專利名稱：：加勁鋼套筒屈曲約束支撐構(gòu)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于建筑領(lǐng)域，具體涉及屈曲約束支撐構(gòu)件。技術(shù)背景近年來，屈曲約束支撐因其承受軸向壓力不會發(fā)生屈曲、受拉與受壓承載力相當、滯回曲線飽滿、具有良好的耗能能力和低周疲勞性能等優(yōu)點，在美國、日本、我國臺灣地區(qū)等的高層建筑中頗受青睞。美國在1994年Northridge地震后，開始進行屈曲約束支撐鋼結(jié)構(gòu)體系的研究，2000年建成了美國第一棟使用屈曲約束支撐作為抗側(cè)力構(gòu)件的建筑，目前己建成或正在建造的使用屈曲約束支撐的結(jié)構(gòu)達30余棟；日本在1995年神戶地震后大量使用屈曲約束支撐體系，目前此類建筑已有250余棟。我國臺灣地區(qū)在屈曲約束支撐的研究和使用方面已取得了很多成果。美國、日本所用屈曲約束支撐結(jié)構(gòu)的芯材均用低屈服鋼制成，需要批量提供優(yōu)質(zhì)低屈服點鋼材，技術(shù)要求高，Q235及其以上的碳素鋼及強度更高的低合金鋼，以及Q195鋼材不能適用。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種成本低廉、性能優(yōu)越的屈曲約束支撐構(gòu)件。為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種改進的屈曲約束支撐構(gòu)件，包括芯材部分、內(nèi)套筒部分、外套筒，其中芯材部分由芯板和芯板加勁肋組成，內(nèi)套筒部分由內(nèi)套筒壁板、內(nèi)套筒加勁肋和芯板約束板組成，最外層是外套筒；該芯板約束板與芯板之間無間隙。進一步該套筒端部封板與芯板加勁肋之間無間隙。該套筒壁板上每隔一定間距(例如100200mm)加設(shè)一個套筒加勁肋。上述的改進的屈曲約束支撐構(gòu)件的制作方法，包括以下步驟(1)將芯板加勁肋和芯板用對接焊縫焊接在一起；(2)將芯板約束板和內(nèi)套筒壁板用角焊縫焊接在一起；(3)將焊接好芯板約束板的內(nèi)套筒壁板進行拼裝；(4)將拼裝好的內(nèi)套筒壁板用對接焊縫焊接在一起；(5)將套筒加勁肋和套筒壁板用角焊縫焊接在一起；(6)再將外套筒壁板進行拼裝；(7)將拼裝好的外套筒壁板用對接焊縫焊接在一起。本發(fā)明的屈曲約束支撐芯板的約束屈服段采用一字形，套筒采用方形或矩形鋼管，一字形芯板與套管的一對側(cè)面平行。套筒與芯板之間無填充材料。芯板用材選用國產(chǎn)低碳鋼，如Q195鋼材、Q235鋼材以及國產(chǎn)低屈服鋼。1、屈曲約束支撐的強度要求屈曲約束支撐的受拉和受壓屈服承載力Fd可表示如下式中Fd——軸向受拉和受壓極限強度。Py——軸向受拉和受壓屈服強度。Ry——芯板鋼材的超強系數(shù)。fy——芯板剛才的屈服強度標準值。Ai——約束屈服段的截面面積。2、套筒的設(shè)計要求屈曲約束支撐構(gòu)件在多遇地震和罕遇地震作用下，應不發(fā)生整體屈曲。屈曲約束支撐構(gòu)件的整體彈性屈曲荷載與約束屈服段的屈服承載力的比值應滿足式中/,——套筒的整體剛度。￡—套筒鋼材彈性模量。/——支撐長度。^^應變強化調(diào)整系數(shù)。屈曲約束支撐構(gòu)件的板件在多遇地震和罕遇地震作用下，應不發(fā)生局部屈曲。無約束非屈服段(連接段)的板件外伸寬厚比應滿足-式中b、t——無約束非屈服段鋼板的外伸寬度和厚度；3、節(jié)點設(shè)計節(jié)點設(shè)計時除按節(jié)點設(shè)計要求考慮外，還應考慮支撐壓拉承載力比、材料超強及應變硬化等效應的影響。本發(fā)明新型屈曲約束支撐構(gòu)件，可采用國產(chǎn)低碳鋼，如Q195鋼材、Q235鋼材以及國產(chǎn)低屈服鋼，這種新型支撐與已有屈曲約束支撐區(qū)別在于，在鋼套管內(nèi)沒有采用填充材料，完全通過鋼套管內(nèi)的加勁肋等構(gòu)造措施給支撐芯板提供穩(wěn)定的約束作用，可以有效地避免受壓芯材在彈性和塑性階段下的屈曲問題。對加勁鋼套筒屈曲約束支撐構(gòu)件及其子結(jié)構(gòu)進行了靜力往復試驗，試驗表明，此種屈曲約束支撐具有很好的滯回特征和耗能性能，是一種十分有效的耗能構(gòu)件，可以達到1/70的變形量，滿足罕遇地震作用下建筑結(jié)構(gòu)1/50的樓層位移變形要求，可以很大地提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力；且實現(xiàn)了材料與制作的國產(chǎn)化，使這種支撐的成本大大降低，為推廣應用奠定了基礎(chǔ)。圖1為本發(fā)明實施例的構(gòu)造示意圖。圖2為本發(fā)明實施例的芯板示意圖。圖3為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)橫截面示意圖。圖4為本發(fā)明實施例的芯板端部橫截面示意圖。圖5為本發(fā)明實施例的套筒橫截面示意圖。圖6為本發(fā)明實施例的試驗所得的力一位移曲線。圖中標號l為芯板，2為芯板加勁肋，3為內(nèi)套筒，4為內(nèi)套筒加勁肋，5為芯板約束板，6為外套筒，7為套筒端部封板。具體實施方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一歩說明。請參閱圖l-5，由圖可見，本發(fā)明主要包括芯材部分、內(nèi)套筒部分、外套筒，其中芯材部分由芯板1和芯板加勁肋2組成(如圖2、4所示)，內(nèi)套筒部分由內(nèi)套筒壁板3、內(nèi)套筒加勁肋4和芯板約束板5組成，最外層是外套筒(如圖5所示)。本發(fā)明的構(gòu)造1、由于套筒須能夠?qū)π景宓钠矫嫱馇辛己玫募s束作用，本發(fā)明的構(gòu)件采用對內(nèi)套筒加肋板，使芯板約束板5與芯板l頂緊(g卩，使芯板約束板5與芯板1之間無間隙)的構(gòu)造措施來達到這一目的；2、在支撐的無約束非屈曲段的變截面處很容易發(fā)生平面外失穩(wěn)，本發(fā)明的構(gòu)件采用套筒端部封板頂緊(即，使套筒端部封板7與芯板加勁肋2之間無間隙)的方法來解決這一問題；3、在芯板端部加勁板邊緣(即約束非屈曲段邊緣)處，很容易進入塑性，形成塑性鉸，使整個支撐芯板端部在此處發(fā)生剛性轉(zhuǎn)動，這樣一來，在塑性鉸轉(zhuǎn)動處就會給內(nèi)套筒施加一個非常大的集中力，使內(nèi)套筒產(chǎn)生局部鼓出。為了解決這一問題，本構(gòu)件采用對內(nèi)套筒壁板加肋的方法，一方面加強了內(nèi)套筒壁板的平面外剛度，另一方面也使內(nèi)套筒能夠很好的對芯板起到約束作用。具體實施方案是在內(nèi)套筒壁板3上每隔一定間距(例如100200ram)加設(shè)一個內(nèi)套筒加勁肋4。本發(fā)明TJI型屈曲約束支撐其制作方法包括以下步驟:(1)將芯板加勁肋2和芯板1用對接焊縫焊接在一起；(2)將芯板約束板5和套筒壁板3用角焊縫焊接在一起；(3)將焊接好芯板約束板5的內(nèi)套筒壁板3進行拼裝，如圖3所示；(4)將拼裝好的內(nèi)套筒壁板3用對接焊縫焊接在一起；(5)將套筒加勁肋4和套筒壁板3用角焊縫焊接在一起；(6)再將外套筒壁板6進行拼裝，如圖3所示；(7)將拼裝好的外套筒壁板6用對接焊縫焊接在一起。為驗證該產(chǎn)品性能，制作了如下試件進行研究，試件尺寸和材料如表1所示。試件尺寸及材料表表l<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>1、屈曲約束支撐的強度設(shè)計屈曲約束支撐的屈服承載力Fd為:2、套筒的設(shè)計驗算to=3.9121.2滿足要求。無約束非屈服段(連接段)的板件外伸寬厚比為厙=14.3滿足要求。3、節(jié)點設(shè)計按節(jié)點設(shè)計要求驗算，在驗算時考慮了支撐壓拉承載力比、材料超強及應變硬化等效應的影響，經(jīng)計算節(jié)點滿足要求。由試驗所得力一位移曲線十分飽滿(如圖6所示)，說明此屈曲約束支撐具有很好的耗能能力和低周疲勞性能。為此，本發(fā)明提供了一種新型屈曲約束支撐，可采用國產(chǎn)低碳鋼，如Q195鋼材、Q235鋼材以及國產(chǎn)低屈服鋼。這種新型支撐1)材料均為國產(chǎn)；2)在鋼套管內(nèi)沒有采用填充材料，完全通過鋼套管內(nèi)的加勁肋等構(gòu)造措施給支撐芯板提供穩(wěn)定的約束作用，避免受壓芯材在彈性和塑性階段下的屈曲問題。通過對加勁鋼套筒屈曲約束支撐進行往復加載試驗，表明此種屈曲約束支撐具有穩(wěn)定的滯回特征和很好的耗能性能，是一種十分有效的耗能構(gòu)件，滿足罕遇地震作用下建筑結(jié)構(gòu)1/50的樓層位移變形要求；用于多高層建筑，可以大大提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。上述的對實施例的描述是為便于該
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員能理解和應用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對于本發(fā)明做出的改進和修改都應該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。權(quán)利要求1、一種改進的屈曲約束支撐構(gòu)件，其特征在于包括芯材部分、內(nèi)套筒部分、外套筒，其中芯材部分由芯板和芯板加勁肋組成，內(nèi)套筒部分由內(nèi)套筒壁板、內(nèi)套筒加勁肋和芯板約束板組成，最外層是外套筒；該芯板約束板與芯板之間無間隙。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進的屈曲約束支撐構(gòu)件，其特征在于該套筒端部封板與芯板加勁肋之間無間隙。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進的屈曲約束支撐構(gòu)件，其特征在于該套筒壁板上每隔一定間距加設(shè)一個套筒加勁肋。4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的改進的屈曲約束支撐構(gòu)件，其特征在于該一定間距為100200mm。5、權(quán)利要求1至4中任一所述的改進的屈曲約束支撐構(gòu)件的制作方法，其特征在于包括以下步驟(1)將芯板加勁肋和芯板用對接焊縫焊接在一起；(2)將芯板約束板和內(nèi)套筒壁板用角焊縫焊接在一起；(3)將焊接好芯板約束板的內(nèi)套筒壁板進行拼裝；(4)將拼裝好的內(nèi)套筒壁板用對接焊縫焊接在一起；(5)將套筒加勁肋和套筒壁板用角焊縫焊接在一起；(6)再將外套筒壁板進行拼裝；(7)將拼裝好的外套筒壁板用對接焊縫焊接在一起。全文摘要本發(fā)明涉及一種改進的屈曲約束支撐構(gòu)件，包括芯材部分、內(nèi)套筒部分、外套筒，其中芯材部分由芯板和芯板加勁肋組成，內(nèi)套筒部分由內(nèi)套筒壁板、內(nèi)套筒加勁肋和芯板約束板組成，最外層是外套筒；該芯板約束板與芯板之間無間隙。本發(fā)明還提供了上述的改進的屈曲約束支撐構(gòu)件的制作方法。該屈曲約束支撐具有很好的滯回特征和耗能性能，是一種十分有效的耗能構(gòu)件，可以達到1/70的變形量，滿足罕遇地震作用下建筑結(jié)構(gòu)1/50的樓層位移變形要求，可以很大地提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力；且實現(xiàn)了材料與制作的國產(chǎn)化，使這種支撐的成本大大降低，為推廣應用奠定了基礎(chǔ)。文檔編號E04B1/98GK101220616SQ200810033069公開日2008年7月16日申請日期2008年1月25日優(yōu)先權(quán)日2008年1月25日發(fā)明者孫飛飛,李國強,胡寶琳申請人:同濟大學