本發(fā)明屬于建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種具有變角度四折痕型誘導(dǎo)單元的套管屈曲誘導(dǎo)支撐，適用于帶屈曲約束支撐的鋼結(jié)構(gòu)或者混凝土結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

在鋼結(jié)構(gòu)或者鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)使用過程中，普通支撐受壓會產(chǎn)生屈曲現(xiàn)象，當(dāng)支撐受壓屈曲后，剛度和承載力急劇降低。在地震或風(fēng)的作用下，支撐的內(nèi)力在受壓和受拉兩種狀態(tài)下往復(fù)變化。當(dāng)支撐由壓曲狀態(tài)逐漸變至受拉狀態(tài)時，支撐的內(nèi)力以及剛度接近為零。因而普通支撐在反復(fù)荷載作用下滯回性能較差。為解決普通支撐受壓屈曲以及滯回性能差的問題，在支撐外部設(shè)置套管，約束支撐的受壓屈曲，構(gòu)成屈曲約束屈曲約束支撐僅芯板與其他構(gòu)件連接，所受的荷載全部由芯板承擔(dān)，外套筒和填充材料僅約束芯板受壓屈曲，使芯板在受拉和受壓下均能進(jìn)入屈服，因而，屈曲約束支撐的滯回性能優(yōu)良。屈曲約束支撐一方面可以避免普通支撐拉壓承載力差異顯著的缺陷，另一方面具有金屬阻尼器的耗能能力，可以在結(jié)構(gòu)中充當(dāng)“保險絲”，使得主體結(jié)構(gòu)基本處于彈性范圍內(nèi)。因此，屈曲約束支撐的應(yīng)用，可以全面提高傳統(tǒng)的支撐框架在中震和大震下的抗震性能。

申請人在2016年6月1日提出了一種具有雙向金字塔型耗能單元的套管約束防屈曲支撐（申請?zhí)枮?01610383458.9）和一種具有交錯金字塔型耗能單元的套管約束防屈曲支撐（申請?zhí)枮?01610383230.X）的基本耗能單元是金字塔型，金字塔型耗能單元是非剛性可展；所以屈曲控制支撐按高階屈曲模態(tài)耗能的難度較大。申請人在2016年6月1日提出了一種具有對稱初始缺陷的套管約束防屈曲支撐（申請?zhí)枮?01610383428.8）和一種具有鉆石型耗能單元的套管約束防屈曲支撐（申請?zhí)枮?01610383133.0）的幾何構(gòu)型是固定的，設(shè)計(jì)靈活性小。且上述支撐中耗能單元在折痕處板的厚度、構(gòu)造等和非折痕處一致，不利于在折痕處產(chǎn)生塑性鉸。另外，這些支撐由端部約束段、屈曲段和套管組成，套管在屈曲段的外側(cè)，而屈曲段內(nèi)側(cè)沒有支撐，容易產(chǎn)生向內(nèi)側(cè)的低階失穩(wěn)，從而減弱支撐的耗能能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：由于現(xiàn)有屈曲約束支撐在反復(fù)荷載作用下，與屈曲約束支撐相連接的構(gòu)件或節(jié)點(diǎn)受力較大；且在地震作用下，現(xiàn)有屈曲約束支撐屈服變形位置具有隨機(jī)性，為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明將引入變角度四折痕型誘導(dǎo)單元到傳統(tǒng)的普通支撐上，形成一種具有變角度四折痕型誘導(dǎo)單元的套管屈曲誘導(dǎo)支撐，是工程結(jié)構(gòu)中選用約束防屈曲支撐時的優(yōu)先選擇。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種具有變角度四折痕型誘導(dǎo)單元的套管屈曲誘導(dǎo)支撐，由端部約束段、屈曲誘導(dǎo)段、內(nèi)套管和外套管組成，所述端部約束段位于所述屈曲誘導(dǎo)段的兩端，所述屈曲誘導(dǎo)段夾在內(nèi)套管與外套管之間，所述內(nèi)套管與外套管分別與一個端部約束段連接，其特征在于：所述屈曲誘導(dǎo)段由至少一個變角度四折痕型誘導(dǎo)單元沿著支撐的軸線方向組成，所述單個變角度四折痕型誘導(dǎo)單元是由m個相同的變角度四折痕子單元沿環(huán)向依次排列形成的一個截面為正多邊形的空間體，所述正多邊形的邊數(shù)為2m，m為大于等于2的整數(shù)；所述變角度四折痕子單元是由在同一平面內(nèi)的四個梯形板經(jīng)過折疊形成的空間體；所述四個梯形板兩兩共線并相交于一頂點(diǎn)，按照逆時針分別為第一梯形板、第二梯形板、第三梯形板和第四梯形板，他們之間的公共邊分別為第一公共邊、第二公共邊、第三公共邊和第四公共邊；所述第二公共邊、第三公共邊和第四公共邊為峰線，第一公共邊為谷線，相鄰的兩塊板沿著峰線向外折疊，沿著谷線向內(nèi)折疊；所述向外折疊是指相鄰的兩塊板的外法線之間的夾角變大，向內(nèi)折疊是指相鄰的兩塊板的內(nèi)法線之間的夾角變大；所述第一梯形板在第一公共邊兩側(cè)的邊線與第一公共邊的夾角分別為第一夾角和第二夾角；所述第二梯形板在第三公共邊兩側(cè)的邊線與第三公共邊的夾角分別為第三夾角和第四夾角；第一夾角和第四夾角互為補(bǔ)角，第二夾角與第三夾角互為補(bǔ)角；且第二夾角和第四夾角不相等。

所述的端部約束段由方形鋼板、T型短鋼梁和梁柱等構(gòu)件預(yù)留的連接板組成，方形鋼板焊接在屈曲誘導(dǎo)段端部，兩根T型短鋼梁與方形鋼板焊接連接，連接板夾在兩根T型短鋼梁中間，連接板與T型短鋼梁用高強(qiáng)螺栓連接。

所述內(nèi)套管的左端與左側(cè)端部約束段的方形鋼板焊接連接，內(nèi)套管的右端與右側(cè)端部約束段的方形鋼板有一段不小于屈曲誘導(dǎo)段長度的1/40的距離；所述外套管的右端與右側(cè)端部約束段的方形鋼板焊接連接，外套管的左端與左側(cè)端部約束段的方形鋼板有一段不小于屈曲誘導(dǎo)段長度的1/40的距離；所述屈曲誘導(dǎo)段與內(nèi)套管及外套管之間的間隙不超過5mm；所述內(nèi)套管和外套管都是由圓形截面的空心鋼管組成。

所述的屈曲誘導(dǎo)段中所有折痕處的板厚是板塊板厚的一半，由峰線構(gòu)成的折痕，厚度變化在內(nèi)表面一側(cè)，由谷線構(gòu)成的折痕，厚度變化在外表面一側(cè)。

有益效果：

本發(fā)明一種具有變角度四折痕型誘導(dǎo)單元的套管屈曲誘導(dǎo)支撐，由端部約束段、屈曲誘導(dǎo)段、內(nèi)套管和外套管構(gòu)成。支撐中采用變角度四折痕型誘導(dǎo)單元，一方面使截面設(shè)計(jì)更加靈活；另一方面，由于相鄰誘導(dǎo)單元的角度不相同，使構(gòu)件在變形時的塑性發(fā)展更加充分，從而具有良好的耗能性能。屈曲誘導(dǎo)段由多個變角度四折痕型誘導(dǎo)單元組成，變角度四折痕型誘導(dǎo)單元通過預(yù)先設(shè)置的由峰線和谷線形成的折痕，同時在折痕處將板厚減小為原來的一半，削弱折痕處的剛度，更容易誘導(dǎo)支撐在地震作用下的高階屈曲模態(tài)，在折痕處發(fā)生較大的應(yīng)變從而形成塑性鉸線，達(dá)到耗散地震能量的目的。在屈曲誘導(dǎo)段內(nèi)外側(cè)分別設(shè)置內(nèi)套管和外套管使折痕處的塑性鉸線擴(kuò)大為塑性區(qū)，比普通支撐具有更好的耗能能力。而且內(nèi)外套管還能給屈曲誘導(dǎo)段中折痕提供側(cè)向支撐，有效地提高了支撐的軸向承載能力。本發(fā)明能夠在工廠加工，到現(xiàn)場只需要用螺栓與梁柱等構(gòu)件的預(yù)埋件連接，既保證了構(gòu)件質(zhì)量，又減小了現(xiàn)場的濕作業(yè)工作量，節(jié)能環(huán)保。具有變角度四折痕型誘導(dǎo)單元的套管屈曲誘導(dǎo)支撐既具有一般約束防屈曲支撐的布置靈活，能更有效地耗散地震能量等優(yōu)點(diǎn)，又可以解決與屈曲約束支撐相連接的構(gòu)件或節(jié)點(diǎn)受力較大等問題，具有良好的推廣效益。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的剖面圖（主視）；

圖3為端部約束段示意圖；

圖4為屈曲誘導(dǎo)段示意圖；

圖5為內(nèi)套管示意圖；

圖6為外套管示意圖；

圖7為圖1中A-A剖面放大圖；

圖8為方形鋼板示意圖；

圖9為T型短鋼梁示意圖；

圖10為連接板示意圖；

圖11為變角度四折痕型誘導(dǎo)單元示意圖；

圖12為變角度四折痕型誘導(dǎo)子單元示意圖；

圖13為變角度四折痕型誘導(dǎo)子單元折疊前平面示意圖；

圖14為折痕處峰線板厚示意圖；

圖15為折痕處谷線板厚示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。

如圖1、2所示，由端部約束段1、屈曲誘導(dǎo)段2、內(nèi)套管3和外套管4組成。端部約束段1位于屈曲誘導(dǎo)段2的兩端。內(nèi)套管的左端與左側(cè)端部約束段1的方形鋼板5焊接連接，內(nèi)套管的右端與右側(cè)端部約束段的方形鋼板有一段距離，距離不小于屈曲誘導(dǎo)段長度的1/40；外套管的右端與右側(cè)端部約束段1的方形鋼板5焊接連接，外套管的左端與左側(cè)端部約束段的方形鋼板有一段距離，距離也不小于屈曲誘導(dǎo)段長度的1/40。如圖5~7所示，屈曲誘導(dǎo)段2夾在內(nèi)套管3與外套管4之間，屈曲誘導(dǎo)段與內(nèi)套管及外套管之間的間隙不超過5mm；內(nèi)套管3和外套管4都是由圓形截面的空心鋼管組成。

如圖3所示，端部約束段1由方形鋼板5、T型短鋼梁6和梁柱等構(gòu)件預(yù)留的連接板7組成，方形鋼板5焊接在屈曲誘導(dǎo)段2端部，兩根T型短鋼梁6與方形鋼板7焊接連接，方形鋼板5和T型短鋼梁6分別見圖8、9所示。連接板7夾在兩根T型短鋼梁6中間，連接板7與T型短鋼梁6用高強(qiáng)螺栓連接，其中連接板7見圖10所示。

根據(jù)圖4所示，屈曲誘導(dǎo)段2由40個變角度四折痕型誘導(dǎo)單元8沿著支撐的軸線方向組成。如圖11中，單個變角度四折痕型誘導(dǎo)單元8由八個相同的變角度四折痕子單元9沿著環(huán)向依次排列組成。根據(jù)圖12、圖13所示，變角度四折痕子單元9是由在同一平面內(nèi)的四個梯形板經(jīng)過折疊形成的空間體，四個梯形板兩兩共線并相交于一頂點(diǎn)，按照逆時針分別為第一梯形板10、第二梯形板11、第三梯形板12和第四梯形板13，他們之間的公共邊分別為第一公共邊14、第二公共邊15、第三公共邊16和第四公共邊17。所述的第二公共邊15、第三公共邊16和第四公共邊17為峰線18，第一公共邊14為谷線，相鄰的四邊形板沿著峰線向外折疊，沿著谷線向內(nèi)折疊；所述向外折疊是指相鄰的梯形板的外法線之間的夾角變大，向內(nèi)折疊是指相鄰的梯形板的內(nèi)法線之間的夾角變大。所述的第一梯形板10在第一公共邊兩側(cè)的邊線與第一公共邊14的夾角分別為第一夾角18和第二夾角19；所述第二梯形板11在第三公共邊兩側(cè)的邊線與第三公共邊16的夾角分別為第三夾角20和第四夾角21；第一夾角18和第四夾角21互為補(bǔ)角，第二夾角19與第三夾角20互為補(bǔ)角；且第二夾角19和第四夾角21不相等，其中第二夾角19與第四夾角21角度小于180°且大于90°，第一夾角18與第三夾角20角度小于90°。

屈曲誘導(dǎo)段2中所有折痕處的板厚是板塊板厚的一半，由峰線構(gòu)成的折痕，厚度變化在內(nèi)表面一側(cè)，由谷線構(gòu)成的折痕，厚度變化在外表面一側(cè)。折痕處的峰線谷線局部放大見圖14、圖15所示，圖中字母A表示一側(cè)為外表面一側(cè)，字母B表示一側(cè)為內(nèi)表面一側(cè)。