一種端部具有環(huán)向雙層內(nèi)凹型誘導單元的屈曲誘導支撐的制作方法

本發(fā)明屬于建筑結構技術領域，特別是涉及一種端部具有環(huán)向雙層內(nèi)凹型誘導單元的屈曲誘導支撐，適用于帶屈曲約束支撐的鋼結構或者混凝土結構。

背景技術：

在鋼結構或者鋼筋混凝土結構使用過程中，普通支撐受壓會產(chǎn)生屈曲現(xiàn)象，當支撐受壓屈曲后，剛度和承載力急劇降低。在地震或風的作用下，支撐的內(nèi)力在受壓和受拉兩種狀態(tài)下往復變化。當支撐由壓曲狀態(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，在支撐外部設置套管，約束支撐的受壓屈曲，構成屈曲約束支撐僅芯板與其他構件連接，所受的荷載全部由芯板承擔，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，可以在結構中充當“保險絲”，使得主體結構基本處于彈性范圍內(nèi)。因此，屈曲約束支撐的應用，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。但是傳統(tǒng)屈曲約束支撐通常采用鋼與混凝土組成的外圍約束，導致制作要求精度高，自重大且施工難度大，對核心單元本身存在較大附加荷載，使其推廣和使用范圍受到很大限制。

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）的幾何構型是固定的，設計靈活性小。且上述支撐中耗能單元在折痕處的構造、板厚等和非折痕處一致，不利于在折痕處產(chǎn)生塑性鉸。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是針對上述現(xiàn)有技術存在的不足，而提供一種端部具有環(huán)向雙層內(nèi)凹型誘導單元的耗能型屈曲誘導支撐。該誘導單元可以誘導支撐發(fā)生高階模態(tài)屈服，避免支撐過早發(fā)生整體屈曲，且該單元可以調(diào)節(jié)內(nèi)外兩層間的夾角從而調(diào)整構件的承載能力與耗能能力的關系，同時與此單元相連接的平直段又能保證支撐的軸向剛度，具有良好的承載能力。

技術方案：為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為：

一種端部具有環(huán)向雙層內(nèi)凹型誘導單元的屈曲誘導支撐，包括約束段和耗能段，其特征在于：還包括一支撐平直段，所述耗能段設置在所述支撐平直段兩端，在所述耗能段的另一端設置所述的約束段，耗能段由至少一個環(huán)向雙層內(nèi)凹型誘導單元沿著支撐的軸線方向組成，與所述耗能段連接的環(huán)向雙層內(nèi)凹型誘導單元的端部為通過一垂直于軸線方向且過環(huán)向雙層內(nèi)凹型子單元一頂點的橫截面截去的平面；所述的環(huán)向雙層內(nèi)凹型誘導單元是由m個環(huán)向雙層內(nèi)凹型子單元沿環(huán)向依次排列形成一個截面為正多邊形的空間體，所述正多邊形的邊數(shù)2m，m為大于等于3的整數(shù)；環(huán)向雙層內(nèi)凹型子單元為由在同一平面內(nèi)的六個三角形板和六個梯形板經(jīng)過折疊形成的空間體，六個三角形板兩兩共線并相交于一頂點，六塊梯形板圍繞在六塊三角形板的外側，內(nèi)層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，其中三角形板二和三角形板三的公共邊、三角形板三和三角形板四的公共邊、三角形板五和三角形板六的公共邊、三角形板四和三角形板五的公共邊為峰線，三角形板一和三角形板二的公共邊和三角形板四和三角形板五的公共邊為谷線，外層按照逆時針分別為梯形板一、梯形板二、梯形板三、梯形板四、梯形板五和梯形板六，其中梯形板一和梯形板二的公共邊和梯形板四和梯形板五的公共邊為峰線，梯形板二和梯形板三的公共邊、梯形板三和梯形板四的公共邊、梯形板五和梯形板六的公共邊、梯形板六和梯形板一的公共邊為谷線；其中內(nèi)層與外層之間的所有公共邊都是谷線；相鄰的板塊沿著峰線向外折疊，沿著谷線向內(nèi)折疊；所述向外折疊是指相鄰的板塊的外法線之間的夾角變大，向內(nèi)折疊是指相鄰的板塊的外法線之間的夾角變小。

所述耗能段中的環(huán)向雙層內(nèi)凹型子單元的梯形板四與沿軸向相鄰的環(huán)向雙層內(nèi)凹型子單元的梯形板一的自由邊重合，環(huán)向雙層內(nèi)凹型子單元的梯形板五與沿軸向相鄰的環(huán)向雙層內(nèi)凹型子單元的梯形板二的自由邊重合。

所述耗能段在所有折痕處開孔洞，所述孔洞直徑為d，d等于板塊厚度；孔洞之間的距離是相等的，所述距離等于5倍孔洞直徑。

所述端部約束段由正多邊形鋼板、T型短鋼梁和連接板組成，正多邊形鋼板焊接在耗能段端部，兩根T型短鋼梁與正多邊形鋼板焊接連接，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，所述的鋼板的邊數(shù)大于等于3。

所述支撐平直段由截面為正多邊形的鋼管和正多邊形鋼板組成，正多邊形鋼板焊接在正多邊形截面的鋼管的端部，耗能段與正多邊形鋼板焊接連接，所述鋼管截面的邊數(shù)也為大于等于3。

有益效果：

本發(fā)明一種端部具有環(huán)向雙層內(nèi)凹型誘導單元的屈曲誘導支撐，由端部約束段、耗能段和支撐平直段構成。支撐中采用環(huán)向雙層內(nèi)凹型誘導單元，具有更多明顯的優(yōu)點：一、該誘導單元可以通過改變內(nèi)層與外層之間的夾角，使支撐首先發(fā)生局部屈曲耗能。二、雙層內(nèi)凹型誘導單元具有較多的折痕，而且折痕分為兩級，能夠耗散更多的能量。三、該誘導單元通過預先設置的由峰線和谷線形成的折痕，同時在折痕處開孔洞，更容易誘導支撐在地震作用下，產(chǎn)生高階屈曲模態(tài)，防止構件過早發(fā)生整體屈曲。四、與屈曲誘導段相結合的支撐平直段，可以保證支撐所需的軸向剛度。通過改變支撐平直段的長度與屈曲誘導段中雙層內(nèi)凹型誘導單元的個數(shù)，可以調(diào)整本支撐的軸向剛度與耗能能力的關系。本發(fā)明在制作工藝上避免了在核心耗能構件外部加套筒、在套筒與核心耗能構件之間灌漿等過程，簡化了加工制作過程，減小了工程造價。而且本發(fā)明能夠在工廠加工，到現(xiàn)場只需要用螺栓與梁柱等構件的預埋件連接，既保證了構件質量，又減小了現(xiàn)場的濕作業(yè)工作量，節(jié)能環(huán)保。端部具有環(huán)向雙層內(nèi)凹型誘導單元的屈曲誘導支撐既具有一般屈曲約束支撐的布置靈活，良好的耗能性能等優(yōu)點，又可以控制支撐的屈曲形式，同時能夠避免在核心耗能構件外部加上套筒以及灌漿等過程，有效的簡化加工工序，具有良好的推廣效益。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結構示意圖；

圖2為端部約束段示意圖；

圖3為屈曲段示意圖；

圖4為支撐平直段示意圖；

圖5為六邊形鋼板示意圖；

圖6為T型短鋼梁示意圖；

圖7為連接板示意圖；

圖8為環(huán)向雙層內(nèi)凹型誘導單元示意圖；

圖9為環(huán)向雙層內(nèi)凹型子單元示意圖；

圖10為環(huán)向雙層內(nèi)凹型子單元平面示意圖；

圖11為折痕處孔洞平面示意圖；

圖12為圖11中A-A剖面圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。

圖1為端部具有環(huán)向雙層內(nèi)凹型誘導單元的屈曲誘導支撐的結構示意圖，由端部約束段1、耗能段2和支撐平直段3組成，端部約束段1固定在梁柱節(jié)點與耗能段2之間，耗能段2固定在支撐平直段3兩端。

如圖2所示，端部約束段1由六邊形鋼板4、T型短鋼梁5和梁柱等構件預留的連接板6組成，六邊形鋼板4焊接在耗能段2端部，兩根T型短鋼梁5與六邊形鋼板4焊接連接，六邊形鋼板4和T型短鋼梁5分別見圖5、6所示。連接板6夾在兩根T型短鋼梁5中間，連接板6與T型短鋼梁5用高強螺栓連接，其中連接板6見圖7所示。

圖3中，耗能段2由六個環(huán)向雙層內(nèi)凹型誘導單元7沿著支撐的軸線方向組成，同時通過一垂直于軸線方向且過環(huán)向雙層內(nèi)凹型子單元一頂點28的橫截面截去耗能段2的端部鋸齒段部分，則耗能段端部所有邊在同一平面上；環(huán)向雙層內(nèi)凹型子單元8的梯形板四的自由邊25與沿軸向相鄰的環(huán)向雙層內(nèi)凹型子單元8的梯形板一的自由邊23重合并形成一峰線21，環(huán)向雙層內(nèi)凹型子單元8的梯形板五的自由邊26與沿軸向相鄰的環(huán)向雙層內(nèi)凹型子單元8的梯形板二的自由邊24重合并形成一峰線21。如圖8所示，環(huán)向雙層內(nèi)凹型誘導單元7由六個相同的環(huán)向雙層內(nèi)凹型子單元8沿環(huán)向依次排列形成一個截面為正十二邊形的空間體。如圖9所示，環(huán)向雙層內(nèi)凹型子單元8由在同一平面內(nèi)的六個等腰三角形板和六個梯形板經(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，六塊梯形板圍繞在六塊三角形板的外側，內(nèi)層按照逆時針分別為三角形板一9、三角形板二10、三角形板三11、三角形板四12、三角形板五13和三角形板六14，其中三角形板二10和三角形板三11的公共邊、三角形板三11和三角形板四12的公共邊、三角形板五13和三角形板六14的公共邊、三角形板四14和三角形板五9的公共邊為峰線21，三角形板一9和三角形板二10的公共邊和三角形板四12和三角形板五13的公共邊為谷線22，外層按照逆時針分別為梯形板一15、梯形板二16、梯形板三17、梯形板四18、梯形板五19和梯形板六20，其中梯形板一15和梯形板二16的公共邊和梯形板四18和梯形板五19的公共邊為峰線21，梯形板二16和梯形板三17的公共邊、梯形板三17和梯形板四18的公共邊、梯形板五19和梯形板六20的公共邊、梯形板六20和梯形板一15的公共邊為谷線22；其中內(nèi)層與外層之間的所有公共邊都是谷線22；相鄰的板塊沿著峰線21向外折疊，沿著谷線22向內(nèi)折疊；所述向外折疊是指相鄰的板塊的外法線之間的夾角變大，向內(nèi)折疊是指相鄰的板塊的外法線之間的夾角變小。

如圖4所示，支撐平直段3由六邊形截面的鋼支撐27和六邊形鋼板4組成，六邊形鋼板4焊接在六邊形截面的鋼支撐27的端部，耗能段2與六邊形鋼板4焊接連接。

如圖11、圖12所示，耗能段2中折痕處等距離開孔洞，孔洞直徑為板塊的厚度，孔洞之間的距離為五倍的板塊厚度。