方形管约束圆管防屈曲支撑装置

摘要

该方形管约束圆管防屈曲支撑装置由核心管、端部加劲板、边缘加劲肋和方形约束管组成，心管的两端沿其轴向开有至少一对对称槽，在核心管的每端，端部加劲板的一端插入对称开槽内，端部加劲板另一端伸出核心管外一定长度，端部加劲板与对称槽内侧面紧贴并固接在核心管内，端部加劲板的侧面从对称槽伸出，至少两块边缘加劲肋沿着核心管轴线方向在核心管两端部的端部加劲板之间固结在核心管上，边缘加劲肋沿着核心管的轴线对称分布，在核心管圆周上，边缘加劲肋与端部加劲板在核心管圆周上的相位为0°或90°，方形约束管装在核心管外围，方形约束管内侧与核心管的圆周贴近，端部加劲板和边缘加劲肋位于方形约束管顶角与核心管的外圆周形成空隙内。

权利要求

1.一种方形管约束圆管防屈曲支撑装置，由核心管(1)、端部加劲板(2)、边缘加劲肋(3)和方形约束管(4)组成，其特征在于：核心管(1)的两端沿其轴向开有至少一对对称槽，在核心管(1)的每端，端部加劲板(2)的一端插入对称开槽内，端部加劲板(2)的另一端伸出核心管(1)外一定长度，端部加劲板(2)与对称槽内侧面紧贴并固接在核心管(1)内，端部加劲板(2)的侧面从对称槽伸出，至少两块边缘加劲肋(3)沿着核心管(1)轴线方向在核心管(1)两端部的端部加劲板(2)之间固结在核心管(1)上，边缘加劲肋(3)沿着核心管(1)的轴线对称分布，在核心管(1)圆周上，边缘加劲肋(3)与端部加劲板(2)在核心管(1)圆周上的相位为0°或90°；方形约束管(4)装在核心管(1)外围，方形约束管(4)内侧与核心管(1)的圆周贴近，端部加劲板(2)和边缘加劲肋(3)位于方形约束管(4)顶角与核心管(1)的外圆周所形成的空隙内,所述的方形约束管(4)的长度小于核心管(1)的长度且大于边缘加劲肋(3)的长度，伸出核心管(1)外的端部加劲板(2)的长度为端部加劲板(2)总长度的1/3至1/2。

2.根据权利要求1所述的方形管约束圆管防屈曲支撑装置，其特征在于：所述核心管(1)两端沿其轴向开有一对对称槽，端部加劲板(2)是一字型板。

3.根据权利要求2所述的方形管约束圆管防屈曲支撑装置，其特征在于：所述边缘加劲肋(3)为2块，在核心管(1)圆周上，每块边缘加劲肋(3)与端部加劲板(2)在核心管(1)圆周上的相位为90°。

4.根据权利要求2所述的方形管约束圆管防屈曲支撑装置，其特征在于：所述边缘加劲肋(3)为4块，在核心管(1)圆周上，其中两块边缘加劲肋(3)与端部加劲板(2)在核心管(1)圆周上的相位为90°，其余两块边缘加劲肋(3)与端部加劲板(2)在核心管(1)圆周上的相位为0°。

5.根据权利要求1所述的方形管约束圆管防屈曲支撑装置，其特征在于：所述核心管(1)两端沿其轴向开有二对对称槽，端部加劲板(2)是十字型板，缘加劲肋(3)为4块，每块边缘加劲肋(3)与端部加劲板(2)在核心管(1)圆周上的相位为0°。

6.根据权利要求3或4或5所述的方形管约束圆管防屈曲支撑装置，其特征在于：所述方形约束管(4)由两块钢板(4-2)和两个型钢(4-1)组成，装配时，两块钢板(4-2)相对放置，两个型钢(4-1)翼缘朝外相对放置，所述两块钢板(4-2)和两个型钢(4-1)通过螺栓拼接成方形约束管(4)。

7.根据权利要求3或4或5所述的方形管约束圆管防屈曲支撑装置，其特征在于：方形约束管(4)由两块横钢板(4-3)和两块纵钢板(4-4)组成，组装时，两块横钢板(4-3)相对放置，两块纵钢板(4-4)相对放置，两块钢板(4-3)和两块钢板(4-4)通过焊接形成方形约束管(4)。

8.根据权利要求1所述的方形管约束圆管防屈曲支撑装置，其特征在于：所述固结为焊接。

说明书

方形管约束圆管防屈曲支撑装置

技术领域

[0001] 本发明属于土木工程领域，涉及用于减小工程结构地震响应的一种防屈曲支撑，特别是涉及一种方形管约束圆管防屈曲支撑装置。

背景技术

[0002] 20世纪90年代以前，传统的结构抗震方法是通过主体结构局部屈服耗散地震能量，如梁铰机制等，这种抗震耗能方式导致结构主体破坏，严重增加了震后修复难度和成本，不利于结构的震后修复。自日本阪神地震与美国北岭地震后，防屈曲支撑作为一种性能优越的消能减震构件，在日本、美国等多震的发达国家得到了快速的推广应用，在我国的研究也处于发展阶段。防屈曲支撑通过在核心部件外包裹约束部件来限制核心部件的弯曲变形，由核心部件拉压塑性变形耗散地震能量，在小震作用下相当于普通的中心支撑，给结构提供足够的侧向刚度，在中等和较大地震作用下相当于金属阻尼器而耗散能量，如此既提高了结构的延性又充分发挥了支撑的耗能作用，使主体结构在地震作用下不会破坏或者破坏较小，是一种较为理想的抗震耗能方式。

[0003] 目前，防屈曲支撑的截面种类按照外围约束部件以及组合情况可以分为三类：钢筋混凝土外围约束截面，钢与混凝土组合外围约束截面和全钢外围约束截面。采用钢筋混凝土外围约束截面或钢与混凝土组合外围约束截面，其存在的问题有：(1)构件制作精度要求高，导致制作费用增加，特别在浇注混凝土时，很难保证内核构件与外围约束构件之间的预留间隙满足精度方面的要求；(2)浇注混凝土等湿作业给构件制作与施工带来了影响，其精度控制难度大；(3)涂装在内核构件表面的隔离材料多采用环氧树脂，品种单一，其耐久性差，易于从内核表面脱离。对于约束部件精度要求较高的防屈曲支撑，一般采用全钢外围约束截面。

[0004] 防屈曲支撑的核心受力部件一般是由屈服点较低的钢材制成，截面形式有一字型、十字型和圆管型截面等。

[0005] 现阶段，采用圆管作为核心受力部件的防屈曲支撑，考虑到约束精度、自重和外观的要求，一般也采用圆管作为约束部件，但这会影响到防屈曲支撑的加工和性能：

[0006] 首先，防屈曲支撑核心部件和约束部件之间一般会预留一定的间隙，而间隙的大小是由构件受压膨胀等决定。然而，对于圆管作为约束部件的防屈曲支撑，市场上现有的圆钢管很难满足核心受力管和约束管之间良好匹配关系，如果定制钢管，则代价会更大。

[0007] 其次，作为轴向受压的核心受力圆管，不仅会有因轴向压缩而产生的压应变，还有因扭转而产生的剪应变，约束圆管不能抑制核心受力圆管的扭转变形，而剪应变的存在将导致核心受力部件局部应变增大，降低防屈曲支撑的疲劳性能。

[0008] 此外，采用双重、三重圆管防屈曲支撑与主体结构的连接方式，一般在核心管端部焊接一块端板，通过端板与主体结构相连，连接方式较为单一。

发明内容

[0009] 为了解决钢管防屈曲支撑在受到轴向压力时，核心管扭转导致局部应变增大而影响防屈曲支撑疲劳性能和双重、三重圆管防屈曲支撑核心圆管和约束管尺寸难以匹配，不能满足间隙要求等问题，本发提供了一种方形管约束圆管防屈曲支撑。

[0010] 为了完成本申请的发明目的，本申请采用以下技术方案：

[0011] 本发明的一种方形管约束圆管防屈曲支撑装置，由核心管、端部加劲板、边缘加劲肋和方形约束管组成，其中：核心管的两端沿其轴向开有至少一对对称槽，在核心管的每端，端部加劲板的一端插入对称开槽内，端部加劲板的另一端伸出核心管外一定长度，端部加劲板与对称槽内侧面紧贴并固接在核心管内，端部加劲板的侧面从对称槽伸出，至少两块边缘加劲肋沿着核心管轴线方向在核心管两端部的端部加劲板之间固结在核心管上，边缘加劲肋沿着核心管的轴线对称分布，在核心管圆周上，边缘加劲肋与端部加劲板在核心管圆周上的相位为0°或90°；方形约束管装在核心管外围，方形约束管内侧与核心管的圆周贴近，端部加劲板和边缘加劲肋位于方形约束管顶角与核心管的外圆周所形成的空隙内；

[0012] 本发明的一种方形管约束圆管防屈曲支撑装置，其中：所述核心管两端沿其轴向开有一对对称槽，端部加劲板是一字型板；

[0013] 本发明的一种方形管约束圆管防屈曲支撑装置，其中：所述边缘加劲肋为2块，在核心管圆周上，每块边缘加劲肋与端部加劲板在核心管圆周上的相位为90°；

[0014] 本发明的一种方形管约束圆管防屈曲支撑装置，其中：所述边缘加劲肋为4块，在核心管圆周上，其中两块边缘加劲肋与端部加劲板在核心管圆周上的相位为90°，其余两块边缘加劲肋与端部加劲板在核心管圆周上的相位为0°；

[0015] 本发明的一种方形管约束圆管防屈曲支撑装置，其中：所述核心管两端沿其轴向开有二对对称槽，端部加劲板是十字型板，缘加劲肋为4块，每块边缘加劲肋与端部加劲板在核心管圆周上的相位为0°；

[0016] 本发明的一种方形管约束圆管防屈曲支撑装置，其中：所述方形约束管由两块钢板和两个型钢组成，装配时，两块钢板相对放置，两个型钢翼缘朝外相对放置，所述两块钢板和两个型钢通过螺栓拼接成方形约束管；

[0017] 本发明的一种方形管约束圆管防屈曲支撑装置，其中：所述方形约束管由两块横钢板和两块纵钢板组成，组装时，两块横钢板相对放置，两块纵钢板相对放置，两块钢板和两块钢板通过焊接形成方形约束管；

[0018] 本发明的一种方形管约束圆管防屈曲支撑装置，其中：所述的方形约束管的长度小于核心管的长度且大于边缘加劲肋的长度；

[0019] 本发明的一种方形管约束圆管防屈曲支撑装置，其中：伸出核心管外的端部加劲板的长度为端部加劲板总长度的1/3至1/2；

[0020] 本发明的一种方形管约束圆管防屈曲支撑装置，其中：所述固结为焊接。

[0021] 所述核心管两端沿轴向开槽，端部加劲板的一端插入所开槽内，与槽口内侧面紧贴并固接，端部加劲板的另一端伸出核心管外一定长度，以此来加强端部截面，以确保在受力时核心管中部能够屈服耗能而端部始终处于弹性状态。所述边缘加劲肋沿着核心管轴向与核心管和两个端部加劲板固结，边缘加劲肋位于端部加劲板的平面内，当支撑受到轴向压力的时候，在核心管发生微小扭转时边缘加劲肋就和方形约束管接触，限制了核心管的进一步扭转，因而避免了由于严重的扭转引起过大的剪应变导致局部应变过大，使支撑的疲劳性能降低。所述方形约束管布置在核心管外围，方形约束管内侧与核心管的圆周贴近，端部加劲板和边缘加劲肋位于方形约束管截面对角线和核心管轴线形成的平面内，端部加劲板和边缘加劲肋的侧边与方形约束管的角部内侧贴近，使得方形约束管可以约束核心管的扭转。

[0022] 本发明具有以下优点：

[0023] 1、本发明的采用方形管来约束圆管，而方形管可以通过拼装组成，避免了圆管之间尺寸难以匹配的问题；

[0024] 2、本发明的方形管约束圆管防屈曲支撑，通过在核心管两端开槽再焊接端部加劲板的办法来加强端部截面，以确保在受力时核心管中部能够屈服而端部始终处于弹性状态；

[0025] 3、当支撑受到轴向压力的时候，在核心管发生微小扭转后边缘加劲肋就和方形约束管接触，限制了核心管的进一步扭转，避免了核心管由于严重的扭转引起过大的剪应变导致局部应变过大，支撑的疲劳性能降低。

[0026] 4、加劲板布置在端部，让防屈曲支撑与主体结构的连接方式可以灵活多变，方便设计。

[0027] 5、所有钢部件均可在工厂制作，加工精度更易控制，方形约束管加工方法简单，能够更好地控制核心受力管和方形约束管之间的间隙。

[0028] 6、本发明加工方法简单、精度易控制、端部构造可灵活多变。当支撑承受轴向压力时，核心管发生微小扭转会导致边缘加劲肋和方形约束管接触，限制了核心管的进一步扭转，避免了由于扭转引起过大的切应变导致局部应变过大，使防屈曲支撑的滞回性能降低。

附图说明

[0029] 图1是本发明的核心管；

[0030] 图2是在核心管上焊接好端部加劲板和边缘加劲肋的示意图；

[0031] 图3是图2的A-A剖视图；

[0032] 图4是图2的B-B剖视图；

[0033] 图5是本发明支撑组装完成后的立体示意图；

[0034] 图6是图5的C-C剖视图；

[0035] 图7是图5的D-D剖视图；

[0036] 图8是本发明实施例2边缘加劲肋个数为2时的横截面示意图；

[0037] 图9是本发明实施例3方形约束管是焊接制成时的横截面示意图；

[0038] 图10是本发明实施例4端部所开槽口为2，端部加劲板是一字板时的横截面示意图。

[0039] 在图1至图10中，标号1为核心管；标号2为端部加劲板；标号3为边缘加劲肋；标号4为方形约束管；标号4-1为型钢；标号4-2为钢板；标号4-3为横钢板；标号4-4为纵钢板。

具体实施方式

[0040] 实施例1

[0041] 如图1至图7所示，本发明的方形管约束圆管防屈曲支撑装置由核心管1、端部加劲板2、边缘加劲肋3和方形约束管4组成，核心管1两端沿其轴向开有二对对称槽，端部加劲板2是十字型板，在核心管1的每端，端部加劲板2的一端插入对称开槽内，端部加劲板2的另一端伸出核心管1外一定长度，伸出核心管1外的端部加劲板2的长度为端部加劲板2总长度的
1/3至1/2，端部加劲板2与对称槽内侧面紧贴并焊接在核心管1内，端部加劲板2的侧面从对称槽伸出，四块边缘加劲肋3沿着核心管1轴线方向在核心管1两端部的端部加劲板2之间焊接在核心管1上，每块边缘加劲肋3与端部加劲板2在核心管1圆周方向相位为0°，方形约束管4装在核心管1外围，方形约束管4的长度小于核心管1的长度且大于边缘加劲肋3的长度，方形约束管4内侧与核心管1的圆周贴近，端部加劲板2和边缘加劲肋3位于方形约束管4顶角与核心管1的外圆周所形成的空隙内，方形约束管4由两块钢板4-2和两个型钢4-1组成，装配时，两块钢板4-2相对放置，两个型钢4-1翼缘朝外相对放置，所述两块钢板4-2和两个型钢4-1通过螺栓拼接成方形约束管4。

[0042] 实施例2

[0043] 如图8所示：本实施例与实施例1其余部分相同，不同之处在于所用的边缘加劲肋3个数是2，在核心管1圆周上，每块边缘加劲肋3与端部加劲板2在核心管1圆周上的相位为0°或90°。

[0044] 实施例3

[0045] 如图9所示：本实施例与实施例1其余部分相同，不同之处在于方形约束管4由两块横钢板4-3和两块纵钢板4-4组成，组装时，两块横钢板4-3相对放置，两块纵钢板4-4相对放置，两块钢板4-3和两块钢板4-4通过焊接形成方形约束管4。

[0046] 实施例4

[0047] 如图10所示：本实施例与实施例1其余部分相同，不同之处在于：核心管1两端沿其轴向开有一对对称槽，端部加劲板2是一字型板。当边缘加劲肋3为2块时，在核心管1圆周上，每块边缘加劲肋3与端部加劲板2在核心管1圆周上的相位为90°，

[0048] 当边缘加劲肋3为四块时，在核心管1圆周上，其中两块边缘加劲肋3与端部加劲板2在核心管1圆周上的相位为90°，其余两块边缘加劲肋3与端部加劲板2在核心管1圆周上的相位为0°。

[0049] 应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。