一种具有两阶段受力可调控的牺牲-耗能支撑结构及其制作方法

本发明属于土木结构工程，具体涉及一种具有两阶段受力可调控的牺牲-耗能支撑结构及其制作方法。

背景技术：

1、传统的屈曲约束支撑（brb）在提升结构抗震性能方面得到了广泛应用，然而，使用brb往往会增加构件的强度和刚度，这在遭遇大震情况下限制了其耗能效果；最新研究发现，在超高层建筑的抗震分析中，带有brb支撑的伸臂桁架表现出较高的强度，这导致其它构件首先消耗塑性能量并累积地震损伤，无法起到保护结构中其它主要构件的效果；相比之下，带有普通支撑的伸臂桁架由于强度软化而受到集中作用力，因此在塑性耗能方面优于带有brb支撑的伸臂桁架。

2、目前，现有的支撑方法存在两个主要问题：一是像brb这样的"保险丝"构件在提升结构抗震性能的同时，也会增加结构的强度和刚度，从而导致连接部位更容易发生损伤；二是传统的brb虽然具有稳定的耗能性能，但由于缺乏分级可调控特性，它们可能因为刚度和强度过大而在大震情况下进入塑性阶段过晚，从而影响其耗能能力，无法实现最优的"保险丝"效果。

3、目前检索到中国专利“一种耗能支撑结构、耗能支撑框架体系及其施工方法”，公开号cn113123459a，耗能支撑结构包括支撑组件；支撑组件包括：安装在上预制梁底部的第一固定件、第一转向件以及安装在下预制梁顶部的第二固定件、第二转向件；第一固定件与第一转向件间设有第一耗能装置，第一耗能装置两端连接有第一钢绞线，第一钢绞线的一个自由端与第一固定件连接，其另一个自由端绕过第一转向件与下预制梁连接；第二固定件与第二转向件间设有第二耗能装置，第二耗能装置两端连接有第二钢绞线，第二钢绞线的一个自由端与第二固定件连接，其另一个自由端绕过第二转向件与上预制梁连接；本专利虽然提供一种耗能支撑结构，装配简单，具有良好抗震效果，有助于提升建筑强度；但其没有可调控牺牲段，以能够同时满足不同水准地震性态调控和损伤引导的抗震韧性需求。

技术实现思路

1、针对上述存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种具有两阶段受力可调控的牺牲-耗能支撑结构和制作方法，本发明引入可调控的牺牲段，通过牺牲段的断裂和退出工作，在支撑体系结构中形成更明显的薄弱耗能构件，能够同时满足不同水准地震性态调控和损伤引导的抗震韧性需求。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、一种具有两阶段受力可调控的牺牲-耗能支撑结构，其特征在于：所述支撑结构由牺牲段和brb耗能段组成，其中牺牲段包括连接端板、钢支撑、第一连接端头、第二连接端头、第一夹板、第二夹板、牺牲连接组件和高强螺栓；耗能段包括连接端板、内芯和外约束套筒；

4、牺牲-耗能支撑的受力构件为牺牲连接组件；所述牺牲段的牺牲连接组件通过第二夹板、第一夹板和高强螺栓以螺栓连接的方式固定在第二连接端头和第一连接端头上；所述第二连接端头通过焊接的方式固定在第一侧的连接端板上；所述钢支撑的两端分别通过焊接固定在第一连接端头和第二侧的连接端板上；

5、所述内芯的两端分别通过焊接方式连接在第一侧和第二侧的连接端板之间，所述外约束套筒套置在内芯的外围；牺牲段和brb耗能段的整体长度相同，并以平行并联的方式连接在第一侧和第二侧的连接端板之间。

6、优选的，上述brb耗能段的外约束套筒包括钢套管和位于钢套管内的填充材料，所述内芯的中部穿设在填充材料中，并且内芯的两端长出外约束套筒，内芯长出外约束套筒的两端部分别连接第一侧和第二侧的连接端板。

7、优选的，上述牺牲连接组件为长方形金属板，牺牲连接组件两端分别设有用于与第一连接端头连接的第一螺栓孔洞，牺牲连接组件中部设有用于与第二连接端头连接的第二螺栓孔洞，第一螺栓孔洞与第二螺栓孔洞之间设有长条形槽孔。

8、优选的，上述第一侧的连接端板上焊接连接有所述第二连接端头，所述第二连接端头为布设有螺栓孔洞的长方形板，两块第二夹板夹持在贴近设置的第二连接端头和牺牲连接组件中部的两侧面并使用螺栓紧固。

9、优选的，上述第一连接端头上设有具有螺栓孔洞的u形板，u形板的两侧部与牺牲连接组件的两端贴近，且由具有螺栓孔洞的第一夹板贴接在u形板和牺牲连接组件两端的外侧，并由螺栓穿接螺栓孔洞固定。

10、优选的，上述钢支撑的截面为十字形，以使牺牲段具有更好的抗屈曲性能。

11、优选的，上述长条形槽孔为两端是圆弧形、矩形或三角形的长孔，较佳采用两端为圆弧形的长孔。

12、优选的，上述牺牲段和brb耗能段的强度比例（牺牲起始点）和延性比例（牺牲点）通过牺牲连接组件（8）的挖孔尺寸参数进行自由地调整，以使其具备更好的耗能效率。

13、优选的，上述牺牲连接组件（8）通过调整长方形金属板的板厚、挖孔端部圆弧曲率半径以及圆弧剪切面高度形状参数来改变其峰值强度和牺牲位移，以满足两水准地震响应性态调控和耗能需求。

14、本发明具有两阶段受力可调控的牺牲-耗能支撑结构的制作方法，其特征在于：其中具有两阶段受力可调控的牺牲-耗能支撑结构由牺牲段和brb耗能段组成，其中牺牲段包括连接端板、钢支撑、第一连接端头、第二连接端头、第一夹板、第二夹板、牺牲连接组件和高强螺栓；耗能段包括连接端板、内芯和外约束套筒；

15、牺牲-耗能支撑的受力构件为牺牲连接组件；所述牺牲段的牺牲连接组件通过第二夹板、第一夹板和高强螺栓以螺栓连接的方式固定在第二连接端头和第一连接端头上；所述第二连接端头通过焊接的方式固定在第一侧的连接端板上；所述钢支撑的两端分别通过焊接固定在第一连接端头和第二侧的连接端板上；

16、所述内芯的两端分别通过焊接方式连接在第一侧和第二侧的连接端板之间，所述外约束套筒套置在内芯的外围；牺牲段和brb耗能段的整体长度相同，并以平行并联的方式连接在第一侧和第二侧的连接端板之间；

17、预先制作两侧的连接端板、钢支撑、第一连接端头、第二连接端头、第一夹板、第二夹板、牺牲连接组件、内芯和外约束套筒；

18、按照设计要求，第一夹板、第二夹板、牺牲连接组件和第一连接端头、第二连接端头上均设有螺栓孔洞，并且在牺牲连接组件上设有长条形槽孔；内芯与外约束套筒组装完成；

19、将第二连接端头和内芯的一端焊接在第一侧的连接端板端面上，将第一连接端头与钢支撑的一端焊接固定，钢支撑和内芯的另一端与第二侧的连接端板焊接固定；

20、将第二连接端头的端部与牺牲连接组件的中部贴近，然后使用两块第二夹板贴在第二连接端头和牺牲连接组件中部的外侧，并使用螺栓穿过它们对应的螺栓孔洞实现锁紧固定；

21、将第一连接端头与牺牲连接组件的两端贴近，然后使用两块第一夹板贴在第一连接端头与牺牲连接组件的两端的外侧，并使用螺栓穿过它们对应的螺栓孔洞实现锁紧固定。

22、本发明的有益效果：

23、1.构造简单，力学模型明确，本发明的牺牲-耗能支撑由牺牲段和brb耗能段组成，以并联方式协同工作；牺牲段作为保护构件，确保brb耗能段在中震时不发生屈服，大震时通过牺牲段的“牺牲”形成薄弱构件，从而提升brb耗能段的耗能效率以保护结构；

24、2.震后可更换；牺牲连接组件采用高强螺栓进行连接，当牺牲连接组件发生损伤后，可以很方便地进行拆卸、更换，从而快速恢复牺牲-耗能支撑的震后服役性能。

25、3.经济耐用，因为其设计考虑到了震后可更换的需求，当牺牲连接组件发生损伤而brb耗能段未发生明显损伤时，只需更换受损的牺牲连接组件而不必更换整个支撑，从而显著减少了维护成本，延长了支撑的使用寿命。