本發(fā)明屬于建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種具有變長(zhǎng)度四折痕型誘導(dǎo)單元的套管屈曲誘導(dǎo)支撐，適用于帶屈曲約束支撐的鋼結(jié)構(gòu)或者混凝土結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

在鋼結(jié)構(gòu)或者鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)使用過(guò)程中，普通支撐受壓會(huì)產(chǎn)生屈曲現(xiàn)象，當(dāng)支撐受壓屈曲后，剛度和承載力急劇降低。在地震或風(fēng)的作用下，支撐的內(nèi)力在受壓和受拉兩種狀態(tài)下往復(fù)變化。當(dāng)支撐由壓曲狀態(tài)逐漸變至受拉狀態(tài)時(shí)，支撐的內(nèi)力以及剛度接近為零。因而普通支撐在反復(fù)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(wèn)題，在支撐外部設(shè)置套管，約束支撐的受壓屈曲，構(gòu)成屈曲約束屈曲約束支撐僅芯板與其他構(gòu)件連接，所受的荷載全部由芯板承擔(dān)，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(jìn)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(jié)構(gòu)中充當(dāng)“保險(xiǎn)絲”，使得主體結(jié)構(gòu)基本處于彈性范圍內(nèi)。因此，屈曲約束支撐的應(yīng)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。

申請(qǐng)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(qǐng)?zhí)枮?01610380805.2）和一種端部具有交錯(cuò)金字塔型耗能單元的屈曲控制支撐（申請(qǐng)?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(qǐng)人在2016年6月1日提出了一種端部具有對(duì)稱(chēng)初始缺陷單元的耗能型屈曲約束支撐（申請(qǐng)?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(qǐng)?zhí)枮?01610380804.8）的幾何構(gòu)型是固定的，設(shè)計(jì)靈活性小。且上述支撐中耗能單元在折痕處板的厚度、構(gòu)造等和非折痕處一致，不利于在折痕處產(chǎn)生塑性鉸。另外，這些支撐由端部約束段、屈曲段和套管組成，套管在屈曲段的外側(cè)，而屈曲段內(nèi)側(cè)沒(méi)有支撐，容易產(chǎn)生向內(nèi)側(cè)的低階失穩(wěn)，從而減弱支撐的耗能能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：由于現(xiàn)有屈曲約束支撐在反復(fù)荷載作用下，與屈曲約束支撐相連接的構(gòu)件或節(jié)點(diǎn)受力較大；且在地震作用下，現(xiàn)有屈曲約束支撐屈服變形位置具有隨機(jī)性，為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明將引入變長(zhǎng)度四折痕型誘導(dǎo)單元到傳統(tǒng)的普通支撐上，形成一種具有變長(zhǎng)度四折痕型誘導(dǎo)單元的套管屈曲誘導(dǎo)支撐，是工程結(jié)構(gòu)中選用約束防屈曲支撐時(shí)的優(yōu)先選擇。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種具有變長(zhǎng)度四折痕型誘導(dǎo)單元的套管屈曲誘導(dǎo)支撐，由端部約束段、屈曲誘導(dǎo)段、內(nèi)套管和外套管組成，所述端部約束段位于所述屈曲誘導(dǎo)段的兩端，所述屈曲誘導(dǎo)段夾在內(nèi)套管與外套管之間，所述內(nèi)套管與外套管分別與一個(gè)端部約束段連接，其特征在于：屈曲誘導(dǎo)段由至少一個(gè)變長(zhǎng)度四折痕型誘導(dǎo)單元沿著支撐的軸線(xiàn)方向組成，位于所述屈曲誘導(dǎo)段兩側(cè)的變長(zhǎng)度四折痕型誘導(dǎo)單元的端部為通過(guò)一垂直于軸線(xiàn)方向且過(guò)頂點(diǎn)的橫截面截去的平面；所述單個(gè)變長(zhǎng)度四折痕型誘導(dǎo)單元由m個(gè)相同的變長(zhǎng)度四折痕型子單元沿環(huán)向依次排列形成一個(gè)截面為多邊形的空間體，所述多邊形的邊數(shù)為2m，m為大于等于2的整數(shù)；所述變長(zhǎng)度四折痕型子單元為由在同一平面內(nèi)的四個(gè)梯形板經(jīng)過(guò)折疊形成的空間體，所述四個(gè)梯形板兩兩共線(xiàn)并相交于一頂點(diǎn)，按照逆時(shí)針?lè)謩e為梯形板一、梯形板二、梯形板三和梯形板四，他們之間的公共邊分別為第一公共邊、第二公共邊、第三公共邊和第四公共邊；所述第一公共邊、第二公共邊和第三公共邊為峰線(xiàn)，第四公共邊為谷線(xiàn)，相鄰的梯形板沿著峰線(xiàn)向外折疊，沿著谷線(xiàn)向內(nèi)折疊；所述向外折疊是指相鄰的梯形板的外法線(xiàn)之間的夾角變大，向內(nèi)折疊是指相鄰的梯形板的外法線(xiàn)之間的夾角變??；所述梯形板一的自由邊與梯形板四的自由邊相等，且兩者與第一公共邊不相等；所述梯形板二的自由邊與梯形板三的自由邊相等，且兩者與第三公共邊不相等。

所述的端部約束段由方形鋼板、T型短鋼梁和梁柱等構(gòu)件預(yù)留的連接板組成，方形鋼板焊接在屈曲誘導(dǎo)段端部，兩根T型短鋼梁與方形鋼板焊接連接，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(qiáng)螺栓連接。

所述內(nèi)套管的左端與左側(cè)端部約束段的方形鋼板焊接連接，內(nèi)套管的右端與右側(cè)端部約束段的方形鋼板有一段不小于屈曲誘導(dǎo)段長(zhǎng)度的1/40的距離；所述外套管的右端與右側(cè)端部約束段的方形鋼板焊接連接，外套管的左端與左側(cè)端部約束段的方形鋼板有一段不小于屈曲誘導(dǎo)段長(zhǎng)度的1/40的距離。

所述的屈曲誘導(dǎo)段與內(nèi)套管及外套管之間的間隙不超過(guò)5mm；所述內(nèi)套管和外套管都是由圓形截面的空心鋼管組成。

所述屈曲誘導(dǎo)段中所有折痕處的板厚是板塊板厚的一半，由峰線(xiàn)構(gòu)成的折痕，厚度變化在內(nèi)表面一側(cè)，由谷線(xiàn)構(gòu)成的折痕，厚度變化在外表面一側(cè)。

有益效果：

本發(fā)明一種具有變長(zhǎng)度四折痕型誘導(dǎo)單元的套管屈曲誘導(dǎo)支撐，由端部約束段、屈曲誘導(dǎo)段、內(nèi)套管和外套管構(gòu)成。屈曲誘導(dǎo)支撐采用變長(zhǎng)度四折痕型誘導(dǎo)單元，使構(gòu)件更加容易形成多種不同形狀的截面，支撐設(shè)計(jì)更加靈活。沿支撐長(zhǎng)度方向相鄰橫截面向的折痕的長(zhǎng)度不一致，使支撐在受力過(guò)程中更加容易產(chǎn)生軸向變形，從而防止支撐過(guò)早發(fā)生整體屈曲。且該支撐中屈曲誘導(dǎo)段中的變長(zhǎng)度四折痕型誘導(dǎo)單元通過(guò)預(yù)先設(shè)置的由峰線(xiàn)和谷線(xiàn)形成的折痕，同時(shí)在折痕處將板厚減小為原來(lái)的一半，更加容易誘導(dǎo)支撐在地震作用下，產(chǎn)生高階屈曲模態(tài)，提升支撐的耗能能力。在屈曲誘導(dǎo)段內(nèi)外側(cè)分別設(shè)置內(nèi)套管和外套管使折痕處的塑性鉸線(xiàn)擴(kuò)大為塑性區(qū)，比普通支撐具有更好的耗能能力。而且內(nèi)外套管還能給屈曲誘導(dǎo)段中折痕提供側(cè)向支撐，有效地提高了支撐的軸向承載能力。本發(fā)明能夠在工廠加工，到現(xiàn)場(chǎng)只需要用螺栓與梁柱等構(gòu)件的預(yù)埋件連接，既保證了構(gòu)件質(zhì)量，又減小了現(xiàn)場(chǎng)的濕作業(yè)工作量，節(jié)能環(huán)保。具有變長(zhǎng)度四折痕型誘導(dǎo)單元的套管屈曲誘導(dǎo)支撐既具有一般約束防屈曲支撐的布置靈活，能更有效地耗散地震能量等優(yōu)點(diǎn)，又可以解決與屈曲約束支撐相連接的構(gòu)件或節(jié)點(diǎn)受力較大等問(wèn)題，具有良好的推廣效益。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的剖面圖（主視）；

圖3為端部約束段示意圖；

圖4為屈曲誘導(dǎo)段示意圖；

圖5為內(nèi)套管示意圖；

圖6為外套管示意圖；

圖7為圖1中A-A剖面放大圖；

圖8為方形鋼板示意圖；

圖9為T(mén)型短鋼梁示意圖；

圖10為連接板示意圖；

圖11為變長(zhǎng)度四折痕型誘導(dǎo)單元示意圖；

圖12為變長(zhǎng)度四折痕型誘導(dǎo)子單元示意圖；

圖13為變長(zhǎng)度四折痕型誘導(dǎo)子單元折疊前平面示意圖；

圖14為折痕處峰線(xiàn)板厚示意圖；

圖15為折痕處谷線(xiàn)板厚示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。

如圖1、2所示，由端部約束段1、屈曲誘導(dǎo)段2、內(nèi)套管3和外套管4組成。端部約束段1固定于屈曲誘導(dǎo)段2的兩端。內(nèi)套管的左端與左側(cè)端部約束段1的方形鋼板5焊接連接，內(nèi)套管的右端與右側(cè)端部約束段的方形鋼板有一段距離，距離不小于屈曲誘導(dǎo)段長(zhǎng)度的1/40；外套管的右端與右側(cè)端部約束段1的方形鋼板5焊接連接，外套管的左端與左側(cè)端部約束段的方形鋼板有一段距離，距離也不小于屈曲誘導(dǎo)段長(zhǎng)度的1/40。如圖5~7所示，屈曲誘導(dǎo)段2夾在內(nèi)套管3與外套管4之間，屈曲誘導(dǎo)段與內(nèi)套管及外套管之間的間隙不超過(guò)5mm，內(nèi)套管3和外套管4都是由圓形截面的空心鋼管組成。

如圖3所示，端部約束段1由方形鋼板5、T型短鋼梁6和梁柱等構(gòu)件預(yù)留的連接板7組成，方形鋼板5焊接在屈曲誘導(dǎo)段2端部，兩根T型短鋼梁6與方形鋼板7焊接連接，方形鋼板5和T型短鋼梁6分別見(jiàn)圖8、9所示。連接板7夾在兩根T型短鋼梁6中間，連接板7與T型短鋼梁6用高強(qiáng)螺栓連接，其中連接板7見(jiàn)圖10所示。

根據(jù)圖4所示，屈曲誘導(dǎo)段2由50個(gè)變長(zhǎng)度四折痕型誘導(dǎo)單元8沿著支撐的軸線(xiàn)方向組成，通過(guò)一垂直于軸線(xiàn)方向且過(guò)一頂點(diǎn)22的橫截面截去屈曲誘導(dǎo)段2的端部鋸齒段部分，則屈曲誘導(dǎo)段端部所有邊在同一平面上。如圖11中，單個(gè)變長(zhǎng)度四折痕型誘導(dǎo)單元8是由十二個(gè)相同的變長(zhǎng)度四折痕型子單元9沿環(huán)向依次排列形成的一個(gè)截面為24邊形的空間體。根據(jù)圖12、圖13所示，變長(zhǎng)度四折痕型子單元8由在同一平面內(nèi)的四個(gè)梯形板經(jīng)過(guò)折疊形成的空間體組成，四個(gè)梯形板兩兩共線(xiàn)并相交于一頂點(diǎn)，按照逆時(shí)針?lè)謩e為梯形板一10、梯形板二11、梯形板三12和梯形板四13，其中他們之間的公共邊分別為第一公共邊14、第二公共邊15、第三公共邊16和第四公共邊17。所述的第一公共邊14、第二公共邊15和第三公共邊16為峰線(xiàn)，第四公共邊17為谷線(xiàn)，相鄰的梯形板沿著峰線(xiàn)向外折疊，沿著谷線(xiàn)向內(nèi)折疊；所述向外折疊是指相鄰的梯形板的外法線(xiàn)之間的夾角變大，向內(nèi)折疊是指相鄰的梯形板的外法線(xiàn)之間的夾角變小。所述梯形板一的自由邊18與梯形板四的自由邊21相等，且兩者與第一公共邊14不相等；所述梯形板二的自由邊19與梯形板三的自由邊20相等，且兩者與第三公共邊16不相等。

屈曲誘導(dǎo)段2中所有折痕處的板厚是板塊板厚的一半，由峰線(xiàn)構(gòu)成的折痕，厚度變化在內(nèi)表面一側(cè)，由谷線(xiàn)構(gòu)成的折痕，厚度變化在外表面一側(cè)。折痕處的峰線(xiàn)谷線(xiàn)局部放大見(jiàn)圖14、圖15所示，圖中字母A表示一側(cè)為外表面一側(cè)，字母B表示一側(cè)為內(nèi)表面一側(cè)。