一種具有變長度鳳梨型誘導(dǎo)單元的套管屈曲誘導(dǎo)支撐的制作方法

本發(fā)明屬于建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種具有變長度鳳梨型誘導(dǎo)單元的套管屈曲誘導(dǎo)支撐，適用于帶屈曲約束支撐的鋼結(jié)構(gòu)或者混凝土結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

在鋼結(jié)構(gòu)或者鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)使用過程中，普通支撐受壓會產(chǎn)生屈曲現(xiàn)象，當(dāng)支撐受壓屈曲后，剛度和承載力急劇降低。在地震或風(fēng)的作用下，支撐的內(nèi)力在受壓和受拉兩種狀態(tài)下往復(fù)變化。當(dāng)支撐由壓曲狀態(tài)逐漸變至受拉狀態(tài)時，支撐的內(nèi)力以及剛度接近為零。因而普通支撐在反復(fù)荷載作用下滯回性能較差。為解決普通支撐受壓屈曲以及滯回性能差的問題，在支撐外部設(shè)置套管，約束支撐的受壓屈曲，構(gòu)成屈曲約束屈曲約束支撐僅芯板與其他構(gòu)件連接，所受的荷載全部由芯板承擔(dān)，外套筒和填充材料僅約束芯板受壓屈曲，使芯板在受拉和受壓下均能進(jìn)入屈服，因而，屈曲約束支撐的滯回性能優(yōu)良。屈曲約束支撐一方面可以避免普通支撐拉壓承載力差異顯著的缺陷，另一方面具有金屬阻尼器的耗能能力，可以在結(jié)構(gòu)中充當(dāng)“保險絲”，使得主體結(jié)構(gòu)基本處于彈性范圍內(nèi)。因此，屈曲約束支撐的應(yīng)用，可以全面提高傳統(tǒng)的支撐框架在中震和大震下的抗震性能。

申請人在2016年6月1日提出了一種端部具有雙向金字塔型耗能單元的屈曲控制支撐（申請?zhí)枮?01610380805.2）和一種端部具有交錯金字塔型耗能單元的屈曲控制支撐（申請?zhí)枮?01610384216.1）的基本耗能單元是金字塔型，金字塔型耗能單元是非剛性可展；所以屈曲控制支撐按高階屈曲模態(tài)耗能的難度較大。申請人在2016年6月1日提出了一種端部具有對稱初始缺陷單元的耗能型屈曲約束支撐（申請?zhí)枮?01610383430.5）和一種端部具有鉆石型耗能單元的屈曲控制支撐（申請?zhí)枮?01610380804.8）的幾何構(gòu)型是固定的，設(shè)計靈活性小。且上述支撐中耗能單元在折痕處板的厚度、構(gòu)造等和非折痕處一致，不利于在折痕處產(chǎn)生塑性鉸。另外，這些支撐由端部約束段、屈曲段和套管組成，套管在屈曲段的外側(cè)，而屈曲段內(nèi)側(cè)沒有支撐，容易產(chǎn)生向內(nèi)側(cè)的低階失穩(wěn)，從而減弱支撐的耗能能力。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：由于現(xiàn)有屈曲約束支撐在反復(fù)荷載作用下，與屈曲約束支撐相連接的構(gòu)件或節(jié)點受力較大；且在地震作用下，現(xiàn)有屈曲約束支撐屈服變形位置具有隨機性，為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明將引入變長度鳳梨型誘導(dǎo)單元到傳統(tǒng)的普通支撐上，形成一種具有變長度鳳梨型誘導(dǎo)單元的套管屈曲誘導(dǎo)支撐，是工程結(jié)構(gòu)中選用防屈曲支撐時的優(yōu)先選擇。

技術(shù)方案：為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種具有變長度鳳梨型誘導(dǎo)單元的套管屈曲誘導(dǎo)支撐，由端部約束段、屈曲誘導(dǎo)段、內(nèi)套管和外套管組成，所述端部約束段位于所述屈曲誘導(dǎo)段的兩端，所述屈曲誘導(dǎo)段夾在內(nèi)套管與外套管之間，所述內(nèi)套管與外套管分別與一個端部約束段連接，其特征在于：屈曲誘導(dǎo)段由至少一個變長度鳳梨型誘導(dǎo)單元沿著支撐的軸線方向組成，位于所述屈曲誘導(dǎo)段兩側(cè)的變長度鳳梨型誘導(dǎo)單元的端面為通過一垂直于軸線方向且過頂點的橫截面截去的平面；所述單個變長度鳳梨型誘導(dǎo)單元由m個相同的變長度鳳梨型子單元沿環(huán)向依次排列形成一個截面為多邊形的空間體，所述多邊形的邊數(shù)為2m，m為大于等于2的整數(shù)；所述變長度鳳梨型子單元由在同一平面內(nèi)的六個三角形板經(jīng)過折疊形成的空間體組成，六個三角形板兩兩共線并相交于一頂點，按照逆時針分別為三角形板一、三角形板二、三角形板三、三角形板四、三角形板五和三角形板六，其中他們之間的公共邊分別為第一公共邊、第二公共邊、第三公共邊、第四公共邊、第五公共邊和第六公共邊；所述第一公共邊和第四公共邊為峰線，第二公共邊、第三公共邊、第五公共邊和第六公共邊為谷線；所述向外折疊是指相鄰的三角形板的外法線之間的夾角變大，向內(nèi)折疊是指相鄰的三角形板的外法線之間的夾角變?。凰龅谝还策吅偷谒墓策叺拈L度之和與變長度鳳梨型子單元中三角形板三的自由邊不相等，變長度鳳梨型子單元中三角形板三的自由邊和變長度鳳梨型子單元中三角形板六的自由邊相等；所述屈曲誘導(dǎo)段中的變長度鳳梨型子單元的三角形板四的自由邊與沿軸向相鄰的變長度鳳梨型子單元的三角形板一的自由邊重合，變長度鳳梨型子單元的三角形板五的自由邊與沿軸向相鄰的變長度鳳梨型子單元的三角形板二的自由邊重合。

所述端部約束段由方形鋼板、T型短鋼梁和梁柱等構(gòu)件預(yù)留的連接板組成，方形鋼板焊接在屈曲誘導(dǎo)段端部，兩根T型短鋼梁與方形鋼板焊接連接，連接板夾在兩根T型短鋼梁中間，連接板與T型短鋼梁用高強螺栓連接。

所述內(nèi)套管的左端與左側(cè)端部約束段的方形鋼板焊接連接，內(nèi)套管的右端與右側(cè)端部約束段的方形鋼板有一段不小于屈曲誘導(dǎo)段長度的1/40的距離；所述外套管的右端與右側(cè)端部約束段的方形鋼板焊接連接，外套管的左端與左側(cè)端部約束段的方形鋼板有一段不小于屈曲誘導(dǎo)段長度的1/40的距離；所述屈曲誘導(dǎo)段與內(nèi)套管及外套管之間的間隙不超過5mm；所述內(nèi)套管和外套管都是由圓形截面的空心鋼管組成。

所述屈曲誘導(dǎo)段中所有折痕處的板厚是板塊板厚的一半，由峰線構(gòu)成的折痕，厚度變化在內(nèi)表面一側(cè)，由谷線構(gòu)成的折痕，厚度變化在外表面一側(cè)。

有益效果：

本發(fā)明一種具有變長度鳳梨型誘導(dǎo)單元的套管屈曲誘導(dǎo)支撐，由端部約束段、屈曲誘導(dǎo)段、內(nèi)套管和外套管構(gòu)成。屈曲誘導(dǎo)段中采用的變長度鳳梨型誘導(dǎo)單元中具有多條折痕，能夠耗散更多的能量。變長度鳳梨型誘導(dǎo)單元在變形過程中不僅在長度方向縮短，而且其橫截面的直徑也在縮小，從而能限制支撐的低階屈曲模態(tài)，使其塑性發(fā)展更充分，增加支撐的耗能能力。另外，變長度鳳梨型子單元的第一公共邊和第四公共邊的長度之和與變長度鳳梨型子單元的一自由邊的長度不相等，使支撐在受力過程中更加容易產(chǎn)生軸向變形，從而防止支撐過早發(fā)生整體屈曲。同時在折痕處將板厚減小為原來的一半，更加容易誘導(dǎo)支撐在地震作用下，產(chǎn)生高階屈曲模態(tài)，提升支撐的耗能能力。在屈曲誘導(dǎo)段內(nèi)外側(cè)分別設(shè)置內(nèi)套管和外套管使折痕處的塑性鉸線擴大為塑性區(qū)，比普通支撐具有更好的耗能能力。而且內(nèi)外套管還能給屈曲誘導(dǎo)段中折痕提供側(cè)向支撐，有效地提高了支撐的軸向承載能力。本發(fā)明能夠在工廠加工，到現(xiàn)場只需要用螺栓與梁柱等構(gòu)件的預(yù)埋件連接，既保證了構(gòu)件質(zhì)量，又減小了現(xiàn)場的濕作業(yè)工作量，節(jié)能環(huán)保。具有變長度鳳梨型誘導(dǎo)單元的套管屈曲誘導(dǎo)支撐既具有一般防屈曲支撐的布置靈活，能更有效地耗散地震能量等優(yōu)點，又可以解決與屈曲約束支撐相連接的構(gòu)件或節(jié)點受力較大等問題，具有良好的推廣效益。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的剖面圖（主視）；

圖3為端部約束段示意圖；

圖4為屈曲誘導(dǎo)段示意圖；

圖5為內(nèi)套管示意圖；

圖6為外套管示意圖；

圖7為圖1中A-A剖面放大圖；

圖8為方形鋼板示意圖；

圖9為T型短鋼梁示意圖；

圖10為連接板示意圖；

圖11為變長度鳳梨型誘導(dǎo)單元示意圖；

圖12為變長度鳳梨型子單元示意圖；

圖13為變長度鳳梨型子單元折疊前平面示意圖；

圖14為折痕處峰線板厚示意圖；

圖15為折痕處谷線板厚示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。

如圖1、2所示，由端部約束段1、屈曲誘導(dǎo)段2、內(nèi)套管3和外套管4組成。端部約束段1固定于屈曲誘導(dǎo)段2的兩端。內(nèi)套管的左端與左側(cè)端部約束段1的方形鋼板5焊接連接，內(nèi)套管的右端與右側(cè)端部約束段的方形鋼板有一段距離，距離不小于屈曲誘導(dǎo)段長度的1/40；外套管的右端與右側(cè)端部約束段1的方形鋼板5焊接連接，外套管的左端與左側(cè)端部約束段的方形鋼板有一段距離，距離也不小于屈曲誘導(dǎo)段長度的1/40。如圖5~7所示，屈曲誘導(dǎo)段2夾在內(nèi)套管3與外套管4之間，屈曲誘導(dǎo)段與內(nèi)套管及外套管之間的間隙不超過5mm，內(nèi)套管3和外套管4都是由圓形截面的空心鋼管組成。

如圖3所示，端部約束段1由方形鋼板5、T型短鋼梁6和梁柱等構(gòu)件預(yù)留的連接板7組成，方形鋼板5焊接在屈曲誘導(dǎo)段2端部，兩根T型短鋼梁6與方形鋼板7焊接連接，方形鋼板5和T型短鋼梁6分別見圖8、9所示。連接板7夾在兩根T型短鋼梁6中間，連接板7與T型短鋼梁6用高強螺栓連接，其中連接板7見圖10所示。

根據(jù)圖4所示，屈曲誘導(dǎo)段2由20個變長度鳳梨型誘導(dǎo)單元8沿著支撐的軸線方向組成，通過一垂直于軸線方向且過一頂點28的橫截面截去屈曲誘導(dǎo)段2的端部鋸齒段部分，則屈曲誘導(dǎo)段端部所有邊在同一平面上。變長度鳳梨型子單元9的三角形板四的自由邊26與沿軸向相鄰的變長度鳳梨型子單元9的三角形板一的自由邊24重合，變長度鳳梨型子單元9的三角形板五的自由邊27與沿軸向相鄰的變長度鳳梨型子單元9的三角形板二的自由邊25重合。如圖11中，單個變長度鳳梨型誘導(dǎo)單元8是由六個相同的變長度鳳梨型子單元9沿環(huán)向依次排列形成的一個截面為十二邊形的空間體。根據(jù)圖12、圖13所示，變長度鳳梨型子單元9由在同一平面內(nèi)的六個等腰三角形板經(jīng)過折疊形成的空間體組成，六個三角形板兩兩共線并相交于一頂點，按照逆時針分別為三角形板一10、三角形板二11、三角形板三12、三角形板四13、三角形板五14和三角形板六15，其中他們之間的公共邊分別為第一公共邊16、第二公共邊17、第三公共邊18、第四公共邊19、第五公共邊20和第六公共邊21。所述的第一公共邊16和第四公共邊19為峰線，第二公共邊17、第三公共邊18、第五公共邊20和第六公共邊21為谷線；所述向外折疊是指相鄰的三角形板的外法線之間的夾角變大，向內(nèi)折疊是指相鄰的三角形板的外法線之間的夾角變小。所述的第一公共邊16和第四公共邊19的長度之和與變長度鳳梨型子單元的自由邊22不相等，變長度鳳梨型子單元的自由邊22和變長度鳳梨型子單元的自由邊23相等。

屈曲誘導(dǎo)段2中所有折痕處的板厚是板塊板厚的一半，由峰線構(gòu)成的折痕，厚度變化在內(nèi)表面一側(cè)，由谷線構(gòu)成的折痕，厚度變化在外表面一側(cè)。折痕處的峰線谷線局部放大見圖14、圖15所示，圖中字母A表示一側(cè)為外表面一側(cè)，字母B表示一側(cè)為內(nèi)表面一側(cè)。