专利名称：一种分段耗能防屈曲支撑方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及到一种建筑结构工程的抗震结构部件，尤其是指一种兼有抗侧力和耗能双重功能的防屈曲耗能支撑方法及装置，属于结构工程技术领域。
背景技术：
我国幅员辽阔，但是许多大中型城市都处于地震区域。建于地震区的建筑都要考虑结构的抗震性能。防屈曲耗能支撑作为一种新型抗减震构件，有望在各种抗震建筑中得到广泛应用。防屈曲耗能支撑最大优点在于它兼有抗侧力和耗能双重功能，与现有钢框架中的中心支撑或偏心支撑在外力作用下发生屈曲不能有效耗能相比，具有巨大的优势。在风载等常规载荷的作用下，防屈曲耗能支撑可以起抗侧力构件的作用；在地震载荷作用下，防屈曲耗能支撑核心钢在的约束下反复屈服(塑性变形)而不屈曲(失稳)，消耗地震输入能量。由于防护装置的约束作用，防屈曲支撑在拉压载荷的作用下表现出基本相同的滞回性能，滞回曲线非常饱满，是理想的耗能构件。但是目前工程上普遍采用的防屈曲支撑只能按地震等级单级设防，而且对于一个防屈曲支撑都是采用的同一种等级抗震结构设计，采用的是等截面的核心钢结构设计，这样出于安全方面考虑往往会提高设防地震等级，这样必然会加强工程结构而提高造价。因此很有必要对此加以改进。
发明内容
本发明的目的就是为了克服现有防屈曲支撑设计的不足，本发明根据防屈曲支撑不同部位所承受的力不同，作用也不同的原理，提出了一种能合理采取设防措施的防屈曲支撑方法及装置。为了实现本发明的目的，本发明所提出的技术方案是一种分段耗能防屈曲支撑方法，按照核心钢在防震时各部位所受的力以及所起的作用不同，将核心钢设计为一个变截面的核心钢，将整个核心钢分为三段；其中，核心钢中间一段为小截面耗能段，小截面耗能段两边分别对称分布有一段大截面耗能段，大截面耗能段的截面大于小截面耗能段的截面面积；通过小截面耗能段与大截面耗能段在各级地震状况中不同的状态来进行抗震。当防屈曲支撑遭遇多遇地震(中震)时，由于核心钢的小截面耗能段截面积较小， 率先进入塑性变形耗能，大截面耗能段截面积大，处于弹性状态，不参与耗能。由于多遇地震载荷相对较小，核心钢小截面耗能段变形量较小(小于士2 Δ L)，限位卡槽不限位，核心钢可以自由伸缩。当防屈曲支撑遭遇罕遇地震(大震)时，由于地震载荷较大，核心钢的小截面耗能段和大截面耗能段都会进入塑性变形耗能。当核心钢小截面耗能段的变形量大于士2 Δ L 时，边条的限位卡槽对小截面耗能段变形量限位，这时小截面耗能段不再继续变形，增加的载荷通过限位凸台传递给边条，边条再传递给防护板，大截面耗能段继续发生塑性变形，消耗地震能量。根据上述方法所提出的所述的分段耗能的变截面核心钢防屈曲支撑由防护板、核心钢、边条及连接螺栓组成；防护板之间加边条，防护板与边条用螺栓连成一个整体，核心钢夹在防护板中间；边条中间开有定位卡槽，两边开有限位卡槽；核心钢上设有定位凸台和限位凸台，分别与边条上的定位卡槽和限位卡槽配合；定位凸台与定位卡槽的间隙很小 (可以为零间隙)，限位凸台与限位卡槽设置一个单边为AL的间隙；核心钢的中间开一条通槽来改变核心钢的截面积。其特征在于核心钢分为三段；其中，核心钢中间一段为小截面耗能段，小截面耗能段两边分别对称分布有一段大截面耗能段，大截面耗能段的截面大于小截面耗能段的截面面积。实际效果本发明提出的分段耗能防屈曲支撑，可以实现抗减工程结构多级地震设防，发生多遇地震(中震)时，防屈曲支撑核心钢的耗能段Ll耗能，发生罕遇地震(大震)时， 防屈曲支撑核心钢的耗能段Li、L2参与耗能；同时，产品设置限位装置，对核心钢耗能次数较多和承载能力较弱的耗能段Ll进行变形量和载荷限制，防止耗能段Ll早期破坏，保证产品的使用寿命。
图1是本发明示意图； 图2是本发明截面示意图； 图3是本发明边条示意图； 图4是本发明核心钢示意图； 图5是本发明局部示意图中1边条；2连接螺栓；3核心钢；4防护板。
具体实施例方式下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的描述。实施例一
从附图1和2可以看出，本发明涉及一种分段耗能防屈曲支撑方法，按照核心钢在防震时各部位所受的力以及所起的作用不同，将核心钢设计为一个变截面的核心钢，将整个核心钢分为三段；其中，核心钢中间一段为小截面耗能段，小截面耗能段两边分别对称分布有一段大截面耗能段，大截面耗能段的截面大于小截面耗能段的截面面积；通过小截面耗能段与大截面耗能段在各级地震状况中不同的状态来进行抗震。当防屈曲支撑遭遇多遇地震(中震)时，由于核心钢的小截面耗能段截面积较小， 率先进入塑性变形耗能，大截面耗能段截面积大，处于弹性状态，不参与耗能。由于多遇地震载荷相对较小，核心钢小截面耗能段变形量较小(小于士2 Δ L)，限位卡槽不限位，核心钢可以自由伸缩。当防屈曲支撑遭遇罕遇地震(大震)时，由于地震载荷较大，核心钢的小截面耗能段和大截面耗能段都会进入塑性变形耗能。当核心钢小截面耗能段的变形量大于士2 Δ L 时，边条的限位卡槽对小截面耗能段变形量限位，这时小截面耗能段不再继续变形，增加的载荷通过限位凸台传递给边条，边条再传递给防护板，大截面耗能段继续发生塑性变形，消耗地震能量。根据上述方法所提出的所述的分段耗能的变截面核心钢防屈曲支撑由防护板4、 核心钢3、边条1和连接螺栓2组成。防护板4之间加边条1，边条1与防护板4用连接螺栓2连接成一个整体，把核心钢3夹在中间；核心钢3与防护板4之间留有间隙，间隙大小可以通过边条1厚度来调节；边条1中间开有定位卡槽，两边开有限位卡槽；核心钢3上设有定位凸台和限位凸台，分别与边条上的定位卡槽和限位卡槽配合。其特征在于核心钢分为三段；其中，核心钢中间一段为小截面耗能段，小截面耗能段两边分别对称分布有一段大截面耗能段，大截面耗能段的截面大于小截面耗能段的截面面积。为了增加支撑刚度，防护板4采用面板上焊接热轧槽钢的结构型式(如图3)，槽钢的宽度不宜超过核心钢3耗能段宽度的2/3。为了减小焊接变形，采用断续焊缝焊接。防护板的支撑刚度必须满足耗能支撑的受力要求并防护核心钢3耗能段的高阶屈曲。核心钢3分为连接段、过渡段和耗能段，连接段与工程结构相连；核心钢的中间开一条通槽来改变核心钢的截面积。连接段和过渡段截面较大，受地震载荷时始终处在弹性状态，不参与耗能。为了增加过渡段的截面积和防止屈曲(失稳)，过渡段焊接筋板。耗能段分为耗能段Ll和L2，耗能段Ll上开有通槽，截面积较小，发生多遇地震时塑性产生变形耗能；耗能段L2截面积较大，发生多遇地震时处于弹性状态，不参与耗能，发生罕遇地震时产生塑性变形，与耗能段Ll 一起耗能。在耗能段Ll和L2之间设有限位凸台，用于耗能段Ll 的变形限位。核心钢3的中部设有定位凸台。由于泊淞效应的影响，核心钢3耗能段受压时会横向膨胀，因此核心钢3耗能段与防护板4、边条1间必须留有间隙。核心钢3耗能段一般会沿厚度方向发生屈曲，厚度方向间隙的大小会影响核心钢3耗能段的耗能疲劳寿命，必须由计算分析并试验验证来确定， 一般取1 2mm(双边)。宽度方向间隙只要大于核心钢3耗能段的横向变形即可。改变边条1的厚度可以很方便的调节核心钢3耗能段与防护板4的间隙。为了减小核心钢3塑性变形的阻力，装配前核心钢3表面涂抹一层硅油或石墨乳增加润滑。边条4中间开有定位卡槽，两边开有限位卡槽，分别与核心钢3上定位凸台和限位凸台配合。定位凸台与定位卡槽的间隙很小(可以为零间隙)；限位凸台与限位卡槽设置一个单边为Δ L的间隙，核心钢3耗能段Ll能够在士2 Δ L的范围内自由变形消耗能量，变形量超过士2 Δ L时受边条1限位卡槽的对耗能段Ll变形和载荷进行限制，保护其不会超载、超变形而早期破坏，Δ L的值可由产品的疲劳寿命试验确定，建议不超过耗能段Ll长度的1%。
权利要求
1.一种分段耗能防屈曲支撑方法，其特征在于按照核心钢在防震时各部位所受的力以及所起的作用不同，将核心钢设计为一个变截面的核心钢，将整个核心钢分为三段；其中，核心钢中间一段为小截面耗能段，小截面耗能段两边分别对称分布有一段大截面耗能段，大截面耗能段的截面大于小截面耗能段的截面面积；通过小截面耗能段与大截面耗能段在各级地震状况中不同的状态来进行抗震。
2.如权利要求1所述的分段耗能防屈曲支撑方法，其特征在于当防屈曲支撑遭遇多遇地震或中震时，由于核心钢的小截面耗能段截面积较小，率先进入塑性变形耗能，大截面耗能段截面积大，处于弹性状态，不参与耗能；由于多遇地震载荷相对较小，核心钢小截面耗能段变形量较小，限位卡槽不限位，核心钢可以自由伸缩。
3.如权利要求1所述的分段耗能防屈曲支撑方法，其特征在于当防屈曲支撑遭遇罕遇地震或大震时，由于地震载荷较大，核心钢的小截面耗能段和大截面耗能段都会进入塑性变形耗能；当核心钢小截面耗能段的变形量大于士2 Δ L时，边条的限位卡槽对小截面耗能段变形量限位，这时小截面耗能段不再继续变形，增加的载荷通过限位凸台传递给边条，边条再传递给防护板，大截面耗能段继续发生塑性变形，消耗地震能量。
4.一种分段耗能防屈曲支撑，由防护板、核心钢、边条和连接螺栓组成；防护板之间加边条，边条与防护板用连接螺栓连接成一个整体，把核心钢夹在中间；核心钢与防护板之间留有间隙，间隙大小可以通过边条厚度来调节；边条中间开有定位卡槽，两边开有限位卡槽；核心钢上设有定位凸台和限位凸台，分别与边条上的定位卡槽和限位卡槽配合；其特征在于核心钢分为三段；其中，核心钢中间一段为小截面耗能段，小截面耗能段两边分别对称分布有一段大截面耗能段，大截面耗能段的截面大于小截面耗能段的截面面积。
5.如权利要求4所述的分段耗能防屈曲支撑，其特征在于防护板采用面板上焊接热轧槽钢的结构型式，槽钢的宽度不宜超过核心钢耗能段宽度的2/3 ；为了减小焊接变形，采用断续焊缝焊接；防护板的支撑刚度必须满足耗能支撑的受力要求并防护核心钢耗能段的高阶屈曲。
6.如权利要求5所述的分段耗能防屈曲支撑，其特征在于核心钢分为连接段、过渡段和耗能段，连接段与工程结构相连；核心钢的中间开一条通槽来改变核心钢的截面积；连接段和过渡段截面较大，受地震载荷时始终处在弹性状态，不参与耗能。
7.如权利要求5所述的分段耗能防屈曲支撑，其特征在于为了增加过渡段的截面积和防止屈曲或失稳，过渡段焊接筋板。
8.如权利要求5所述的分段耗能防屈曲支撑，其特征在于在耗能段之间设有限位凸台，用于耗能段的变形限位；核心钢的中部设有定位凸台。
9.如权利要求5所述的分段耗能防屈曲支撑，其特征在于核心钢耗能段与防护板、边条间必须留有间隙。
10.如权利要求5所述的分段耗能防屈曲支撑，其特征在于边条中间开有定位卡槽， 两边开有限位卡槽，分别与核心钢上定位凸台和限位凸台配合；限位凸台与限位卡槽设置一个单边为Δ L的间隙。
全文摘要
一种分段耗能防屈曲支撑方法及装置，按照核心钢在防震时各部位所受的力以及所起的作用不同，将核心钢设计为一个变截面的核心钢，将整个核心钢分为三段；其中，核心钢中间一段为小截面耗能段，小截面耗能段两边分别对称分布有一段大截面耗能段，大截面耗能段的截面大于小截面耗能段的截面面积；通过小截面耗能段与大截面耗能段在各级地震状况中不同的状态来进行抗震。本分段耗能防屈曲支撑，可以实现抗减工程结构多级地震设防，发生多遇地震(中震)时，防屈曲支撑核心钢的耗能段L1耗能，发生罕遇地震(大震)时，防屈曲支撑核心钢的耗能段L1、L2参与耗能。
文档编号E04B1/98GK102261140SQ20111013323
公开日2011年11月30日 申请日期2011年5月23日 优先权日2011年5月23日
发明者刘军, 宁响亮, 张振兴, 李文斌, 郭红锋 申请人:株洲时代新材料科技股份有限公司