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)度雙層內(nèi)凹型誘導(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)存在的問題，本發(fā)明將引入變長(zhǎng)度雙層內(nèi)凹型誘導(dǎo)單元到傳統(tǒng)的普通支撐上，形成一種具有變長(zhǎng)度雙層內(nèi)凹型誘導(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)度雙層內(nèi)凹型誘導(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)度雙層內(nèi)凹型誘導(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)的變長(zhǎng)度雙層內(nèi)凹型誘導(dǎo)單元的端面為通過一垂直于軸線方向且過頂點(diǎn)的橫截面截去的平面；所述單個(gè)變長(zhǎng)度雙層內(nèi)凹型誘導(dǎo)單元由m個(gè)相同的環(huán)向雙層內(nèi)凹型子單元沿環(huán)向依次排列形成一個(gè)截面為2m邊形的空間體，m為大于等于2的整數(shù)；環(huán)向雙層內(nèi)凹型子單元為由在同一平面內(nèi)的六個(gè)三角形板和六個(gè)梯形板經(jīng)過折疊形成的空間體，六個(gè)三角形板兩兩共線并相交于一頂點(diǎn)，六塊梯形板圍繞在六塊三角形板的外側(cè)，內(nèi)層按照逆時(shí)針分別為三角形板一、三角形板二、三角形板三、三角形板四、三角形板五和三角形板六，其中三角形板二和三角形板三的公共邊、三角形板三和三角形板四的公共邊、三角形板五和三角形板六的公共邊、三角形板四和三角形板五的公共邊為峰線，三角形板一和三角形板二的公共邊和三角形板四和三角形板五的公共邊為谷線，外層按照逆時(shí)針分別為梯形板一、梯形板二、梯形板三、梯形板四、梯形板五和梯形板六，其中梯形板一和梯形板二的公共邊和梯形板四和梯形板五的公共邊為峰線，梯形板二和梯形板三的公共邊、梯形板三和梯形板四的公共邊、梯形板五和梯形板六的公共邊、梯形板六和梯形板一的公共邊為谷線；其中內(nèi)層與外層之間的所有公共邊都是谷線；相鄰的板塊沿著峰線向外折疊，沿著谷線向內(nèi)折疊；所述向外折疊是指相鄰的板塊的外法線之間的夾角變大，向內(nèi)折疊是指相鄰的板塊的外法線之間的夾角變小；所述變長(zhǎng)度雙層內(nèi)凹型子單元中的梯形板三的自由邊長(zhǎng)度和變長(zhǎng)度雙層內(nèi)凹型子單元內(nèi)層的兩條谷線與外層的兩條峰線長(zhǎng)度之和不相等；變長(zhǎng)度雙層內(nèi)凹型子單元中的梯形板三的自由邊長(zhǎng)度和梯形板五的自由邊長(zhǎng)度相等；所述的屈曲誘導(dǎo)段中的環(huán)向雙層內(nèi)凹型子單元的梯形板四的自由邊與沿軸向相鄰的環(huán)向雙層內(nèi)凹型子單元的梯形板一的自由邊重合，環(huán)向雙層內(nèi)凹型子單元的梯形板五的自由邊與沿軸向相鄰的環(huán)向雙層內(nèi)凹型子單元的梯形板二的自由邊重合。

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距離，所述的距離不小于屈曲誘導(dǎo)段長(zhǎng)度的1/40；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距離，所述的距離不小于屈曲誘導(dǎo)段長(zhǎng)度的1/40。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，由峰線構(gòu)成的折痕，厚度變化在內(nèi)表面一側(cè)，由谷線構(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)度雙層內(nèi)凹型誘導(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。采用具有變長(zhǎng)度雙層內(nèi)凹型誘導(dǎo)單元的套管屈曲誘導(dǎo)支撐，不僅可以通過改變內(nèi)層與外層之間的夾角、改變內(nèi)層的兩條谷線與外層的兩條峰線的長(zhǎng)度之和，使支撐首先發(fā)生局部屈曲耗能。另一方面，屈曲誘導(dǎo)段中變長(zhǎng)度雙層內(nèi)凹型誘導(dǎo)單元具有較多的折痕，而且折痕分為兩級(jí)，能夠耗散更多的能量。另外，變長(zhǎng)度雙層內(nèi)凹型子單元中的梯形板三的自由邊長(zhǎng)度和變長(zhǎng)度雙層內(nèi)凹型子單元內(nèi)層的兩條谷線與外層的兩條峰線長(zhǎng)度之和不相等，使支撐在受力過程中更加容易產(chǎn)生軸向變形，從而防止支撐過早發(fā)生整體屈曲。同時(shí)在折痕處將板厚減小為原來的一半，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)度雙層內(nèi)凹型誘導(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)受力較大等問題，具有良好的推廣效益。

附圖說明

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為變長(zhǎng)度雙層內(nèi)凹型誘導(dǎo)單元示意圖；

圖12為環(huán)向雙層內(nèi)凹型子單元示意圖；

圖13為環(huán)向雙層內(nèi)凹型子單元折疊前平面示意圖；

圖14為折痕處峰線板厚示意圖；

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。

根據(jù)圖4所示，屈曲誘導(dǎo)段2由42個(gè)變長(zhǎng)度雙層內(nèi)凹型誘導(dǎo)單元8沿著支撐的軸線方向組成，通過一垂直于軸線方向且過一頂點(diǎn)30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。屈曲誘導(dǎo)段2中的環(huán)向雙層內(nèi)凹型子單元9的梯形板四的自由邊26與沿軸向相鄰的環(huán)向雙層內(nèi)凹型子單元9的梯形板一的自由邊24重合并形成一峰線，環(huán)向雙層內(nèi)凹型子單元9的梯形板五的自由邊27與沿軸向相鄰的環(huán)向雙層內(nèi)凹型子單元9的梯形板二的自由邊25重合并形成一峰線。如圖11中，單個(gè)變長(zhǎng)度雙層內(nèi)凹型誘導(dǎo)單元8由六個(gè)相同的環(huán)向雙層內(nèi)凹型子單元9沿環(huán)向依次排列形成一個(gè)截面為正十二邊形的空間體。根據(jù)圖12、圖13所示，環(huán)向雙層內(nèi)凹型子單元9由在同一平面內(nèi)的六個(gè)三角形板和六個(gè)梯形板經(jīng)過折疊形成的空間體組成，六個(gè)三角形板兩兩共線并相交于一頂點(diǎn)，六塊梯形板圍繞在六塊三角形板的外側(cè)，內(nèi)層按照逆時(shí)針分別為三角形板一10、三角形板二11、三角形板三12、三角形板四13、三角形板五14和三角形板六15，其中三角形板二11和三角形板三12的公共邊、三角形板三12和三角形板四13的公共邊、三角形板五14和三角形板六15的公共邊、三角形板四13和三角形板五14的公共邊為峰線22，三角形板一10和三角形板二11的公共邊和三角形板四13和三角形板五14的公共邊為谷線23，外層按照逆時(shí)針分別為梯形板一16、梯形板二17、梯形板三18、梯形板四19、梯形板五20和梯形板六21，其中梯形板一16和梯形板二17的公共邊和梯形板四19和梯形板五20的公共邊為峰線22，梯形板二17和梯形板三18的公共邊、梯形板三18和梯形板四19的公共邊、梯形板五20和梯形板六21的公共邊、梯形板六21和梯形板一16的公共邊為谷線23；其中內(nèi)層與外層之間的所有公共邊都是谷線23；相鄰的板塊沿著峰線22向外折疊，沿著谷線23向內(nèi)折疊；所述向外折疊是指相鄰的板塊的外法線之間的夾角變大，向內(nèi)折疊是指相鄰的板塊的外法線之間的夾角變小。所述的變長(zhǎng)度雙層內(nèi)凹型子單元9中的梯形板三的自由邊28長(zhǎng)度與變長(zhǎng)度雙層內(nèi)凹型子單元9內(nèi)層的兩條谷線23與外層的兩條峰線22長(zhǎng)度之和不相等；變長(zhǎng)度雙層內(nèi)凹型子單元9中的梯形板三的自由邊28長(zhǎng)度和梯形板五的自由邊29長(zhǎng)度相等。

屈曲誘導(dǎo)段2中所有折痕處的板厚是板塊板厚的一半，由峰線構(gòu)成的折痕，厚度變化在內(nèi)表面一側(cè)，由谷線構(gòu)成的折痕，厚度變化在外表面一側(cè)。折痕處的峰線谷線局部放大見圖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)。