一种端部具有变长度双层内凹型诱导单元的屈曲诱导支撑的制作方法

本发明属于建筑结构技术领域，特别是涉及一种端部具有变长度双层内凹型诱导单元的屈曲诱导支撑，适用于带屈曲约束支撑的钢结构或者混凝土结构。

背景技术：

在钢结构或者钢筋混凝土结构使用过程中，普通支撑受压会产生屈曲现象，当支撑受压屈曲后，刚度和承载力急剧降低。在地震或风的作用下，支撑的内力在受压和受拉两种状态下往复变化。当支撑由压曲状态逐渐变至受拉状态时，支撑的内力以及刚度接近为零。因而普通支撑在反复荷载作用下滞回性能较差。为解决普通支撑受压屈曲以及滞回性能差的问题，在支撑外部设置套管，约束支撑的受压屈曲，构成屈曲约束支撑仅芯板与其他构件连接，所受的荷载全部由芯板承担，外套筒和填充材料仅约束芯板受压屈曲，使芯板在受拉和受压下均能进入屈服，因而，屈曲约束支撑的滞回性能优良。屈曲约束支撑一方面可以避免普通支撑拉压承载力差异显著的缺陷，另一方面具有金属阻尼器的耗能能力，可以在结构中充当“保险丝”，使得主体结构基本处于弹性范围内。因此，屈曲约束支撑的应用，可以全面提高传统的支撑框架在中震和大震下的抗震性能。但是传统屈曲约束支撑通常采用钢与混凝土组成的外围约束，导致制作要求精度高，自重大且施工难度大，对核心单元本身存在较大附加荷载，使其推广和使用范围受到很大限制。

申请人在2016年6月1日提出了一种端部具有双向金字塔型耗能单元的屈曲控制支撑（申请号为201610380805.2）和一种端部具有交错金字塔型耗能单元的屈曲控制支撑（申请号为201610384216.1）的基本耗能单元是金字塔型，金字塔型耗能单元是非刚性可展；所以屈曲控制支撑按高阶屈曲模态耗能的难度较大。申请人在2016年6月1日提出了一种端部具有对称初始缺陷单元的耗能型屈曲约束支撑（申请号为201610383430.5）和一种端部具有钻石型耗能单元的屈曲控制支撑（申请号为201610380804.8）的几何构型是固定的，设计灵活性小。且上述支撑中耗能单元在折痕处的构造、板厚等和非折痕处一致，不利于在折痕处产生塑性铰。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足，而提供一种端部具有变长度双层内凹型诱导单元的耗能型屈曲诱导支撑。该诱导单元可以诱导支撑发生高阶模态屈服，避免支撑过早发生整体屈曲，且变长度双层内凹型诱导单元具有较多的折痕，更能充分发挥单元的塑性性能，同时与此单元相连接的平直段又能保证支撑的轴向刚度，具有良好的承载能力。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种端部具有变长度双层内凹型诱导单元的屈曲诱导支撑，包括约束段和耗能段，其特征在于：还包括一支撑平直段，所述耗能段设置在所述支撑平直段两端，在所述耗能段的另一端设置所述的约束段，耗能段由至少一个变长度双层内凹型诱导单元沿着支撑的轴线方向组成，所述变长度双层内凹型诱导单元是由m个变长度双层内凹型子单元沿环向依次排列截面为正多边形的空间体，所述正多边形的边数为2m，m为大于等于2的整数；变长度双层内凹型子单元为由在同一平面内的六个三角形板和六个梯形板经过折叠形成的空间体，六个三角形板两两共线并相交于一顶点，六块梯形板围绕在六块三角形板的外侧，内层按照逆时针分别为三角形板一、三角形板二、三角形板三、三角形板四、三角形板五和三角形板六，其中三角形板二和三角形板三的公共边、三角形板三和三角形板四的公共边、三角形板五和三角形板六的公共边、三角形板四和三角形板五的公共边为峰线，三角形板一和三角形板二的公共边和三角形板四和三角形板五的公共边为谷线，外层按照逆时针分别为梯形板一、梯形板二、梯形板三、梯形板四、梯形板五和梯形板六，其中梯形板一和梯形板二的公共边和梯形板四和梯形板五的公共边为峰线，梯形板二和梯形板三的公共边、梯形板三和梯形板四的公共边、梯形板五和梯形板六的公共边、梯形板六和梯形板一的公共边为谷线；所述内层三角形板与外层梯形板之间的所有公共边都是谷线；相邻的板块沿着峰线向外折叠，沿着谷线向内折叠；所述向外折叠是指相邻的板块的外法线之间的夹角变大，向内折叠是指相邻的板块的外法线之间的夹角变小；所述变长度双层内凹型子单元中的梯形板三的自由边长度和变长度双层内凹型子单元内层的两条谷线与外层的两条峰线长度之和不相等；变长度双层内凹型子单元中的梯形板三的自由边长度和梯形板五的自由边长度相等。

所述变长度双层内凹型子单元的梯形板四的自由边与沿轴向相邻的变长度双层内凹型子单元的梯形板一的自由边重合并形成一峰线，变长度双层内凹型子单元的梯形板五的自由边与沿轴向相邻的变长度双层内凹型子单元的梯形板二的自由边重合并形成一峰线。

所述耗能段在所有折痕处开孔洞，所述孔洞直径为d，d等于板块厚度；孔洞之间的距离是相等的，所述距离等于5倍孔洞直径。

与所述耗能段连接的变长度双层内凹型子单元端部为通过一垂直于轴线方向且过变长度双层内凹型子单元一顶点的横截面截去的平面。

所述端部约束段由正多边形钢板、T型短钢梁和连接板组成，正多边形钢板焊接在耗能段端部，两根T型短钢梁与正多边形钢板焊接连接，连接板夹在两根T型短钢梁中间，连接板与T型短钢梁用高强螺栓连接，所述的钢板的边数也为m。

所述支撑平直段由截面为正多边形的钢管和正多边形钢板组成，正多边形钢板焊接在正多边形截面的钢管的端部，耗能段与正多边形钢板焊接连接，所述钢管截面的边数大于等于3。

有益效果：

本发明一种端部具有变长度双层内凹型诱导单元的屈曲诱导支撑，由端部约束段、耗能段和支撑平直段构成。支撑中采用变长度双层内凹型诱导单元，具有更多明显的优点：一、该诱导单元可以通过改变内层与外层之间的夹角、改变内层的两条谷线与外层的两条峰线的长度之和，使支撑首先发生局部屈曲耗能。二、变长度双层内凹型诱导单元具有较多的折痕，而且折痕分为两级，能够耗散更多的能量。三、变长度双层内凹型子单元中的梯形板三的自由边长度和变长度双层内凹型子单元内层的两条谷线与外层的两条峰线长度之和不相等，使支撑在受力过程中更加容易产生轴向变形，从而防止支撑过早发生整体屈曲。四、该诱导单元通过预先设置的由峰线和谷线形成的折痕，同时在折痕处开孔洞，更加容易诱导支撑在地震作用下，产生高阶屈曲模态，提升支撑的耗能能力。五、与屈曲诱导段相结合的支撑平直段，可以保证支撑所需的轴向刚度。通过改变支撑平直段的长度与屈曲诱导段中变长度双层内凹型诱导单元的个数，可以调整本支撑的轴向刚度与耗能能力的关系。本发明在制作工艺上避免了在核心耗能构件外部加套筒、在套筒与核心耗能构件之间灌浆等过程，简化了加工制作过程，减小了工程造价。而且本发明能够在工厂加工，到现场只需要用螺栓与梁柱等构件的预埋件连接，既保证了构件质量，又减小了现场的湿作业工作量，节能环保。端部具有变长度双层内凹型诱导单元的屈曲诱导支撑既具有一般屈曲约束支撑的布置灵活，良好的耗能性能等优点，又可以控制支撑的屈曲形式，同时能够避免在核心耗能构件外部加上套筒以及灌浆等过程，有效的简化加工工序，具有良好的推广效益。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为端部约束段示意图；

图3为屈曲段示意图；

图4为支撑平直段示意图；

图5为四边形钢板示意图；

图6为T型短钢梁示意图；

图7为连接板示意图；

图8为变长度双层内凹型诱导单元示意图；

图9为变长度双层内凹型子单元示意图；

图10为变长度双层内凹型子单元平面示意图；

图11为折痕处孔洞平面示意图；

图12为图11中A-A剖面图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

图1为端部具有变长度双层内凹型诱导单元的屈曲诱导支撑的结构示意图，由端部约束段1、耗能段2和支撑平直段3组成，端部约束段1固定在梁柱节点与耗能段2之间，耗能段2固定在支撑平直段3两端。

如图2所示，端部约束段1由四边形钢板4、T型短钢梁5和梁柱等构件预留的连接板6组成，六边形钢板4焊接在耗能段2端部，两根T型短钢梁5与六边形钢板4焊接连接，六边形钢板4和T型短钢梁5分别见图5、6所示。连接板6夹在两根T型短钢梁5中间，连接板6与T型短钢梁5用高强螺栓连接，其中连接板6见图7所示。

图3中，耗能段2由六个变长度双层内凹型诱导单元7沿着支撑的轴线方向组成，同时通过一垂直于轴线方向且过变长度双层内凹型子单元一顶点30的横截面截去耗能段2的端部锯齿段部分，则耗能段端部所有边在同一平面上；变长度双层内凹型子单元8的梯形板四的自由边25与沿轴向相邻的变长度双层内凹型子单元8的梯形板一的自由边23重合并形成一峰线21，变长度双层内凹型子单元8的梯形板五的自由边26与沿轴向相邻的变长度双层内凹型子单元8的梯形板二的自由边24重合并形成一峰线21。如图8所示，变长度双层内凹型诱导单元7由六个相同的变长度双层内凹型子单元8沿环向依次排列形成一个截面为正六边形的空间体。如图9所示，变长度双层内凹型子单元8由在同一平面内的六个等腰三角形板和六个梯形板经过折叠形成的空间体组成，六个三角形板两两共线并相交于一顶点，六块梯形板围绕在六块三角形板的外侧，内层按照逆时针分别为三角形板一9、三角形板二10、三角形板三11、三角形板四12、三角形板五13和三角形板六14，其中三角形板二10和三角形板三11的公共边、三角形板三11和三角形板四12的公共边、三角形板五13和三角形板六14的公共边、三角形板四14和三角形板五9的公共边为峰线21，三角形板一9和三角形板二10的公共边和三角形板四12和三角形板五13的公共边为谷线22，外层按照逆时针分别为梯形板一15、梯形板二16、梯形板三17、梯形板四18、梯形板五19和梯形板六20，其中梯形板一15和梯形板二16的公共边和梯形板四18和梯形板五19的公共边为峰线21，梯形板二16和梯形板三17的公共边、梯形板三17和梯形板四18的公共边、梯形板五19和梯形板六20的公共边、梯形板六20和梯形板一15的公共边为谷线22；内层三角形板与外层梯形板之间的所有公共边都是谷线22；相邻的板块沿着峰线21向外折叠，沿着谷线22向内折叠；向外折叠是指相邻的板块的外法线之间的夹角变大，向内折叠是指相邻的板块的外法线之间的夹角变小；变长度双层内凹型子单元8中的梯形板三的自由边27长度与变长度双层内凹型子单元8内层的两条谷线22与外层的两条峰线21长度之和不相等；变长度双层内凹型子单元8中的梯形板三的自由边27长度和梯形板五的自由边28长度相等。

如图4所示，支撑平直段3由四边形截面的钢支撑29和四边形钢板4组成，四边形钢板4焊接在四边形截面的钢支撑29的端部，耗能段2与四边形钢板4焊接连接。

如图11、图12所示，耗能段2中折痕处等距离开孔洞，孔洞直径为板块的厚度，孔洞之间的距离为五倍的板块厚度。