[实用新型]组合热轧角钢防压曲支撑

说明书

一、技术领域

组合热轧角钢防压曲支撑(BRAB)属于土木工程结构消能减震技术领域，主要用于建筑结构工程、土木结构工程。

二、背景技术

当需要增加结构侧移刚度、提高结构抗震能力、改善结构抗震性能时可使用防压曲支撑，并将其安装在土木工程结构的重要节点之间(图1)。防压屈支撑一般由涂有表面隔离材料并设构造间隙的钢芯、外包钢管及连接配件组成，钢芯和外包钢管之间的空隙内填充水泥砂浆或混凝土(图1)。钢芯在工作时仅承担拉、压力。表面隔离材料及构造间隙可允许钢芯在外包材料中伸缩，外包水泥砂浆及钢管可增加整体稳定，避免钢芯受压失稳。钢芯在屈服前为结构提供侧移刚度，在屈服后可消耗地震能量。在反复荷载作用下滞回曲线具有饱满、规则的特点(图2)。

目前，一方面，日、美所用防压曲支撑的钢芯均为低屈服点钢材，实际屈服强度低于300MPa，有的甚至低到180MPa。例如，2002年9月，伯克利加州大学(University of California，Berkeley)的Cameron Black，Nicos Makris等人在“Component Testing，Stability Analysis and Characterization ofBuckling-Restrained Unbonded Braces”的文章中，2003年2月，圣迭哥加州大学(University of California，Berkeley)的Steve Merritt，Chia-Ming Uang，GianmarioBenzoni等人在“Subassemblage Testing of Core brace Buckling-Restrained Braces”的文章中提到的所研制的钢芯材料，实际测试的屈服强度为266-282MPa。日、美的经验是，只有使用低屈服点材料，才能既使用大截面(实现高刚度)、又能做到早屈服(低屈服承载力)，进而保护主体结构。

然而，由于市场及设计技术等方面的原因，我国钢材市场尚不能批量提供优质低屈服点钢材及制品。国家标准规定对低屈服点钢材的力学性能不作交货条件(如Q195钢)。量大面广的结构用钢一般为Q235及以上的碳素钢及强度更高的低合金钢。实测表明，这些钢材的实际屈服强度大多高于300MPa。如，哈尔滨工业大学李妍等2006年7月在“防屈曲钢支撑阻尼器的试验研究”文章中所述的Q235钢材的测试强度达到321MPa。如果使用中高屈服点材料制作钢芯，在实现高刚度/低屈服承载力、高刚度/高屈服承载力等抗震设计所需要的多种性能参数上有困难。

另一方面，日、美普遍使用的防压曲支撑的钢芯截面形状是“一”字形和“十”字形截面。但是，我国大陆建材市场提供的热轧型材有扁钢、角钢、槽钢、T型钢(槽钢冷切割而成)、工字钢、H型钢等多种，没有“十”字型材。如仅使用“一”字型钢材(扁钢)制作钢芯难于满足实际工程对大刚度、大屈服承载力的需求。除扁钢外，其它型材要么是截面没有双对称轴，要么难于与节点板连接。若用钢板焊接制成“十”字形截面，由于长线、深度焊接技术存在温度应力、残余变形和材料脆性等问题，在高应力及反复荷载的不利条件下，焊接截面可能在耐低周疲劳上存在问题。

综上，在我国钢材市场目前的背景下使用防压曲支撑，有两个方面问题亟待解决，一是使用中、高屈服点钢材的问题，另一个是钢芯截面形状的问题。

三、实用新型内容

本实用新型的目的是使用国产量大面广的热轧角钢，通过合理的截面组合形式、制作技术及设计技术制造防压曲支撑，解决目前国产结构用钢材屈服强度较高、型材不适用等方面带来的相关问题。在保证受力性能、抗震性能和降低造价的前提下，使之成为进口防压曲支撑的替代品。

为达到上述目的，根据中国大陆结构用钢材市场的供货情况，优先选用国产Q235钢替代国外的低屈服点钢材。使用国产热轧角钢进行组合(图3)，经简单机械加工制作防压曲支撑钢芯，解决钢芯截面形状问题。使用工作截面弱化技术，确保防压曲支撑的屈服发生在工作段(图4)。通过调整工作段长度实现结构抗震设计的多种需求。

一种组合热轧角钢防压曲支撑，主要包括涂有表面隔离材料并设构造间隙的钢芯、外包钢管，钢芯和外包钢管之间的水泥砂浆或混凝土，其特征在于：