一种新式屈曲约束耗能支撑构件的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于建筑结构的抗震领域，涉及一种新型的建筑结构抗震屈曲约束耗能支撑构件，特别是一种能够实现定点屈服耗能和消除拉压不平衡的支撑构件。
【背景技术】
[0002]针对传统中心钢支撑-框架结构体系在地震作用下，钢支撑容易受压屈曲失稳等特点，国内外学者通过大量研究开发出一种受压时不会屈曲的支撑构件，称之为屈曲约束耗能支撑。现有的屈曲约束耗能支撑主要由防失稳约束体组成，通过内部耗能核心段的拉伸压缩消散地震能量，克服了传统支撑受压屈曲的缺点，并且保证了良好低周疲劳稳定性。
[0003]目前建筑结构中常用的屈曲约束耗能支撑构件主要由四部分组成，包括内部耗能单元、外包约束单元、隔离层单元以及端部连接单元。耗能单元的形状主要有一字型和十字型两种，通过在耗能单元表明上包裹无粘结材料来消除耗能核心段与约束混凝之间的摩擦力，从一定程度上消除了支撑工作过程中拉力和压力的不平衡问题。由于支撑耗能单元形式的限制，目前屈曲约束支撑构件的设计方法主要为忽略耗能单元对整个构件抗弯刚度及扭转刚度的贡献，抗弯及扭转刚度全部由外包约束单元提供。传统的屈曲约束耗能支撑在小震作用下主要为结构提供抗侧刚度，在中震或大震作用下支撑全截面进入屈服，通过钢材塑性变形耗散输入结构中的地震能量。但是传统的屈曲约束耗能支撑在建筑结构中的应用尚存在一些需要解决的问题，如:结构在地震作用下会产生侧向变形，安装于结构中的十字或一字型支撑一边受拉、一边受压，由于泊松效应，受压一侧的支撑会膨胀挤压外包约束混凝土，耗能单元上包裹无粘结材料不能完全消除核心段与混凝土挤压所产生的摩擦力，导致在竖直方向上产生了不平衡作用力，该不平衡力会对连接构件产生不同程度破坏，严重影响了结构的稳定性、安定性；同样过于安全保守的设计方法，会大大增加构件的成本和原材料的使用量，既不经济又不合理。鉴于以上传统屈曲约束耗能支撑所存在的问题，设计出一种新式屈曲约束耗能支撑构件，能够在设计上充分考虑支撑各部分的贡献作用，有效缩小了支撑构件外形尺寸，增加结构美观度;基于混凝土与核心段包裹了理想的无粘结材料时也不能完全消除摩擦力的前提下，确保支撑构件核心段拉伸压缩时同时通过无粘结材料与混凝土接触产生摩擦力，同时考虑该摩擦力对构件轴力的作用，在不能完全消除接触摩擦力的条件下，有效控制了构件拉压轴力的不平衡性(即有效消除了构件的拉压不平衡)，提高了屈曲约束支撑在建筑结构中的工作性能。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型针对传统屈曲约束耗能支撑不仅在支撑的约束单元设计尺寸上显得冗大，即不美观又不经济合理，且无法有效消除支撑在同等变形条件下拉压了不平衡的现象等问题，提出了一种新式屈曲约束耗能支撑构件。该新式支撑将低屈服点钢板焊接成一定空间形体的耗能单元，并对支撑的耗能单元的屈服位置事先预设，从设计上解决了支撑约束单元的尺寸过大的问题，且消除了支撑工作时产生的拉压不平衡力。
[0005]本实用新型的技术方案如下:
[0006]—种新式屈曲约束耗能支撑构件，该构件包括内部耗能单元、外包约束单元、隔离层单元以及端部连接单元，其特征在于;所述的内部耗能单元由四块等大小的低屈服点钢板焊接组成，组合的耗能单元截面为方形;所述的外包约束单元由外部约束方钢管和内部填充混凝土组成;所述前隔离层单元设置在耗能单元和混凝土之间；所述的连接单元通过卡槽定位并与耗能单元焊接安装于支撑构件两端。
[0007]所述的低屈服点钢板在预先设定的三处位置进行削弱以及端部适当收进，再由四块同等样式的低屈服点钢板焊接组合成截面形状为方形的耗能单元。
[0008]所述低屈服点钢板上的每一处削弱处长度取值约为低屈服点钢板长度的15%左右。
[0009]在所述的内部耗能单元与混凝土之间留有间隙，间隙的厚度约为2mm?5mm。
[0010]所述的隔离层单元由软玻璃材料制成，设置在内部耗能单元与混凝土之间的间隙处。
[0011]所述的连接单元在其表面特定位置进行局部坡口处理形成卡位槽，通过连接单元上的卡位槽与内部耗能单元固定并焊接。
[0012]与现有技术相比，本实用新型具有如下优点。
[0013]本实用新型的耗能单元由四块同等大小的低屈服点钢板焊接组合而，相对于现有屈曲约束耗能支撑的耗能单元最有较大的弯曲刚度和扭转刚度，设计时考虑耗能单元对支撑的贡献可以有效减少支撑构件的横向尺寸，降低了支撑制作原料和成本，提高了支撑构件的整体稳定性;在组成支撑耗能单元的低屈服点钢板上预设多处屈服点，能够保证支撑在设计承载力下进入屈服耗能，且具有足够的延性变形能力，同时由于支撑耗能单元上预设屈服点的长度较短，可以有效防止支撑轴心耗能单元发生局部失稳及高阶屈曲；在端部连接钢板上预设连接卡槽，便于支撑的加工与制造;本实用新型的可以广泛应用于建筑结构的抗震减震领域，拓展了屈曲约束支撑应用范围。
【附图说明】
[0014]图1为一种新式屈曲约束耗能支撑构件的主视图
[0015]图2为图1中沿1-1向的剖视图
[0016]图3为图1中沿2-2向的剖视图
[0017]图4为图1中沿3-3向的剖视图
[0018]图5为低屈服点钢板的俯视图
[0019]图6为图5中沿A-A向的剖视图
[0020]图7为图5中沿B-B向的剖视图
[0021]图8为图5中沿C-C向的剖视图
[0022]图9为端部连接钢板卡位槽示意图
[0023]图10为一种新式屈曲约束耗能支撑构件的制造流程示意图
[0024]图中；1-方形截面耗能单元、2-外包约束单元、3-低屈服点钢板、4-连接单元、5-填充混凝土、6-隔离层单元、7-低屈服点钢板与连接单元焊缝、8-低屈服点钢板连接角焊缝、9-聚苯乙烯泡沫、I O-连接钢板间坡口焊缝、11-连接钢板、12-卡位槽具体实施方案
[0025]以下结合附图，对本实用新型进行进一步说明。
[0026]图1至图10所示，一种具有屈曲约束耗能支撑构件，包括耗能单元、外包约束单元、隔离层单元以及端部连接单元；由四块等大小的低屈服点钢板(3)焊接组合成截面形状为方形的耗能单元(I)，低屈服点钢板之间为通过角焊缝连接，在低屈服点钢板(3)的三处预设位置处进行等长度削弱，每处削弱区的长度取值为钢板(3)长度的15%，削弱部分所留出的空间可作为后期灌注混凝土时的益浆孔，未进行削弱的部分可作为支撑工作时的限位器，低屈服点钢板(3)端部适当收进，收进的间距宽度略微大于连接钢板(11)的厚度，在端部收进两侧采用坡口过渡，坡口的角度为45度，便于耗能单元与连接单元后期焊接安装，如图5至图8所示;隔离单元(6)由软玻璃材料制作而成，包裹在耗能单元(4)的内外表面，该无粘结层的厚度约为2?5_，然后在连接钢板(11)过渡段的端部黏贴聚苯乙烯泡沫(9);将已焊接安装完毕的耗能单元(I)，穿过约束方钢管(4)，并通过连接单元(4)上的卡位槽(12)与耗能单元(I)定位、焊接相连为一整体，连接钢板(10)之间由两块短尺寸连接钢板和一块长尺寸连接钢板通过坡口焊缝焊接而成，如图10中的第一、二步骤;外包约束单元(2)由约束方钢管(3)和内部填充混凝土 (5)组成，安装完毕后在一端均匀灌注混凝土，其中将低屈服点钢板削弱部位留出的空隙充当益浆孔道，直至混凝土浇灌满为止。
[0027]本实用新型的主要制作工序总结为:第一步，按照设计要求将四块低屈服点钢板
(3)焊接组装成形，截面削弱、端部收进;第二步，在耗能单元(I)上包裹软玻璃材料;第三步，将耗能单元(I)穿过约束方钢管(3)并通过卡位槽(12)将连接单元(4)与耗能单元(I)焊接固定好;第四步，在约束方钢管(3)内浇灌混凝土，直至达到强度要求。
【主权项】
1.一种新式屈曲约束耗能支撑构件，该构件包括内部耗能单元、外包约束单元、隔离层单元以及端部连接单元，其特征在于;所述的内部耗能单元(I)由四块等大小的低屈服点钢板(3)焊接组成，组合的耗能单元截面为方形，所述的外包约束单元由外部约束方钢管(2)和内部填充混凝土 (5)组成;所述的隔离层单元(6)设置在耗能单元(I)和混凝土 (5)之间；所述的连接单元(4)由连接钢板(11)焊接组合而成，在连接钢板(11)上设置卡位槽(12)定位并与耗能单元(I)焊接安装于支撑构件两端。2.根据权利要求1所述的一种新式屈曲约束耗能支撑构件，其特征在于:所述的低屈服点钢板(3)在预先设定的三处位置进行削弱以及端部适当收进，再由四块等大小的低屈服点钢板(3)焊接组合成截面形状为方形的耗能单元(I)。3.根据权利要求1所述的一种新式屈曲约束耗能支撑构件，其特征在于:所述低屈服点钢板(3)上的每一处削弱处长度取值约为低屈服点钢板(3)长度的15%左右。4.根据权利要求1所述的一种新式屈曲约束耗能支撑构件，其特征在于;在所述的内部耗能单元(I)与混凝土 (5)之间留有间隙，间隙的厚度约为2mm?5mm。5.根据权利要求1所述的一种新式屈曲约束耗能支撑构件，其特征在于:所述的隔离层单元(6)由软玻璃材料制成，设置在内部耗能单元(I)与混凝土(5)之间的间隙处。6.根据权利要求1所述的一种新式屈曲约束耗能支撑构件，其特征在于:所述的连接钢板(10)在其表面特定位置进行局部坡口处理形成卡位槽(12)，通过连接单元(4)上的卡位槽(12)与内部耗能单元(I)固定并焊接。
【专利摘要】本实用新型涉及一种新式屈曲约束耗能支撑构件，属于建筑结构的抗震领域。所述的新式屈曲约束耗能支撑构件包括有内部耗能单元、外包约束单元、隔离层单元以及端部连接单元。所述耗能单元由四块等大小的低屈服点钢板焊接组成，耗能单元的组合截面为方形。所述外包约束单元由外部约束方钢管和内填混凝土组成。所述隔离单元设置在耗能单元与填充混凝土之间。所述端部连接单元通过卡位槽定位并与耗能单元焊接安装于支撑两端。针对传统屈曲约束耗能支撑拉压不平衡、体型庞大、浪费原材料等问题，本实用新型将支撑的耗能单元设计成具有一定的空间形状用以考虑耗能单元对支撑抗弯刚度的贡献，可以有效减少支撑的外包尺寸、节省材料，同时耗能单元在拉压过程中由于泊松效应产生膨胀收缩都会对混凝土产生挤压，可以消除支撑拉压过程中的不平衡力，有效提高了屈曲约束耗能支撑的耗能能力。
【IPC分类】E04B1/98
【公开号】CN205348440
【申请号】CN201520975453
【发明人】张国伟, 陈鹏, 张品, 陈博珊, 高玉春, 吴继峰, 王胜, 覃春园, 宋楷, 孙化璇
【申请人】北京建筑大学
【公开日】2016年6月29日
【申请日】2015年12月2日