CN113958000B - 串联套管式双屈服点屈曲约束支撑 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种串联套管式双屈服点屈曲约束支撑，包括：混凝土核心区；一级耗能软钢管和二级耗能软钢管，通过一连接件串联连接，且一级耗能软钢管的另一端安装有第一限位销，二级耗能软钢管的另一端安装有第二限位销；约束钢管，套设在一级耗能软钢管和二级耗能软钢管外，其上开设有第一限位孔、第二限位孔；第一限位销、第二限位销分别嵌入到第一限位孔、第二限位孔内，第一限位销两侧在轴向上与第一限位孔之间形成第一间隙δ₁，第二限位销两侧在轴向上与第二限位孔之间形成第二间隙δ₂，且δ₁＜δ₂。本发明屈曲约束支撑能够发挥结构全抗震阶段的耗能性能，保证结构的安全，同时承载耗能强度高，满足大吨位承载耗能需求。

Description

串联套管式双屈服点屈曲约束支撑

技术领域

本发明涉及建筑构件技术领域，具体而言，涉及一种串联套管式双屈服点屈曲约束支撑。

背景技术

屈曲约束支撑具有减震机理明确、减震效果明显、安全可靠、经济合理的特点，可以满足不同结构的抗震要求。屈曲约束支撑的耗能段为主要受力单元，一般由低屈服点的钢材制成，约束单元提供约束机制，以防止耗能单元受轴压时发生整体失稳或局部屈曲，其可采用钢管混凝土、钢筋混凝土外套、圆型或多边形钢管等，无粘结材料在耗能单元和约束单元之间提供滑动界面，使屈曲约束支撑在受拉与受压时尽可能有相似的力学性能，避免耗能单元因受压膨胀后与约束单元之间产生摩擦而造成轴力的增加。

近年来，部分学者开始研发分阶段屈服屈曲约束支撑，在小震下屈曲约束支撑的一部分先屈服耗能，中震或大震下屈曲约束支撑的大部分区域屈服耗能，从而有效提高屈曲约束支撑抵抗不同强度地震的耗能能力。目前分阶段耗能屈曲约束支撑的实现方法包括采用不同耗能机理阻尼器的组合和不同耗能材料阻尼器的组合。现有装置多采用低屈服点的耗能段和高屈服点的耗能段直接并联的方式，相同截面和长度条件下，高屈服点的耗能段刚度比低屈服点耗能段的刚度大得多，导致低屈服点耗能段耗能受到较大影响，并不能很好的实现分阶段屈服。

发明人已对双屈服点耗能结构进行过相关研究，但在实际应用中其承载力较小，无法用于大吨位承载，不适合高层、超高层等大体量建筑结构使用，因此有必要对现有结构进行进一步改进。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种屈曲约束支撑，具体是串联套管式双屈服点屈曲约束支撑，以解决现有的屈曲约束支撑存在的一个或多个问题，尤其能够满足大吨位承载要求。

上述目的可通过以下技术方案实现：

一种串联套管式双屈服点屈曲约束支撑，包括：

混凝土核心区，作为屈曲约束支撑的防屈曲核心单元；

一级耗能软钢管和二级耗能软钢管，通过一连接件串联连接，内部浇筑混凝土形成混凝土核心区，且一级耗能软钢管的另一端安装有第一限位销，二级耗能软钢管的另一端安装有第二限位销；

约束钢管，套设在一级耗能软钢管和二级耗能软钢管外，该约束钢管两端的管壁上对应所述第一限位销、第二限位销开设有第一限位孔、第二限位孔；

所述第一限位销、第二限位销分别嵌入到第一限位孔、第二限位孔内，第一限位销的截面尺寸小于第一限位孔，第一限位销两侧在轴向上与第一限位孔之间形成第一间隙δ₁，第二限位销的截面尺寸小于第二限位孔，第二限位销两侧在轴向上与第二限位孔之间形成第二间隙δ₂，且δ₁＜δ₂。

在一些实施例中，所述一级耗能软钢管、二级耗能软钢管的另一端均焊接一段加强钢棒，加强钢棒与一级耗能软钢管、二级耗能软钢管一并套设在约束钢管内，所述第一限位销、第二限位销安装在加强钢棒上。

在一些实施例中，所述加强钢棒、连接钢棒上开设有一贯通孔，第一限位销、第二限位销均为一整体，穿过贯通孔，嵌入到约束钢管两端的第一限位孔、二限位孔内；或者，

所述加强钢棒、连接钢棒上对称开设有两个非贯通孔，第一限位销、第二限位销各有两个，两个限位销分别插入两个非贯通孔，嵌入到约束钢管两端的第一限位孔、二限位孔内。

在一些实施例中，所述连接件上安装有第三限位销，约束钢管的管壁上对应所述第三限位销开设有第三限位孔，第三限位销嵌入到第三限位孔内，第三限位孔的尺寸与第三限位销截面尺寸相同，使得第三限位销紧密嵌入到第三限位孔内。

在一些实施例中，还包括无粘结滑动层，设置在所述混凝土核心区与一级耗能软钢管、二级耗能软钢管之间，和/或，一级耗能软钢管、二级耗能软钢管与约束钢管之间。

在一些实施例中，还包括连接套管，套设在所述约束钢管外的两端，该连接套管的管壁上开设有第四限位孔，所述第一限位销、第二限位销还嵌入到第四限位孔内。

在一些实施例中，所述第四限位孔的尺寸与第一限位销、第二限位销截面尺寸相同，使得第一限位销、第二限位销紧密嵌入到第四限位孔内。

在一些实施例中，所述连接套管的端部焊接一封板，封板与一端部连接件焊接连接。

在一些实施例中，所述一级耗能软钢管和二级耗能软钢管的钢材材质相同，且一级耗能软钢管的壁厚小于二级耗能软钢管，长度大于二级耗能软钢管。

在一些实施例中，所述一级耗能软钢管、二级耗能软钢管、约束钢管横截面为矩形、方形或圆形。

相比于现有技术，本发明的有益效果如下：

（1）引入一级耗能软钢管和二级耗能软钢管，通过控制一级屈曲约束耗能最大变形值δ₁和二级屈曲约束耗能最大变形值δ₂，实现双屈服点设计的两阶段工作模式，小震作用下一级耗能软钢发生屈服耗能，起到消能减震作用；同时，保证装置在中大震工况下仍具备耗能的能力；

（2）引入约束钢管，当支撑耗能软钢管达到变形值δ₂后，装置通过约束钢管继续为结构提供必要的抗侧刚度，避免结构在超过预估罕遇地震作用下发生严重破坏而完全退出工作，同时实现一级耗能软钢管和二级耗能软钢管在整个耗能过程中不屈曲；

（3）引入混凝土核心区，为一级和二级耗能软钢管提供径向约束，实现一级和二级耗能软钢管在整个耗能过程中不屈曲；同时混凝土核心区采用高强度混凝土或者灌浆料，使一级和二级耗能软钢管的大吨位承载提供必要的约束条件，尺寸和耗能软钢管截面也都符合大吨位耗能构件的性能要求；

（4）在端部采用连接套管，连接套管通过限位稍与加强钢棒共同作用拉动一级耗能软钢管轴向往复运动，端部节点强度更高，更适合大吨位承载要求，主体结构和端部连接节点布局合理，连接可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容涵盖的范围内。

图1为本发明一个示例性实施例的爆炸结构示意图；

图2为示例性示出图1一级耗能段和二级耗能段的横截面示意图；

图3为示例性示出图1的整体纵剖面图；

图4为示例性示出图1的左端部节点纵剖面图；

图5为示例性示出图1的左端部节点俯视图；

图6为示例性示出图1的右端部节点纵剖面图；

图7为示例性示出图1的右端部节点俯视图；

图8为示例性示出图1的中间连接节点纵剖面图；

图9为示例性示出图1的中间连接节点俯视图；

图10为本发明另一个示例性实施例的爆炸结构示意图；

图11为示例性示出图10的整体纵剖面图；

图12为示例性示出图10的左端部节点纵剖面图；

图13为示例性示出图10的右端部节点纵剖面图；

图14为本发明又一个示例性实施例的整体结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

在本发明的描述中，术语“包括/包含”、“由……组成”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的产品、设备、过程或方法不仅包括那些要素，而且需要时还可以包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种产品、设备、过程或方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括/包含……”、“由……组成”限定的要素，并不排除在包括所述要素的产品、设备、过程或方法中还存在另外的相同要素。

需要理解的是，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”、“相连”、“固定”等术语应做广义理解，例如，设置可以是任意合理可行的设置方式，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

还需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中心”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置、部件或结构必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

屈曲约束支撑主要由核心单元、外包约束单元及滑动机制单元组成。核心耗能段承受轴向压力时，利用外包约束单元对核心耗能段的横向变形进行约束，防止核心耗能段发生屈曲，使其能在轴力作用下发生全截面屈服，在拉伸和压缩方向获得对称的受力性能。

现有BRB屈曲约束耗能支撑主要存在以下问题：

（1）传统屈曲约束耗能支撑，一般情况下只有一个屈服点，支撑一般在小震作用下不屈服，只提供侧向刚度；

（2）现有屈曲约束耗能支撑，无法满足当结构遭遇超过预估地震时，为结构提供必要侧向刚度的需求；

（3）现有屈曲约束支撑无法兼顾多阶段耗能和大吨位承载耗能的需求。

因此，本发明提出屈曲约束支撑应该发挥结构全抗震阶段的耗能性能，同时在结构遭遇超过预估设防地震时，仍能为结构提供必要的抗侧刚度，保证结构的安全，应用范围更广。

以下结合较佳的实施方式对本发明的实现进行详细的描述。

如图1所示，图1为整个装置的分解示意图，示出了本发明一种实现方式的串联套管式双屈服点屈曲约束支撑，整个装置可设置有如下组件：混凝土核心区1、一级耗能软钢管2、二级耗能软钢管3、约束钢管4、无粘结滑动材料5、第一限位销6-1、第二限位销6-2、连接件7等，需要说明的是，上述组件仅是实现本发明的一种较佳的组合构成，并不意味整个装置必须使用上述全部组件，下面对整个装置的必要构成和功能以及实现方式进行详细地示例性阐述。

容易理解的是，“串联”主要指的是一级耗能软钢管2、二级耗能软钢管3是串联关系。“屈曲”，有时也被称为屈服，极限情况下达到受力或变形的一种临界状态。“支撑”为一类结构或构件的统称，并不是对结构具体形式或功能的限制，根据使用场景的不同可以是受拉构件、受压构件等，或者其组合。

下面结合附图对核心组件进行详细解释。

如图2，本发明中，混凝土核心区1作为整个屈曲约束支撑的防屈曲核心单元，承担常规的支撑强度，同时为后面的一级耗能软钢管2、二级耗能软钢管3提供径向约束，限制软钢径向向内失稳。

一级耗能软钢管2和二级耗能软钢管3内部浇筑混凝土形成混凝土核心区1，一级耗能软钢管2、二级耗能软钢管3能够为核心区混凝土提供一定程度上的约束作用，提高混凝土的支撑强度。

本发明中，如图1、3，一级耗能软钢管2和二级耗能软钢管3在一端通过一连接件7串联连接，由图中可见此处的一端为一级耗能软钢管2和二级耗能软钢管3的内端，借助一级耗能软钢管2和二级耗能软钢管3的不同屈服强度，使得二者在不同的屈服阶段实现屈服耗能，实现双屈服点屈曲耗能，具体实现方式将在后文中详细阐述。

约束钢管4套设在一级耗能软钢管2和二级耗能软钢管3外，在一级耗能软钢管2、二级耗能软钢管3发生屈曲耗能时，约束钢管4为一级耗能软钢管2、二级耗能软钢管3提供径向约束，防止其发生失稳，同时，约束钢管4也能够为结构提供必要的抗侧刚度。

本发明中，约束钢管4可采用普通钢管，壁厚没有特殊要求，实际应用中满足在大震下不发生屈服即可。

如图4-9，一级耗能软钢管2的另一端安装有第一限位销6-1，二级耗能软钢管3的另一端安装有第二限位销6-2；约束钢管4两端的管壁上对应第一限位销6-1、第二限位销6-2开设有第一限位孔4-1、第二限位孔4-2；并且，第一限位销6-1、第二限位销6-2分别嵌入到第一限位孔4-1、第二限位孔4-2内，第一限位销6-1的截面尺寸小于第一限位孔4-1，第一限位销6-1两侧与第一限位孔4-1的边缘之间在轴向上形成有一个第一间隙，本发明定义该第一间隙为δ₁，第二限位销6-2的截面尺寸小于第二限位孔4-2，第二限位销6-2两侧与第二限位孔4-2的边缘之间在轴向上形成有一个第二间隙，本发明定义该第二间隙为δ₂，且δ₁＜δ₂，第一间隙为δ₁与第二间隙为δ₂的作用将在后文中详细阐述。

本发明可使用相同截面尺寸的第一限位销6-1与第二限位销6-2，则在满足δ₁＜δ₂的情况下，第一限位孔4-1的尺寸小于第二限位孔4-2。

本发明中，使用“软钢管”并不是唯一选择，也可以用普通的钢材例如Q235等，实际应用中，由于软钢具有优越的滞回耗能曲线，故本发明至少在第一屈服段优选软钢管。

另外，“软钢管”可以采用碳含量低于0.25%的碳素钢，其强度低、硬度低。

应当理解，一级、二级在这里仅是层级的关系，并不是对级别、主次性或重要程度的限制，根据地震强度和屈服阶段的不同，一级耗能软钢管2和二级耗能软钢管3在整个约束支撑中各自发挥着同样重要的作用。

在一些实施例中，再参见图1、3，一级耗能软钢管2、二级耗能软钢管3的另一端均焊接一段加强钢棒7-1，加强钢棒7-1焊接在软钢管的端面，与一级耗能软钢管2、二级耗能软钢管3一并套设在约束钢管4内，第一限位销6-1、第二限位销6-2均安装在加强钢棒7-1上。本发明优选采用实心的钢棒结构并与一级耗能软钢管2、二级耗能软钢管3焊接在一起，在其上安装限位销，相对于将限位销直接安装在一级耗能软钢管2、二级耗能软钢管3上而言，由于软钢管为软钢，管壁强度更低，避免了因安装限位销对一级耗能软钢管2、二级耗能软钢管3造成的局部破坏，且限位销的连接强度也难以保证，借助加强钢棒7-1很好地解决了该问题。

本发明中，加强钢棒7-1的长度不做限制，只要足够安装第一限位销6-1、第二限位销6-2即可，加强钢棒7-1的横截面尺寸大小也不做限制，但本发明优选将其设计为与一级耗能软钢管2、二级耗能软钢管3的横截面尺寸大小相同，方便焊接施工，且焊接连接后加强钢棒7-1能够恰好封堵一级耗能软钢管2、二级耗能软钢管3端面，从而将混凝土封闭在软钢管内，提高核心区混凝土的耐腐蚀性。

本发明中，加强钢棒7-1上开设有插孔，第一限位销6-1、第二限位销6-2插入插孔中与加强钢棒7-1连接。插孔的具体形式不做限制，可根据加强钢棒7-1的截面形式设置，只要能够匹配限位销，便于限位销插入并保持在其内即可。

在一些实施例中，加强钢棒7-1上的插孔为一贯通孔，第一限位销6-1、第二限位销6-2为一整体，穿过贯通孔，分别嵌入到约束钢管4上的第一限位孔4-1、第二限位孔4-2内。

当然，也可在加强钢棒7-1上对称开设有两个非贯通孔，第一限位销6-1、第二限位销6-2分别有两个，即为两个分体结构，两个分体结构的限位销从两侧分别插入两个非贯通孔，嵌入到约束钢管4上的第一限位孔4-1、第二限位孔4-2内。

另外，不管是贯通孔亦或非贯通孔，其尺寸可比限位销略小，或在孔内壁设置凸起、凸条、凸肋等结构，或者将限位销与插孔设计为螺纹连接，使得限位销楔入后能够被紧固地保持，防止从孔内滑脱。

容易理解，第一限位销6-1、第二限位销6-2与加强钢棒7-1的上述连接方式均是可行的，连接强度和可靠性也是能够保证的，但这并不是对本发明的唯一性限制，本领域普通技术人员能够合理预见的其他连接方式也不应当理解为脱离本发明的宗旨。

在一些实施例中，如图1、3，连接件7上安装有第三限位销6-3，约束钢管4中部的管壁上对应第三限位销6-3开设有第三限位孔4-3，第三限位销6-3嵌入到第三限位孔4-3内，如此，在一级屈服后，约束钢管4能够通过连接件7与一级耗能软钢管2共同带动二级耗能软钢管3轴向运动，很好地分担了一级耗能软钢管2的承载受力，避免一级耗能软钢管2单独受力破坏。

继续参见图8、9，较佳的，本发明设计第三限位孔4-3的尺寸与第三限位销6-3截面尺寸相同，使得第三限位销6-3紧密嵌入到第三限位孔内4-3，即第三限位销6-3能够与约束钢管4紧密接触，如此，约束钢管4能够通过连接件7与一级耗能软钢管2同步带动二级耗能软钢管3轴向运动，及时分担一级耗能软钢管2的承载受力。

另外，与加强钢棒7-1类似，本发明的连接件7为一连接钢棒，其上也开设有插孔用于安装第三限位销6-3，插孔的安装方式与第一限位销6-1、第二限位销6-2插入加强钢棒7-1相同。

再参见图10-13，本发明的另一种实现方式，在约束钢管4外的两端增设连接套管9，连接套管9的管壁上开设有第四限位孔9-1，第一限位销6-1、第二限位销6-2还嵌入到第四限位孔9-1内。通过借助连接套管9、第一限位销6-1、第二限位销6-2、加强钢棒7-1将受力传递至一级耗能软钢管2、二级耗能软钢管3，能够实现稳定的传力和屈曲耗能，同时外包一段连接套管9，整个支撑的端部强度也有一定的增强，适应大吨位承载耗能的要求。

较佳的，第四限位孔9-1的尺寸与第一限位销6-1、第二限位销6-2截面尺寸相同，使得第一限位销6-1、第二限位销6-2紧密嵌入到第四限位孔9-1内，使得第一限位销6-1、第二限位销6-2与连接套管9紧密接触，如此在连接套管9受力时能够及时、直接地将力经由第一限位销6-1、第二限位销6-2、加强钢棒7-1传递至一级耗能软钢管2、二级耗能软钢管3。

应当理解，连接套管9的长度并不做限制，在其上足够开设第四限位孔9-1即可，本发明优选在第一限位孔4-1、第二限位孔4-2两侧延伸相同的长度。

另外，本发明在连接套管9的端部焊接一封板8，封板8与一端部连接件10焊接连接。封板8只与连接套管9的端部焊接，而不与一级耗能软钢管2、二级耗能软钢管3、约束钢管4连接。封板8的大小与连接套管9截面相同或略大，借助封板8封堵连接套管9的外端面，方便在连接套管9上连接端部连接件10，同时封板8封堵连接套管9及内部各构件，增强各构件的耐腐蚀性。

应当理解，端部连接件10用于与主体结构或结构构件连接，连接安装整个屈曲约束支撑。本发明中端部连接件10采用由钢板焊接形成的十字型连接构件，钢板上开设有螺栓孔，通过螺栓与主体结构或结构构件连接固定。

如图1、2、10，作为一种较佳的实施方式，本发明进一步在混凝土核心区1与一级耗能软钢管2、二级耗能软钢管3之间，或者同时在一级耗能软钢管2、二级耗能软钢管3与约束钢管4之间，设置有无粘结滑动层5，无粘结滑动层5由无粘结滑动材料在混凝土核心区1与一级耗能软钢管2、二级耗能软钢管3之间的间隙中形成，具体可在工厂加工耗能构件时刷涂聚四氟乙烯等常用材料即可。无粘结滑动材料在两结构界面之间提供滑动界面，降低摩擦，使屈曲约束支撑在受拉与受压时尽可能有相似的力学性能，避免耗能单元因受压膨胀后与约束单元之间产生摩擦而造成轴力的增加。

作为一种较佳的实施方式，如图3、11所示，加强钢棒7-1、一级耗能软钢管2、连接件7与二级耗能软钢管3、加强钢棒7-1的长度总和恰好等于约束钢管4的长度，如此在各构件组装后在端面保持齐平，结构布置更合理，更便于施工操作。

在一些实施例中，如图4、6、8所示，第一限位孔4-1、第二限位孔4-2、第三限位孔4-3在约束钢管4的管壁上对称开设两个，当然也可视情况在管的截面上以上、下、左、右均匀分布的方式开设四个，对称布置限位稍能够确保管壁截面上的滑动耗能更合理，受力更均匀。

本发明中，一级耗能软钢管2、二级耗能软钢管3和约束钢管4的横截面形式不做限制，建筑中约束支撑常见的钢管截面均可使用，本发明优选采用矩形、方形截面钢管，如图1、10所示，也可为圆形截面钢管，如图14所示。

相应的，第一限位孔4-1、第二限位孔4-2、第三限位孔4-3的形式也可灵活调整，本发明以矩形孔为例，即沿管的轴向为矩形长边，沿管的径向为短边，但显然其他形式的孔也不脱离本发明的宗旨，例如方形孔、圆形孔、椭圆形孔、十字型孔等形式。

本发明串联套管式双屈服点屈曲约束支撑的组装流程（以图1为例）为：

第一步，将一级耗能软钢管2、二级耗能软钢管3（内部涂刷无粘结滑动材料形成无粘结滑动层5）从中间通过连接件7焊接连接；

第二步，浇筑混凝土核心区1；

第三步，加强钢棒7-1与一级耗能软钢管2左端、二级耗能软钢管3右端进行焊接；

第四步，一级耗能软钢管2、二级耗能软钢管3外涂刷无粘结滑动材料形成无粘结滑动层5；

第五步，约束钢管4套入一级耗能软钢管2、二级耗能软钢管3外；

第六步，若采用连接套管9，则左右两侧封板8与连接套管9进行焊接，并套入约束钢管4左右两侧外；

第七部，在左右两侧的约束钢管4第一限位孔4-1、第二限位孔4-2中插入第一限位销6-1、第二限位销6-2，在第三限位孔4-3中插入第三限位销6-3；

第八步，端部连接件10与加强钢棒7-1或者封板8进行焊接。

本发明一级耗能软钢管2和二级耗能软钢管3串联连接实现双屈服点屈曲耗能的机理为：

假定一级耗能软钢弹性模量E ₁，截面面积A ₁，计算长度l ₁，二级耗能软钢弹性模量E ₂，截面面积A ₂，计算长度l ₂，软钢屈服点f _y，软钢极限屈服强度f _su；

装置工作过程如下：

第一阶段，一级耗能软钢管2开始屈服力

，开始屈服变形

；

第二阶段，一级耗能软钢管2变形在

时，一级耗能软钢管2发生屈服耗能；

第三阶段，当一级耗能软钢管2位移变形值

时，一级耗能软钢管2并未达到极限变形，此时支撑内力为

，

为一级耗能软钢管2设计屈服点；当支撑轴力继续变大时，约束钢管4限制一级耗能软钢管2轴向变形，此时约束钢管4和一级耗能软钢管2共同传力，即

；此时一级耗能软钢管2和约束钢管4通过第三限位销6-3拉动二级耗能软钢管3工作（此阶段忽略约束钢管4本身的轴向变形）。

第四阶段，当一级耗能软钢管2轴向变形值

后，轴向力继续增大时，此时约束钢管4和一级耗能软钢管2共同传力，当两者合力

时，二级耗能软钢管3开始屈服，此时二级耗能软钢管3轴向变形为

；

第五阶段，二级耗能软钢管3位移变形在

时，二级耗能软钢管3发生屈服耗能；

第六阶段，当二级耗能软钢管3位移变形值

时，二级耗能软钢管3并未达到极限变形，此时支撑内力为

，

为二级耗能软钢管3设计屈服点；当支撑轴力继续变大时，约束钢管4限制二级耗能软钢管3轴向变形，此时一级耗能软钢管2和二级耗能软钢管3虽变形较大，但均未达到极限变形值，约束钢管4和一级耗能软钢管2及二级耗能软钢管3共同传力（此阶段忽略约束钢管4本身的轴向变形）。

本发明通过一级耗能软钢管2和二级耗能软钢管3的两级屈服点，一级先屈服，另一级后屈服，实现双屈服点屈曲耗能；优选一级耗能软钢管2和二级耗能软钢管3的钢材材质相同，且一级耗能软钢管的壁厚小于二级耗能软钢管，长度大于二级耗能软钢管，即满足E ₁=E ₂、A ₁<A ₂、L ₁＞L ₂，实现本发明的串联式双屈服点屈曲耗能。

本发明串联套管式双屈服点屈曲约束支撑在端部与端部连接件10焊接连接，或者通过连接套管9与封板8焊接，封板8再与端部连接件10焊接连接，连接套管9通过限位稍与加强钢棒7-1共同作用拉动一级耗能软钢管2、二级耗能软钢管3轴向往复运动。具备如下三个工作阶段：

（1）第一屈服阶段：该阶段装置设计屈曲约束耗能最大变形值≤δ₁。此阶段约束钢管4为一级耗能软钢管2提供侧向约束，防止一级耗能软钢管2发生面外失稳，同时，混凝土核心区1为一级耗能软钢管2提供径向约束，限制软钢径向向内失稳。同时装置通过连接件7使一级耗能软钢管2与二级耗能软钢管3串联连接，达到传递轴向力作用。该阶段，二级耗能软钢管3不发生屈服，一级耗能软钢管2发生面内屈曲耗能。现阶段，主要应用于结构遭遇小震作用时，为结构提供消能减震保障。

（2）第二屈服阶段，该阶段装置设计屈曲约束耗能最大变形值大于δ₁小于等于δ₂。现阶段约束钢管4、一级耗能软钢管2通过连接件7同时拉动二级耗能软钢管3发生轴向往复运动，约束钢管4为一级耗能软钢管2与二级耗能软钢管3同时提供径向约束，防止两者发生面外屈曲失稳，此时一级耗能软钢管2已在前一阶段发生屈曲耗能，同时在本阶段与二级耗能软钢管3一同屈曲耗能。现阶段，主要应用于结构遭遇中大震地震作用时，为结构提供消能减震保障。

（3）第三阶段，本装置完成上部两阶段耗能减震工作后，当位移继续增大，达到大于δ₂时，一级耗能软钢管2和二级耗能软钢管3虽变形较大，但均未达到极限变形值，此时装置通过约束钢管4和一级耗能软钢管2及二级耗能软钢管3共同传力，为结构提供必要的抗侧刚度。从而避免结构在超过预估罕遇地震作用下，由于耗能构件退出工作，造成建筑物抗侧刚度瞬间骤减的不利情况。

通过本发明，能够解决现有技术中的问题并实现：

（1）针对传统屈曲约束耗能支撑，一般情况下只有一个屈服点，在小震作用下不屈服，只提供附加刚度，不参与耗能的难题，引入一级耗能软钢管2和二级耗能软钢管3，通过控制一级屈曲约束耗能最大变形值δ₁和二级屈曲约束耗能最大变形值δ₂，实现双屈服点设计的两阶段工作模式，能够成功解决该问题；

（2）针对现有屈曲约束耗能支撑主要依靠核心单元进行结构抗震消能，当结构遭遇超过预估地震时，核心单元耗能破坏，支撑将完全退出工作，以致造成建筑物抗侧刚度瞬间骤减，极易造成建筑物的倒塌破坏的难题，通过引入约束钢管4，当支撑耗能软钢管达到变形值δ₂后，装置通过约束钢管4继续为结构提供必要的抗侧刚度，避免结构在超过预估罕遇地震作用下发生严重破坏；

（3）通过混凝土核心区1与约束钢管4联合作用，达到一级耗能软钢管2和二级耗能软钢管3在整个耗能过程中不发生面外的整体屈曲失稳；

（4）一级耗能软钢管2和二级耗能软钢管3内填充混凝土核心区1，并与连接套管9、约束钢管4联合作用，极大地提高了整个约束支撑的承载耗能强度，特别适用于大吨位承载需求，解决了现有装置结构承载强度低的不足。

本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种串联套管式双屈服点屈曲约束支撑，其特征在于包括：

混凝土核心区，作为屈曲约束支撑的防屈曲核心单元；

一级耗能软钢管和二级耗能软钢管，通过一连接件串联连接，内部浇筑混凝土形成混凝土核心区，且一级耗能软钢管的另一端安装有第一限位销，二级耗能软钢管的另一端安装有第二限位销；

约束钢管，套设在一级耗能软钢管和二级耗能软钢管外，该约束钢管两端的管壁上对应所述第一限位销、第二限位销开设有第一限位孔、第二限位孔；

所述第一限位销、第二限位销分别嵌入到第一限位孔、第二限位孔内，第一限位销的截面尺寸小于第一限位孔，第一限位销两侧在轴向上与第一限位孔之间形成第一间隙δ₁，第二限位销的截面尺寸小于第二限位孔，第二限位销两侧在轴向上与第二限位孔之间形成第二间隙δ₂，且δ₁＜δ₂。

2.根据权利要求1所述的串联套管式双屈服点屈曲约束支撑，其特征在于：

所述一级耗能软钢管、二级耗能软钢管的另一端均焊接一段加强钢棒，加强钢棒与一级耗能软钢管、二级耗能软钢管一并套设在约束钢管内，所述第一限位销、第二限位销安装在加强钢棒上。

3.根据权利要求2所述的串联套管式双屈服点屈曲约束支撑，其特征在于：

所述加强钢棒、连接钢棒上开设有一贯通孔，第一限位销、第二限位销均为一整体，穿过贯通孔，嵌入到约束钢管两端的第一限位孔、二限位孔内；或者，

所述加强钢棒、连接钢棒上对称开设有两个非贯通孔，第一限位销、第二限位销各有两个，两个限位销分别插入两个非贯通孔，嵌入到约束钢管两端的第一限位孔、二限位孔内。

4.根据权利要求1所述的串联套管式双屈服点屈曲约束支撑，其特征在于：

所述连接件上安装有第三限位销，约束钢管的管壁上对应所述第三限位销开设有第三限位孔，第三限位销嵌入到第三限位孔内，第三限位孔的尺寸与第三限位销截面尺寸相同，使得第三限位销紧密嵌入到第三限位孔内。

5.根据权利要求1所述的串联套管式双屈服点屈曲约束支撑，其特征在于：

还包括无粘结滑动层，设置在所述混凝土核心区与一级耗能软钢管、二级耗能软钢管之间，和/或，一级耗能软钢管、二级耗能软钢管与约束钢管之间。

6.根据权利要求1所述的串联套管式双屈服点屈曲约束支撑，其特征在于：

还包括连接套管，套设在所述约束钢管外的两端，该连接套管的管壁上开设有第四限位孔，所述第一限位销、第二限位销还嵌入到第四限位孔内。

7.根据权利要求6所述的串联套管式双屈服点屈曲约束支撑，其特征在于：

所述第四限位孔的尺寸与第一限位销、第二限位销截面尺寸相同，使得第一限位销、第二限位销紧密嵌入到第四限位孔内。

8.根据权利要求6所述的串联套管式双屈服点屈曲约束支撑，其特征在于还包括：

所述连接套管的端部焊接一封板，封板与一端部连接件焊接连接。

9.根据权利要求1~8任一项所述的串联套管式双屈服点屈曲约束支撑，其特征在于：

所述一级耗能软钢管和二级耗能软钢管的钢材材质相同，且一级耗能软钢管的壁厚小于二级耗能软钢管，长度大于二级耗能软钢管。

10.根据权利要求1~8任一项所述的串联套管式双屈服点屈曲约束支撑，其特征在于：

所述一级耗能软钢管、二级耗能软钢管、约束钢管横截面为矩形、方形或圆形。

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