專利名稱：一種帶橫隔板雙層套管十字形屈曲約束支撐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件，尤其涉及一種運(yùn)用在工程抗震領(lǐng)域中的建筑結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)件。
(二)
背景技術(shù)：
近年來，隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城市化進(jìn)程的日益加快，各種各樣各樣造型復(fù)雜、 功能獨(dú)特的建筑不斷涌現(xiàn)。雖然現(xiàn)代工程技術(shù)的發(fā)展，特別是高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計建造技術(shù) 的發(fā)展，使這些建筑方案得以實(shí)現(xiàn)；但是近年來的大震震害也表明，雖然這樣的建筑在地震 過程中主體結(jié)構(gòu)沒有受到明顯的破壞，但是由于主體結(jié)構(gòu)偏柔，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形過大，從而造 成非結(jié)構(gòu)構(gòu)件及相關(guān)服務(wù)設(shè)施的嚴(yán)重破壞，損失巨大；而且由于這樣的結(jié)構(gòu)往往都會產(chǎn)生非
線性變形，造成震后修復(fù)困難或成本過高，不滿足經(jīng)濟(jì)要求。
為了減小地震作用下這類結(jié)構(gòu)的變形，人們往往會在結(jié)構(gòu)中增設(shè)一些鋼支撐構(gòu)件，以提 高結(jié)構(gòu)的整體剛度。但傳統(tǒng)的鋼支撐構(gòu)件在強(qiáng)震作用受壓時會產(chǎn)生屈曲的現(xiàn)象，故往往將支 撐構(gòu)件斷面加大以符合設(shè)計要求，但仍難以保證在強(qiáng)震下不發(fā)生屈曲失穩(wěn)。有鑒于此，近來 在日本、美國以及我國臺灣地區(qū)的一些研究學(xué)者研制了一種受壓時不會發(fā)生屈曲失穩(wěn)的軸力 構(gòu)件，在我國臺灣地區(qū)稱之為挫屈拘束支撐(BucklingRestrained Braces,簡稱BRB)，在美 國和日本則稱之為無粘結(jié)支撐(Unbonded Braces,簡稱UBB)?？紤]到這種構(gòu)件在材料屈服后 具有很強(qiáng)的耗能能力，在實(shí)際工程中可將其作為耗能支撐使用。目前，這種構(gòu)件在日本、美 國以及我國臺灣地區(qū)已得到了廣泛應(yīng)用；在國內(nèi)，尚處于研究的起步階段，工程應(yīng)用較少。
屈曲約束支撐是一種在受拉與受壓時均能達(dá)到屈服而不發(fā)生屈曲失穩(wěn)的軸力構(gòu)件，與傳 統(tǒng)中心支撐相比具有更穩(wěn)定的力學(xué)性能。經(jīng)適當(dāng)設(shè)計，含有屈曲約束支撐的框架不但可以增 加整體剛度、提高結(jié)構(gòu)延性，而且由于其受壓時不會屈曲的特性可以充分發(fā)揮鋼材的滯回消 能能力，因此，這種構(gòu)件同時具備了中心支撐和位移型阻尼器的功能，在工程抗震領(lǐng)域具有 重要的應(yīng)用價值。
一般而言，屈曲約束支撐是由三個部分所組成，即核心鋼支撐、外套約束鋼管及滑動機(jī) 制。核心鋼支撐，又稱為主受力單元，是構(gòu)件中主要的受力元件；外套約束鋼管又稱為側(cè)向 支撐單元，負(fù)責(zé)提供約束機(jī)制，以防止核心鋼支撐受軸壓時發(fā)生整體或局部屈曲。另外， 為避免核心鋼支撐因受壓膨脹后與外套約束鋼管間產(chǎn)生握裹或摩擦力而造成軸壓力的大量增
加，必須在核心鋼支撐與外套約束鋼管間設(shè)置一種滑動機(jī)制，目前，這種滑動機(jī)制主要由核 心鋼支撐與外套約束鋼管之間填充的脫粘結(jié)材料提供。
圖l為一種常見的屈曲約束支撐的結(jié)構(gòu)透視圖。圖中所示的屈曲約束支撐由鋼板構(gòu)成的 核心鋼支撐l、外套約束鋼管2、脫粘結(jié)材料3、混凝土或砂漿構(gòu)成的填充材料4組成。其中， 核心鋼支撐l直接承受軸力荷載，由特定強(qiáng)度的鋼板組成；外套約束鋼管2和填充材料4一起 構(gòu)成外套約束鋼管，對核心鋼支撐l形成約束，以防止軸向壓力達(dá)到一定程度時核心鋼支撐 l發(fā)生屈曲失穩(wěn)；脫粘結(jié)材料3，由特殊的化學(xué)材料構(gòu)成，可以隔斷核心鋼支撐l和填充材料 4，使核心鋼支撐l在受壓時能自由伸縮變形。上述現(xiàn)有屈曲約束支撐存在四個主要缺點(diǎn)；
1、 核心鋼支撐l需要由特定強(qiáng)度鋼板構(gòu)成，材料選擇范圍受限制，加工制造的難度大， 成本高，不利于在工程中推廣使用。
2、 脫粘結(jié)材料3，既要保證核心鋼支撐l的軸向自由滑動，又要使核心鋼支撐l橫向膨脹 不受約束，同時還要嚴(yán)格控制其厚度，不能太厚又不能太薄，因此，必須需采用特殊的化學(xué) 材料。這樣，就增加構(gòu)件的制造難度和成本，同時造成了屈曲約束支撐對脫粘結(jié)材料的過渡 依賴。
3、 采用混凝土或砂漿作為填充材料4，灌注操作比較困難。實(shí)際工程中，屈曲約束支撐 的長度較大， 一般均在4米以上。此時，既要保證混凝土或砂漿灌注密實(shí)，又要保證外套約 束鋼管2和核心鋼支撐1的相對位置不能偏移，是比較困難的。
4、 噸位較大的構(gòu)件，由于其自身截面較大，自重往往會達(dá)到800 900公斤，甚至幾 噸，不便于運(yùn)輸及工程現(xiàn)場安裝。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有屈曲約束支撐的上述不足，解決材料選擇范圍有限、制造和安裝繁瑣且成 本高的問題，本發(fā)明提供了一種帶橫隔板雙層套管十字形屈曲約束支撐。 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
這種帶橫隔板雙層套管十字形屈曲約束支撐，包括核心鋼支撐1和外套約束鋼管2，其特 征在于
上述核心鋼支撐l的橫截面為十字形，沿其軸向，核心鋼支撐的中部主體為寬度較小的 屈服段103，兩外端頭部為寬度較大的外伸段101，外伸段與屈服段之間是過渡段102，在屈 服段l03的中部位置上焊接有徑向的橫隔板8，在橫隔板上設(shè)有預(yù)留孔洞10。
上述外套約束鋼管2分為兩段，分別套在核心鋼支撐l外側(cè)，并位于橫隔板8兩側(cè)。 在外套約束鋼管2與核心鋼支撐1之間，位于核心鋼支撐的屈服段103和過渡段102外側(cè)，
還套有橫截面也為十字形的內(nèi)套鋼管9，內(nèi)套鋼管9與外套約束鋼管2之間填有填充材料4，內(nèi) 套鋼管9和外套約束鋼管2的兩外端分別與一個封堵鋼板11連接，內(nèi)套鋼管9和外套約束鋼管 2的兩內(nèi)端分別與橫隔板8連接。
在上述兩個封堵鋼板l 1的其中 一個上面開有灌注孔洞12 。
緊貼核心鋼支撐的屈服段103和過渡段102的表面包裹有脫粘結(jié)材料，在脫粘結(jié)材料與內(nèi) 套鋼管9之間有縫隙6，縫隙6中填充可壓縮材料。
上述核心鋼支撐的過渡段102可為斜面、雙曲面、兩折面或三折面。
上述核心鋼支撐的外伸段101上可開有螺栓孔7。
上述外套約束鋼管2的橫截面可為矩形或圓形。
上述外套約束鋼管2可以是整體形或由兩個槽形鋼板經(jīng)拼合螺栓l 3拼接而成。 上述填充材料4可以是CGM無收縮灌漿料、混凝土或砂漿材料。
上述脫粘結(jié)材料可以是聚四氟乙烯薄膜或聚氯乙烯薄膜、聚乙烯薄膜或油脂脫模劑。 上述可壓縮材料可以是發(fā)泡聚苯乙烯或擠塑聚苯乙烯。 上述核心鋼支撐l的材料可為Q235B鋼材。上述核心鋼支撐1的外伸段由螺栓5與連接板17連接，連接板17的外端與柱14與梁15之間 的節(jié)點(diǎn)板16連接在一起。
與現(xiàn)有屈曲約束支撐相比，本發(fā)明的有益效果是
本發(fā)明采用普通的Q235B鋼材作為核心鋼支撐的材料，以及取消使用特殊的脫粘結(jié)材 料，從而使得成本大幅度節(jié)約，與傳統(tǒng)屈曲約束支撐相比，更利于在實(shí)際工程中推廣使用； 加工制造工藝流程簡單明了，適于批量化工業(yè)流水線作業(yè)，安裝程序簡單，對于噸位較大的 構(gòu)件，外套約束鋼管2可由兩半凹形鋼板拼接而成，這樣內(nèi)套鋼管9及核心鋼支撐1可在工廠 組裝，外套約束鋼管2可在工程現(xiàn)場原位安裝，然后原位灌注填充材料4，既方便了長途運(yùn)輸 又提高了現(xiàn)場安裝精度；內(nèi)套鋼管9保證了核心鋼支撐1與外套約束鋼管2的脫離，外套約束 鋼管2及填充材料4保證了本發(fā)明的剛度要求，緊貼包裹在核心鋼支撐1表面的脫粘結(jié)材料， 可減小核心鋼支撐1高階屈曲時與內(nèi)套鋼管9的接觸摩擦；在脫粘結(jié)材料與內(nèi)套鋼管9之間設(shè) 置縫隙6，可有效地解決核心鋼支撐受壓時橫向膨脹受限的問題，即保證了支撐構(gòu)件具有傳 統(tǒng)屈曲約束支撐的力學(xué)性能特征，又消除了對脫粘結(jié)材料過渡依賴的弊端，同時，縫隙6中 填充可壓縮材料，即便于制造，又節(jié)約成本；在核心鋼支撐中央對稱軸處設(shè)置橫隔板8，首 先是為核心鋼支撐l提供了側(cè)向支撐，既避免了核心鋼支撐出現(xiàn)低階屈曲的可能性，又保證 了屈曲外套約束鋼管與核心鋼支撐的相對位置，使外套約束鋼管及填充材料的現(xiàn)場原位安裝
成為可能。
(四)


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。 圖l是常見的屈曲約束支撐的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和外觀示意圖。 圖3是本發(fā)明核心鋼支撐的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4是圖2的A—A剖面示意圖。 圖5是圖2的B—B剖面示意圖。 圖6是圖2的C一C剖面示意圖。 圖7是圖2的D—D剖面示意圖。 圖8是圖2中I處的放大示意圖。 圖9是圖4中II處的放大示意圖。 圖10是本發(fā)明的核心鋼支撐的外伸段的示意圖。 圖11是本發(fā)明另 一種實(shí)施例的A—A剖面示意圖。 圖12是本發(fā)明另一種實(shí)施例的B—B剖面示意圖。 圖13是本發(fā)明另一種實(shí)施例的C一C剖面示意圖。 圖14是本發(fā)明的安裝示意圖。 圖15是圖14的E聆剖面示意圖。
圖中1-核心鋼支撐，101-外伸段，102-過渡段，103-屈服段。
2-外套約束鋼管，3-脫粘結(jié)材料，4-填充材料，5-螺栓，6-縫隙，7-螺栓孔，8-橫隔 板，9-內(nèi)套鋼管，10-預(yù)留孔洞，11-封堵鋼板，12-灌注孔洞，13-拼合螺栓，14-柱，15-梁，16-節(jié)點(diǎn)板，17-連接板。
(五)
具體實(shí)施例方式
參見圖2，這種帶橫隔板雙層套管十字形屈曲約束支撐，包括核心鋼支撐l和外套約束鋼 管2。上述外套約束鋼管2分為兩段，分別套在核心鋼支撐l外側(cè)，并位于橫隔板8兩側(cè)。
參見圖3-7，上述核心鋼支撐的橫截面為十字形，沿其軸向，核心鋼支撐的中部主體為 寬度較小的屈服段103，兩外端頭部為寬度較大的外伸段101，外伸段與屈服段之間是過渡段 102，在屈服段103的中部位置上焊接有徑向的橫隔板8，在橫隔板上設(shè)有預(yù)留孔洞IO。
在外套約束鋼管2與核心鋼支撐1之間，位于核心鋼支撐的屈服段103和過渡段102外側(cè)， 還套有橫截面也為十字形的內(nèi)套鋼管9，內(nèi)套鋼管9與外套約束鋼管2之間填有填充材料4，內(nèi)
套鋼管9和外套約束鋼管2的兩外端分別與一個封堵鋼板11連接，內(nèi)套鋼管9和外套約束鋼管 2的兩內(nèi)端分別與橫隔板8連接。
在上述兩個封堵鋼板l 1的其中 一個上面開有灌注孔洞12 。
參見圖8、圖9，緊貼核心鋼支撐的屈服段103和過渡段102的表面包裹有脫粘結(jié)材料，在 脫粘結(jié)材料與內(nèi)套鋼管9之間有縫隙6，縫隙6中填充可壓縮材料。
上述核心鋼支撐的過渡段102可為斜面、雙曲面、兩折面或三折面。 參見圖IO，上述核心鋼支撐的外伸段101上可開有螺栓孔7。
參見圖11-13，上述外套約束鋼管2可以是整體形或由兩個槽形鋼板經(jīng)拼合螺栓13拼接而成。
上述外套約束鋼管2的橫截面可為矩形或圓形。 上述填充材料4可以是CGM無收縮灌漿料、混凝土或砂漿材料。
上述脫粘結(jié)材料可以是聚四氟乙烯薄膜或聚氯乙烯薄膜、聚乙烯薄膜或油脂脫模劑。 上述可壓縮材料可以是發(fā)泡聚苯乙烯或擠塑聚苯乙烯。 上述核心鋼支撐l的材料可為Q235B鋼材。
制造時，首先根據(jù)實(shí)際工程對支撐強(qiáng)度和剛度的要求，按Q235B鋼材的材料性能指標(biāo)確 定核心鋼支撐各段的長度及斷面尺寸，根據(jù)各段的長度及斷面尺寸加工制作核心鋼支撐；其 次，在核心鋼支撐屈服段103的縱向?qū)ΨQ軸處焊接橫隔板8;第三步，在核心鋼支撐的屈服段 103和過渡段102的表面緊貼包裹一層聚四氟乙烯薄膜；第四步，按設(shè)計預(yù)留縫隙6的尺寸在 聚四氟乙烯薄膜表面再包裹一層泡沫聚苯乙烯；第五步，緊貼泡沫聚苯乙烯表面安裝內(nèi)套鋼 管9，內(nèi)套鋼管9與橫隔板8通過焊接或螺栓連接；第六步，安裝固定外套約束鋼管2，用封堵 鋼板11連接內(nèi)套鋼管9和外套約束鋼管2;最后，通過灌注孔洞12在內(nèi)套鋼管9和外套約束鋼 管2之間注入CGM無收縮灌漿料，完成整個屈曲約束支撐的制作。
參見圖14、圖15，上述核心鋼支撐1的外伸段由螺栓5與連接板17連接，連接板17的外端 與柱14與梁15之間的節(jié)點(diǎn)板16連接在一起。安裝時，根據(jù)結(jié)構(gòu)需要在梁15與柱14的交接處或 梁15的中點(diǎn)處設(shè)置安裝連接用的節(jié)點(diǎn)板16，然后通過連接板17和螺栓5將支撐構(gòu)件節(jié)點(diǎn)板16 連接，完成安裝。
權(quán)利要求
1.一種帶橫隔板雙層套管十字形屈曲約束支撐，包括核心鋼支撐(1)和外套約束鋼管(2)，其特征在于上述核心鋼支撐(1)的橫截面為十字形，沿其軸向，核心鋼支撐的中部主體為寬度較小的屈服段(103)，兩外端頭部為寬度較大的外伸段(101)，外伸段與屈服段之間是過渡段(102)，在屈服段(103)的中部位置上焊接有徑向的橫隔板(8)，在橫隔板上設(shè)有預(yù)留孔洞(10)；上述外套約束鋼管(2)分為兩段，分別套在核心鋼支撐(1)外側(cè)，并位于橫隔板(8)兩側(cè)；在外套約束鋼管(2)與核心鋼支撐(1)之間，位于核心鋼支撐的屈服段(103)和過渡段(102)外側(cè)，還套有橫截面也為十字形的內(nèi)套鋼管(9)，內(nèi)套鋼管(9)與外套約束鋼管(2)之間填有填充材料(4)，內(nèi)套鋼管(9)和外套約束鋼管(2)的兩外端分別與一個封堵鋼板(11)連接，內(nèi)套鋼管(9)和外套約束鋼管(2)的兩內(nèi)端分別與橫隔板(8)連接；在上述兩個封堵鋼板(11)的其中一個上面開有灌注孔洞(12)；緊貼核心鋼支撐的屈服段(103)和過渡段(102)的表面包裹有脫粘結(jié)材料，在脫粘結(jié)材料與內(nèi)套鋼管(9)之間有縫隙(6)，縫隙(6)中填充可壓縮材料。
全文摘要
一種帶橫隔板雙層套管十字形屈曲約束支撐，其核心鋼支撐的橫截面為十字形，核心鋼支撐的中部主體為寬度較小的屈服段，兩外端頭部為外伸段，外伸段與屈服段之間是過渡段，在屈服段的中部焊有橫隔板；外套約束鋼管分別位于橫隔板兩側(cè)；在外套約束鋼管與核心鋼支撐之間，還套有橫截面也為十字形的內(nèi)套鋼管，內(nèi)套鋼管與外套約束鋼管之間填有填充材料，緊貼核心鋼支撐的屈服段和過渡段的表面包裹有脫粘結(jié)材料，在脫粘結(jié)材料與內(nèi)套鋼管之間有縫隙，縫隙中填充可壓縮材料。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、適于流水線加工的優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于高層建筑物、高聳構(gòu)筑物、公路鐵路橋梁等，以提高結(jié)構(gòu)剛度，增大結(jié)構(gòu)整體耗能能力，達(dá)到防震減災(zāi)的目的。
文檔編號E04B1/98GK101105054SQ20071020103
公開日2008年1月16日 申請日期2007年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月10日
發(fā)明者劉康安, 程紹革, 羅開海, 黃冬生 申請人:中國建筑科學(xué)研究院;南京丹普科技工程有限公司;建研抗震工程技術(shù)有限公司