(fā)明所述的支撐屈服位移更小，且發(fā)生屈曲后剛度退化較慢，同時(shí)使得支撐在主體結(jié)構(gòu)破壞前率先屈服耗散地震能量，從而有效的保護(hù)支撐主體結(jié)構(gòu)，支撐延性和耗能能力更強(qiáng)。在工程設(shè)計(jì)時(shí)，可以通過(guò)調(diào)整第一加勁板與第一端部加勁板及第三端部加勁板之間的間隙長(zhǎng)度、第二加勁板與第二端部加勁板及第四端部加勁板之間的間隙長(zhǎng)度來(lái)控制支撐的屈服位移，實(shí)現(xiàn)主體結(jié)構(gòu)破壞率先屈服的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的俯視圖；

圖2為圖1中A-A方向的截面圖；

圖3為圖1中B-B方向的截面圖；

圖4為本發(fā)明中內(nèi)部芯板2與第一端部加勁板3、第二端部加勁板4、第三端部加勁板7、第四端部加勁板8、第一加勁板5及第二加勁板6的位置關(guān)系圖。

其中，1為外部套管、2為內(nèi)部芯板、3為第一端部加勁板、4為第 二端部加勁板、5為第一加勁板、6為第二加勁板、7為第三端部加勁板、8為第四端部加勁板。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述：

參考圖2、圖3及圖4，本發(fā)明所述的菱形截面二階段屈服防屈曲支撐包括外部套管1、內(nèi)部芯板2、第一端部加勁板3、第二端部加勁板4、第三端部加勁板7、第四端部加勁板8、第一加勁板5及第二加勁板6；外部套管1套接于內(nèi)部芯板2的中部，第一端部加勁板3的下端面及第二端部加勁板4的上端面分別固定于內(nèi)部芯板2左側(cè)的上表面及下表面上，第一端部加勁板3的右側(cè)及第二端部加勁板4的右側(cè)均插入于外部套管1內(nèi)，第三端部加勁板7的下端面及第四端部加勁板8的上端面分別固定于內(nèi)部芯板2右側(cè)的上表面及下表面上，第三端部加勁板7的左側(cè)及第四端部加勁板8的左側(cè)均插入于外部套管1內(nèi)，第一加勁板5及第二加勁板6位于外部套管1內(nèi)，第一加勁板5的下端面及第二加勁板6的上端面分別固定于內(nèi)部芯板2中部的上表面及下表面上，且第一加勁板5的左右兩端分別與第一端部加勁板3及第三端部加勁板7之間有間隙，第二加勁板6的左右兩端分別與第二端部加勁板4及第四端部加勁板8之間有間隙，第一端部加勁板3的上端面、第二端部加勁板4的下端面、第三端部加勁板7的上端面、第四端部加勁板8的下端面、第一加勁板5的上端面及第二加勁板6的下端面均與外部套管1的內(nèi)壁相接觸；所述外部套管1的橫截面為菱形結(jié)構(gòu)，內(nèi)部芯板2沿所述菱形結(jié)構(gòu)的一條對(duì)角線分布，第一端部加勁板3、第二端部加勁板4、第三端部加勁板7、第四端部加勁板8、第一加勁板5及第二加勁 板6均沿所述菱形結(jié)構(gòu)的另一條對(duì)角線分布，能夠通過(guò)外部套管1對(duì)第一端部加勁板3、第二端部加勁板4、第三端部加勁板7、第四端部加勁板8、第一加勁板5及第二加勁板6進(jìn)行限位，從而有效的提高支撐的承載能力。

需要說(shuō)明的是，內(nèi)部芯板2與第一端部加勁板3、第二端部加勁板4、第三端部加勁板7、第四端部加勁板8、第一加勁板5及第二加勁板6之間均通過(guò)角焊縫相焊接；第一端部加勁板3、第二端部加勁板4、第三端部加勁板7及第四端部加勁板8均由第一鋼板、第二鋼板及第三鋼板依次焊接而成，其中，第一鋼板及第二鋼板均為長(zhǎng)方形結(jié)構(gòu)，第二鋼板為梯形結(jié)構(gòu)，第二鋼板位于外部套管1內(nèi)；第一端部加勁板3及第三端部加勁板7中第一鋼板的下端面、第二鋼板的下端面、第三鋼板的下端面均固定于內(nèi)部芯板2的上表面上，第一端部加勁板3及第三端部加勁板7中第三鋼板的上端面與外部套管1的內(nèi)壁相接觸；第二端部加勁板4及第四端部加勁板8中第一鋼板的上端面、第二鋼板的上端面及第三鋼板的上端面均固定于內(nèi)部芯板2的下表面上，第二端部加勁板4及第四端部加勁板8中第三鋼板的下端面均與外部套管1的內(nèi)壁相接觸。

另外，內(nèi)部芯板2、第一端部加勁板3、第二端部加勁板4、第三端部加勁板7、第四端部加勁板8、第一加勁板5及第二加勁板6的材質(zhì)均為L(zhǎng)Y100鋼材；外部套管1的材質(zhì)為Q235鋼材；第一端部加勁板3的厚度與第二端部加勁板4的厚度不同；第三端部加勁板7的厚度與第四端部加勁板8的厚度不同。

本發(fā)明的實(shí)施過(guò)程為：

1)先按設(shè)計(jì)要求加工制作外部套管1、內(nèi)部芯板2、第一端部加勁 板3、第二端部加勁板4、第三端部加勁板7、第四端部加勁板8、第一加勁板5及第二加勁板6；2)將第一加勁板5及第二加勁板6與內(nèi)部芯板2通過(guò)角焊縫的形式組成十字形型鋼結(jié)構(gòu)；3)將內(nèi)部芯板2與第一端部加勁板3、第二端部加勁板4、第三端部加勁板7及第四端部加勁板8通過(guò)角焊縫的形式焊接成十字形型鋼結(jié)構(gòu)；4)將外部套管1套接于上述兩個(gè)十字型鋼結(jié)構(gòu)上。

參考圖1，本發(fā)明的分段屈服原理為：內(nèi)部芯板2和第一端部加勁板3、第二端部加勁板4、第三端部加勁板7、第四端部加勁板8、第一加勁板5及第二加勁板6均采用低屈服點(diǎn)鋼材LY100，屈服強(qiáng)度f(wàn)_y＝80～120Mpa，抗拉強(qiáng)度f(wàn)_u＝200～300Mpa，強(qiáng)屈比＝1.67～3.75；l₁為節(jié)點(diǎn)區(qū)，l₂為過(guò)渡段，l₃及l(fā)₅為約束屈服段，l₄為無(wú)約束屈服段，節(jié)點(diǎn)區(qū)l₁通過(guò)過(guò)渡段l₂與約束屈服段l₃形成受力整體保證支撐受力完整。當(dāng)非約束屈服段l₄進(jìn)入強(qiáng)化階段后，其極限承載力F_u,4＝(1.67～3.75)F_y,4；當(dāng)非約束屈服段l₄的極限承載力F_u,4大于約束屈服段l₃及l(fā)₅的屈服承載力F_y,3及F_y,5(即f_uA₄>f_yA₃＝f_yA₅)時(shí)，隨著軸力F的增加約束屈服段l₃及l(fā)₅將發(fā)生第2階段屈服。

本發(fā)明在加載初始階段，各部件軸向變形不明顯，隨著往復(fù)荷載的增大，支撐會(huì)均出現(xiàn)顯著軸向拉伸和壓縮變形，其中，非約束屈服段l₄先發(fā)生屈服進(jìn)行耗能減震，其他部件再進(jìn)行屈服，直到支撐破壞為止，因此該支撐在軸力作用下的非約束屈服段首先發(fā)生屈服，減小其屈服位移，以便支撐能在主體結(jié)構(gòu)破壞前率先屈服并耗散地震能量，相當(dāng)于“保險(xiǎn)絲”一樣，起到保護(hù)主體結(jié)構(gòu)的作用。