Z型套筒约束一字形纯钢屈曲约束支撑的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种抗震防灾建筑结构，尤其是一种属于被动控制范畴的减震结 构，具体涉及一种Z型套筒约束一字形纯钢屈曲约束支撑及其制作方法，可用于建筑结构 中抵抗水平地震作用，提高结构抗震性能。
【背景技术】
[0002] 屈曲约束支撑是一种既能提供抗侧刚度又不失稳，又能在强震下稳定地实现消能 减震的结构构件。试验表明，在混凝土框架内设置屈曲约束支撑能大幅度提高承载能力、提 高结构抗震性能，可望替代某些剪力墙，提高框架结构使用高度。此外，屈曲约束支撑能在 工厂预制，易于标准化，安装方便，还有加快施工速度、节约建造成本等优势。
[0003] 屈曲约束支撑是金属耗能减震装置的一种，其通过耗能核心单元轴向拉压屈服的 高效耗能机制，耗散地震输入能量。屈曲约束支撑构件的种类较多，根据外围约束构件的材 料划分，主要有3种类型，即混凝土约束型、钢与混凝土组合约束型和纯钢约束型。纯钢约 束型屈曲约束支撑较前两种屈曲约束支撑轻，加工速度快，精度易控制，质量易保证。
[0004] 屈曲约束支撑的核心单元在轴向压力作用下有两种屈曲破坏模式，即整体屈曲与 局部屈曲。现有的纯钢型屈曲约束支撑，都是通过加劲板等构造措施限制了核心单元的这 两种屈曲破坏模式的发生。常见的核心单元有"一"字形板和"十"字形组合断面等。
[0005] 但是，现有的纯钢型屈曲约束支撑外围约束套筒在加工中存在制作复杂，焊缝多， 核心单元和外围约束套筒之间组装复杂，加工工期长，加工制作成本较高，这将不利于标准 化作业和大规模生产。
【发明内容】
[0006] 鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种制作简单，组装 方便，加工工期短，加工制作成本较低，完全通过自身构造起到稳定约束作用的一种Z型套 筒约束一字形纯钢屈曲约束支撑，用于解决现有技术中的上述问题。
[0007] 为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型的技术方案是：
[0008] -种Z型套筒约束一字形纯钢屈曲约束支撑，包括横截面为一字形的芯板、无粘 结材料层以及套设在所述芯板上的外围约束套筒，所述外围约束套筒横截面为Z型，长度 方向上下两侧翼缘内壁各1/3位置处各设置两根通长的小直径圆钢，所述小直径圆钢与外 围约束套筒的内壁贴合并且固定连接，所述芯板的外部包裹无粘结材料层，由所述无粘结 材料层包裹的所述芯板紧贴在所述外围约束套筒内。
[0009] 所述外围约束套筒由中间空腔的Z型钢板组成。
[0010] 所述Z型套筒约束一字形纯钢屈曲约束支撑还包括固定在所述芯板两端的加劲 板，所述外围约束套筒在所述加劲板的位置开槽，使所述加劲板暴露在所述外围约束套筒 外面。
[0011] 所述加劲板与所述芯板垂直固定。
[0012] 所述Z型套筒约束一字形纯钢屈曲约束支撑还包括固定在所述芯板中心并和所 述芯板表面垂直的大直径圆钢，在所述大直径圆钢垂直的外围约束套筒外面再固定一块直 径是所述大直径圆钢直径两倍的圆环，所述圆环厚度等于所述Z型套筒腹部壁板厚度，使 所述大直径圆钢卡在所述外围约束套筒4和圆环中。
[0013] 本实用新型的有益效果是：
[0014] 本实用新型通过利用芯材自身抗局部屈曲的能力，实现芯材屈服而不屈曲的耗能 机制，可极大地提高钢材利用效率，减小钢材用量；同时，由于制作简单，组装方便，使加工 工期缩短，加工制作成本较低，这将有利于标准化作业和大规模生产。
【附图说明】
[0015] 图1为本实用新型的Z型套筒约束一字形纯钢屈曲约束支撑的示意图；
[0016] 图2为图1中A-A向的俯视图；
[0017] 图3为芯板的俯视图；
[0018] 图4为图1中B-B向的侧视图；
[0019] 图5为沿图1中C-C的横截面图；
[0020] 图6为沿图1中D-D的横截面图；
[0021] 图7为沿图1中E-E的横截面图；
[0022] 图8为沿图3中F-F的横截面图。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。
[0024] 参见图1_8，Z型套筒约束一字形纯钢屈曲约束支撑，由一字形核心钢板1、小直径 圆钢2、大直径圆钢3、外围约束套筒4、无粘结构造层5(由于该层太薄，图中无法显示）和 加劲板6组成，其中各零部件的具体结构形状和相互之间的连接关系如下所述。
[0025] 图1-8示出了本实用新型和Z型套筒约束一字形纯钢屈曲约束支撑的一种实施方 式，包括横截面为一字形的芯板1以及套设在芯板1上的外围约束套筒4,外围约束套筒4 的上下内壁上相对固定设置四根比所述外围约束套筒短约6~12倍套筒腹部壁板厚的小 直径圆钢2。小直径圆钢2与外围约束套筒4的内壁贴合并且固定连接，芯板1的外部包裹 无粘结材料层5,由无粘结材料层5包裹的芯板1紧贴在所述外围约束套筒4内。
[0026] 根据我国《钢结构设计规范》，若仅在"一"字形核心单元的两侧边采用线接触约 J，35 I?35 悬挑翼缘宽厚比仅需满足不大于(fy 为钢材屈服强度标准值）就能使其不发生局部屈曲破坏，而该条件又是非常容易满足的。 那么对屈曲约束支撑的设计来说，仅需保证其整体稳定性即可，从而大大简化了纯钢型屈 曲约束支撑的构造措施，使得用钢量更少，加工制造速度更快捷，质量更容易控制，经济性 与实用性更好。
[0027]外围约束套筒4作为屈曲约束支撑的重要组成部分，其抗弯强度需满足 ￥>1.2本才能确保芯板处于较为理想的轴向拉、压受力状态并产生抗压塑性变 形，从而使得屈伸约束支撑发挥优越的耗能性能。但通过理论计算分析，令安全系数
，通过保持外围约束套筒总高度不变而增加L型折板外伸长度或保持外围 约束套筒总宽度不变而提高L型折板高度均可提高外围约束套筒4的抗弯强度；但显然增 加L型折板外伸长度优于提高L型折板高度。
[0028] 式中L为屈曲约束支撑的长度，E为钢材弹性模量，I为钢管套筒惯性矩，A为芯板 的屈服段截面面积，fy为钢材的屈服强度。
[0029] 本实用新型还包括两边约束一字形纯钢屈曲约束支撑的制作方法，包括以下步 骤：
[0030] (1)根据屈服承载力与屈服位移要求，选择"一"字形芯板1的尺寸，确保其宽厚比 满足设计要求。
[0031] (2)根据支撑屈服承载力及长度确定外围约束套筒4的厚度与尺寸，使其满足整 体稳定要求，用折板机制作所述的两块L型壁板，所述L型壁板的折弯角为90度。
[0032] (3)制作一根长度等于两倍L型壁板厚度的大直径圆钢3 ;并且上述大直径圆钢3 固定在上述芯板1中心并和芯板表面垂直。将加劲板6用对接焊缝焊接在芯板两端的两表 面，然后用无粘结材料层5包裹所述芯板外围四个面。
[0033] (4)制作四根比所述外围约束套筒短约6~12倍套筒腹部壁板厚的小直径圆钢 2,所述小直径圆钢2端部打磨，并且焊接固定在外围约束套筒上下的各1/3内壁宽度位置， 两端长度方向比外围约束套筒4各短约为套筒腹部壁板厚3~6倍。
[0034] (5)将所述两块L型壁板的侧板开槽，开槽高度位置的中心线和上述加劲板6的中 心线重合，开槽宽度等于加劲板6的厚度加上焊缝的厚度和无粘结材料5厚度，开槽长度等 于上述加劲板6在外围约束套筒内的长度加上1/50屈曲约束支撑的长度，上述外围约束套 筒内的槽深方向为半圆，使上述加劲板6暴露在外围约束套筒4外面。
[0035] (6)在上述芯板1中心并和芯板1表面垂直的圆钢3位置对应的外围约束套筒4 外面再固定一块直径是上述圆钢3直径两倍的圆环，圆环厚度等于上述L型壁板厚度，使圆 钢3卡在外围约束套筒和圆环中。
[0036] (7)将上述两块L型壁板焊接组成外围约束套筒4 ;外围约束套筒4的宽度为上述 芯板1厚度加上上述两面无粘结材料层5的厚度，使上述无粘结材料层5包裹的芯板1紧 贴在上述外围约束套筒4内。
[0037] 综上所述，本Z型套筒约束一字形纯钢屈曲约束支撑无须采用填充材料，完全依 靠自身构造起到稳定的约束作用，避免受压芯板在弹性和塑性阶段下的屈曲问题，可极大 地提高钢材利用效率，减小钢材用量；同时，由于制作简单，组装方便，使加工工期缩短，加 工制作成本较低，这将有利于标准化作业和大规模生产。所以，本实用新型有效克服了现有 技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
【主权项】
1. 一种Z型套筒约束一字形纯钢屈曲约束支撑，包括横截面为一字形的芯板（I)、无粘 结材料层（5)以及套设在所述芯板（1)上的外围约束套筒（4)，其特征在于：所述外围约束 套筒（4)横截面为Z型，长度方向上下两侧翼缘内壁各1/3位置处各设置两根通长的小直 径圆钢（2)，所述小直径圆钢（2)与外围约束套筒（4)的内壁贴合并且固定连接，所述芯板 (1)的外部包裹无粘结材料层（5)，由所述无粘结材料层（5)包裹的所述芯板（1)紧贴在所 述外围约束套筒（4)内。2. 根据权利要求1所述的Z型套筒约束一字形纯钢屈曲约束支撑，其特征在于，所述 外围约束套筒（4)由中间空腔的Z型钢板组成。3. 根据权利要求1所述的Z型套筒约束一字形纯钢屈曲约束支撑，其特征在于：还包 括固定在所述芯板（1)两端的加劲板（6)，所述外围约束套筒（4)在所述加劲板（6)的位置 开槽，使所述加劲板（6)暴露在所述外围约束套筒（4)外面。4. 根据权利要求1所述的Z型套筒约束一字形纯钢屈曲约束支撑，其特征在于，还包 括固定在所述芯板（1)中心并和所述芯板（1)表面垂直的大直径圆钢（3)，在所述大直径圆 钢（3)垂直的外围约束套筒（4)外面再固定一块直径是所述大直径圆钢（3)直径两倍的圆 环，所述圆环厚度等于所述Z型套筒腹部壁板厚度，使所述大直径圆钢（3)卡在所述外围约 束套筒⑷和圆环中。5. 根据权利要求3所述的Z型套筒约束一字形纯钢屈曲约束支撑，其特征在于，所述 加劲板（6)与所述芯板（1)垂直固定。
【专利摘要】本实用新型涉及一种Z型套筒约束一字形纯钢屈曲约束支撑，包括横截面为一字形的芯板、无粘结材料层以及套设在所述芯板上的外围约束套筒，所述外围约束套筒横截面为Z型，长度方向上下两侧翼缘内壁各1/3位置处各设置两根通长的小直径圆钢，所述小直径圆钢与外围约束套筒的内壁贴合并且固定连接，所述芯板的外部包裹无粘结材料层，由所述无粘结材料层包裹的所述芯板紧贴在所述外围约束套筒内。本实用新型通过将芯板的两侧分别卡设在Z型套筒腹板约束件内实现面接触约束，提高并且利用了芯材抗局部屈曲的能力，不必填充约束料，使得自重大大降低，钢材利用率很高，从而达到了较好的经济性。
【IPC分类】E04B1/98
【公开号】CN204753872
【申请号】CN201520286425
【发明人】吴志平
【申请人】上海源同建筑科技有限公司
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年5月5日