多段式組合巨型屈曲約束支撐的制作方法
【專利摘要】一種多段式組合巨型屈曲約束支撐，屬于建筑結構抗震防災【技術領域】，其特征在于，徑向內外是雙矩形鋼管構造，外圍矩形鋼管是約束單元，內部矩形鋼管為核心軸力單元，通過外部矩形鋼套管緊貼約束內部核心軸力單元，控制核心軸力單元矩形鋼的寬厚比，從而實現(xiàn)屈曲約束功能；軸向是采用多段組合方式，分為若干段，采用彈性段設置在中間以提高了支撐的穩(wěn)定承載力，耗能段設置在兩端保證了其耗能能力，分別制造后進行現(xiàn)場焊接拼接。本發(fā)明適用于超大噸位和長度屈曲約束支撐，自重較鋼管混凝土型屈曲約束支撐輕，經(jīng)濟性好，制造工藝相對簡單，又解決了巨型支撐安裝施工難題，具有很好的推廣應用前景。
【專利說明】多段式組合巨型屈曲約束支撐
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及建筑結構抗震防災【技術領域】，屬于結構減震被動控制范疇，具體涉及一種多段組合拼裝的巨型屈曲約束支撐，其可用于建筑結構中抵抗水平地震作用，提高結構抗震性能，滿足超高層建筑結構對超大噸位和長度屈曲約束支撐的需求。
【背景技術】
[0002]我國超高層建筑的不斷涌現(xiàn)體現(xiàn)了經(jīng)濟社會的發(fā)展水平，但我國處于地震多發(fā)區(qū)，每年都會發(fā)生地震災害，其給人們的生命財產(chǎn)安全帶來了巨大威脅。通常超高層建筑所擔負的社會功能及影響又十分重大，因此，有必要減小或控制該類結構的震害。
[0003]從能量平衡的觀點來看，造成結構地震破壞的機理是，地震輸入能量通過構件的塑性耗能進行消耗，同時結構也相應地發(fā)生了損傷破壞，若結構的耗能能力不足以消耗地震輸入能量，則結構就會發(fā)生倒塌破壞。
[0004]超大噸位和長度的屈曲約束支撐的設計、制造、安裝都存在很大難度。由于巨型屈曲約束支撐自重很重，有時重達幾百噸，長度很長，有時超過50m，制造和安裝等因素，加工和吊裝都很難。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種多段組合式巨型屈曲約束支撐，其采用多段組合方式，將一巨型屈曲約束支撐分為若干段，包括彈性支撐段、耗能支撐段，分別制造后，進行現(xiàn)場拼接；其通過外部矩形鋼套管緊貼約束內部控制了寬厚比的矩形鋼核心實現(xiàn)屈曲約束功能；耗能段的低強度鋼和高強度鋼采用雙斜面對接全熔透焊的方式進行連接，確保了連接強度；支撐彈性段設置在中間，提高了支撐的穩(wěn)定承載力；支撐耗能段設置在兩端保證了其耗能能力。
[0006]本發(fā)明給出的技術方案為:
一種多段式組合巨型屈曲約束支撐，其特征在于，徑向內外是雙矩形鋼管構造，外圍矩形鋼管是約束單元，內部矩形鋼管為核心軸力單元，通過外部矩形鋼套管緊貼約束內部核心軸力單元，控制核心軸力單元矩形鋼的寬厚比，從而實現(xiàn)屈曲約束功能；軸向是采用多段組合方式，分為若干段，采用彈性段設置在中間以提高了支撐的穩(wěn)定承載力，耗能段設置在兩端保證了其耗能能力，分別制造后進行現(xiàn)場焊接拼接；具體結構表征為:
耗能段支撐(I)和彈性段支撐(2 )截面相同，均為雙矩形截面；耗能段支撐與彈性支撐之間采用對接焊縫7將內部箱型截面強連接；
耗能段(I)包括低強度鋼段(4)和高強度鋼段，低強度鋼段和高強度鋼段之間采用雙斜面對接焊縫(8)全熔透焊的方式進行連接，確保了連接強度；
內部箱型矩形鋼管作為核心內部通過若干隔板(6)進行定位，減小焊接變形；耗能段支撐(I)和彈性支撐組成的內部箱型矩形鋼管核心對接后，通過外套筒后補板(5)在外部進行加強，從而將外部套筒也連接成為一整體；在耗能段支撐最外端點部位通過箱型鋼套箍(3)進行加強；內外箱型截面之間采用隔離材料(9)進行脫離。
[0007]本發(fā)明多段式組合巨型屈曲約束支撐，其工作原理與受力機理，即通過外圍約束單元約束軸向受力鋼構件，保證其在受壓時不發(fā)生整體失穩(wěn)破壞和局部屈曲破壞，那么軸力構件在地震中將表現(xiàn)出拉壓對稱的優(yōu)良力學性能，并通過這種拉壓屈服大量耗散地震輸入能量。本發(fā)明的耗能核心屈服前可為結構提供較大的抗側剛度與承載能力，其作用同普通鋼支撐，但由于本發(fā)明不會發(fā)生整體失穩(wěn)破壞，材料利用效率更高；本發(fā)明耗能核心屈服后可耗散大量地震輸入能量，為結構提供附加阻尼，是一種性能優(yōu)良的金屬阻尼器；本發(fā)明采用雙矩形鋼套管的構造措施，通過限制核心斷面寬厚比的方式，實現(xiàn)約束核心屈曲的功能，不采用內部填充材料，極大地減小了巨型支撐的自重。本發(fā)明適用于超大噸位和長度屈曲約束支撐，自重較鋼管混凝土型屈曲約束支撐輕，經(jīng)濟性好，制造工藝相對簡單，又解決了巨型支撐安裝施工難題，具有很好的推廣應用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明各構件組裝示意立面圖。
[0009]圖2為本發(fā)明俯視圖(1-1)。
[0010]圖3為本發(fā)明橫截面圖(2-2)。
[0011]圖4為本發(fā)明橫截面圖(3-3)。
[0012]圖5為本發(fā)明各個組件拼裝示意圖。
[0013]圖6為本發(fā)明在建筑結構中的布置方式示意圖。
[0014]標記說明:(1)耗能段支撐、(2)彈性支撐、(3)箱型套箍、(4)耗能低強度鋼段、
(5)外套筒后補板、(6)橫隔板、(7)拼焊縫、(8)雙斜對接焊縫、(9)內外巨型鋼箱之間的隔離材料、(10)內部箱型矩形鋼管、(11)梁上節(jié)點、(12)框架梁、(13)多段式組合巨型屈曲約束支撐、(14)框架柱、(15)梁柱節(jié)點。
【具體實施方式】
[0015]參照圖1至圖6，可知本發(fā)明裝置的外觀以及構造要求。
[0016]本發(fā)明屈曲約束支撐是一種抗震新技術，其安裝在原結構上，可作為附加耗能構件，先于結構主體進入塑性狀態(tài)，耗散地震輸入能量，從而保護了主體結構，可稱為結構抗震“保險絲”，安裝應用如圖6所示。
[0017]本發(fā)明按以下步驟實施:
(I)確定本裝置的安裝位置與數(shù)量，將其盡量布置在結構抗震的薄弱位置。
[0018](2)根據(jù)結構分析設計，確定該裝置的屈服承載力、剛度與節(jié)點連接力等參數(shù)。
[0019](3)根據(jù)設計參數(shù)，結合該裝置的具體構造措施進行本發(fā)明裝置的設計與加工。
[0020](4)根據(jù)支撐長度和重量，結合現(xiàn)場施工的吊裝能力將巨型支撐分為若干段。
[0021](5)分別加工耗能支撐段I和彈性支撐段2。
[0022](6)將耗能支撐段I的內部核心低屈服點鋼與高強鋼通過雙斜面對接焊縫8進行連接。
[0023](7)通過內部橫隔板6進行定位，然后組立成一箱型內核軸力單元。
[0024](8)在內核軸力箱型截面外圍包裹隔離材料9。[0025](9)將外部約束單元箱型截面套在內核箱型截面外部。
[0026](10)將端部的約束套箍3焊接于耗能段支撐I靠近節(jié)點部位。
[0027](11)先將底部耗能支撐段與結構主體焊接相連。
[0028](12)采用臨時胎架將底部耗能支撐定位。
[0029](13)將中部的彈性段支撐2與底部的耗能段支撐I內核通過對接焊縫7進行連接。
[0030](14)將外套筒后補強板5焊接于彈性支撐段2和底部的耗能支撐段I的拼接部位,使外部箱型套筒形成一整體。
[0031](15)將上部耗能段支撐的上部與主體結構焊接連接。
[0032]( 16)將上部支撐下部與中部彈性支撐的上部通過對接焊縫進行連接。
[0033]( 17)將外套筒后補強板焊接于彈性支撐段和上部耗能支撐段的拼接部位，使外部箱型套筒形成一整體。
[0034]本發(fā)明根據(jù)基本力學原理，采用雙矩形鋼管構造措施，通過限制核心軸力單元寬厚比的方式防止其發(fā)生局部屈曲破壞，通過外圍約束單元緊貼內部軸力單元防止核心發(fā)生整體屈曲破壞，不采用內部填充材料，極大地減小了巨型支撐的自重；采用先分段加工，后現(xiàn)場焊接拼裝的方式，減小了吊裝單元的重量，解決了施工吊裝難題；采用彈性段設置在中間的方式提高了支撐的穩(wěn)定承載力，耗能段設置在兩端的方式保證了其耗能能力。
【權利要求】
1.一種多段式組合巨型屈曲約束支撐，其特征在于，徑向內外是雙矩形鋼管構造，外圍矩形鋼管是約束單元，內部矩形鋼管為核心軸力單元，通過外部矩形鋼套管緊貼約束內部核心軸力單元，控制核心軸力單元矩形鋼的寬厚比，從而實現(xiàn)屈曲約束功能；軸向是采用多段組合方式，分為若干段，采用彈性段設置在中間以提高了支撐的穩(wěn)定承載力，耗能段設置在兩端保證了其耗能能力，分別制造后進行現(xiàn)場焊接拼接；具體結構表征為: 耗能段支撐(I)和彈性段支撐(2 )截面相同，均為雙矩形截面；耗能段支撐與彈性支撐之間采用對接焊縫7將內部箱型截面強連接； 耗能段(I)包括低強度鋼段(4)和高強度鋼段，低強度鋼段和高強度鋼段之間采用雙斜面對接焊縫(8)全熔透焊的方式進行連接，確保了連接強度； 內部箱型矩形鋼管作為核心內部通過若干隔板(6)進行定位，減小焊接變形；耗能段支撐(I)和彈性支撐組成的內部箱型矩形鋼管核心對接后，通過外套筒后補板(5)在外部進行加強，從而將外部套筒也連接成為一整體；在耗能段支撐最外端點部位通過箱型鋼套箍(3)進行加強；內外箱型截面之間采用隔離材料(9)進行脫離。
【文檔編號】E04B1/98GK103485435SQ201310382512
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年8月29日 優(yōu)先權日:2013年8月29日
【發(fā)明者】李國強, 孫飛飛, 宮海, 郭小康, 江源, 金華建, 洪建敏, 郭建好 申請人:同濟大學, 上海藍科建筑減震科技有限公司