带肋的双矩形管约束型H形截面装配式防屈曲耗能支撑.pdf

带肋的双矩形管约束型H形截面装配式防屈曲耗能支撑，属于结构工程技术领域。其特征在于：由两个带肋的冷弯薄壁型钢矩形管和热轧H型钢组成；两个冷弯薄壁型钢矩形管通过长螺杆连接件扣压在热轧H型钢的腹板上，组成外围约束构件，并对内核的H型钢形成约束机制；热轧H型钢有长螺杆连接件通过的位置开设圆形孔，两个冷弯薄壁型钢矩形管有长螺杆连接件通过的非跨中位置开设椭圆形孔、跨中位置开设圆形孔；两个冷弯薄壁型钢矩形管在开孔的两侧对称布置两个槽型加劲肋。本实用新型能为多高层建筑结构提供抗侧力作用，且在大震作用下能够达到全截面屈服，从而有效耗能。

1.  带肋的双矩形管约束型H形截面装配式防屈曲耗能支撑，其特征在于，含有：两个带肋的冷弯薄壁型钢矩形管(1、2)和热轧H型钢，其中：
热轧H型钢是内核构件；
两个冷弯薄壁型钢矩形管(1、2)，其中，每一个冷弯薄壁型钢矩形管的三个面上焊接有槽型加劲肋，用长螺杆连接件沿着所述加劲肋的方向把所述两个冷弯薄壁型钢矩形管(1、2)扣压到所述热轧H型钢的腹板两侧，构成外围约束构件；在所述热轧H型钢被所述长螺杆连接件穿过的任何位置都开设圆形孔，在所述两个冷弯薄壁型钢矩形管(1、2)被所述长螺杆连接件穿过的跨中位置开设圆形孔，在所述两个冷弯薄壁型钢矩形管(1、2)被所述长螺杆连接件穿过的非跨中位置开设椭圆形孔。

2.  根据权利要求1所述的带肋的双矩形管约束型H形截面装配式防屈曲耗能支撑，其特征在于，在所述两个带肋的冷弯薄壁型钢矩形管(1、2)内灌注有混凝土。

带肋的双矩形管约束型H形截面装配式防屈曲耗能支撑
技术领域
本实用新型涉及一种新型的防屈曲耗能支撑，属于结构工程技术领域。
技术背景
防屈曲耗能支撑是一种新型抗侧力构件，兼具“支撑”和“耗能”两种作用，是一种在地震作用下表现良好的消能减震构件。在小震作用下，防屈曲耗能支撑保持弹性，从而为主体结构提供足够的刚度，保证主体框架的侧移满足设计要求；在中震和大震作用下，防屈曲耗能支撑进入屈服，通过其内核截面的屈服耗散地震能量，从而保护主体框架的安全并有效消减地震反应。
防屈曲耗能支撑由内核与外围两部分组成：内核构件直接承受轴向荷载作用，一般采用低屈服点的钢材，之所以采用低屈服点的钢材，是希望在中震和大震下防屈曲耗能支撑能够先于框架进入屈服，从而提高结构的延性性能并充分发挥支撑的耗能作用；外围约束构件并不直接承受轴压作用，但它对内核构件的约束作用可提高内核构件的屈曲荷载，使内核部分在外压力作用下发生全截面屈服，从而提高构件滞回环的饱满度和构件的耗能能力。
日本阪神地震与美国北岭地震后，防屈曲耗能支撑在美日等多震的发达国家得到了快速的推广应用。近几年来，防屈曲耗能支撑在我国的大型建筑结构也开始得到应用，尤其是在地震高设防烈度区域，防屈曲耗能支撑被作为最好的消能减震构件之一。
然而，目前国内防屈曲耗能支撑的发展仍较为滞后，工程上普遍采用的防屈曲耗能支撑，大多是由外围钢管混凝土与内核构件组成；内核构件一般采用一块钢板或者钢板焊接而形成的组合截面，内核钢板或构件表面要刷上一层无粘结材料，并与填充混凝土之间留有一定的空隙。众所周知，对于焊接组合截面，由于焊接材料和热影响区材料的变脆，将严重影响内核构件的耗能效果。往往在反复荷载作用下，在不多的循环次数下热影响区的材料就发生脆断而使构件失去作用。其次，由于约束构件的混凝土与内核构件表面之间有严格的间隙控制，精度要求严格，制作过程较为复杂，导致成本较高；又由于有混凝土的浇注养护，制作周期较长，并且不利于实现工业化批量生产。另外，对于内核是焊接组合截面的防屈曲耗能支撑，内核组合截面与钢框架连接十分复杂，导致施工不便。因此，寻求制作与安装简便、又有较高承载力与优良性能的防屈曲耗能支撑便是设计人员的目标之一。
为了克服上述缺点，本申请人也曾提出了一种全钢结构防屈曲耗能支撑【申请号：200910081817.5】，主要利用四个热轧槽钢作为外围约束构件，并通过高强度螺栓把四个槽钢连接起来，使其工作时作为整体而不散开。这种组合式全钢截面防屈曲耗能支撑，实现了现场装配的要求，而且热轧型钢实现了工业化批量生产，生产成本低，克服了普通防屈曲耗能支撑制作与应用上的缺点。但是，对这种由四个热轧槽形截面组成的防屈曲耗能支撑，由于其内核承压构件采用一字型钢板，所承担的荷载有限，仅适用于对支撑承载力要求不高的结构。且由于配置在内核板外侧的两个槽形构件开口向外，其对绕竖轴的惯性矩较小，因而约束效率不能得到充分发挥
为此，在上述全钢结构防屈曲耗能支撑的基础上，本发明提出了一种全新的装配式防屈曲耗能支撑，称为带肋的双矩形管约束型H形截面装配式防屈曲耗能支撑，它利用长螺杆连接件将带加劲肋的冷弯薄壁型钢矩形管和热轧H型钢装配在一起，其中热轧H型钢是内核受压构件，带肋的冷弯薄壁型钢矩形管是外围约束构件，用于约束内核热轧H型钢的屈曲变形。一般防屈曲耗能支撑的内核承力构件与外围约束构件之间留有一定的间隙，因而需要较高的制作精度，而本文发明的防屈曲耗能支撑，外围约束构件通过加劲肋与内核H型钢发生紧密接触，没有预留间隙的问题，而且外围与内核“线接触”也不会约束内核构件的受压膨胀。
这种新型的防屈曲耗能支撑，不仅具有普通防屈曲耗能支撑的功能，更具有很多普通防屈曲耗能支撑所不具备的优越性。它利用我国现在广泛应用的型钢作为原材料，取材便利，材料成本较低；加劲肋的焊接和冷弯薄壁型钢矩形管内混凝土的灌注均可在加工厂完成，构件运至施工现场拼装起来即可，现场施工十分便利简单；它的加工厂生产过程也比较简单，加工费用比较低，对加工人员技术水平的要求也不高，有利于实现工业化生产；它利用H型钢作为内核受压部件，延性很好，并且屈服荷载能够达到较大的吨位；另外，它的槽型加劲肋能够保证冷弯薄壁型钢矩形管和热轧H型钢紧密发生接触，从而扩大了冷弯薄壁型钢矩形管和热轧H型钢的匹配范围。
实用新型内容
本实用新型提出的带肋的双矩形管约束型H形截面装配式防屈曲耗能支撑，目的在于提供一种全新的装配式的支撑消能构件，为结构主体提供抗侧力作用，并在大震作用下有效耗能，消减地震作用；在防屈曲耗能支撑的构成方面，本实用新型的防屈曲耗能支撑的一个突出特点是：内核采用热轧H形钢，耗能与延性良好，而对于普通防屈曲耗能支撑，内核承力构件常采用焊接组合截面，焊接材料以及热影响区的材质变脆，内核构件延性降低；外围约束构件采用配置在H形钢腹板两侧的带肋双矩形管，连接简单、约束效率高，且施工方便，造价低，制作过程简单，能够实现工业化批量生产。
另外，本实用新型采用的热轧H形钢，板件不会发生局部失稳，因而采用带肋双矩形管对内核热轧H形钢进行约束，主要考虑带肋双矩形管的约束作用能使防屈曲耗能支撑不发生整体失稳，不必介意是否完全约束了内核构件的全部板面。采用带肋双矩形管约束内核热轧H型钢，只要槽型加劲肋的数目足够，就能够把防屈曲耗能支撑的整体稳定极限承载力提高到内核屈服荷载之上。并且，由于外围与内核之间通过加劲肋发生“线接触”，内核承受压力作用时，由于泊松效应导致的截面膨胀不会被外围部分所约束，这是普通的“面约束”型防屈曲耗能支撑所不具有的优点。
约束比是防屈曲耗能支撑的一个重要参数，它是防屈曲耗能支撑整体弹性屈曲荷载与内核屈服荷载的比值，即
ζ=PcrPy=π2(E1I1+E2I2)/L2A1fy1]]>
它反应了外围约束部分对内核的约束作用的强弱。对于本发明提出的带肋的双矩形管约束型H形截面装配式防屈曲耗能支撑，取约束比在1.8-2.0之间，就能保证外围具有足够的约束作用，即使构件整体稳定极限承载力大于内核屈服荷载。
本实用新型提出的带肋的双矩形管约束型H形截面装配式防屈曲耗能支撑，其特征在于：含有两个冷弯薄壁型钢矩形管(1、2)和热轧H型钢，其中热轧H型钢是内核构件，两个冷弯薄壁型钢矩形管(1、2)，其中每一个冷弯薄壁型钢矩形管的三个面上焊接有槽型加劲肋，用长螺杆连接件沿着所述加劲肋的方向把所述两个冷弯薄壁型钢矩形管(1、2)扣压到所述热轧H型钢的腹板两侧，构成外围约束构件；在所述热轧H型钢被所述长螺杆连接件穿过的任何位置都开设圆形孔，在所述两个冷弯薄壁型钢矩形管(1、2)被所述长螺杆连接件穿过的跨中位置开设圆形孔，在所述两个冷弯薄壁型钢矩形管(1、2)被所述长螺杆连接件穿过的非跨中位置开设椭圆形孔。在所述两个带肋的冷弯薄壁型钢矩形管(1、2)内灌注有混凝土。
本实用新型提出的带肋的双矩形管约束型H形截面装配式防屈曲耗能支撑，能够为多高层建筑结构提供良好的抗侧力作用，且在大震作用下，能够达到全截面屈服，从而有效耗能。此外，该防屈曲耗能支撑为装配式构件，易于加工与安装，能够有效降低结构造价，是一种性能卓越的防屈曲耗能支撑。
附图说明
图1为本实用新型带肋的双矩形管约束型H形截面装配式防屈曲耗能支撑三维示意图。
图2为本实用新型带肋的双矩形管约束型H形截面装配式防屈曲耗能支撑的跨中A-A截面示意图。
图3为本实用新型带肋的双矩形管约束型H形截面装配式防屈曲耗能支撑的非跨中B-B截面示意图。
图4为本实用新型带肋的双矩形管约束型H形截面装配式防屈曲耗能支撑的H型钢开孔详图。
图5为本实用新型带肋的双矩形管约束型H形截面装配式防屈曲耗能支撑的带肋冷弯薄壁型钢矩形管开孔详图。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型进行详细说明。
在如图1～5中：
1-冷弯薄壁型钢矩形管1
2-冷弯薄壁型钢矩形管2
3-热轧H型钢
4-长螺杆连接件
5-槽型加劲肋
如图1至图3所示，防屈曲耗能支撑由两个冷弯薄壁型钢矩形管1～2与内核热轧H型钢3组成。两个冷弯薄壁型钢矩形管1～2在靠近热轧H型钢3的三面焊接槽型加劲肋5，以保证冷弯薄壁型钢矩形管1～2与热轧H型钢3的紧密接触；但是槽型加劲肋5与热轧H型钢3之间不焊接，仅发生接触；两个冷弯薄壁型钢矩形管1～2通过长螺杆连接件4扣压在热轧H型钢3的腹板两侧，从而形成外围约束构件。冷弯薄壁型钢矩形管1和冷弯薄壁型钢矩形管2中灌注混凝土或者不灌注混凝土，如果灌注混凝土则能够大大提高外围约束的承载力和刚度。
长螺杆连接件4需要穿过冷弯薄壁型钢矩形管1、冷弯薄壁型钢矩形管2和热轧H型钢3的腹板，其开孔情况如图4和图5所示。在热轧H型钢3的腹板上被长螺杆连接件4穿过的任何位置都开设圆孔；在冷弯薄壁型钢矩形管1和冷弯薄壁型钢矩形管2被长螺杆连接件4穿过的非跨中位置要开设椭圆孔，以保证冷弯薄壁型钢矩形管1、2和热轧H型钢3之间能够沿着轴向各自变形而不互相约束；在冷弯薄壁型钢矩形管1和冷弯薄壁型钢矩形管2被长螺杆连接件4穿过的跨中位置要开设圆形孔，以兼作限位卡的作用，防止外围部分沿着轴向滑脱。如果冷弯薄壁型钢矩形管1和冷弯薄壁型钢矩形管2中灌注混凝土，则在灌注混凝土的时候要在非跨中位置预留椭圆孔道、在跨中位置预留圆形孔道，便于长螺杆连接件4的插入。
长螺杆连接件4与槽型加劲肋5的位置要错开布置，每个长螺杆连接件4的两侧对称布置两个槽型加劲肋5。
防屈曲耗能支撑与框架部分的连接构造，与其他的防屈曲耗能支撑相同。
实验证明，本实用新型具有如下明显的优点：
它在小震作用下保持弹性，发挥支撑的作用，为结构提供足够的抗侧刚度以满足层间位移限制要求；它在中震或大震作用下将进入屈服，发挥阻尼器的作用，耗散地震能量，降低主体结构的地震相应，并保护主体结构的安全。
它利用我国广泛应用的型钢作为原材料，取材便利，材料费用较低；
它的生产过程简单，加工费用较低，对加工人员技术水平的要求也不高，并且可以实现工业化批量生产；
它是一种装配式的构件，所有的加工工序都能在工厂内完成，比如槽型加劲肋的焊接、冷弯薄壁型钢矩形管内灌注混凝土、开设孔道等，在施工现场的拼装十分快捷、方便、灵活。
它的内核利用热轧H型钢承受轴压力，延性非常好，并且可以实现较大吨位的屈服荷载。
它的外围部分并不像普通防屈曲耗能支撑那样与内核直接接触，即“面接触”，而是通过槽型加劲肋与内核部分发生“线接触”，因此外围部分不会约束内核部分的受压膨胀，也就不会导致内核屈服荷载强化。
它的槽型加劲肋，能够保证冷弯薄壁型钢矩形管和热轧H型钢紧密发生接触，从而扩大了冷弯薄壁型钢矩形管和热轧H型钢的匹配范围，即使所选用的冷弯薄壁型钢矩形管和热轧H型钢本身不能实现紧密接合，也可以靠槽型加劲肋弥补这个不足。