一种损伤可控全钢拼装约束H形支撑的制作方法

本发明涉及用于减小工程结构地震响应的一种耗能支撑，属于土木工程领域。

背景技术：

20世纪90年代以前，传统的结构抗震方法是通过主体结构局部屈服耗散地震能量，如梁铰机制等，这种抗震耗能方式导致结构主体破坏，严重增加了震后修复难度和成本，不利于结构的震后修复。自日本阪神地震与美国北岭地震后，防屈曲耗能支撑作为一种性能优越的消能减震构件，在日本、美国等多震的发达国家得到了快速的推广应用，在我国的研究也处于发展阶段。防屈曲耗能支撑在核心部件外包裹约束部件来限制核心部件的弯曲变形，通过核心部件拉压屈服耗散地震能量，在小震作用下相当于普通的中心支撑，给结构提供足够的侧向刚度，在中等和较大地震作用下相当于金属阻尼器而耗散能量，如此既提高了结构的延性又充分发挥了支撑的耗能作用，使主体结构在地震作用下不会破坏或者破坏较小，是一种较为理想的抗震耗能方式。

目前，h形耗能支撑按照外围约束部件的材料和构造不同可以分为套管填充混凝土约束部件，拼装式全钢约束部件和套管式全钢约束部件。主要存在两个方面的问题：一是h形耗能内芯的震后损伤可能发生在屈服段任意位置，而屈服段被约束部件完全包裹，不拆除约束部件难以准确定位损伤部位，因而无法判断是否需要更换h形耗能支撑；二是约束部件制作难度较大，或约束效果较差。

譬如，采用套管填充混凝土约束部件，其存在的问题主要有：通过在h形耗能内芯表面粘贴无粘结材料来设置间隙，套管内浇筑混凝土时，很难保证h形耗能内芯与约束部件之间的间隙满足精度要求，而且套管和内芯组装完成之后才能够浇筑混凝土，使得湿作业工作量大，施工周期长；采用拼装式全钢约束部件，其存在的问题主要有：h形耗能内芯全截面均被约束部件约束，约束构件制作复杂，精度要求高，而且h形截面翼缘和腹板的交界处存在倒角，因而实际加工时需要对约束部件进行打磨等处理，使得约束部件的制作难度增加；采用套管式全钢约束部件，其存在的问题主要有：h形耗能内芯截面翼缘内侧及腹板未被约束部件约束，翼缘容易发生严重的向内局部屈曲且腹板容易发生较大的平面外变形，影响了屈曲约束支撑的性能。

上述h形耗能支撑都需要在震后拆除外围约束部件才能观察到h形耗能内芯的损伤。

另外，有发明实例中耗能支撑的内芯构件通常经过切割形成屈服段、过渡段和连接段，如图1所示，切割工艺和切割精度会严重影响耗能支撑的性能。

技术实现要素：

技术问题：本发明的目的是提供一种损伤可控全钢拼装约束h形支撑，解决h形耗能内芯的屈服段被约束部件包裹，震后损伤难以定位和评估的困难，以及钢筋混凝土约束，拼装式全钢约束或套管式全钢约束的耗能支撑制作精度要求、制作费用高、混凝土等湿作业施工周期长、耗能内芯构件需要切割或倒角等带来额外加工并降低耗能支撑性能、无法对h形耗能内芯形成有效的约束等问题。

技术方案：本发明的一种损伤可控全钢拼装约束h形支撑包括h形耗能内芯、焊接内撑和外套筒；

所述h形耗能内芯由h型钢、端部加固板、横向加劲肋以及端板组成；

所述端部加固板固接于h型钢两端的上下翼缘之间，与h型钢腹板平行，形成h形耗能内芯的弹性段，其余部分为屈服段；

所述横向加劲肋等间距固接于h形耗能内芯的屈服段内h型钢上下翼缘及腹板之间，与h型钢腹板和翼缘垂直；

所述端板固接于h型钢两端横截面外侧；

所述焊接内撑为双腹板型钢，其上下翼缘与h型钢上下翼缘平行；所述的焊接内撑填充于相邻两组横向加劲肋和h型钢上下翼缘之间，以及填充于端部加固板一边与横向加劲肋和h型钢上下翼缘之间，且留有一个区格不填充焊接内撑；

所述外套筒设置在h形耗能内芯和焊接内撑的外围，其长度大于h形耗能内芯的屈服段，使得h形耗能内芯的弹性段一端位于外套筒内部，另一端伸出外套筒，在不填充焊接内撑区格的套筒壁侧边对应位置开有观测孔。

作为优选，所述端部加固板焊接于h形耗能内芯两端的翼缘外伸长度1/2处。

作为优选，所述横向加劲肋的三边分别焊接于h形耗能内芯的上下翼缘及腹板，另外一边自由。

作为优选，所述焊接内撑的翼缘宽度小于相邻两组横向加劲肋的间距，差值为1倍到4倍h形耗能内芯的翼缘厚度。

作为优选，所述焊接内撑的高度小于h形耗能内芯腹板高度，差值为4毫米至1倍h形耗能内芯的翼缘厚度。

作为优选，所述焊接内撑的长度小于h形耗能内芯翼缘外伸长度，且大于0.5倍h形耗能内芯翼缘外伸长度。

作为优选，所述焊接内撑与h形耗能内芯的上下翼缘之间设置无粘结材料。

作为优选，所述焊接内撑由预制混凝土块代替。

作为优选，所述外套筒由套筒体代替，套筒体由两块钢板和两个槽形钢通过螺栓拼接而成，两块钢板相对放置，两个槽形钢翼缘朝外相对放置。作为优选，所述外套筒由四块钢板固接成的矩形钢管代替。

有益效果：

1.h形耗能内芯上下翼缘之间预留一个区格不填充焊接内撑，经过分析，通过控制该区格长度可以保证在满足h形耗能支撑性能需求的前提下，该区格内翼缘发生的向内屈曲变形不会导致h形耗能支撑破坏；在超出h形耗能支撑性能需求的作用下，该区格内翼缘发生向内的屈曲变形过大导致支撑失效。因此，通过在h形耗能内芯上下翼缘之间预留一个区格不填充焊接内撑，预设了h形耗能内芯的失效位置和翼缘向内屈曲的失效模式，如图6所示。

2.在未填充焊接内撑区格对应位置处的外套管侧边开设观测孔，无需拆卸外围约束部件即可方便地观察到h形耗能内芯翼缘的局部屈曲，从而对h形耗能支撑的损伤进行评估。通过控制h形耗能内芯的横向加劲肋的间距，可控制多次反复加载过程中翼缘向内屈曲的幅值，可一定程度上反映支撑的剩余疲劳寿命。

3.焊接内撑在沿h形耗能内芯长度方向被h形耗能内芯的横向加劲肋分割成若干块体，与横向加劲肋共同约束h形耗能内芯翼缘向内的屈曲变形。与传统套管填充混凝土约束相比，通过间隔焊接加劲肋提高了约束效果，可以有效地避免h形耗能内芯翼缘向内的屈曲变形，而且通过分段使得焊接内撑具有更高的精度。

4.焊接内撑没有完全填充于相邻两组横向加劲肋之间，焊接内撑的翼缘宽度与相邻两组横向加劲肋间距的差值为1到4倍翼缘厚度，通过计算能够满足小于翼缘发生高阶屈曲时的半波长，在此间隙内翼缘无法形成一个完整的高阶屈曲半波，不会发生较大的平面外变形，与传统屈曲约束支撑通过现浇混凝土完全填充于翼缘内侧空间有着本质的区别。另外，不完全填充也能够减小构件自重，并降低了对构件加工精度的要求。

5.套管与焊接内撑形成分离式混合约束，与传统套管填充混凝土约束相比，焊接内撑加工精度容易控制，避免了现场浇筑混凝土湿作业，极大缩短了制作周期。

6.焊接内撑的长度小于h形耗能内芯翼缘外伸长度，通过分析仍然能够有效约束翼缘向内的屈曲，因此可以极大减小本发明提出的支撑自重，而且可以避免焊接内撑与h形截面腹板和翼缘交界处的倒角发生冲突，从而降低了屈曲约束支撑的加工难度。

7.端部加固板焊接在h形耗能内芯构件末端，增大了耗能内芯构件端部截面面积，确保了在较大轴力下耗能内芯构件中部屈服，而端部始终保持弹性，避免了耗能内芯构件截面削弱带来的损伤，提高了屈曲约束支撑性能，同时降低了支撑的造价。

8.端部加固板焊接于h形耗能内芯构件末端翼缘外伸长度1/2处，横向加劲肋等间距焊接于h形耗能内芯构件屈服段的上下翼缘及腹板之间，从而避免了屈曲约束钢套筒与端部加固板及横向加劲肋的冲突，屈曲约束钢套筒截面沿构件长度方向统一，极大地简化了构件的加工难度，提高了产能。

9.上述屈曲约束支撑的加工方法也可以直接利用原有支撑构件进行屈曲约束支撑化，且仍可以采用原有的连接形式，避免了材料浪费。

附图说明

图1是常用屈曲约束支撑耗能内芯构件的形式；

图2是本发明实施例1端部加固板、横向加劲肋及端板组装到h型钢以形成h形耗能内芯的方法示意图；

图3是本发明实施例1端部加固板、横向加劲肋及端板组装到h型钢后的h形耗能内芯示意图；

图4是图3的a-a剖视图；

图5是本发明实施例1焊接内撑填充于相邻两组横向加劲肋之间的示意图；

图6是本发明实施例1预设的变形失效模式；

图7是图5的b-b剖视图；

图8是图5的c-c剖视图；

图9是本发明实施例1结构示意图；

图10是图9的d-d剖视图；

图11是图9的e-e剖视图；

图12是图9的f-f剖视图；

图13是本发明实施例2预制混凝土块填充于相邻两组横向加劲肋之间的示意图；

图14是本发明实施例3屈曲约束部件为套筒体时横截面示意图；

图15是本发明实施例4屈曲约束部件为矩形钢管时横截面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

实施例1

如图2-12所示，一种损伤可控全钢拼装约束h形支撑，包括h形耗能内芯1、焊接内撑2-1以及外套筒3-1；所述h形耗能内芯1由h型钢1-1、端部加固板1-2、横向加劲肋1-3以及端板1-4组成，其中端部加固板1-2焊接于h型钢1-1两端的翼缘外伸长度1/2处；横向加劲肋1-2等间距焊接于h形耗能内芯1的屈服段内h型钢1-1的上下翼缘及腹板之间；端板1-4固接于h型钢1-1两端横截面外侧。所述焊接内撑2-1填充于相邻两组横向加劲肋1-3和h型钢1-1上下翼缘之间，以及填充于端部加固板1-2一边与横向加劲肋1-3和h型钢1-1上下翼缘之间。所述外套筒3-1设置在h形耗能内芯1和焊接内撑2-1的外围，其长度大于h形耗能内芯1的屈服段，使得h形耗能内芯1的弹性段一端位于外套筒3-1内部，另一端伸出外套筒3-1。

实施例2

如图13所示，本实施例与实施例1其余部分相同，不同之处在于采用预制混凝土块2-2取代焊接内撑2-1。

实施例3

如图14所示，本实施例与实施例1其余部分相同，不同之处在于采用套筒体3-2取代外套管3-1，套筒体3-2由两块钢板3-2-1和两个槽形钢3-2-2组成，两块钢板3-2-1相对放置，两个槽形钢3-2-2翼缘朝外相对放置。

实施例4

如图15所示，本实施例与实施例1其余部分相同，不同之处在于采用矩形钢管3-3取代外套筒3-1，矩形钢管采用四块钢板3-3-1焊接而成。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。