本發(fā)明涉及一種屈曲約束支撐。

背景技術(shù)：

普通鋼支撐在往復(fù)水平地震作用下容易發(fā)生受壓屈曲而導(dǎo)致剛度、承載力和耗能能力的急劇下降，顯著降低結(jié)構(gòu)的延性。屈曲約束支撐為一種應(yīng)用于建筑工程和橋梁工程的耗能減震構(gòu)件，利用鋼材的軸向拉壓塑性變形吸收能量，通過在內(nèi)核的外圍設(shè)置約束構(gòu)件抑制其受壓屈曲，在受壓時(shí)也能產(chǎn)生較大的軸向變形，不會(huì)發(fā)生支撐整體失穩(wěn)。屈曲約束支撐不僅能夠給結(jié)構(gòu)提供剛度，而且能起到消能減震的作用，從而避免主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的損傷破壞。目前，屈曲約束支撐在國內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是對(duì)于抗震設(shè)防烈度較高的建筑物。

目前，屈曲約束支撐按約束方式的不同主要有三種類型，即鋼與混凝土整體式、全鋼整體式和全鋼裝配式屈曲約束支撐。鋼與混凝土整體式屈曲約束支撐是通過內(nèi)填混凝土或砂漿的鋼構(gòu)件對(duì)內(nèi)核進(jìn)行約束，內(nèi)核表面需要附加無粘結(jié)材料以避免混凝土和內(nèi)核連成一體。全鋼整體式屈曲約束支撐是通過單個(gè)鋼構(gòu)件或焊接成整體的鋼構(gòu)件作為內(nèi)核的約束構(gòu)件。全鋼裝配式屈曲約束支撐是通過螺栓將約束單元連接起來，形成內(nèi)核的約束構(gòu)件。

鋼與混凝土整體式屈曲約束支撐存在以下缺點(diǎn)：(1)需要澆筑混凝土，濕作業(yè)工作多，加工精度控制困難，制作周期長，質(zhì)量不易控制，支撐的自重大；(2)內(nèi)核表面需要附加無粘結(jié)材料，其耐久性較差；(3)內(nèi)核受壓時(shí)填充的混凝土或砂漿容易被壓壞，從而降低約束效果，影響支撐的性能；(4)由于內(nèi)核耗能段被約束構(gòu)件完全包圍，地震發(fā)生以后很難快速地判斷內(nèi)芯的變形狀態(tài)，不能及時(shí)有效地判斷是否需要更換；(5)支撐破壞以后約束構(gòu)件不能重復(fù)使用。

全鋼整體式屈曲約束支撐存在以下缺點(diǎn)：(1)由于內(nèi)核耗能段被約束構(gòu)件完全包圍，約束構(gòu)件只能破壞性地拆解，地震發(fā)生以后很難快速地判斷內(nèi)芯的變形狀態(tài)，不能及時(shí)有效地判斷是否需要更換；(2)支撐破壞以后約束構(gòu)件不能重復(fù)使用。(3)整體式全鋼約束構(gòu)件不可避免的存在較多焊接工作，可能會(huì)對(duì)支撐產(chǎn)生初始?xì)堄嘧冃巍?/p>

因此，全鋼裝配式屈曲約束支撐具有較多的優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的研究。相對(duì)而言，全鋼裝配式屈曲約束支撐的缺點(diǎn)是約束構(gòu)件由離散分布的螺栓連接而成，約束構(gòu)件的整體剛度會(huì)受到一定影響。普通的全鋼裝配式屈曲約束支撐為了保證內(nèi)核與約束構(gòu)件之間的間隙，需要設(shè)置填充板條，內(nèi)核被約束構(gòu)件包圍，所以震后也需要將螺栓拆卸掉才能判斷內(nèi)核的變形狀態(tài)。已有學(xué)者在約束構(gòu)件表面開設(shè)觀察窗，通過觀察窗來判斷內(nèi)芯的變形狀態(tài)，但觀察窗并不能沿支撐通長分布，只能觀察局部的內(nèi)核狀態(tài)。

目前應(yīng)用較廣的支撐內(nèi)核為一字形，由于支撐端部需要與主體結(jié)構(gòu)相連，內(nèi)核端部不受約束構(gòu)件的約束，所以需要在一字形內(nèi)芯端部垂直焊接加勁肋，以避免內(nèi)核端部外露段的破壞。眾多試驗(yàn)研究結(jié)果表明，內(nèi)核常常在加勁肋端部焊縫處發(fā)生斷裂，這是由于焊接殘余應(yīng)力的存在和幾何突變?cè)斐傻膽?yīng)力集中的影響，加勁肋焊縫端部容易形成薄弱環(huán)節(jié)而過早發(fā)生低周疲勞斷裂，嚴(yán)重降低支撐的耗能能力。加勁肋端部焊縫質(zhì)量的不確定性給支撐的安全性和可靠性帶來了影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提出了一種加勁肋端部焊縫經(jīng)過圓滑處理，側(cè)面可檢視的全鋼型裝配式屈曲約束支撐，能夠有效地提高支撐的低周疲勞性能，充分利用鋼材的塑性變形能力，同時(shí)在震后也非常容易通過側(cè)面對(duì)內(nèi)芯的狀態(tài)進(jìn)行判斷。

針對(duì)目前屈曲約束支撐的發(fā)展現(xiàn)狀，本發(fā)明需要解決的問題是：(1)不便于震后快速評(píng)估內(nèi)核變形或損傷狀態(tài)；(2)加勁肋端部焊縫質(zhì)量缺陷；(3)無法方便地更換受損的內(nèi)芯。

本發(fā)明需要達(dá)到的目的是：(1)屈曲約束支撐在不拆卸的情況下便能對(duì)內(nèi)核的變形狀態(tài)進(jìn)行判斷，以利于震后快速評(píng)估是否應(yīng)該更換；(2)對(duì)加勁肋端部焊縫進(jìn)行處理，使內(nèi)芯盡量在中部截面發(fā)生破壞，提高支撐的低周疲勞性能；(3)采用裝配式的方案，能便利地更換受損內(nèi)芯。

為此，給出的技術(shù)方案概括為：

一種側(cè)面可檢視的全鋼型裝配式屈曲約束支撐，其特征在于，包括內(nèi)核1、端部加勁肋6、兩塊約束面板2、墊圈4、限位槽7、高強(qiáng)螺栓3。

所述內(nèi)核1為一字形截面鋼板，在內(nèi)核1中部設(shè)置凸起，對(duì)內(nèi)核1端部進(jìn)行放大，整個(gè)內(nèi)核1一次切割加工完成。

上下兩塊約束面板2，每塊所述約束面板2含有兩排沿縱向分布的螺栓孔，約束面板2端部螺栓孔間距比中間螺栓孔間距??；約束面板2兩端進(jìn)行開槽，使得端部加勁肋6能以軸向伸入約束構(gòu)件內(nèi)部；兩個(gè)上下相同的約束面板2通過高強(qiáng)度螺栓3連接。

所述墊圈4為圓環(huán)形截面，厚度大于內(nèi)核1鋼板的厚度，使內(nèi)核1與約束面板2之間形成間隙。內(nèi)核1側(cè)面與墊圈4之間有間隙，內(nèi)核1構(gòu)件受壓時(shí)與墊圈4為點(diǎn)接觸。

所述限位槽7與內(nèi)核1中間凸起相匹配，內(nèi)核1凸起的表面與限位槽7內(nèi)表面存在間隙，限位槽7上有螺栓孔，以便于螺桿的穿過。

所述螺栓3為高強(qiáng)度螺栓，高強(qiáng)螺栓由螺母和螺桿組成，螺桿依次穿過上約束面板2、墊圈4(或限位槽7)、下約束面板2，通過施加預(yù)緊力使約束構(gòu)件形成一個(gè)整體。

進(jìn)一步優(yōu)化技術(shù)方案，本發(fā)明還包括加勁構(gòu)件5，所述加勁構(gòu)件5為焊接在約束面板2上的鋼構(gòu)件，可以根據(jù)實(shí)際需要決定是否設(shè)置加勁構(gòu)件，加勁構(gòu)件是為了提高約束構(gòu)件的平面外剛度，往往設(shè)置加勁構(gòu)件比改變約束面板厚度的效果更好，加勁構(gòu)件可以為槽鋼、矩形鋼管、一字形鋼板等。

進(jìn)一步優(yōu)化技術(shù)方案，本發(fā)明還包括加勁肋端部焊縫8結(jié)構(gòu)，所述加勁肋端部焊縫8為角焊縫，焊接加勁肋6端部時(shí)應(yīng)保證連續(xù)施焊，焊接完成后應(yīng)對(duì)端部焊縫進(jìn)行局部打磨圓滑處理，使其與內(nèi)核1表面圓滑過渡。

本發(fā)明關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)如下：(1)采用圓環(huán)形截面的墊圈用于固定內(nèi)核與約束面板的間隙，可以從支撐側(cè)面對(duì)內(nèi)核全長進(jìn)行觀察，以判斷震后內(nèi)核的變形或損傷狀態(tài)；(2)螺桿依次穿過上約束面板、墊圈(或限位槽)、下約束面板，通過施加預(yù)緊力使約束構(gòu)件形成一個(gè)整體，形成可拆卸的裝配式構(gòu)造；

(3)對(duì)加勁肋端部焊縫進(jìn)行光滑打磨處理，使得焊縫與內(nèi)核表面圓滑過渡；

(4)減小端部螺栓間距，以保證構(gòu)件端部不發(fā)生破壞。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)應(yīng)用于工程中，震后不用對(duì)支撐進(jìn)行拆解便可以容易地通過支撐側(cè)面觀察內(nèi)核的變形或損傷狀態(tài)，便于震后的性能評(píng)估，若內(nèi)核發(fā)生損壞，可及時(shí)用新的內(nèi)核替換，應(yīng)用方便。

(2)約束構(gòu)件由兩組約束單元通過高強(qiáng)螺栓連接而成，可以現(xiàn)場裝配，組裝方便，約束構(gòu)件還可以重復(fù)使用；

(3)全部采用鋼材制作，不需要澆筑混凝土，不需要附加無粘結(jié)材料，自重較輕，工序簡單，耐久性好，加工精度容易控制，能夠提高生產(chǎn)效率；

(4)加勁肋端部焊縫進(jìn)行圓滑處理，能夠減小殘余應(yīng)力和應(yīng)力集中，盡量避免焊縫根部提前發(fā)生破壞，提高了支撐的低周疲勞性能；

(5)內(nèi)核與約束面板之間的間隙可以通過墊圈的高度靈活調(diào)整。

(6)加勁鋼構(gòu)件可根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置，加勁鋼構(gòu)件的形式靈活，可以為槽鋼、矩形鋼管或一字形鋼板等。

(7)整個(gè)支撐經(jīng)濟(jì)性能較好，維護(hù)方便，滯回耗能性能好，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

附圖說明

圖1為支撐整體軸側(cè)分解圖

圖2為內(nèi)核平面圖

圖3為約束面板平面圖

圖4為限位槽平面圖

圖5為墊圈平面圖

圖6為內(nèi)核端部剖面圖

圖7為加勁肋端部焊縫圓滑處理示意圖

圖8為支撐平面示意圖

圖9為支撐整體側(cè)面示意圖

圖10為支撐平面局部放大圖

圖11為支撐側(cè)面局部放大圖

圖12為支撐整體A-A剖面圖

圖13為支撐整體B-B剖面圖

其中：1-內(nèi)核、2-約束面板、3-高強(qiáng)螺栓、4-圓環(huán)形墊圈、5-加勁構(gòu)件、6-端部加勁肋、7-限位槽、8-加勁肋端部焊縫。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做進(jìn)一步介紹。

如圖1所示，本發(fā)明提供一種側(cè)面可檢視的全鋼型裝配式屈曲約束支撐，由以下部件組成，包括內(nèi)核1、端部加勁肋6、約束面板2、高強(qiáng)螺栓3、墊圈4、限位槽7、加勁肋端部焊縫8和加勁構(gòu)件5。

所述內(nèi)核為一字形截面鋼板，為了避免約束構(gòu)件沿軸向滑動(dòng)，在內(nèi)核中部設(shè)置凸起，為了避免內(nèi)核端部未約束段的破壞，對(duì)內(nèi)核端部進(jìn)行放大，整個(gè)內(nèi)核一次切割加工完成。

所述約束面板含有兩排沿縱向分布的螺栓孔，約束面板端部螺栓孔間距比中間螺栓孔間距小，這是為了加強(qiáng)約束構(gòu)件的端部的剛度，避免端部過早發(fā)生破壞，孔徑為螺桿直徑加上1mm左右。為了保證端部加勁肋的軸向位移和加勁肋深入約束構(gòu)件內(nèi)部的要求，對(duì)約束面板兩端進(jìn)行開槽處理，兩個(gè)相同的約束面板通過高強(qiáng)度螺栓連接。

所述加勁構(gòu)件為焊接在約束面板上的鋼構(gòu)件，可以根據(jù)實(shí)際需要決定是否設(shè)置加勁構(gòu)件，加勁構(gòu)件是為了提高約束構(gòu)件的平面外剛度，往往設(shè)置加勁構(gòu)件比改變約束面板厚度的效果更好，加勁構(gòu)件可以為槽鋼、矩形鋼管、一字形鋼板等，附圖中只列舉采用槽鋼時(shí)的情況。

所述端部加勁肋需伸入約束面板一定的長度，以避免構(gòu)件端部發(fā)生屈曲破壞。

所述加勁肋端部焊縫為角焊縫，焊接加勁肋端部時(shí)應(yīng)保證連續(xù)施焊，焊接完成后應(yīng)對(duì)端部焊縫進(jìn)行局部打磨圓滑處理，使其與內(nèi)核表面圓滑過渡，以減小焊接殘余應(yīng)力和應(yīng)力集中。

所述墊圈為圓環(huán)形截面，厚度大于內(nèi)核鋼板的厚度，墊圈的作用是保證內(nèi)核與約束面板有一定的間隙，以使內(nèi)核在受壓時(shí)能夠橫向膨脹。內(nèi)核側(cè)面與墊圈有一定的間隙，內(nèi)核構(gòu)件受壓時(shí)與墊圈為點(diǎn)接觸，墊圈不會(huì)影響對(duì)內(nèi)核構(gòu)件側(cè)面的觀察。同時(shí)由于墊圈厚度大于內(nèi)核的厚度，也可以透過間隙對(duì)內(nèi)核平面進(jìn)行觀察。

所述螺栓為高強(qiáng)度螺栓，高強(qiáng)螺栓由螺母和螺桿組成，螺桿依次穿過上約束面板、墊圈(或限位槽)、下約束面板，通過施加預(yù)緊力使約束構(gòu)件形成一個(gè)整體。

所述限位槽與內(nèi)核中間凸起相匹配，內(nèi)核凸起的表面與限位槽內(nèi)表面有一定間隙，限位槽上有螺栓孔，以便于螺桿的穿過。

通過以上方式完成整個(gè)構(gòu)件的制作，然后安裝在結(jié)構(gòu)中，以達(dá)到其抗震耗能的作用。

支撐的制作安裝順序如下：1)制作支撐的各個(gè)分部件；2)將端部加勁肋6焊接在內(nèi)核1上，并對(duì)端部焊縫8進(jìn)行圓滑打磨處理；3)將上下約束面板2設(shè)置在內(nèi)核1兩側(cè)，并將墊圈4放置在與螺栓孔相對(duì)應(yīng)的位置；4)將高強(qiáng)螺栓穿過約束面板和墊圈(或限位槽)上的螺栓孔，并施加預(yù)緊力；加勁構(gòu)件可根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置。

內(nèi)核1由塑性變形能力好的鋼材制成，其余構(gòu)件可采用普通鋼材。

在內(nèi)核1上下兩側(cè)平行設(shè)置兩組約束面板2，在約束面板螺栓孔相對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置圓環(huán)形截面墊圈4，高強(qiáng)度螺栓3依次穿過上約束面板2、墊圈4和下約束面板2，使約束構(gòu)件形成一個(gè)整體，上下兩組約束面板2將內(nèi)核1夾在中間。

限位槽7的凹進(jìn)部位與內(nèi)核1中部凸起部分相匹配，約束構(gòu)件與內(nèi)核1的相互作用來確保各組件之間較小的相對(duì)剛體運(yùn)動(dòng)，從而提高支撐的變形能力。

根據(jù)需要，可以在約束面板2上焊接合適的加勁構(gòu)件5，包括槽鋼、矩形鋼管或一字形鋼板等，加勁構(gòu)件可以提高約束構(gòu)件平面外的剛度。

端部加勁肋6與內(nèi)核1通過角焊縫8連接，焊接時(shí)應(yīng)保證在加勁肋端部連續(xù)施焊，焊接完成以后對(duì)加勁肋端部焊縫8進(jìn)行光滑打磨處理。

本發(fā)明所述一種側(cè)面可檢視的全鋼型裝配式屈曲約束支撐，地震發(fā)生時(shí)，支撐兩端會(huì)產(chǎn)生相對(duì)軸向變形，軸向力只由內(nèi)核1承受，通過內(nèi)核1的塑性變形吸收地震能量。由于內(nèi)核1與約束構(gòu)件之間存在間隙，當(dāng)內(nèi)核1受壓時(shí)會(huì)發(fā)生微幅多波屈曲，從而對(duì)約束面板2和墊圈4產(chǎn)生相互作用力，由于約束面板2的約束存在，支撐不會(huì)發(fā)生整體失穩(wěn)。當(dāng)內(nèi)核1發(fā)生變形時(shí)，內(nèi)核中部凸起點(diǎn)的位移與約束構(gòu)件的軸向剛體位移一致，從而保證內(nèi)核與約束構(gòu)件之間不會(huì)有較大的相對(duì)剛體位移。內(nèi)核1在拉壓下均能進(jìn)入屈服狀態(tài)，并且產(chǎn)生較大的軸向變形，具有良好的耗能減震的效果。地震以后可以方便地從支撐側(cè)面對(duì)內(nèi)核的狀態(tài)進(jìn)行觀察，以對(duì)其進(jìn)行震后性能評(píng)估。