本發(fā)明涉及建筑結(jié)構(gòu)，尤其是裝配式結(jié)構(gòu)，具體涉及一種一字形負(fù)泊松比內(nèi)芯高延性免斷裂雙屈服點(diǎn)裝配式屈曲約束支撐。
背景技術(shù)：
1、屈曲約束支撐(brb)作為一種高效的減震構(gòu)件，自20世紀(jì)末起逐步在地震工程領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。其基本原理是通過(guò)外圍約束裝置對(duì)內(nèi)核構(gòu)件的側(cè)向支撐，抑制其在軸向壓力作用下的屈曲失穩(wěn)，使內(nèi)核構(gòu)件在拉壓循環(huán)中均能充分發(fā)揮屈服性能，從而顯著提高結(jié)構(gòu)的抗震性能和能量耗散能力。然而，隨著實(shí)際工程應(yīng)用的深入，傳統(tǒng)屈曲約束支撐的不足逐漸顯現(xiàn)，具體包括以下幾個(gè)方面：
2、1.內(nèi)核構(gòu)件易發(fā)生斷裂：在經(jīng)歷多次強(qiáng)震作用時(shí)，由于內(nèi)核構(gòu)件的抗疲勞性能有限，構(gòu)件的材料在拉壓交替加載下容易發(fā)生疲勞斷裂。這種現(xiàn)象特別表現(xiàn)在高強(qiáng)度地震的反復(fù)作用下，微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生累積性損傷，最終導(dǎo)致裂紋的形成和擴(kuò)展。隨著震后重復(fù)加載的增加，內(nèi)核構(gòu)件的抗力逐漸衰退，出現(xiàn)明顯的破損或斷裂，從而嚴(yán)重影響構(gòu)件的使用壽命和安全性。
3、2.局部屈曲導(dǎo)致性能衰退：內(nèi)核構(gòu)件在高軸壓作用下，易發(fā)生面外變形和局部屈曲，盡管外圍約束裝置提供了限制作用，但往往因約束不均勻或內(nèi)核幾何設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致失效。
4、3.結(jié)構(gòu)響應(yīng)過(guò)度依賴局部元件：傳統(tǒng)的brb系統(tǒng)通常依賴單一的內(nèi)核構(gòu)件和外部約束裝置來(lái)承載地震作用，這使得結(jié)構(gòu)響應(yīng)高度依賴于局部元件的性能。例如，如果內(nèi)核材料的質(zhì)量不足或幾何形狀不佳，支撐的整體穩(wěn)定性和抗震能力將受到影響，甚至導(dǎo)致災(zāi)難性后果。
5、隨著建筑規(guī)模和高度的增長(zhǎng)，以及抗震設(shè)防要求的日益提高，對(duì)屈曲約束支撐的性能提出了更高的需求。結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)不但需要滿足高效能量耗散與抗震要求，還應(yīng)兼顧震后快速修復(fù)能力和資源再利用能力。
6、基于上述問(wèn)題和挑戰(zhàn)，有必要通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)構(gòu)造，以有效解決傳統(tǒng)屈曲約束支撐內(nèi)核構(gòu)件易斷裂、屈曲失穩(wěn)以及震后修復(fù)復(fù)雜等問(wèn)題，為高烈度地震區(qū)域建筑提供一種創(chuàng)新且高效的解決方案。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一字形負(fù)泊松比內(nèi)芯高延性免斷裂雙屈服點(diǎn)裝配式屈曲約束支撐，旨在解決屈曲約束支撐在高烈度地震作用下延性不足、易斷裂且能量耗散有限等問(wèn)題。該支撐通過(guò)創(chuàng)新的幾何設(shè)計(jì)和材料優(yōu)化，大幅提升了其能量耗散能力、變形性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
3、本發(fā)明首先提供一種一字形負(fù)泊松比內(nèi)芯高延性免斷裂雙屈服點(diǎn)裝配式屈曲約束支撐，包括：一字型鋼一階內(nèi)核，包括型鋼中部預(yù)定長(zhǎng)度范圍形成的中部負(fù)泊松比削弱區(qū)一，以及所述中部削弱區(qū)兩側(cè)由內(nèi)向外的外部連接區(qū)一和端部加強(qiáng)連接區(qū)一，所述外部連接區(qū)一開(kāi)設(shè)圓孔一；一字型鋼二階內(nèi)核，包括型鋼中部預(yù)定長(zhǎng)度范圍形成的中部負(fù)泊松比削弱區(qū)二，以及所述中部削弱區(qū)兩側(cè)由內(nèi)向外的外部連接區(qū)二和端部加強(qiáng)連接區(qū)二，所述外部連接區(qū)二開(kāi)設(shè)長(zhǎng)圓孔一，所述長(zhǎng)圓孔一與所述圓孔一對(duì)應(yīng)；槽鋼外圍約束，包括槽鋼兩端形成的端部連接區(qū)，所述端部連接區(qū)開(kāi)設(shè)與所述長(zhǎng)圓孔一對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)圓孔二，并在槽鋼翼緣開(kāi)設(shè)圓孔二；兩組所述一字型鋼二階內(nèi)核對(duì)稱(chēng)設(shè)置于所述一字型鋼一階內(nèi)核兩側(cè)，兩組所述槽鋼外圍約束對(duì)稱(chēng)設(shè)置于兩組所述一字型鋼二階內(nèi)核兩側(cè)，并通過(guò)高強(qiáng)螺栓群一穿過(guò)所述長(zhǎng)圓孔二、長(zhǎng)圓孔一以及圓孔一連接固定但不預(yù)緊，以及通過(guò)高強(qiáng)螺栓群二穿過(guò)所述圓孔二連接固定并預(yù)緊。
4、本發(fā)明還提供一種根據(jù)所述的屈曲約束支撐在多、高層裝配式建筑中的應(yīng)用。
5、本發(fā)明提供的防屈曲支撐，有效克服了傳統(tǒng)裝配式防屈曲支撐系統(tǒng)延性不足的缺點(diǎn)，采用雙屈服點(diǎn)設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)裝配式防屈曲支撐通常存在延性較差、單一屈服點(diǎn)的設(shè)計(jì)限制。雖然單一屈服點(diǎn)支撐在強(qiáng)震中能夠充分發(fā)揮其能量耗散能力，但由于其設(shè)計(jì)的局限性，在不同震級(jí)的地震作用下可能無(wú)法提供足夠的耗能能力。相比之下，雙屈服點(diǎn)支撐的設(shè)計(jì)能夠根據(jù)震級(jí)的變化調(diào)整能量吸收機(jī)制，從而更加靈活地適應(yīng)不同震級(jí)的地震荷載。這種雙屈服點(diǎn)結(jié)構(gòu)可以在較小震動(dòng)時(shí)發(fā)揮較低屈服點(diǎn)的效應(yīng)，而在較強(qiáng)震動(dòng)時(shí)通過(guò)較高屈服點(diǎn)提供額外的能量吸收能力，提升了整體結(jié)構(gòu)的抗震性能和耐久性。
6、本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是：本發(fā)明提供了一字形負(fù)泊松比內(nèi)芯高延性免斷裂雙屈服點(diǎn)裝配式屈曲約束支撐，旨在解決屈曲約束支撐在高烈度地震作用下延性不足、易斷裂且能量耗散有限等問(wèn)題。具體而言：
7、(1)提升抗震性能：通過(guò)在設(shè)計(jì)中引入雙屈服點(diǎn)的設(shè)置，內(nèi)核構(gòu)件能夠?qū)崿F(xiàn)大變形，從而使得構(gòu)件能夠更好地適應(yīng)不同等級(jí)的地震。當(dāng)?shù)卣鹆叶容^低時(shí)，結(jié)構(gòu)主要依賴一階內(nèi)核出力并耗散地震能，確保了結(jié)構(gòu)體系在較小地震時(shí)不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的變形。當(dāng)?shù)卣鹆叶容^高時(shí)，二階外核則提供額外的支撐力并耗散能量，使得整體結(jié)構(gòu)能夠有效應(yīng)對(duì)強(qiáng)震，提高了結(jié)構(gòu)體系的抗震性能。通過(guò)這種雙屈服點(diǎn)設(shè)計(jì)，屈曲約束支撐能夠根據(jù)地震強(qiáng)度的變化靈活調(diào)節(jié)其承載機(jī)制，從而實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的能量耗散和變形能力，增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)在面對(duì)不同強(qiáng)度地震時(shí)的整體性能。
8、(2)免屈曲特性：通過(guò)設(shè)計(jì)合理的開(kāi)孔方式和孔隙率，在內(nèi)核構(gòu)件的中部削弱區(qū)進(jìn)行花生孔削弱，避免了構(gòu)件在高荷載作用下發(fā)生屈曲失穩(wěn)。這種“免屈曲”設(shè)計(jì)通過(guò)合理調(diào)節(jié)構(gòu)件的幾何形狀和約束條件，確保了內(nèi)核在受力時(shí)不發(fā)生局部或整體的屈曲變形，避免了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中由于屈曲導(dǎo)致的性能衰退問(wèn)題。在極端地震條件下，內(nèi)核構(gòu)件的穩(wěn)定性得到保障，有效防止了構(gòu)件的屈曲破壞，從而提升了整體抗震性能和長(zhǎng)期使用穩(wěn)定性。通過(guò)免屈曲設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)能夠保持較好的變形能力和高效能量吸收，增強(qiáng)了構(gòu)件的抗震韌性。
9、(3)延性增強(qiáng)：花生孔的設(shè)計(jì)使構(gòu)件產(chǎn)生負(fù)泊松比效應(yīng)，使得內(nèi)核構(gòu)件在受力時(shí)表現(xiàn)出橫向收縮而縱向膨脹的特殊行為。這種負(fù)泊松比效應(yīng)能夠顯著抑制內(nèi)核構(gòu)件在受力過(guò)程中的橫向膨脹，抑制局部屈曲，同時(shí)提高了構(gòu)件的延性，使其能夠在較大的變形下仍保持承載能力。這種設(shè)計(jì)提高了構(gòu)件的延性，賦予了結(jié)構(gòu)更好的變形能力，使得其在面對(duì)強(qiáng)烈地震時(shí)能夠通過(guò)塑性變形吸收更多能量，增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的抗震能力和耐久性。
10、(4)免斷裂特性：內(nèi)外雙核由外圍約束牢牢綁定，形成有效的外圍約束保障，經(jīng)歷極端地震作用時(shí)，內(nèi)外雙核構(gòu)件可能會(huì)因大變形而導(dǎo)致斷裂，此時(shí)，外圍約束裝置作為最后一道防線，繼續(xù)承受荷載，從而實(shí)現(xiàn)免斷裂特性。
11、(5)高效的震后修復(fù)能力：由于設(shè)計(jì)中充分考慮了塑性變形的可控性，構(gòu)件在經(jīng)歷塑性變形后能夠承受反復(fù)的載荷作用而不發(fā)生嚴(yán)重?fù)p傷或斷裂。因此，在地震作用后，支撐系統(tǒng)的恢復(fù)能力得以保持，只需更換一字內(nèi)核和一字外核構(gòu)件，而無(wú)需更換外圍構(gòu)件。這種設(shè)計(jì)大大降低了震后修復(fù)的難度和成本。
12、應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明任一實(shí)施方式的實(shí)現(xiàn)并不意味要同時(shí)具備或達(dá)到上述有益效果的多個(gè)或全部。
1.一種一字形負(fù)泊松比內(nèi)芯高延性免斷裂雙屈服點(diǎn)裝配式屈曲約束支撐，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的屈曲約束支撐，其特征在于，所述中部負(fù)泊松比削弱區(qū)一開(kāi)設(shè)花生孔一，使得所述一字型鋼一階內(nèi)核形成負(fù)泊松比效應(yīng)；所述花生孔一在所述中部負(fù)泊松比削弱區(qū)一橫豎相間陣列排列；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的屈曲約束支撐，其特征在于，所述外部連接區(qū)一開(kāi)設(shè)圓孔一；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的屈曲約束支撐，其特征在于，所述中部預(yù)緊區(qū)在槽鋼翼緣開(kāi)設(shè)圓孔二，通過(guò)高強(qiáng)螺栓群二穿過(guò)相鄰兩組所述槽鋼外圍約束兩翼緣的所述圓孔二連接固定并預(yù)緊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的屈曲約束支撐，其特征在于，該屈曲約束支撐還包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的屈曲約束支撐，其特征在于，所述槽鋼外圍約束由槽鋼和封口鋼板組成，所述封口鋼板焊接固定于所述槽鋼的開(kāi)口處，并且所述封口鋼板的寬度超出所述槽鋼兩翼緣，超出部分開(kāi)設(shè)所述圓孔二。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的屈曲約束支撐，其特征在于，所述一字型鋼一階內(nèi)核在所述端部加強(qiáng)連接區(qū)一設(shè)置有雙箭尾；
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的屈曲約束支撐，其特征在于，所述槽鋼外圍約束兩端設(shè)置有約束插槽，兩組所述槽鋼外圍約束的約束插槽用于插接兩組所述一字型鋼二階內(nèi)核的單箭尾插槽。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的屈曲約束支撐，其特征在于，所述一字型鋼一階內(nèi)核的長(zhǎng)度l1、所述一字型鋼二階內(nèi)核的長(zhǎng)度l2、所述槽鋼外圍約束的長(zhǎng)度l3滿足l1＝l2＞l3，所述一字型鋼一階內(nèi)核兩端超出的部分形成所述端部加強(qiáng)連接區(qū)一，所述一字型鋼二階內(nèi)核兩端超出的部分形成所述端部加強(qiáng)連接區(qū)二。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的屈曲約束支撐，其特征在于，所述一字型鋼一階內(nèi)核和所述一字型鋼二階內(nèi)核采用高延性材料，包括低屈服點(diǎn)鋼材、鋁合金或鐵基形狀記憶合金。