專利名稱：全角鋼式防屈曲支撐構(gòu)件及其加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種防屈曲支撐構(gòu)件，具體涉及一種主要用于建筑結(jié)構(gòu)工程領(lǐng) 域中的抗側(cè)力構(gòu)件(也是一種耗能減震裝置)以及其加工方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的防屈曲支撐構(gòu)件存在以下不足之處。對(duì)于方鋼管約束十字形焊接芯板的傳統(tǒng)全鋼防屈曲支撐形式，其支撐節(jié)點(diǎn)板3分別與十字形芯板1的兩端面 焊接在一起。由于外套方鋼管2的截面比支撐節(jié)點(diǎn)板3的截面小，因此另外一 端的支撐節(jié)點(diǎn)板3必須在十字形芯板1插入鋼管2之后再通過全融透對(duì)接焊縫 與十字形芯板的另一端面連成一體(參見圖1 2)。上述現(xiàn)有的防屈曲支撐 構(gòu)件存在生產(chǎn)制作時(shí)焊接量大(十字形芯板1、支撐節(jié)點(diǎn)板3均需要焊接而成， 支撐節(jié)點(diǎn)板3與十字形芯板1的兩端面需要焊接)，焊接量大會(huì)造成以下兩類 主要問題一、 支撐構(gòu)件的加工質(zhì)量問題首先，支撐節(jié)點(diǎn)板3以及十字形芯板1各板件之間大量的長(zhǎng)線焊接所造成 的板件的殘余變形，會(huì)使十字形芯板1在插入鋼管2的過程中與鋼管內(nèi)壁發(fā)生 接觸從而產(chǎn)生過大的摩擦力，這種摩擦力甚至?xí)斐墒中涡景?無法穿越鋼 管，對(duì)其加工制作造成一定障礙。另一方面，當(dāng)支撐節(jié)點(diǎn)板3與十字形芯板1 的兩端面之間進(jìn)行全融透對(duì)接時(shí)，局部的熱應(yīng)力會(huì)使十字形芯板1與其兩端的 支撐節(jié)點(diǎn)板3之間產(chǎn)生相對(duì)的焊接翹曲變形，造成支撐節(jié)點(diǎn)板3與十字形芯板 1的中心線不重合而產(chǎn)生偏心，這樣會(huì)對(duì)支撐在實(shí)際工程中的安裝帶來施工上 的困難。以上所述充分表明，現(xiàn)有的(傳統(tǒng)的)全鋼防屈曲支撐構(gòu)件在生產(chǎn)加 工方面的缺陷無法保證其成品的加工質(zhì)量以及實(shí)際工程的安裝質(zhì)量。二、 支撐的力學(xué)性能缺陷首先，焊接殘余變形所造成的支撐節(jié)點(diǎn)板3與十字形芯板1之間的相對(duì)偏 心會(huì)嚴(yán)重降低支撐構(gòu)件的整體穩(wěn)定性，而這種由加工隨機(jī)誤差所造成的相對(duì)偏心量是研究人員和工程設(shè)計(jì)人員無法如實(shí)考慮的因素，因此無法從設(shè)計(jì)上確保其具有可靠的穩(wěn)定承載力；另外，板件之間的焊接所產(chǎn)生的熱應(yīng)力會(huì)大大降低 十字形芯板1的低周疲勞壽命，當(dāng)十字形芯板1進(jìn)入大塑性應(yīng)變時(shí)此類問題尤 為突出，會(huì)造成十字形芯板1在地震過程中提前發(fā)生斷裂而不能夠充分發(fā)揮其 耗能能力，而這種焊接所造成的對(duì)低周疲勞壽命的影響也是研究人員無法準(zhǔn)確 估計(jì)的。最后，在設(shè)計(jì)方面，焊接還會(huì)顯著改變內(nèi)芯的實(shí)際屈服軸力，使得設(shè) 計(jì)屈服軸力與實(shí)際屈服軸力不一致，從而可能造成在中震作用下，支撐構(gòu)件不 能夠先于結(jié)構(gòu)屈服繼而達(dá)不到保護(hù)主體結(jié)構(gòu)的目的。以上所述充分說明，現(xiàn)有 的(傳統(tǒng)的)全鋼防屈曲支撐構(gòu)件的力學(xué)性能缺陷使工程設(shè)計(jì)人員無法從設(shè)計(jì) 上確保其具有可靠的穩(wěn)定性能及低周疲勞性能，同時(shí)也無法確保支撐構(gòu)件能夠 先于結(jié)構(gòu)屈服，這些因素都會(huì)造成此類支撐構(gòu)件的設(shè)計(jì)性能與實(shí)際性能大相徑勝o綜上所述，由于現(xiàn)有的(傳統(tǒng)的)全鋼防屈曲支撐構(gòu)件在生產(chǎn)加工和力學(xué) 性能上的缺陷，人們很難在設(shè)計(jì)方法甚至實(shí)際應(yīng)用上對(duì)現(xiàn)有的全鋼防屈曲支撐 構(gòu)件的實(shí)際性能提供可靠的技術(shù)保障。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的全鋼防屈曲支撐構(gòu)件存在由于自身結(jié)構(gòu)帶來的焊 接量大、生產(chǎn)工藝復(fù)雜的問題，以及焊接量大導(dǎo)致無法保證加工質(zhì)量以及實(shí)際 工程的安裝質(zhì)量、無法從設(shè)計(jì)上確保其具有可靠的穩(wěn)定性能及低周疲勞性能， 同時(shí)也無法確保支撐構(gòu)件能夠先于結(jié)構(gòu)屈服的問題，進(jìn)而提供了一種全角鋼式 防屈曲支撐構(gòu)件及其加工方法。 '本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種全角鋼式防屈曲支撐構(gòu) 件，它包括支撐內(nèi)芯、外包約束構(gòu)件，所述外包約束構(gòu)件由兩個(gè)角鋼件組成， 所述兩個(gè)角鋼件相對(duì)夾在支撐內(nèi)芯的外側(cè)并固接成一體，所述防屈曲支撐構(gòu)件 還包括八個(gè)加勁肋，所述支撐內(nèi)芯由四個(gè)等邊,鋼件組成，所述四個(gè)等邊角鋼 件肢壁背面相靠并固接形成十字型截面，所述每個(gè)等邊角鋼件的兩肢壁之間固 裝有兩個(gè)加勁肋。所述的全角鋼式防屈曲支撐構(gòu)件的加工方法是按照以下步驟實(shí)現(xiàn)的步驟 一、將四個(gè)等邊角鋼件肢壁背面相靠并固接形成十字型截面的支撐內(nèi)芯；步驟二、將八個(gè)加勁肋分別固裝在每個(gè)等邊角鋼件的兩肢壁之間；步驟三、將兩個(gè) 角鋼件相對(duì)夾在支撐內(nèi)芯的外側(cè)并固接成一體；步驟四、完成全角鋼式防屈曲 支撐構(gòu)件的加工。本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明具有焊接量較少、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)便、力學(xué) 性能優(yōu)越且便于分析設(shè)計(jì)、能確保實(shí)際工程的安裝質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面 一、支撐內(nèi)芯及外包約束構(gòu)件直接采用市場(chǎng)上的現(xiàn) 成等邊角鋼一次切割加工而成，取材統(tǒng)一且價(jià)格低廉；二、避免了支撐內(nèi)芯屈 服段相鄰板件之間的焊接，大大簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝，保證了成品的質(zhì)量，同時(shí)又 減少了支撐內(nèi)芯的生產(chǎn)加工缺陷以及力學(xué)性能缺陷；三、外包約束構(gòu)件采用雙 角鋼拼接方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的方鋼管，避免了整體節(jié)點(diǎn)彈性段Lc (支撐節(jié)點(diǎn)板) 與支撐內(nèi)芯的兩端面的對(duì)接，減少了焊接所引起的焊接殘余變形，支撐構(gòu)件的 施工安裝質(zhì)量以及實(shí)際性能都得到可靠保證；四、由于減少了傳統(tǒng)生產(chǎn)方式所 造成的各種生產(chǎn)加工缺陷以及力學(xué)性能缺陷，使得全角鋼式防屈曲支撐構(gòu)件更 加便于工程師分析與設(shè)計(jì)，因此能夠保證支撐構(gòu)件的實(shí)際性能與設(shè)計(jì)性能的一 致性；五、支撐內(nèi)芯以及外包約束構(gòu)件之間無需設(shè)置無粘結(jié)材料或設(shè)置專門的 部件來預(yù)留兩者之間的間隙，只需要在內(nèi)芯角鋼的肢尖處作簡(jiǎn)單的機(jī)械倒角處 理便能夠預(yù)留間隙，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了其生產(chǎn)工藝，同時(shí)又可以減少內(nèi)芯與約束構(gòu) 件之間的摩擦力，使得兩者分工更加明確。


圖1是現(xiàn)有的全鋼防屈曲支撐構(gòu)件的結(jié)構(gòu)及其生產(chǎn)加工流程示意圖，圖2 是圖1的A-A剖視圖，圖3是本發(fā)明的生產(chǎn)加工流程示意圖，圖4是支撐內(nèi)芯 其中一根等邊角鋼件的立體圖，圖5是外包約束構(gòu)件中的一個(gè)角鋼件的立體 圖，圖6是加勁肋的立體圖，圖7是圖3的B-B剖視圖，圖8是圖3的C-C 剖視圖，圖9是圖3的D-D剖視圖，圖10是圖3的E-E剖視圖，圖11是圖7 的F部放大圖，圖12是圖8的G部放大圖，圖13是圖9的H部放大圖，圖 l4是圖10的I部放大圖，圖15是本發(fā)明的主視圖(沒有畫出外包約束構(gòu)件7)， 圖16是本發(fā)明的主視圖，圖17是本發(fā)明的實(shí)際工程安裝示意圖，圖18是圖 17的J-J剖面圖。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一如圖3 14所示，本實(shí)施方式所述的全角鋼式防屈曲支撐構(gòu)件，它包括支撐內(nèi)芯5、外包約束構(gòu)件7，所述外包約束構(gòu)件7由兩個(gè)角 鋼件7-1組成，所述兩個(gè)角鋼件7-1相對(duì)夾在支撐內(nèi)芯5的外側(cè)并固接成一體， 所述防屈曲支撐構(gòu)件還包括八個(gè)加勁肋6，所述支撐內(nèi)芯5由四個(gè)等邊角鋼件 5-1組成，所述四個(gè)等邊角鋼件5-l肢壁背面相靠并固接形成十字型截面，所 述每個(gè)等邊角鋼件5-1的兩肢壁之間固裝有兩個(gè)加勁肋6。所述八個(gè)加勁肋6 均沿與四個(gè)等邊角鋼件5-l的兩肢壁呈45。方向放置。上述支撐內(nèi)芯5中的每個(gè)等邊角鋼件5-1均經(jīng)由火焰切割一次加工而成， 然后在角鋼的棱角處作刨邊平滑處理，最后在角鋼肢尖F處作倒角處理以預(yù)留 與外包約束構(gòu)件7之間的間隙(參見圖7)。在外包約束構(gòu)件7的肢尖位置作 倒角平滑處理，然后把支撐內(nèi)芯5定位在外包約束構(gòu)件7中間，并在外包約束 構(gòu)件7的相鄰肢尖H處沿縱向進(jìn)行焊接，即把雙等邊角鋼7連為一體(參見圖 9)。
具體實(shí)施方式
二如圖3 14所示，'本實(shí)施方式所述四個(gè)等邊角鋼件5-1 均由兩段支撐節(jié)點(diǎn)連接段5-1-1、兩段斜面過渡段5-1-2、中間段5-l-3組成， 所述兩段斜面過渡段5-卜2分別設(shè)置在中間段5-1-3的兩端與兩段支撐節(jié)點(diǎn)連 接段5-1-1之間并制成一體，所述中間段5-1-3的截面面積小于斜面過渡段 5-1-2的截面面積，所述斜面過渡段5-1-2與中間段5-1-3之間的夾角a《45支撐節(jié)點(diǎn)連接段5-1-1是節(jié)點(diǎn)彈性段Lcl、斜面過渡段5-1-2是過渡段 Ltrl，中間段5-1-3是屈服段Lyl。加工完成后的支撐內(nèi)芯5沿長(zhǎng)度方向分為 三個(gè)部分，即整體節(jié)點(diǎn)彈性段Lc、整體過渡段Ltr以及整體屈服段Ly，其相 應(yīng)的橫截面面積分別為Ac、 Atr以及Ay，' 一般令A(yù)c=2Ay。 Lc與Ly之間的過 渡段Ltr采用斜直線過渡，并要求坡度小于45度以減緩應(yīng)力集中。.把上述支 撐內(nèi)芯5各個(gè)等邊角鋼之間肢背相靠，并在節(jié)點(diǎn)彈性段范圍內(nèi)的相鄰角鋼肢尖 之間沿縱向進(jìn)行焊接，即在整體節(jié)點(diǎn)彈性段區(qū)域，把四個(gè)原本分開的等邊角鋼 件5-1通過肢尖I處的焊縫連為一體(參見圖10)。其它組成及連接關(guān)系與具 體實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
三如圖3所示，本實(shí)施方式所述的全角鋼式防屈曲支撐構(gòu) 件的加工方法是按照以下步驟實(shí)現(xiàn)的步驟一、將四個(gè)等邊角鋼件5-l肢壁背 面相靠并固接形成十字型截面的支撐內(nèi)芯5;步驟二、將八個(gè)加勁肋6分別固 裝在每個(gè)等邊角鋼件5-1的兩肢壁之間；步驟三、將兩個(gè)角鋼件7-1相對(duì)夾在 支撐內(nèi)芯5的外側(cè)并固接成一體；步驟四、完成全角鋼式防屈曲支撐構(gòu)件的加 工。
具體實(shí)施方式
四如圖3、圖15 18所示，本實(shí)施方式是將本發(fā)明安裝 在實(shí)際工程中的一個(gè)實(shí)施例支撐內(nèi)芯5由四根肢背相靠的等邊角鋼件5-1拼接成為十字形，沿軸線方向分為整體節(jié)點(diǎn)彈性段Lc、整體過渡段Ltr以及 整體屈服段Ly，沿長(zhǎng)度方向一次切割完成；在上述支撐內(nèi)芯5的屈服段區(qū)域 內(nèi)的肢尖位置要作倒角處理。在屈服段區(qū)域，相鄰角鋼的肢尖之間并沒有焊接 連接接頭。在上述支撐內(nèi)芯5的節(jié)點(diǎn)彈性段區(qū)域內(nèi)相鄰角鋼肢尖之間進(jìn)行淺度 焊接，使該區(qū)域的四個(gè)角鋼通過肢尖處的焊縫連為一個(gè)整體。在屈服段Ly端 部以及過渡段Lcr的區(qū)域，沿與角鋼的兩肢分別成45度的方向放置加勁肋6， 并在加勁肋與角鋼之間采用淺度焊接。在外包約束構(gòu)件7的肢尖位置作倒角處 理，然后把支撐內(nèi)芯5對(duì)稱放置在外包約束構(gòu)件7的中間，并在外包約束角鋼 7的相鄰肢尖處沿縱向進(jìn)行焊接，即把外包約束構(gòu)件7在相鄰肢尖處通過焊縫 連為一體。支撐內(nèi)芯5兩端的支撐節(jié)點(diǎn)板上鉆孔后，再通過連接板件8以及高 強(qiáng)螺栓9連接到實(shí)際工程框架節(jié)點(diǎn)板10處，完成安裝。
權(quán)利要求
1. 一種全角鋼式防屈曲支撐構(gòu)件，它包括支撐內(nèi)芯(5)、外包約束構(gòu)件(7)，其特征在于所述外包約束構(gòu)件(7)由兩個(gè)角鋼件(7-1)組成，所述兩個(gè)角鋼件(7-1)相對(duì)夾在支撐內(nèi)芯(5)的外側(cè)并固接成一體，所述防屈曲支撐構(gòu)件還包括八個(gè)加勁肋(6)，所述支撐內(nèi)芯(5)由四個(gè)等邊角鋼件(5-1)組成，所述四個(gè)等邊角鋼件(5-1)肢壁背面相靠并固接形成十字型截面，所述每個(gè)等邊角鋼件(5-1)的兩肢壁之間固裝有兩個(gè)加勁肋(6)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的全角鋼式防屈曲支撐構(gòu)件，其特征在于所述四 個(gè)等邊角鋼件(5-1)均由兩段支撐節(jié)點(diǎn)連接段(5-1-1)、兩段斜面過渡段(5-1-2)、中間段(5-1-3)組成，所述兩段斜面過渡段(5-1-2)分別設(shè)置在 中間段(5-1-3)的兩端與兩段支撐節(jié)點(diǎn)連接段(5-1-1)之間并制成一體，所 述中間段(5-1-3)的截面面積小于斜面過渡段(5-1-2)的截面面積，所述斜 面過渡段(5-1-2)與中間段(5-1-3)之間的夾角a《45。。
3、 一種權(quán)利要求l所述的全角鋼式防屈曲支撐構(gòu)件的加工方法，其特征 在于它是按照以下步驟實(shí)現(xiàn)的步驟一、將四個(gè)等邊角鋼件(5-1)肢壁背面 相靠并固接形成十字型截面的支撐內(nèi)芯(5);步驟二、將八個(gè)加勁肋(6)分 別固裝在每個(gè)等邊角鋼件(5-1)的兩肢壁之間；步驟三、將兩個(gè)角鋼件(7-1)相對(duì)夾在支撐內(nèi)芯(5)的外側(cè)并固接成一體；步驟四、完成全角鋼式防屈曲支撐構(gòu)件的加工。
全文摘要
全角鋼式防屈曲支撐構(gòu)件及其加工方法，它涉及一種防屈曲支撐構(gòu)件及其加工方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的全鋼防屈曲支撐構(gòu)件存在由于自身結(jié)構(gòu)帶來的焊接量大、生產(chǎn)工藝復(fù)雜的問題，以及焊接量大導(dǎo)致無法保證加工質(zhì)量以及實(shí)際工程的安裝質(zhì)量等問題。本發(fā)明所述兩個(gè)角鋼件(7-1)相對(duì)夾在支撐內(nèi)芯(5)的外側(cè)并固接成一體，所述四個(gè)等邊角鋼件(5-1)肢壁背面相靠并固接形成十字型截面，所述每個(gè)等邊角鋼件(5-1)的兩肢壁之間固裝有兩個(gè)加勁肋(6)。本方法的步驟是加工支撐內(nèi)芯、安裝加勁肋、安裝外包約束構(gòu)件。本發(fā)明具有焊接量較少、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)便、力學(xué)性能優(yōu)越且便于分析設(shè)計(jì)、能確保實(shí)際工程的安裝質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)E04B1/98GK101265729SQ200810064500
公開日2008年9月17日 申請(qǐng)日期2008年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月14日
發(fā)明者斌 吳, 趙俊賢 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)