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斜向螺旋型誘導(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日提出了一種具有雙向金字塔型耗能單元的套管約束防屈曲支撐（申請(qǐng)?zhí)枮?01610383458.9）和一種具有交錯(cuò)金字塔型耗能單元的套管約束防屈曲支撐（申請(qǐng)?zhí)枮?01610383230.X）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日提出了一種具有對(duì)稱初始缺陷的套管約束防屈曲支撐（申請(qǐng)?zhí)枮?01610383428.8）和一種具有鉆石型耗能單元的套管約束防屈曲支撐（申請(qǐng)?zhí)枮?01610383133.0）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)明將引入斜向螺旋型誘導(dǎo)單元到傳統(tǒng)的普通支撐上，形成一種具有斜向螺旋型誘導(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：

一種具有斜向螺旋型誘導(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：所述屈曲誘導(dǎo)段由至少一個(gè)斜向螺旋型誘導(dǎo)單元沿著支撐的軸線方向組成，位于所述屈曲誘導(dǎo)段兩側(cè)的斜向螺旋型誘導(dǎo)單元的端面為通過(guò)一垂直于軸線方向且過(guò)斜向螺旋型誘導(dǎo)子單元一頂點(diǎn)的橫截面截去的平面；所述斜向螺旋型誘導(dǎo)單元是由m個(gè)斜向螺旋型子單元沿斜向依次排列形成一個(gè)截面為螺旋線的空間體，所述螺旋線從軸向方向投影到垂直于軸線方向的截面上的邊數(shù)為m-1，m為大于等于3的整數(shù)；所述斜向螺旋型子單元為由位于同一平面內(nèi)的兩塊三角形板共線折疊而成的空間體，兩塊三角形板分別為三角形板一和三角形板二，其中三角形板一和三角形板二的公共邊為谷線；三角形板沿著谷線向內(nèi)折疊，所述向內(nèi)折疊是指相鄰的三角形板的外法線之間的夾角變?。宦菪€的起點(diǎn)處的斜向螺旋型誘導(dǎo)子單元一頂點(diǎn)和螺旋線的終點(diǎn)處的斜向螺旋型誘導(dǎo)子單元一頂點(diǎn)重合。

所述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，折痕處的厚度變化在外表面一側(cè)。

有益效果：

本發(fā)明一種具有斜向螺旋型誘導(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)段的斜向螺旋型誘導(dǎo)單元的扭轉(zhuǎn)剛度很小，導(dǎo)致支撐極易發(fā)生扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而避免支撐過(guò)早的發(fā)生整體失穩(wěn)；而且扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)將導(dǎo)致環(huán)向螺旋型誘導(dǎo)單元的折痕發(fā)生屈服，從而產(chǎn)生塑性變形來(lái)耗能，使支撐具有良好的耗能能力和軸向承載能力。同時(shí)將屈曲誘導(dǎo)段中的所有折痕處的板厚減小為原來(lái)的一半，削弱折痕處的剛度，更容易誘導(dǎo)支撐中屈曲誘導(dǎo)段在地震作用下，只會(huì)發(fā)生預(yù)設(shè)的高階模態(tài)屈曲，在折痕處產(chǎn)生塑性鉸，達(dá)到耗散地震能量的目的。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。具有斜向螺旋型誘導(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型短鋼梁示意圖；

圖10為連接板示意圖；

圖11為斜向螺旋型誘導(dǎo)單元示意圖；

圖12為斜向螺旋型誘導(dǎo)單元沿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的空間順序圖；

圖13為斜向螺旋型子單元示意圖；

圖14為斜向螺旋型子單元折疊前平面示意圖；

圖15為折痕處谷線板厚示意圖。

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見圖10所示。

如圖4所示，屈曲誘導(dǎo)段2由18個(gè)斜向螺旋型誘導(dǎo)單元8沿著支撐的軸線方向組成，同時(shí)通過(guò)一垂直于軸線方向且過(guò)斜向螺旋型子單元一頂點(diǎn)13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，斜向螺旋型誘導(dǎo)單元8由六個(gè)相同的斜向螺旋型子單元9沿斜向依次排列形成一個(gè)截面為螺旋線的空間體，螺旋線從軸向方向投影到垂直于軸線方向的截面上的邊數(shù)為五邊形，螺旋線的起點(diǎn)處的斜向螺旋型誘導(dǎo)子單元一頂點(diǎn)14和螺旋線的終點(diǎn)處的斜向螺旋型誘導(dǎo)子單元一頂點(diǎn)15重合。如圖12所示，（a）-（f）為斜向螺旋型誘導(dǎo)單元沿著逆時(shí)針?lè)较蛎扛?2°旋轉(zhuǎn)所形成的空間順序圖。根據(jù)圖13、14所示，斜向螺旋型子單元9由兩塊三角形板共線組成，分別為三角形板一10和三角形板二11，其中三角形板一10和三角形板二11的公共邊為谷線12。三角形板沿著谷線12向內(nèi)折疊，所述向內(nèi)折疊指相鄰的三角形板的外法線之間的夾角變小。

屈曲誘導(dǎo)段2中所有折痕處的板厚是板塊板厚的一半，折痕處的厚度變化在外表面一側(cè)。折痕處的谷線局部放大見圖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)。