專利名稱：一種雙矩管對扣裝配式防屈曲支撐構(gòu)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種新型防屈曲支撐構(gòu)件，屬于結(jié)構(gòu)工程技術(shù)領(lǐng)域。 技術(shù)背景防屈曲支撐構(gòu)件一般由內(nèi)核構(gòu)件與外圍約束構(gòu)件兩部分組成。1994年美國北嶺地震和1995年日本神戶地震后，工程師開始意識到防屈曲支撐構(gòu)件在消能減震上具有卓越效果，在日本和美國大量的工程項(xiàng)目中開始采用。至今，日本已有超過300棟建筑、美國也有不少于30棟已建和在建的建筑使用了防屈曲支撐體系。目前，防屈曲支撐構(gòu)件的截面種類按照外圍約束材料、構(gòu)件以及組合形式可以分為三類，即鋼筋混凝土外圍約束截面、鋼與混凝土組合外圍約束截面與全鋼裝配式外圍約束截面。受壓內(nèi)核構(gòu)件的材料一般為低屈服點(diǎn)高延性鋼材，截面多為“一”字形或“十”字形。一般在內(nèi)核構(gòu)件表面涂裝特制的無粘結(jié)材料，而且在外圍構(gòu)件表面與內(nèi)核構(gòu)件表面之間預(yù)留一定的間隙，以防止內(nèi)核構(gòu)件受壓時(shí)發(fā)生橫向膨脹而被塞死。在小震作用下，防屈曲支撐構(gòu)件的內(nèi)核構(gòu)件保持彈性，為主體結(jié)構(gòu)提供足夠的抗側(cè)剛度；在中震和大震作用下，內(nèi)核構(gòu)件會(huì)率先進(jìn)入屈服，對主體框架起到保護(hù)的作用，并消耗大量的地震輸入能量。防屈曲支撐構(gòu)件兼具“耗能”與“支撐”的雙重功用，在地震設(shè)防烈度較高的區(qū)域，防屈曲支撐構(gòu)件被認(rèn)為是最好的消能減震構(gòu)件之一，近幾年來在我國的高層建筑也開始采用。通常采用的鋼筋混凝土外圍約束截面以及鋼與混凝土組合外圍約束截面主要存在以下缺點(diǎn)(1)這類構(gòu)件的制作精度要求高，導(dǎo)致制作費(fèi)用增加，特別在澆注混凝土?xí)r， 無論采用何種精致的模板材料與支撐方法，都很難保證內(nèi)核與外圍之間的預(yù)留精度要求; (2)澆注混凝土等濕作業(yè)給制作與施工帶來了影響，其精度控制難度大；C3)涂裝在內(nèi)核構(gòu)件表面的隔離材料多采用環(huán)氧樹脂，品種單一，其耐久性差，易于從內(nèi)核表面脫離。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提出一種雙矩管對扣裝配式防屈曲支撐構(gòu)件，旨在提供一種新型裝配式支撐消能構(gòu)件，在小震時(shí)為結(jié)構(gòu)提供抗側(cè)剛度，并在中震和大震作用下保護(hù)主體結(jié)構(gòu)并有效耗能。申請人:也曾經(jīng)提出一種全鋼裝配式防屈曲支撐構(gòu)件[200910081817. 5]，采用四根槽形截面熱軋型鋼捆綁起來進(jìn)而約束一根“一”字形內(nèi)核構(gòu)件，可解決上述混凝土濕作業(yè)與精度控制方面的問題。除上述全鋼裝配式防屈曲支撐構(gòu)件[200910081817. 5]外，本專利提出的一種雙矩管對扣的新型裝配式防屈曲支撐構(gòu)件，也能徹底解決上述問題。這種雙矩管對扣裝配式防屈曲支撐構(gòu)件的外圍約束截面由兩根帶外伸鋼板帶的矩形鋼管捆綁組成，矩形鋼管內(nèi)可澆注混凝土 ；內(nèi)核受壓構(gòu)件采用低強(qiáng)度高延性的一字形截面低碳鋼板。外圍矩形鋼管的捆綁作用是通過在其外伸鋼板帶上的高強(qiáng)度螺栓連接而實(shí)現(xiàn)的，兩個(gè)外伸鋼板帶之間設(shè)置能穿過高強(qiáng)度螺栓的鋼墊板，鋼墊板的厚度大于內(nèi)核板的厚度，以保證高強(qiáng)度螺栓預(yù)張力不直接傳遞到內(nèi)核截面表面，而由外圍約束構(gòu)件與鋼墊板之間相互平衡。鋼墊板與外伸鋼板帶之間設(shè)置若干個(gè)圓形橡膠墊片，以幫助調(diào)節(jié)兩個(gè)矩形鋼管的連接間距，彌補(bǔ)構(gòu)件制作與安裝時(shí)產(chǎn)生的幾何偏差。外圍約束構(gòu)件與內(nèi)核構(gòu)件的表面之間采用硬質(zhì)橡膠隔離，其厚度控制在Imm 2mm，便能滿足內(nèi)核構(gòu)件受壓膨脹量的要求。一種雙矩管對扣裝配式防屈曲支撐構(gòu)件，其特征在于，含有一字形內(nèi)核構(gòu)件、約束方鋼管、鋼墊板、橡膠墊片、高強(qiáng)度螺栓；所述約束方鋼管由一塊平鋼板與一塊熱軋槽鋼通過焊接組成，或者由四塊平鋼板通過焊接組成，在兩根約束方鋼管的外伸鋼板帶上的相對應(yīng)的位置分別開螺栓孔；將兩根約束方鋼管分別置于一字形內(nèi)核構(gòu)件的兩側(cè)，使一字形內(nèi)核構(gòu)件兩端的外伸板件的長度相同，使兩根約束方鋼管的外伸鋼板帶上的螺栓孔對齊; 在約束方鋼管的外伸鋼板帶之間開有螺栓孔的位置放置鋼墊板，并在鋼墊板與外伸鋼板帶之間放置橡膠墊片；高強(qiáng)度螺栓穿過約束構(gòu)件上的螺栓孔、橡膠墊片與鋼墊板，通過施加螺栓預(yù)緊力將兩根約束方鋼管連為一體，形成一字形內(nèi)核構(gòu)件的外圍約束構(gòu)件；約束方鋼管的表面與一字形內(nèi)核構(gòu)件的表面間形成Imm 2mm的間隙，由粘貼在一字形內(nèi)核構(gòu)件表面的硬質(zhì)橡膠填充此間隙。這種雙矩管對扣裝配式防屈曲支撐構(gòu)件的一字形內(nèi)核構(gòu)件在端部進(jìn)行外擴(kuò)，其與框架構(gòu)件的連接采用通用做法；在一字形內(nèi)核構(gòu)件在端部的外伸板件上焊接兩塊翼板，形成十字形端面，在一字形內(nèi)核構(gòu)件的外伸板件上與翼板上開螺栓孔，與框架構(gòu)件的連接通過連接板及高強(qiáng)度螺栓實(shí)現(xiàn)。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)主要有(1)內(nèi)核構(gòu)件與外圍約束構(gòu)件采用現(xiàn)場裝配，由于采用螺栓連接，既方便現(xiàn)場裝配、節(jié)約成本，又可以通過增加與減少鋼墊板與外圍約束構(gòu)件之間的橡膠墊片的數(shù)量實(shí)現(xiàn)內(nèi)核構(gòu)件與外圍約束構(gòu)件表面之間距離的調(diào)整，從而使防屈曲構(gòu)件獲得最佳的滯回性能；( 外圍約束構(gòu)件的矩形鋼管內(nèi)可以澆注混凝土材料，這種直接在管內(nèi)澆注混凝土的形式比采用鋼與混凝土組合截面的防屈曲構(gòu)件在處理混凝土表面與內(nèi)核鋼板之間的精度控制方面更方便、更簡潔；(3)所有鋼構(gòu)件均可以在工廠制作，加工精度容易控制；(4)內(nèi)核構(gòu)件與外圍約束構(gòu)件二者表面之間采用硬質(zhì)橡膠隔離，不僅耐久性好，而且其制作厚度容易控制與調(diào)整；(5)補(bǔ)充了現(xiàn)有防屈曲支撐構(gòu)件的種類、外圍約束的截面形式以及連接方式，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與加固提供更大的選擇范圍；(6)地震后更換已發(fā)生屈服或者屈曲的防屈曲支撐構(gòu)件非常方便。

圖1為一種雙矩管對扣裝配式防屈曲支撐構(gòu)件的截面圖；圖2為約束方鋼管的截面分解圖，當(dāng)其由一塊平鋼板和一根熱軋槽鋼焊接而成時(shí)；圖3為約束方鋼管的截面分解圖，當(dāng)其由四塊平鋼板焊接而成時(shí)；圖4為約束構(gòu)件的螺栓連接的組成圖；圖5為一種雙矩管對扣裝配式防屈曲支撐構(gòu)件的三維圖；圖6為一種雙矩管對扣裝配式防屈曲支撐構(gòu)件的三維分解圖；圖7為一種雙矩管對扣裝配式防屈曲支撐構(gòu)件的局部組成以下結(jié)合附圖1 6，詳細(xì)說明本實(shí)用新型的實(shí)施方式。[0019]如圖1所示，一種雙矩管對扣裝配式防屈曲支撐構(gòu)件包括以下部件1——一字形內(nèi)核構(gòu)件；2——約束方鋼管；3——硬質(zhì)橡膠；4——鋼墊板；5——橡膠墊片；6——高強(qiáng)度螺栓；7——混凝土 ；如圖1、5、6所示，所述一字形內(nèi)核構(gòu)件(1)采用低強(qiáng)度高延性的平鋼板；如圖6所示，在一字形內(nèi)核構(gòu)件(1)被約束構(gòu)件(2)包裹的區(qū)域表面粘貼硬質(zhì)橡膠(3)；如圖1、5、6所示，所述約束方鋼管⑵共兩根，其尺寸均相同，其長度小于一字形內(nèi)核構(gòu)件(1)的長度；如圖2所示，所述約束構(gòu)件O)由一塊平鋼板(8)與一塊熱軋槽鋼 (9)通過焊接組成，并使得平鋼板(8)兩端分別形成兩道外伸鋼板帶(13)，或者如圖3所示，由四塊平鋼板(8)、(10)、(11)、(12)通過焊接組成，并使得與一字形內(nèi)核構(gòu)件⑴平行且毗鄰的平鋼板(8)的兩端分別形成兩道外伸鋼板帶(13)；如圖6所示，在兩根約束方鋼管⑵的外伸鋼板帶(13)上的相對應(yīng)的位置分別開螺栓孔(14)；如圖1、5所示，將兩根約束方鋼管(2)分別置于一字形內(nèi)核構(gòu)件(1)的兩側(cè)，并使得一字形內(nèi)核構(gòu)件(1)兩端的外伸板件的長度相同，同時(shí)使得兩根約束方鋼管O)的外伸鋼板帶(13)上的螺栓孔(14)對齊；如圖1、4所示，在約束方鋼管(2)的外伸鋼板帶(13) 之間開有螺栓孔(14)的位置放置鋼墊板G)，并在鋼墊板⑷與外伸鋼板帶(13)之間放置橡膠墊片(5)；高強(qiáng)度螺栓(6)穿過約束構(gòu)件上的螺栓孔(14)、橡膠墊片(5)與鋼墊板(4)， 通過施加螺栓預(yù)緊力將兩根約束方鋼管連為一體，形成一字形內(nèi)核構(gòu)件(1)的外圍約束構(gòu)件；鋼墊板(4)的厚度大于一字形內(nèi)核構(gòu)件(1)的板件厚度，并通過調(diào)節(jié)橡膠墊片(4)的厚度，使得在高強(qiáng)度螺栓的預(yù)緊力作用下約束方鋼管O)的表面與一字形內(nèi)核構(gòu)件(1)的表面間形成Imm 2mm的間隙，此間隙由粘貼在一字形內(nèi)核構(gòu)件(1)表面的硬質(zhì)橡膠(3)填充；如圖1、5所示，保持約束方鋼管O)的管內(nèi)中空，或在管內(nèi)澆注混凝土(7)；如圖5、6所示，所述雙矩管對扣裝配式防屈曲支撐構(gòu)件的端部采用通用做法，即一字形內(nèi)核構(gòu)件(1)在端部進(jìn)行外擴(kuò)，并在端部一字形內(nèi)核構(gòu)件(1)的外伸板件上焊接兩塊翼板(15)，形成十字形端面，與框架構(gòu)件的連接通過連接板及高強(qiáng)度螺栓實(shí)現(xiàn)；如圖7所示，為保證翼板(15)的平滑過渡，約束方鋼管(2)須開槽口，翼板(15)與約束方鋼管(2) 間須留有一定的距離g，g為大震作用下一字形內(nèi)核構(gòu)件(1)發(fā)生的最大壓縮變形的一半。對這種雙矩管對扣裝配式防屈曲支撐構(gòu)件的設(shè)計(jì)主要包括以下兩個(gè)方面(1)外圍約束構(gòu)件與內(nèi)核構(gòu)件約束比的要求約束比ζ定義為防屈曲支撐整體彈性屈曲荷載與內(nèi)核構(gòu)件屈服荷載的比值
,^(E1I1 +E2I2)/L2ζ 二^
4/yl其中，E1I1為內(nèi)核構(gòu)件的彎曲剛度，E2I2為外圍約束構(gòu)件的彎曲剛度，L為支撐的長度，A1為內(nèi)核構(gòu)件的截面面積，fyl為內(nèi)核構(gòu)件的鋼材屈服強(qiáng)度。取ζ在1. 8 2. 0之間，就能保證外圍約束構(gòu)件對內(nèi)核構(gòu)件產(chǎn)生足夠的約束作用。(2)外圍約束構(gòu)件的捆綁作用要求外圍約束構(gòu)件之間的連接須有一定的強(qiáng)度與剛度要求，即連接螺栓的大小以及螺栓設(shè)置的間距須滿足一定要求，以防止在內(nèi)核壓力達(dá)到屈服時(shí)外圍構(gòu)件之間的連接破壞而導(dǎo)致其捆綁作用失效。高強(qiáng)度螺栓連接的計(jì)算的原則是在考慮防屈曲支撐構(gòu)件具有一定幾何初始缺陷的情況下，其內(nèi)核構(gòu)件在反復(fù)荷載作用下不僅具有完整飽滿以及一定循環(huán)次數(shù)的滯回曲線，而且內(nèi)核構(gòu)件對外圍約束構(gòu)件的作用力不致使得外圍約束構(gòu)件的捆綁作用失效。為此， 高強(qiáng)度螺栓的連接計(jì)算可以按照外圍約束構(gòu)件達(dá)到其受彎極限承載力時(shí)螺栓所受到的最大剪力與最大拉力設(shè)計(jì)。螺栓連接的計(jì)算要考慮到防屈曲構(gòu)件分別繞兩個(gè)主軸彎曲的情況，當(dāng)繞y-y軸彎曲時(shí)，墊板的計(jì)算要考慮到防屈曲構(gòu)件內(nèi)核在其平面內(nèi)彎曲時(shí)對其墊板的最大推力作用。其墊板與螺栓的設(shè)計(jì)可以按照高強(qiáng)度螺栓承壓型連接計(jì)算。
權(quán)利要求1. 一種雙矩管對扣裝配式防屈曲支撐構(gòu)件，其特征在于，含有一字形內(nèi)核構(gòu)件、約束方鋼管、鋼墊板、橡膠墊片、高強(qiáng)度螺栓；所述約束方鋼管由一塊平鋼板與一塊熱軋槽鋼通過焊接組成，或者由四塊平鋼板通過焊接組成，在兩根約束方鋼管的外伸鋼板帶上的相對應(yīng)的位置分別開螺栓孔；將兩根約束方鋼管分別置于一字形內(nèi)核構(gòu)件的兩側(cè)，使一字形內(nèi)核構(gòu)件兩端的外伸板件的長度相同，使兩根約束方鋼管的外伸鋼板帶上的螺栓孔對齊；在約束方鋼管的外伸鋼板帶之間開有螺栓孔的位置放置鋼墊板，并在鋼墊板與外伸鋼板帶之間放置橡膠墊片；高強(qiáng)度螺栓穿過約束構(gòu)件上的螺栓孔、橡膠墊片與鋼墊板，通過施加螺栓預(yù)緊力將兩根約束方鋼管連為一體，形成一字形內(nèi)核構(gòu)件的外圍約束構(gòu)件；約束方鋼管的表面與一字形內(nèi)核構(gòu)件的表面間形成Irnm 2mm的間隙，由粘貼在一字形內(nèi)核構(gòu)件表面的硬質(zhì)橡膠填充此間隙。
專利摘要一種雙矩管對扣裝配式防屈曲支撐構(gòu)件，由一字形內(nèi)核構(gòu)件和外圍約束構(gòu)件組成。一字形內(nèi)核構(gòu)件采用低屈服點(diǎn)高延性平鋼板，并在其表面粘貼硬質(zhì)橡膠。外圍約束構(gòu)件由兩根帶外伸鋼板帶的約束方鋼管捆綁而成。捆綁作用通過對方鋼管進(jìn)行高強(qiáng)度螺栓連接實(shí)現(xiàn)，高強(qiáng)度螺栓穿過方鋼管的外伸鋼板帶上的螺栓孔及其之間布置的鋼墊板以及若干橡膠墊片，將兩根方鋼管連為一體。鋼墊板的厚度大于一字形內(nèi)核構(gòu)件的厚度，并通過調(diào)節(jié)橡膠墊片的厚度，使得在高強(qiáng)度螺栓預(yù)緊力下外圍約束構(gòu)件表面與一字形內(nèi)核構(gòu)件表面間保持1mm～2mm的間隙，該間隙由粘貼在一字形內(nèi)核構(gòu)件表面的硬質(zhì)橡膠填充，以滿足一字形內(nèi)核構(gòu)件受壓膨脹的需要。
文檔編號E04B1/98GK201933635SQ20102057401
公開日2011年8月17日 申請日期2010年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月15日
發(fā)明者王小安, 郭彥林 申請人:清華大學(xué)