一种内核为十字形异形钢支撑的扭转屈曲约束装置

摘要

本发明公开了一种内核为十字形异形钢支撑的扭转屈曲约束装置，属于结构工程技术领域，本发明的扭转屈曲约束装置包括十字形异形钢支撑和屈曲约束套管。各构件的焊接部分在工厂内完成，焊接质量容易控制，施工现场只需将屈曲约束套管吊装到十字形异形钢支撑的外侧。在力学性能方面，屈曲约束层的设置可以减小十字形异形钢支撑的计算长度；当十字形异形钢支撑发生幅值较小的扭转屈曲时，屈曲约束套管的第一约束键可以对其变形进行有效约束，当十字形异形钢支撑的外侧翼缘板构件摆脱第一约束键或发生幅值较大的扭转屈曲或弯曲屈曲时，屈曲约束套管的第二约束键可以对其变形进行有效约束。

说明书

技术领域

本专利涉及一种内核为十字形异形钢支撑的扭转屈曲约束装置，属于结构工程技术领 域。

背景技术

作为世界第一产钢大国，我国年产钢10亿吨以上，占世界钢产量的50％，然而作为钢材产能消耗的大户，钢结构建筑只占我国建筑形式的5％，而发达国家占到了50％以上。钢结构建筑以其自重轻、抗震性能好、工业化生产、装配式安装等诸多优点成为我国住宅产业化项目中重点推广的项目之一。十字形异形钢支撑构件无论作为承受竖向荷载和水平荷载的柱构件还是作为承受轴向荷载的支撑构件均具有良好的力学性能，此外，十字形异形钢支撑构件方便与各个方向的梁构件连接，并可以有效解决室内突柱问题。这些特点使十字形异形钢支撑构件在轻型钢结构、钢结构住宅以及住宅产业化发展中有广泛的应用前景。然而十字形异形钢支撑构件在荷载作用下发生的整体扭转屈曲、弯曲屈曲和外侧翼缘板构件局部屈曲会严重影响十字形异形钢支撑构件的承载能力，因此需要提出一种可以有效控制十字形异形钢支撑构件屈曲变形的屈曲约束装置，为此，本申请专利提出一种内核为十字形异形钢支撑的扭转屈曲约束装置。

钢结构建筑以其自重轻、抗震性能好、工业化生产、装配式安装等诸多优点成为我国 住宅产业化项目中重点推广的项目之一。十字形异形钢支撑构件无论作为承受竖向荷载和 水平荷载的柱构件还是作为承受轴向荷载的支撑构件均具有良好的力学性能，此外，十字 形异形钢支撑构件方便与各个方向的梁构件连接，并可以有效解决室内突柱问题。这些特 点使十字形异形钢支撑构件在轻型钢结构、钢结构住宅以及住宅产业化发展中有广泛的应 用前景。然而十字形异形钢支撑构件在荷载作用下发生的整体扭转屈曲、弯曲屈曲和外侧 翼缘板构件局部屈曲会严重影响十字形异形钢支撑构件的承载能力，因此需要提出一种可 以有效控制十字形异形钢支撑构件屈曲变形的屈曲约束装置，为此，本申请专利提出一种 内核为十字形异形钢支撑的扭转屈曲约束装置。

一种内核为十字形异形钢支撑的扭转屈曲约束装置，其特征在于：该扭转屈曲约束装 置包括1个十字形异形钢支撑和1个屈曲约束套管；所述十字形异形钢支撑包括1个方钢 管构件、4个腹板构件和4个外侧翼缘板构件；所述屈曲约束套管包括外围套管和n个屈曲约束层，n≥3；所述外围套管的厚度不小于外侧翼缘板件构件的厚度；所述屈曲约束层包括第一约束键和第二约束键，第一约束键和第二约束键能有效控制十字型异形钢支撑的扭转屈曲模态和扭转屈曲幅值，第二约束键兼具弯曲屈曲控制的作用，第一屈曲约束层和第n屈曲约束层均采用8个第一约束键，第一屈曲约束层和第n屈曲约束层分别位于外围 套管的顶部和底部，第二屈曲约束层至第n-1屈曲约束层均采用8个第一约束键和8个第 二约束键，第二屈曲约束层至第n-1屈曲约束层位于外围套管的中部，沿外围套管的内径 壁自上而下依次分布，n个屈曲约束层将外围套管分成n-1个区域，第一约束键和第二约 束键的高度为10～50mm，第一约束键和第二约束键焊接在外围套管的内径壁上形成屈曲约 束套管；所述十字形异形钢支撑和屈曲约束套管的高度相等，十字形异形钢支撑位于屈曲 约束套管内部，十字形异形钢支撑的外侧翼缘板位于屈曲约束套管中第一约束键和第二约 束键的内侧，十字形异形钢支撑的外侧翼缘板构件与外围套管的内径壁之间预留间隙，十 字形异形钢支撑的外侧翼缘板构件与第一约束键之间预留5～20mm的间隙，第一约束键和 第二约束键之间预留5～20mm的间隙。

该扭转屈曲约束装置在第一约束键、第二约束键和套管内径壁与十字形异形钢支撑之 间设置间隙，这种处理方式允许十字形异形钢支撑产生一定的扭转屈曲变形，十字型异形 钢支撑构件可以通过屈曲变形进行耗能；当十字形异形钢支撑发生幅值较小的扭转屈曲时， 屈曲约束套管的第一约束键可以对其变形进行有效约束，当十字形异形钢支撑的外侧翼缘 板构件摆脱第一约束键或发生幅值较大的扭转屈曲或弯曲屈曲时，屈曲约束套管的第二约 束键可以对其变形进行有效约束，进而提高十字形异形钢支撑屈曲后的承载能力；多道屈 曲约束层的设置可以将十字形异形钢支撑的屈曲模式由整段屈曲变成分段屈曲，有效减小 十字形异形钢支撑的计算长度。

发明内容

本发明专利提出一种内核为十字形异形钢支撑的扭转屈曲约束装置，其目的在于克服 技术背景中出现的技术难题，提出一种可以有效控制十字形异形钢支撑屈曲变形的扭转屈 曲约束装置。

为实现以上目的，本发明提供如下技术方案：

该扭转屈曲约束装置包括1个十字形异形钢支撑和1个屈曲约束套管；所述十字形异 形钢支撑包括1个方钢管构件、4个腹板构件和4个外侧翼缘板构件；所述屈曲约束套管包括外围套管和n个屈曲约束层，n≥3；所述外围套管的厚度不小于外侧翼缘板件构件的厚度；所述屈曲约束层包括第一约束键和第二约束键，第一约束键和第二约束键能有效控制十字型异形钢支撑的扭转屈曲模态和扭转屈曲幅值，第二约束键兼具弯曲屈曲控制的作用，第一屈曲约束层和第n屈曲约束层均采用8个第一约束键，第一屈曲约束层和第n屈 曲约束层分别位于外围套管的顶部和底部，第二屈曲约束层至第n-1屈曲约束层均采用8 个第一约束键和8个第二约束键，第二屈曲约束层至第n-1屈曲约束层位于外围套管的中 部，沿外围套管的内径壁自上而下依次分布，n个屈曲约束层将外围套管分成n-1个区域， 第一约束键和第二约束键的高度为10～50mm，第一约束键和第二约束键焊接在外围套管的 内径壁上形成屈曲约束套管；所述十字形异形钢支撑和屈曲约束套管的高度相等，十字形 异形钢支撑位于屈曲约束套管内部，十字形异形钢支撑的外侧翼缘板位于屈曲约束套管中第一约束键和第二约束键的内侧，十字形异形钢支撑的外侧翼缘板构件与外围套管的内径壁之间预留间隙，十字形异形钢支撑的外侧翼缘板构件与第一约束键之间预留5～20mm的间隙，第一约束键和第二约束键之间预留5～20mm的间隙。

作为本发明的进一步方案：所述十字形异形钢支撑的截面选用十字型截面、平腹板十 字型截面或波纹腹板十字型截面。

作为本发明的进一步方案：所述第一约束键选用直径不小于外侧翼缘板构件厚度的钢 筋或选用厚度不小于外侧翼缘板构件厚度的平板；所述第二约束键选用厚度不小于外侧翼 缘板构件厚度的角钢或厚度不小于外侧翼缘板构件厚度的平板。

与现有技术相比，本专利的优点主要在以下几个方面：

1、本申请专利所述屈曲约束装置在第一约束键、第二约束键和套管内径壁与十字形 异形钢支撑之间设置间隙，允许十字形异形钢支撑产生一定的屈曲变形，十字型异形钢支 撑构件可以通过屈曲变形进行耗能。

2、当十字形异形钢支撑发生幅值较小的扭转屈曲时，屈曲约束套管的第一约束键可 以对其变形进行有效约束，当十字形异形钢支撑的外侧翼缘板构件摆脱第一约束键发生幅 值较大的扭转屈曲或弯曲屈曲时，屈曲约束套管的第二约束键可以对其变形进行有效约束， 进而提高十字形异形钢支撑屈曲后的承载能力。

3、多道屈曲约束层的设置可以将十字形异形钢支撑的屈曲模式由整段屈曲变成分段 屈曲，有效减小了十字形异形钢支撑的计算长度。

4、屈曲约束套筒的圆形截面具有良好的抗扭和抗弯承载力，屈曲约束套筒不先于十 字形异形钢支撑发生失稳，为十字型异型钢支撑的变形耗能提供了保障。

附图说明

图1为一种内核为十字形异形钢支撑的扭转屈曲约束装置的三维示意图；

图2为一种内核为十字形异形钢支撑的扭转屈曲约束装置的具体构造和屈曲约束层的 分布图；

图3为一种内核为十字形异形钢支撑的扭转屈曲约束装置的十字形异形钢支撑选用波 纹腹板十字型截面时的俯视图；

图4为一种内核为十字形异形钢支撑的扭转屈曲约束装置的十字形异形钢支撑选用平 腹板十字型截面时的俯视图；

图5为一种内核为十字形异形钢支撑的扭转屈曲约束装置的十字形异形钢支撑选用普 通十字型截面时的俯视图；

图6为第一约束键为钢筋、第二约束键为平板时扭转屈曲约束装置的俯视图；

具体实施方式

下面结合附图1～6，详细说明本专利的实施方式。

如图1～6所示，一种内核为十字形异形钢支撑的扭转屈曲约束装置柱包括以下部件：

1——屈曲约束套管

2——十字形异形钢支撑

3——第一约束键

4——第二约束键

5——外侧翼缘板构件

6——腹板构件

7——方钢管构件

8——外围套管

下面将结合附图具体说明本发明屈曲约束装置的具体连接方式。

本发明所述屈曲约束装置包括屈曲约束套管(1)和十字形异形钢支撑(2)。第一约束键(3)和第二约束键(4)焊接在外围套管(8)的内径壁上形成屈曲约束套管(1)， 第一约束键(3)和第二约束键(4)间预留5～20mm的间隙；所述十字形异形钢支撑由1 个方钢管构件(7)、4个腹板构件(6)和4个外侧翼缘板构件(5)在工厂焊接组成。

如图1、2所示，十字形异形钢支撑(2)和屈曲约束套管(1)的高度相等，十字形 异形钢支撑(2)位于屈曲约束套管(1)内部；所述屈曲约束套管(1)包括外围套管(8) 和n-1个屈曲约束层；所述外围套管(8)的厚度不小于外侧翼缘板件构件(5)的厚度； 所述屈曲约束层包括第一约束键(3)和第二约束键(4)，第一屈曲约束层位于外围套管 (8)的顶部，第1道屈曲约束层采用8个第一约束键(3)；第二屈曲约束层至第n-1屈曲 约束层位于外围套管(8)的中间，沿外围套管的内径壁，自上而下依次分布，第二屈曲 约束层至第n-1屈曲约束层均采用8个第一约束键(3)和8个第二约束键(4)；第n屈曲 约束层位于将外围套管(8)的底部，第n屈曲约束层采用8个第一约束键(3)。第一约 束键(3)和第二约束键(4)的高度为10～50mm，第一约束键(3)和第二约束键(4)焊 接在外围套管(8)的内径壁上形成屈曲约束套管(2)。

如图3所示，所述十字形异形钢支撑的外侧翼缘板(5)位于屈曲约束套管中第一约束键(3)和第二约束键(4)的内侧，十字形异形钢支撑的外侧翼缘板构件(5)与外围 套管(8)的内径壁之间预留5～20mm的间隙，十字形异形钢支撑的外侧翼缘板构件(5) 与第一约束键(3)之间预留5～20mm的间隙。

如图3、4、5所示，所述十字形异形钢支撑(2)的截面选用十字型截面、平腹板十 字型截面或波纹腹板十字型截面；图中的第一约束键(3)选用厚度不小于外侧翼缘板构 件(5)厚度的平板；所述第二约束键(4)选用厚度不小于外侧翼缘板构件厚度的角钢。

如图6所示，图中的第一约束键(3)选用直径不小于外侧翼缘板构件(5)厚度的钢筋；所述第二约束键(4)选用厚度不小于外侧翼缘板构件(5)厚度相等的平板，平板与 外侧翼缘板构件(5)的夹角应小于45度。