一种全钢双核芯板式防屈曲支撑结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种全钢双核芯板式防屈曲支撑结构，包括一字型钢板、两个C型槽钢、4个矩形空心钢管和两个节点板，一字型钢板从中部往两端部逐渐过渡加宽，一字型钢板为核芯单元，两个矩形空心钢管互相平行与C型槽钢连接在一起，构成约束单元，约束单元套在核芯单元外侧，约束单元与核芯单元之间留有空隙；两个约束单元在C型槽钢一侧背对背用缀板铆接装配组合形成双核芯单元，并且中间留有空隙；双核芯单元每端的空隙间插入有节点板的一端，并且该端与一字型钢板固定。本支撑结构，无需混凝土和脱层材料，同时钢芯可以在设计控制位移下屈服耗能，不发生屈曲失稳，简化了制作和施工的难度，增加了灵活度，降低了人工成本。
【专利说明】一种全钢双核芯板式防屈曲支撑结构
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种全钢双核芯板式防屈曲支撑结构。
【背景技术】
[0002]传统中心斜撑构架系统在强震中斜撑受压，极可能在屈服前就产生屈曲失稳，使得结构的抗震能力折损。为了解决斜撑受压屈曲的问题，许多学者经过多年的研宄已研制出一种新型的斜撑构件，称为防屈曲支撑(Buckling Restrained Braces，简称BRB)。此种受拉与受压皆会达到屈服的消能构件，能改善传统中心斜撑构件在受压时发生屈曲的缺点，使改良后的斜撑构架具备优良的高劲度特性，框架系统的韧性与抗震能力更可显著地提升。此外，屈服后的钢材具有能够大量吸收能量的特性，这使得防屈曲支撑在弹性反应时是高劲度的斜撑构件，在屈服后更是一种性能优越的消能组件，能有效地吸收地震输入的能量，是一种很有应用前景的耗能支撑构件。
[0003]一般BRB由核芯构件单元和外围约束单元构成。目前最常见的外围约束型式为钢管充填混凝土所构成。另外，由于希望此构件在受拉及受压时尽可能有相似的力学行为，因此必须在核心与围束单元间提供一滑动单元(又称为脱层单元)，避免核心因受力膨胀后与围束单元间产生握裹或摩擦力而造成轴压力的大量增加，此滑动单元可由各种橡胶等材料构成，称之为脱层材料(Unbonding Material)。这样复杂的构造很大程度上阻止了 BRB的生产和应用，给标准化设计和性能评估带来了困难。
[0004]另外，绝大多数的防屈曲支撑都是由单一核心断面及单一钢管围束单元所构成，且两端部大多会加劲成十字型，端部也需焊上加劲板构成十字型，支撑接合长度较长与螺栓数量较多，造成焊接及栓接作业大量增加。为了改善这些缺点，台湾大学土木工程研宄所蔡克铨与赖俊维教授已研制出以双核芯断面及由双钢管约束单元所组成的防屈曲消能支撑，虽然在一定程度上改善了端部的问题，但他们所用的约束单元仍选择钢管内充填混凝土所组成的组件，构造仍然比较复杂。
实用新型内容
[0005]针对以上问题，本实用新型公开一种全钢双核芯板式防屈曲支撑结构，采用全钢套管作为约束，套管和核芯板之间预留空隙，作为芯板的膨胀和变形空间，无需混凝土和脱层材料；同时应用双核芯、C型槽钢和双空心钢套管，简化了制作和施工的难度，增加了灵活度，降低了人工成本。
[0006]本实用新型所采用的技术如下:一种全钢双核芯板式防屈曲支撑结构，包括一字型钢板(I)、两个C型槽钢(2)、4个矩形空心钢管(3)和两个节点板(4);一字型钢板从中部往两端部逐渐过渡加宽，一字型钢板(I)为核芯单元，两个矩形空心钢管(3)互相平行与C型槽钢(2)连接在一起，构成约束单元，约束单元套在核芯单元外侧，约束单元与核芯单元之间留有空隙；两个约束单元在C型槽钢(2) —侧背对背用缀板铆接装配组合形成双核芯单元，并且中间留有空隙；双核芯单元每端的空隙间插入有节点板(4)的一端，并且该端与一字型钢板(I)固定。
[0007]本实用新型还具有如下技术特征:所述的一字型钢板的一侧的两端分别垂直连接有加强肋。
[0008]本实用新型的有益效果和优点:
[0009]本实用新型采用全钢双核芯板式防屈曲支撑结构，以全钢套管作为约束，在套管和核芯板之间为芯板膨胀预留空隙，无需混凝土和脱层材料，同时钢芯可以在设计控制位移下屈服耗能，不发生屈曲失稳。钢芯约束屈服段的截面尺寸根据芯材的屈服强度和规范的相关规定确定的轴力设计，保证钢芯顺畅的伸缩变形，获得优秀的滞回耗能性能，简化了制作和施工的难度，增加了灵活度，降低了人工成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1防屈曲支撑核芯钢板结构图；
[0011]图2防屈曲支撑局部装配图；
[0012]图3防屈曲支撑约束屈服段A-A截面图；
[0013]图4防屈曲支撑非约束屈服段B-B截面图；
[0014]图5防屈曲支撑节点板结构图；
[0015]图6防屈曲支撑节点板C-C截面图；
[0016]图7防屈曲支撑整体装配图；
[0017]图8构件拟静力实验结果图。
【具体实施方式】
[0018]下面根据附图举例进一步说明:
[0019]实施例1
[0020]如图1-7所示，一种全钢双核芯板式防屈曲支撑结构，包括一字型钢板1、两个C型槽钢2、4个矩形空心钢管3和两个节点板4 ;一字型钢板从中部往两端部逐渐过渡加宽，一字型钢板I为核芯单元，两个矩形空心钢管3互相平行与C型槽钢2焊接在一起，构成约束单元，约束单元套在核芯单元外侧，约束单元与核芯单元之间留有空隙1.5mm，使核芯单元在受力膨胀和变形时有空间；两个约束单元在C型槽钢2 —侧背对背用缀板铆接装配组合形成双核芯单元，并且中间留有空隙16mm;双核芯单元每端的空隙间插入有节点板4的一端，并且该端与一字型钢板I固定，节点板4的另外一端铆接在柱和梁上。所述的一字型钢板的一侧的两端分别垂直焊接有加强肋5，槽钢和矩形钢管焊接形成的空间即为约束单元，核芯单元受压时的屈曲被它们所约束，保证充分利用钢材的受压能力。
[0021 ] 一字型钢板I为受力单元，由约束屈服段(工作段)，约束非屈服段(过渡段)，非约束非屈服段(连接段)三段构成；约束非屈服段和非约束非屈服段上焊接有阶梯型变截面加劲肋，保证不在此段屈服，也保证应力不发生突变，同时阶梯型的加劲肋也为套管上下滑动提供了约束，为避免套管与芯材间滑动，中间可适当加以点焊；一字型钢板端部加宽，并留有铆接螺孔，过渡段采用阶梯状渐进式，避免应力突变；为防止过渡段失稳破坏，其平面外方向焊接加劲肋以增强侧向支撑；一字型钢板材料建议选用低屈服点钢或普通Q235钢，矩形钢管选用40X25X3型号，C型槽钢选用#12轻型槽钢。
[0022]实施例2
[0023]本实用新型的钢芯可以在设计控制位移下屈服耗能，不发生屈曲失稳。钢芯约束屈服段的截面尺寸根据芯材的屈服强度和规范的相关规定确定的轴力设计，保证钢芯顺畅的伸缩变形，获得优秀的滞回耗能性能。例如，若设计支撑的承载力为400kN，支撑与水平梁倾角约为50度，取核芯钢板截面为72mm 12mm，单核芯支撑的设计屈服力参照AISC340-10为:
[0024](I)Pysc= FyscAsc= 215MpaX72mmX 12mm = 185.8kN
[0025]调整后的受拉承载力为
[0026](2) Ty= R yPysc= 1.25 X 185.8 = 232.2kN
[0027](3) Tmax= ω FyscAsc= wTy= 1.1X232.2 = 255.4kN
[0028]调整后的受压承载力为
[0029](4) Pmax= β Tniax= 1.1X255.4 = 281.0kN
[0030]双核芯需水平方向的水平推力为
[0031](5)2Pmaxcos 50° = 2X281.0Xcos 50° = 361.2kN < 400KN
[0032]满足试验室设备的加载能力和设计预期。
[0033]这里演示的计算中，Fys。指Q235钢材的屈服强度设计值，P ys。指核芯钢板轴向屈服强度，As。指核芯钢板截面积，β为抗压强度调整系数，ω为应变硬化调整系数，Ry为材料超强系数。
[0034]经拟静力及疲劳试验研宄结果显示(如图8所示)，所设计防屈曲支撑具备优良的滞回耗能与抗疲劳性能，可在各种建筑和土木工程中使用，既可增加结构刚度，提高建筑物的功能性，又可在设防烈度、罕遇烈度乃至超大规模地震下通过自身的屈服耗能来保护主体结构。同时若经大震损坏还可更换，且不影响结构的正常使用，可使主体结构快速回复实用功能。
[0035]实施例3
[0036]为了测试上述构件的抗侧力性能，对构件样品进行拟静力实验，其中一个构件拆开成两个单核芯，另一个为双核芯，共三个实验。测试结果如图8所示，图8中(a)为#1号单核芯试件拟静力加载的轴力-变形曲线，(b)为#2号单核芯试件拟静力加载的轴力-变形滞回曲线，(c)为#2号单核芯试件在1.1倍屈服强度下的低周疲劳轴力-变形滞回曲线，(d)为#3号双核芯试件轴力-变形滞回曲线。从图中可以看出，#1号没有#2号构件平滑，且有少许捏拢效应，这是因为围束钢管和槽钢间焊缝不够长，使核芯构件发生了屈曲。#2号和#3号构件做了改进，增加了焊缝，保证了约束力，所以#2号和#3号构件的曲线更加饱满和平滑。这间接证明了本实用新型理论和制作的合理性，即，只要保证围束力，核芯钢板就能充分发挥稳定的耗能作用。但所有实验表明:防屈曲支撑拉压力基本对称，达到或超过设计承载力的400kN ;滞回曲线饱满，具有高达18.8%的阻尼比，能充分消耗地震作用的能量；屈服刚度比约为10%，符合钢材的刚度硬化性质；1.1倍屈服力水平偏劳实验100圈，承载力近降低不超过6 %，可以耐受较多较长余震的作用，所设计防屈曲支撑三个试件均体现稳定的性能。所设计使用新型防屈曲支撑构件还可以改变结构体系的传力规律，缓解其它抗侧力构件所承担的地震剪力；在地震发生时，还可将大量非弹性变性吸纳于防屈曲支撑套管内部，是主体结构处于弹性、准弹性状态，消能减震效果优异。
【权利要求】
1.一种全钢双核芯板式防屈曲支撑结构，包括一字型钢板(I)、两个C型槽钢(2)、4个矩形空心钢管(3)和两个节点板(4);其特征在于，一字型钢板从中部往两端部逐渐过渡加宽，一字型钢板(I)为核芯单元，两个矩形空心钢管(3)互相平行与C型槽钢(2)连接在一起，构成约束单元，约束单元套在核芯单元外侧，约束单元与核芯单元之间留有空隙；两个约束单元在C型槽钢(2) —侧背对背用缀板铆接装配组合形成双核芯单元，并且中间留有空隙；双核芯单元每端的空隙间插入有节点板(4)的一端，并且该端与一字型钢板(I)固定。
2.根据权利要求1所述的一种全钢双核芯板式防屈曲支撑结构，其特征在于，所述的一字型钢板的一侧的两端分别垂直连接有加强肋(5)。
【文档编号】E04B1/98GK204199472SQ201420683763
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月14日 优先权日:2014年11月14日
【发明者】王玉梅 申请人:王玉梅