专利名称：一次变截面十字型屈曲约束支撑构件的制作方法
技术领域：
本发明属于建筑领域，具体涉及屈曲约束支撑构件。
背景技术：
屈曲约束支撑又称无粘结支撑，是一种性能优越的新型抗震耗能构件，一种在受拉和受压情况下都能达到屈服的消能支撑构件，改善了传统支撑在受压时发生屈曲的缺点，提高了结构的抗震性能。
屈曲约束支撑一经推出，得到了世界各国结构抗震专家和结构工程师的一致认可。目前在日本已有300多栋建筑采用了屈曲约束支撑，在处于地震区的其它发达国家推广应用的速度非常快，美国已有50多栋已建和在建的建筑使用了这种支撑。而在我国，工程界已经认识到这种新型支撑的卓越性能，非常希望能应用这种新型支撑。台湾很多建筑采用了屈曲约束支撑技术。正在设计、施工之中的世博中心即采用了500多根屈曲约束支撑。
美国、日本所用屈曲约束支撑结构的芯材均用低屈服钢制成，需要批量提供优质低屈服点钢材，技术要求高，Q235及其以上的碳素钢及强度更高的低合金钢，以及Q195钢材不能适用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种成本低廉、性能优越的屈曲约束支撑构件。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下 一种改进的屈曲约束支撑构件，包括芯材部分、支撑端部节点、套筒部分，其中芯材部分由芯板固定连接(焊接)而成，支撑端部节点部分由与芯板直接固定连接(焊接)的节点板组成，套筒部分由矩形(方形或长方形)钢套筒和内部填充材料组成；在钢套筒内部填充材料与芯板之间可采用脱层材料。
进一步该支撑端部节点与芯材部分采用焊接形式连成一个整体。
该支撑套筒不仅约束芯材部分，还延伸至支撑端部节点处。
上述的改进的屈曲约束支撑构件的制作方法，包括以下步骤 (1)将芯材采用焊接形式焊接成十字型； (2)将支撑端部节点和芯材部分采用焊接形式焊接连成一个整体； (3)将脱层材料粘贴在芯材表面； (4)将钢套筒壁板用焊接形式焊接在一起； (5)将支撑一端的套筒端部封板与钢套筒采用焊接形式焊接在一起； (6)再将填充材料从支撑没焊封板端灌入套筒内； (7)将支撑另一端的套筒端部封板与钢套筒采用焊接形式焊接在一起。
本发明的屈曲约束支撑芯材部分采用十字型，套筒采用矩形(方形或长方形)钢管，内灌填充材料。支撑端部节点与芯材部分可采用焊接形式连成一个整体，套筒不仅约束芯材部分，还延伸至支撑端部节点处。芯板用材可选用国产低碳钢，如Q195钢材、Q235钢材以及国产低屈服钢。
1、屈曲约束支撑的强度要求 屈曲约束支撑的受拉和受压屈服承载力Fd可表示如下 Fd＝RyfyA1 (1) 式中Fd—轴向受拉和受压屈服承载力。
Ry—芯板钢材的超强系数。
A1、fy——约束屈服段的截面面积及约束屈服段的屈服强度。
2、套筒的设计要求 屈曲约束支撑构件在多遇地震和罕遇地震作用下，应不发生整体屈曲。屈曲约束支撑构件的整体弹性屈曲荷载与约束屈服段的屈服承载力的比值应满足 式中I1——套筒的整体刚度。
E——套筒钢材弹性模量。
l——支撑长度。
ω——应变强化调整系数。
屈曲约束支撑构件的板件在多遇地震和罕遇地震作用下，应不发生局部屈曲。无约束非屈服段(连接段)的板件外伸宽厚比应满足 式中b、t——无约束非屈服段钢板的外伸宽度和厚度； 3、节点设计 节点设计时除按节点设计要求考虑外，还应考虑支撑压拉承载力比、材料超强及应变硬化等效应的影响。建议承载力应满足式(4)要求 Fc≥1.2ωFd (4) 式中Fc—受屈曲约束支撑轴力的连接作用力设计力。
ω—应变强化调整系数。
节点连接高强度摩擦型螺栓的数量n可由下式求得 式中nf—传力摩擦面数目； μ—摩擦面的抗滑移系数； P—每个高强螺栓的预拉力。
本发明新型屈曲约束支撑构件，可采用国产低碳钢，如Q195钢材、Q235钢材以及国产低屈服钢，这种新型支撑与已有屈曲约束支撑区别在于，该支撑端部节点与芯材部分采用焊接形式连成一个整体，这不仅保证了当芯材部分完全进入塑性状态时，支撑端部节点仍保持弹性，而且节省了用钢量；另外，支撑套筒不仅约束芯材部分，还延伸至支撑端部节点处，解决了支撑在芯板与端部节点连接处(即支撑变截面处)的弯曲问题；而且支撑芯板采用一次变截面构造形式。对一次变截面十字型屈曲约束支撑构件及其子结构进行了静力往复试验，试验表明，此种屈曲约束支撑具有很好的滞回特征和耗能性能，是一种十分有效的耗能构件，可以达到1/80的变形量，满足罕遇地震作用下建筑结构1/50的楼层位移变形要求，并且累积塑性变形大于200倍屈服位移，具有稳定的滞回特性和良好的低周疲劳特性，可以很大地提高建筑结构的抗震能力，并使这种支撑的成本大大降低，为推广应用奠定了基础。
图1为本发明实施例的构造示意图。
图2为本发明实施例的芯板示意图。
图3为本发明实施例的结构横截面示意图。
图4为本发明实施例的结构端部横截面示意图。
图5为本发明实施例的芯材横截面示意图。
图6为本发明实施例的试验所得的力—位移曲线。
图中标号1为芯板，2为钢套筒，3为套筒内灌填充材料，4为支撑端部节点，5为脱层材料，6为套筒端部封板。
具体实施例方式 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
请参阅图1-5，由图可见，本发明主要包括芯材部分、支撑端部节点、套筒部分，其中芯材部分由芯板1焊接而成(如图2、5所示)，支撑端部节点部分由与芯板直接相焊的节点板4组成，套筒部分由钢套筒2和填充材料(例如灌浆混凝土3)组成(如图3、4所示)。
本发明的构造 1、该支撑采用了端部节点4与芯材部分1采用焊接连成一个整体的构造形式，整个芯板只有一次变截面，在端部采用强度较高的钢材，不仅保证了当芯材部分完全进入塑性状态时，支撑端部节点仍保持弹性，而且节省了节点的用钢量； 2、支撑在芯板1与端部节点4连接处(即支撑变截面处)，在受力时很容易进入塑性，形成塑性铰，使整个支撑芯板端部在此处发生刚性转动，这样一来，在塑性铰转动处就会给内套筒施加一个非常大的集中力，使填充材料(砂浆混凝土3)受压破坏、钢套筒2产生局部鼓出，进而使支撑发生屈曲失稳。本发明的构件采用套筒延伸至支撑端部节点处的方法来解决这一问题。
本发明改进十字型屈曲约束支撑 其制作方法包括以下步骤 (1)将芯材1采用焊接形式焊接成十字型； (2)将支撑端部节点4和芯材部分1采用焊接形式焊接连成一个整体； (3)将脱层材料5粘贴在芯材1的表面； (4)将钢套筒壁板2用焊接形式焊接在一起； (5)将支撑一端的套筒端部封板6与钢套筒2采用焊接形式焊接在一起； (6)再将填充材料3从支撑没焊封板端灌入套筒2内； (7)将支撑另一端的套筒端部封板6与钢套筒2采用焊接形式焊接在一起。
为验证该产品性能，制作了如下试件进行研究，试件尺寸和材料如表1所示。
试件尺寸及材料表 表1
1、屈曲约束支撑的强度设计 屈曲约束支撑的屈服承载力Fd为 Fd＝RyfyA1＝1624kN 2、套筒的设计验算 满足要求。
无约束非屈服段(连接段)的板件外伸宽厚比为 满足要求。
3、节点设计 按节点设计要求验算，在验算时考虑了支撑压拉承载力比、材料超强及应变硬化等效应的影响，经计算节点满足要求。
由试验所得力—位移曲线十分饱满(如图6所示)，说明此屈曲约束支撑具有很好的耗能能力和低周疲劳性能。
为此，本发明提供了一种新型屈曲约束支撑，可采用国产低碳钢，如Q195钢材、Q235钢材以及国产低屈服钢。这种新型支撑1)材料均为国产；2)采用了支撑端部节点与芯材部分焊接连成一个整体的构造形式，整个芯板只有一次变截面，在端部采用强度较高的钢材，不仅保证了当芯材部分完全进入塑性状态时，支撑端部节点仍保持弹性，而且节省了节点的用钢量；3)采用套筒延伸至支撑端部节点处的构造形式，这一构造解决了在芯板与端部节点连接处(即支撑变截面处)，受力进入塑性，形成塑性铰，使整个支撑芯板端部在此处发生刚性转动，在塑性铰转动处给内套筒施加一个非常大的集中力，使填充材料受压破坏、钢套筒产生局部鼓出，进而使支撑发生屈曲失稳破坏的问题。通过对一次变截面十字型屈曲约束支撑进行往复加载试验，表明此种屈曲约束支撑具有稳定的滞回特征和很好的耗能性能，是一种十分有效的耗能构件，满足罕遇地震作用下建筑结构1/50的楼层位移变形要求；并且累积塑性变形大于200倍屈服位移，具有良好的低周疲劳性能，用于多高层建筑，可以大大提高结构的抗震性能。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
权利要求
1、一种改进的屈曲约束支撑构件，其特征在于包括芯材部分、支撑端部节点、套筒部分，其中芯材部分由芯板固定连接而成，支撑端部节点部分由与芯板直接固定连接的节点板组成，套筒部分由矩形钢套筒和内部填充材料组成。
2、根据权利要求1所述的改进的屈曲约束支撑构件，其特征在于该芯材部分由芯板焊接而成。
3、根据权利要求1所述的改进的屈曲约束支撑构件，其特征在于该支撑端部节点与芯材部分采用焊接形式连成一个整体。
4、根据权利要求1所述的改进的屈曲约束支撑构件，其特征在于该支撑芯板采用一次变截面构造形式。
5、根据权利要求1所述的改进的屈曲约束支撑构件，其特征在于该套筒不仅约束芯材部分，还延伸至支撑端部节点处。
6、权利要求1至5中任一所述的改进的屈曲约束支撑构件的制作方法，其特征在于包括以下步骤
(1)将芯材采用焊接形式焊接成十字型；
(2)将支撑端部节点和芯材部分采用焊接形式焊接连成一个整体；
(3)将脱层材料粘贴在芯材表面；
(4)将钢套筒壁板用焊接形式焊接在一起；
(5)将支撑一端的套筒端部封板与钢套筒采用焊接形式焊接在一起；
(6)再将填充材料从支撑没焊封板端灌入套筒内；
(7)将支撑另一端的套筒端部封板与钢套筒采用焊接形式焊接在一起。
全文摘要
一种一次变截面十字型屈曲约束支撑构件，包括芯材部分、支撑端部节点、套筒部分，其中芯材部分由芯板焊接而成，支撑端部节点部分由与芯板直接相焊的节点板组成，套筒部分由方形或长方形钢套筒和内部填充材料组成；在钢套筒内部填充材料与芯板之间采用脱层材料。本发明还公开了上述改进的屈曲约束支撑构件的制作方法。该屈曲约束支撑具有很好的滞回特征和耗能性能，是一种十分有效的耗能构件，可以达到1/80的变形量，满足罕遇地震作用下建筑结构1/50的楼层位移变形要求，并且累积塑性变形大于200倍屈服位移，具有稳定的滞回特性和良好的低周疲劳特性，可以很大程度地提高建筑结构的抗震能力，并使这种支撑的成本大大降低，为推广应用奠定了基础。
文档编号E04B1/98GK101463632SQ20081004297
公开日2009年6月24日 申请日期2008年9月16日 优先权日2008年9月16日
发明者李国强, 陈素文, 胡宝琳, 郭小康, 孙飞飞 申请人:同济大学