本發(fā)明屬于建筑結(jié)構(gòu)工程相關技術領域，涉及一種基于yoshimura圖樣折痕圓管型芯材的防屈曲支撐。

背景技術：

框架-支撐體系是傳統(tǒng)的抗震結(jié)構(gòu)體系，具有良好的延性。鋼支撐通過樓板的協(xié)調(diào)變形與框架共同工作以提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度和承載力。鋼支撐通過改造成為耗能支撐可以增加結(jié)構(gòu)體系的阻尼起到耗能作用以降低結(jié)構(gòu)地震反應。

防屈曲支撐是目前結(jié)構(gòu)中廣泛應用的耗能支撐構(gòu)件，其基本原理是在外部約束套管的約束作用下，內(nèi)核芯材構(gòu)件在受壓時先達到全截面屈服，并通過屈服滯回進行耗能。

一般的防屈曲支撐主要包括內(nèi)核芯材、外部約束套管和滑動約束機制三大部分。通常內(nèi)核芯材是防屈曲支撐最主要的承力構(gòu)件，截面形狀主要有“一”字板、“十”字板、“工”字板等。現(xiàn)有防屈曲支撐技術存在的缺陷或不足如下：

(1)內(nèi)核芯材構(gòu)件的屈曲性能不佳。常見內(nèi)核芯材構(gòu)件的截面形狀限制了其屈曲性能，即便全截面屈服也是受芯材構(gòu)件的初始缺陷等不可控因素影響表現(xiàn)出隨機性，內(nèi)核芯材構(gòu)件屈服不充分而影響滯回耗能性能。

(2)填充材料帶來的問題。常見的防屈曲支撐為了保證外部約束套管對內(nèi)核芯材構(gòu)件的約束作用，通常會填充砂漿或混凝土等填充材料，也帶來相應的問題。首先，提高了整個防屈曲支撐的自重；其次，限制了內(nèi)核芯材構(gòu)件的屈服性能；最后，在地震往復作用下，容易被壓碎和失去約束作用降低耗能性能。

(3)作為普通鋼支撐的剛度不高。結(jié)構(gòu)體系在不抵抗地震作用時，作為一種普通鋼支撐構(gòu)件，由于截面形式的限制，同等情況下的剛度有限。

因此，提出一種新型的防屈曲支撐，在保證輕質(zhì)、經(jīng)濟的基礎上，充分發(fā)揮出材料特性，使內(nèi)核芯材構(gòu)件屈曲充分且安全可控。

技術實現(xiàn)要素：

要解決的技術問題

為了避免現(xiàn)有技術的不足之處，本發(fā)明提出一種基于yoshimura圖樣折痕圓管型芯材的防屈曲支撐，通過合理布置內(nèi)核芯材構(gòu)件的初始缺陷紋路以改善其全截面屈服的可控性和有序性，提高支撐的抗震耗能性能。

技術方案

一種基于yoshimura圖樣折痕圓管型芯材的防屈曲支撐，其特征在于包括具有yoshimura圖樣的折痕的圓管型芯材2、薄壁約束剛性套管1、限位圓板3和框架節(jié)點板4；具有yoshimura圖樣的折痕的圓管型芯材的兩端固定連接限位圓板3，限位圓板3上固定連接框架節(jié)點板4，一并滑動置于薄壁約束剛性套管1內(nèi)，并由薄壁約束剛性套管1兩端的圓環(huán)鋼板進行限位；所述具有yoshimura圖樣的折痕的圓管型芯材2為薄壁圓管且具有沖壓成型的yoshimura圖樣的折痕紋路，兩端為不具有折痕紋路的光滑圓管的過渡段；所述限位圓板直徑與薄壁約束剛性套管內(nèi)徑一致；所述限位圓板3、具有yoshimura圖樣的折痕的圓管型芯材2、框架節(jié)點板4為同軸。

所述yoshimura圖樣的折痕紋路是以yoshimura折紙折痕圖案為基礎，沿芯材圓管長度方向布置適當偶數(shù)組的對稱折痕組，每組折痕沿圓管圓周布置適當個數(shù)顛倒交錯的全等等腰三角形折痕，圓周上的三角形底邊折痕均為谷線折痕，三角形的兩腰折痕均為脊線折痕。

所述薄壁約束剛性套管內(nèi)徑大于芯材圓管外徑，且同時不大于芯材圓管外徑與兩倍yoshimura圖樣等腰三角形底邊上的高之和。以保證芯材圓管在受壓屈服變形時受到薄壁剛性套管的約束，約束剛性管套兩端螺紋緊密連接圓環(huán)鋼板以防止限位圓板從剛性套管中滑脫。

所述薄壁約束剛性套管1與兩端的圓環(huán)鋼板采用螺紋連接。

所述限位圓板3通過焊接固接在具有yoshimura圖樣的折痕的圓管型芯材2的兩端。限位圓板直徑與薄壁約束剛性套管內(nèi)徑一致，保證限位圓板能夠在薄壁約束剛性套管中滑動。

所述框架節(jié)點板4通過焊接固接在圓管型芯材兩端的限位圓板的外側(cè)。

所述薄壁約束剛性套管1為高強度鋼材。

所述限位圓板材料為高強度鋼材。

所述框架節(jié)點板的設計符合一般鋼結(jié)構(gòu)的設計規(guī)范要求。

有益效果

本發(fā)明提出的一種基于yoshimura圖樣折痕圓管型芯材的防屈曲支撐，在承受地震作用時，可根據(jù)預設yoshimura圖樣折痕紋路的初始缺陷，控制內(nèi)核芯材圓管的屈曲并在限位圓板和薄壁剛性約束套管的限制下保證多階段協(xié)同工作，充分發(fā)揮各部件材料性能并提高滯回耗能性能。本發(fā)明結(jié)構(gòu)輕質(zhì)，形式簡單，設計靈活，應用廣泛，具有良好的市場前景。

本發(fā)明與現(xiàn)有防屈曲支撐相比，有益效果如下：

(1)充分且可控的屈曲耗能性能。內(nèi)核芯材構(gòu)件采用沖壓成型的yoshimura圖樣的折痕紋路的初始缺陷，可以使芯材按照預設的初始缺陷進行有序屈服，通過預設折痕紋路的布置參數(shù)，可以控制芯材的全截面屈曲程度和性能，可以充分發(fā)揮材料的屈服以提高滯回耗能性能。

(2)外部薄壁剛性約束套管的協(xié)同工作。在內(nèi)核芯材未發(fā)生屈服的情況下，限位圓板約束芯材在約束剛性套管中運動以保證與其協(xié)同工作；在內(nèi)核芯材屈服時，由于折痕紋路的設置，內(nèi)核芯材沿徑向擴展屈服并最終受約束剛性套管限制，接觸并協(xié)同工作。以此改善防屈曲支撐性能并能多階段工作。

(3)自重小，充分發(fā)揮材料性能。上述工作原理使得內(nèi)核芯材和外部薄壁約束剛性套管之間不需要額外的填充材料，同時又能充分發(fā)揮每個部件的材料性能，協(xié)同工作耗能。

(4)結(jié)構(gòu)形式簡單，設計靈活，應用廣泛?？筛鶕?jù)不同震區(qū)烈度的要求合理選擇折痕紋路的布置參數(shù)，可應用于各種不同的抗震支撐框架體結(jié)構(gòu)，具有良好的市場前景。

附圖說明

圖1是本發(fā)明基于yoshimura圖樣折痕圓管型芯材的防屈曲支撐立體圖；

圖2是本發(fā)明基于yoshimura圖樣折痕圓管型芯材的防屈曲支撐主視圖；

圖3是本發(fā)明基于yoshimura圖樣折痕圓管型芯材的防屈曲支撐沿中心軸線的剖面圖；

圖4是本發(fā)明基于yoshimura圖樣折痕圓管型芯材的防屈曲支撐的具有yoshimura圖樣的折痕的圓管型內(nèi)核芯材的立體圖；

圖5是本發(fā)明基于yoshimura圖樣折痕圓管型芯材的防屈曲支撐的限位圓板和框架節(jié)點板固接整體的立體圖；

圖6是本發(fā)明基于yoshimura圖樣折痕圓管型芯材的防屈曲支撐的內(nèi)核芯材與限位圓板所組成的固接整體和框架節(jié)點板的立體圖；

圖7是本發(fā)明基于yoshimura圖樣折痕圓管型芯材的防屈曲支撐的薄壁剛性約束套管的立體圖；

圖8是本發(fā)明基于yoshimura圖樣折痕圓管型芯材的防屈曲支撐受到軸向力作用向內(nèi)屈曲變形后的主視圖；

圖中：1-薄壁剛性約束套管、2-具有yoshimura圖樣的折痕的圓管型內(nèi)核芯材、3-限位圓板、4-框架節(jié)點板、5-沿芯材圓管長度方向布置的對稱折痕組、6-芯材圓管端部預留的不具有折痕紋路的光滑圓管過渡段、7-薄壁剛性約束套管端部圓環(huán)鋼板。

具體實施方式

現(xiàn)結(jié)合實施例、附圖對本發(fā)明作進一步描述：

基于yoshimura圖樣折痕圓管型芯材的防屈曲支撐主要部件包括(見圖2或圖3)：薄壁剛性約束套管1、具有yoshimura圖樣的折痕的圓管型內(nèi)核芯材2、限位圓板3、框架節(jié)點板4。

通過沖壓低屈服點鋼圓管得到具有yoshimura圖樣的折痕紋路的內(nèi)核芯材圓管2(見圖4)。yoshimura圖樣折痕以yoshimura折紙折痕圖案為基礎，沿芯材圓管長度方向布置適當偶數(shù)組的對稱折痕組5(見圖4)，每組折痕沿圓管圓周布置適當個數(shù)顛倒交錯的全等等腰三角形折痕，圓周上的三角形底邊折痕均為谷線折痕，三角形的兩腰折痕均為脊線折痕。芯材圓管兩端預留一定長度的不具有折痕紋路的光滑圓管過渡段6(見圖4)。

限位圓板3(見圖5或圖6)由高強度鋼材制成，焊接在具有yoshimura圖樣的折痕的圓管型內(nèi)核芯材2兩端且兩者同軸，得到的內(nèi)核構(gòu)件設置在由高強度鋼材制成的薄壁約束剛性套管1內(nèi)(見圖1)。

限位圓板3的直徑要求與薄壁約束剛性套管1的內(nèi)徑一致，保證限位圓板3能夠在薄壁約束剛性套管1中滑動(見圖3)。薄壁約束剛性套管1的內(nèi)徑要求大于芯材圓管2的外徑，且同時不大于芯材圓管2的外徑與兩倍yoshimura圖樣等腰三角形底邊上的高之和，以保證芯材圓管2在受壓屈服變形時受到薄壁剛性套管1的約束(見圖8)。

薄壁約束剛性套管1兩端以螺紋緊密連接圓環(huán)鋼板7(見圖7)以防止限位圓板從剛性管中滑脫。

得到的構(gòu)件將框架節(jié)點板4通過焊接固接在圓管型芯材2兩端的限位圓板3的外側(cè)且兩者同軸(見圖5或圖6)?？蚣芄?jié)點板4要求材料與一般鋼結(jié)構(gòu)材料一致，其設計符合一般鋼結(jié)構(gòu)的設計規(guī)范要求。

最終得到本發(fā)明的基于yoshimura圖樣折痕圓管型芯材的防屈曲支撐(見圖1或圖2)。

本發(fā)明的基于yoshimura圖樣折痕圓管型芯材的防屈曲支撐的多階段協(xié)同工作具體描述如下：

基于yoshimura圖樣折痕圓管型芯材的防屈曲支撐在非地震作用下作為普通支撐構(gòu)件的狀態(tài)(見圖2)，內(nèi)核芯材圓管2僅發(fā)生微小應變而沒有進入屈服階段。

當兩端框架節(jié)點板4受到地震作用引起的軸向壓力f時(見圖8)，由于內(nèi)核芯材圓管2布置的若干yoshimura圖樣對稱折痕組5的初始缺陷，沿著預設紋路發(fā)生有序的變形，當兩端軸向壓力到達標定的屈服點時，內(nèi)核芯材圓管2開始進入全截面屈曲并擴展變形使得最終與薄壁約束剛性套管1相接觸而限制繼續(xù)沿徑向擴展(見圖8)，此時薄壁約束剛性套管1與內(nèi)核芯材圓管2協(xié)同工作，薄壁約束剛性套管1的環(huán)向約束作用適當提高了抗屈曲性能和變形耗能性能。

當兩端框架節(jié)點板4受到地震作用引起的軸向拉力時，以發(fā)生全截面屈服的內(nèi)核芯材圓管2得到拉伸并回復到原始位置，同時當限位圓板3隨框架節(jié)點板4位移接觸到薄壁約束剛性套管1兩端設置圓環(huán)鋼板7時，薄壁約束剛性套管1與內(nèi)核芯材圓管2協(xié)同工作受拉。

如此多階段工作充分發(fā)揮各部件材料特性，提高在地震作用下的滯回耗能性能。