一種采用纖維包裹約束的裝配式防屈曲支撐的制造方法
【專利摘要】一種采用纖維包裹約束的裝配式防屈曲支撐的制造方法，它涉及一種防屈曲支撐的裝配方法。本發(fā)明目的是要解決現(xiàn)有焊接連接裝配式防屈曲支撐存在對(duì)外包約束單元產(chǎn)生損傷，而且一旦焊接完成，外包單元不易分開(kāi)，分開(kāi)時(shí)也必將損壞外包單元的問(wèn)題；現(xiàn)有采用螺栓連接組裝的裝配式防屈曲支撐構(gòu)造復(fù)雜，加工制作精度要求高，構(gòu)件裝配難度大，且造價(jià)高的問(wèn)題。方法：一、焊接加勁肋板；二、制備U型外套槽鋼；三、U型外套槽鋼焊接端板；四、制備內(nèi)核單元木模；五、制備槽鋼混凝土外包單元；六、內(nèi)核單元無(wú)粘結(jié)處理；七、組裝包裹，即完成采用纖維包裹約束的裝配式防屈曲支撐。本發(fā)明主要用于采用纖維包裹約束的裝配式防屈曲支撐。
【專利說(shuō)明】一種采用纖維包裹約束的裝配式防屈曲支撐的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種防屈曲支撐的裝配方法。
【背景技術(shù)】
[0002]防屈曲支撐(Buckling Restrained Brace,BRB)克服了傳統(tǒng)的鋼支撐在地震荷載作用下容易發(fā)生屈曲的缺點(diǎn)，耗能能力和抗震性能得到了大大的提高。抑制屈曲支撐是針對(duì)壓屈問(wèn)題對(duì)普通支撐進(jìn)行改進(jìn)，它在內(nèi)核鋼支撐和外包構(gòu)件之間設(shè)置無(wú)粘結(jié)層形成無(wú)粘結(jié)滑移界面，它減少了接口的摩擦力，自由地拉伸壓縮時(shí)不傳遞剪力，而且只有內(nèi)核鋼支撐與框架結(jié)構(gòu)連接，以保證壓力和拉力都只由內(nèi)核鋼支撐承受。外包構(gòu)件約束內(nèi)核鋼支撐的橫向變形，防止內(nèi)核鋼支撐在壓力作用下發(fā)生整體屈曲和局部屈曲，極大地提高支撐的抗壓剛度和承載力。同時(shí)由于內(nèi)核鋼支撐和外包構(gòu)件之間采用無(wú)粘結(jié)處理，因此又稱為無(wú)粘結(jié)支撐(Unbonded steel Brace,UB)。防屈曲支撐在拉壓作用下可以達(dá)到充分屈服,拉壓作用下的承載能力基本一致，滯回曲線穩(wěn)定飽滿，在地震荷載下具有良好的滯回耗能性能，保證主體結(jié)構(gòu)在彈性范圍之內(nèi)工作，僅由其作為抗側(cè)力體系中專門設(shè)置的部件提供結(jié)構(gòu)延性和能量耗散，其受力明確，根據(jù)對(duì)其為結(jié)構(gòu)體系提供的附加剛度，附加阻尼和耗能能力的要求，通過(guò)調(diào)整內(nèi)核鋼支撐截面面積，非常方便地進(jìn)行設(shè)計(jì)。支撐構(gòu)件好比結(jié)構(gòu)體系中可更換的保險(xiǎn)絲，既可保護(hù)其他構(gòu)件免遭破壞，并且大震后，可以方便地更換損壞的支撐。同時(shí)防屈曲支撐非常適合已有建筑結(jié)構(gòu)的抗震加固。
[0003]與抗彎框架及偏心支撐框架結(jié)構(gòu)相比，由于防屈曲支撐優(yōu)良的抗側(cè)力及耗能能力，主體結(jié)構(gòu)震后依然可能保持完好；而抗彎框架主要利用結(jié)構(gòu)體系本身的彈塑性變形，震后修復(fù)困難，成本高；普通鋼支撐框架結(jié)構(gòu)如要防止支撐構(gòu)件受壓屈曲，需要加大構(gòu)件截面，很不經(jīng)濟(jì)。同時(shí)由于防屈曲支撐不存在其它阻尼器構(gòu)造復(fù)雜，受力機(jī)理復(fù)雜，維護(hù)困難，設(shè)計(jì)方法不易被建筑結(jié)構(gòu)工程師掌握等諸多缺點(diǎn)，它由常規(guī)的建筑材料混凝土和鋼構(gòu)成，材料容易獲得，而且生產(chǎn)加工和安裝可借鑒成熟的建筑生產(chǎn)施工工藝，性能可靠，設(shè)計(jì)施工簡(jiǎn)便易行，一般通過(guò)螺栓連接或鉸連接，可避免現(xiàn)場(chǎng)焊接及檢測(cè)。因此非常容易為結(jié)構(gòu)工程師接受。其綜合經(jīng)濟(jì)性也要高于抗彎框架和普通鋼支撐框架。
[0004]裝配式防屈曲支撐與傳統(tǒng)整體式防屈曲支撐的區(qū)別是通過(guò)對(duì)外包單元的分解與拼裝實(shí)現(xiàn)來(lái)完成構(gòu)件的組裝，這樣一來(lái)可以很方便地實(shí)現(xiàn)內(nèi)核單元損傷后的替換，以及外包單元的重復(fù)利用，而外包單元制作成本約占總成本的三分之二以上。并且這種分離式的外包約束單元加工制作易于質(zhì)量控制，能夠保證精度的要求
[0005]在《Subassemblage tests and finite element analyses of sandwichedbuck ling-restrained braces)) (Engineering Structures, 2010, 32:2108-2121.ChouChung-Che, Chen Sheng-Yang.)中Chou提出的裝配式防屈曲支撐有兩個(gè)組成部分:一個(gè)鋼板內(nèi)核單元和兩個(gè)相同的槽鋼混凝土約束單元，約束單元兩側(cè)焊接外突式連接鋼板，鋼板上沿長(zhǎng)度方向均勻設(shè)置若干螺栓孔，這樣采用螺栓便可以將兩部分拼裝連接在一起，兩個(gè)約束單元也就通過(guò)拆卸螺栓就能輕易地分解開(kāi)，在大震后受損的鋼芯也能被替換掉。約束構(gòu)件具有足夠的彎曲剛度能保證BRB具有穩(wěn)定的滯回性能、最大的抗壓承載力和累積塑性變形能力。
[0006]在〈〈An experimental study on steel-encased buckling-restrainedbrace hysteretic dampers.)) (Earthquake Engineering and StructuralDynamics, 2010, 39:561 - 581.Eryasar Mehmet Emrah and TopkayaCem.)中 Eryasar 對(duì)現(xiàn)有焊接或者螺栓連接的裝配式防屈曲支撐進(jìn)行了研究，外包約束單元包括槽型鋼、鋼管和鋼板，利用外包單元夾住內(nèi)核單元，再采用焊接或螺栓連接將兩部分外包單元連接在一起，完成防屈曲支撐的組裝。并且對(duì)屈曲約束機(jī)制進(jìn)行了研究，探討了支撐的螺栓預(yù)應(yīng)力、內(nèi)芯和外套筒填充物的構(gòu)造細(xì)節(jié)、內(nèi)芯的寬厚比和由于制造引起的幾何缺陷對(duì)防屈曲支撐性能的影響。
[0007]在〈〈Buckling-restrained brace using steel mortar planks; performanceevaluation as a hysteretic damper.)) (Earthquake engineering&structuraldynamics, 2006, 35 (14): 1807-1826.1wata M, MuraiM.)中對(duì)采用槽鋼混凝土作為的裝配式防屈曲支撐進(jìn)行了研究，通過(guò)將槽鋼較寬的翼緣焊接在另一個(gè)槽鋼較窄的翼緣上完成構(gòu)建的組裝，槽鋼內(nèi)填混凝土，并緊密夾住內(nèi)核單元。試驗(yàn)研究中分析了采用不同約束比及不同寬厚比的構(gòu)件，研究其耗能性能與延性，并且給出其設(shè)計(jì)方法。試驗(yàn)研究結(jié)果表明，試件具有良好的滯回性能。
[0008]在《型鋼組合裝配式防屈曲支撐性能及設(shè)計(jì)方法研究》(建筑結(jié)構(gòu)，2010，40 (I):30-37.郭彥林，江磊鑫.)和《裝配式防屈曲支撐設(shè)計(jì)理論的研究進(jìn)展》(建筑科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2013(1): 1-12.郭彥林，張博浩，王小安，等.)中郭彥林等設(shè)計(jì)出型鋼組合裝配式防屈曲支撐。利用槽鋼、工字鋼、鋼管、鋼管混凝土、鋼板的有機(jī)組合形成外包約束單元，外包約束單元的連接和組裝依靠螺栓實(shí)現(xiàn)，構(gòu)造復(fù)雜且不易實(shí)現(xiàn)，同時(shí)需要在型鋼上鉆螺栓孔對(duì)型鋼損傷較大，并且由于螺栓的大量使用導(dǎo)致造價(jià)較高。研究中給出了防屈曲支撐的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并且討論了約束比變化、螺栓強(qiáng)度及間隙對(duì)防屈曲支撐性能的影響。
[0009]在〈〈Overall buckling behavior of all-steel buckling restrainedbraces.))(Journal of Constructional Steel Research, 2012, 79:151-158.Hoveidae N, RafezyB.)中通過(guò)有限元分析研究了全鋼裝配式防屈曲支撐。利用槽鋼和鋼板的組合形成外包約束單元，構(gòu)件構(gòu)造形式不盡合理，其缺點(diǎn)與《型鋼組合裝配式防屈曲支撐性能及設(shè)計(jì)方法研究》和《裝配式防屈曲支撐設(shè)計(jì)理論的研究進(jìn)展》中郭彥林等提出的防屈曲支撐構(gòu)件缺點(diǎn)相同。通過(guò)改變影響防屈曲支撐的不同參數(shù)，對(duì)其性能進(jìn)行了分析。分析結(jié)果表明，抗彎剛度可以顯著地影響防屈曲支撐的整體穩(wěn)定性。同時(shí)也提出了設(shè)計(jì)中的最小約束比值。
[0010]為改善防屈曲支撐的抗腐蝕性能以及今年來(lái)鋁合金材料的廣泛應(yīng)用，在〈〈Evaluating the influence of stoppers on the low-cycle fatigueproperties of high-performance buckling-restrained braces.)) (EngineeringStructures, 2012, 41:167-176.Wang CL, Usami T, Funayama J.)和〈〈Low-cycle fatiguetesting of extruded aluminium alloy buckling-restrained braces.)) (EngineeringStructures, 2013, 46:294-301.Wang CL, Usami T, Funayama J, etal.)中 Wang 等人提出了鋁合金防屈曲支撐，該防屈曲支撐利用了鋁合金易于變形及耐久性等影響。利用兩塊鋼板夾住內(nèi)核單元，并利用螺栓進(jìn)行拼裝，加工精度要求高，構(gòu)件裝配難度大，同樣由于螺栓的大量使用導(dǎo)致造價(jià)較高。通過(guò)試驗(yàn)研究了其低周疲勞性能及塑性損傷發(fā)展。文獻(xiàn)給出了基于應(yīng)變的損傷評(píng)估公式。
[0011]縱觀國(guó)內(nèi)外關(guān)于防屈曲支撐的研究現(xiàn)狀，可以看出:裝配式防屈曲支撐依靠焊接或螺栓連接的方法進(jìn)行構(gòu)件的組裝，焊接的方法本身會(huì)對(duì)外包約束單元產(chǎn)生損傷，而且一旦焊接完成，外包單元不易分開(kāi)，分開(kāi)時(shí)也必將損壞外包單元。這樣，裝備式防屈曲支撐地震后可替換損傷的內(nèi)核單元的優(yōu)點(diǎn)很難得以發(fā)揮。采用螺栓連接組裝裝配式防屈曲支撐需要在外包單元設(shè)置連接裝置，并且兩部分外包單元上的連接件要在組裝時(shí)準(zhǔn)確對(duì)位才能穿過(guò)螺栓完成拼裝。而且連接裝置延外包單元長(zhǎng)度方向設(shè)置多組才能保證連接的牢固性，保證兩部分外包構(gòu)件的協(xié)同工作。因此采用螺栓連接組裝的裝配式防屈曲支撐構(gòu)造復(fù)雜，力口工制作精度要求高，構(gòu)件裝配難度大，且由于采用多組連接件及螺栓組裝造價(jià)較高。
[0012]發(fā)明目的
[0013]本發(fā)明目的是要解決現(xiàn)有焊接連接裝配防屈曲支撐存在對(duì)外包約束單元產(chǎn)生損傷，而且一旦焊接完成，外包單元不易分開(kāi)，分開(kāi)時(shí)也必將損壞外包單元的問(wèn)題；現(xiàn)有采用螺栓連接組裝的裝配式防屈曲支撐構(gòu)造復(fù)雜，加工制作精度要求高，構(gòu)件裝配難度大，且造價(jià)高的問(wèn)題；而提供一種采用纖維包裹約束的裝配式防屈曲支撐的制造方法。
[0014]一種采用纖維包裹約束的裝配式防屈曲支撐的制造方法，具體是按以下步驟完成的:
[0015]一、焊接加勁肋板:在防屈曲支撐的內(nèi)核單元非屈服段焊接加勁肋板，得到帶加勁肋板的防屈曲支撐內(nèi)核單元；二、制備U型外套槽鋼:根據(jù)步驟一得到的帶加勁肋板的防屈曲支撐內(nèi)核單元利用冷彎加工技術(shù)制備兩個(gè)完全相同的U型外套槽鋼，且得到的U型外套槽鋼兩翼高度之差為槽鋼翼緣高度的1/3 ;三、U型外套槽鋼焊接端板:依據(jù)步驟一得到的帶加勁肋板的防屈曲支撐內(nèi)核單元制備端板，然后將端板焊接在步驟二得到的U型外套槽鋼的兩端，得到外套槽鋼；四、制備內(nèi)核單元木模:依據(jù)步驟一得到的帶加勁肋板的防屈曲支撐內(nèi)核單元制備與步驟一得到的帶加勁肋板的防屈曲支撐內(nèi)核單元形狀完全相同的木模，得到內(nèi)核單元木模；五、制備槽鋼混凝土外包單元:向外套槽鋼中澆鑄混凝土，然后將內(nèi)核單元木模壓入混凝土中，澆鑄的混凝土 26?30天后拆除內(nèi)核單元木模，然后對(duì)外套槽鋼內(nèi)混凝土表面進(jìn)行打磨處理，即得到兩個(gè)槽鋼混凝土外包單元；六、無(wú)粘結(jié)處理:以聚氯乙烯塑料膜作為無(wú)粘結(jié)材料對(duì)步驟一得到的帶加勁肋板的防屈曲支撐內(nèi)核單元進(jìn)行無(wú)粘結(jié)處理，得到無(wú)粘結(jié)處理后的防屈曲支撐內(nèi)核單元；七、組裝包裹:利用步驟五得到的兩個(gè)槽鋼混凝土外包單元將步驟六得到的無(wú)粘結(jié)處理后防屈曲支撐內(nèi)核單元夾住組裝在一起，然后對(duì)兩個(gè)槽鋼混凝土外包單元進(jìn)行定位點(diǎn)焊，再利用纖維布對(duì)組裝后的裝配式防屈曲支撐進(jìn)行包裹約束和固定，完成兩部分外包約束單元的連接，得到裝配式防屈曲支撐，裝配式
防屈曲支撐表面纖維布層厚度滿足Λ > #，式中，ts是纖維布層厚度，fc是外包單元混凝
土抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，匕是內(nèi)核單元鋼板的寬度，fF是纖維布抗拉強(qiáng)度，利用樹(shù)脂膠對(duì)纖維布的進(jìn)行膠粘，即完成采用纖維包裹約束的裝配式防屈曲支撐。
[0016]本發(fā)明優(yōu)點(diǎn):一、本發(fā)明采用纖維布作為包裹約束連接材料，采用纖維布包裹的方法組裝防屈曲支撐解決了焊接的方法以及在外包單元上設(shè)置連接件對(duì)外包約束單元產(chǎn)生的損傷，也解決了螺栓連接需設(shè)置構(gòu)造復(fù)雜的連接件，加工制作精度要求高的問(wèn)題。二、利用纖維布連接外包單元裝配防屈曲支撐簡(jiǎn)便易行，解決焊接和螺栓連接操作難度大的問(wèn)題，并且十分適合工程現(xiàn)場(chǎng)操作。纖維布及配套的樹(shù)脂膠作為連接裝配材料價(jià)格低廉，尤其解決了螺栓連接造價(jià)較高的問(wèn)題，后者需設(shè)置多組連接件和使用大量螺栓。三、作為震后檢測(cè)和替換的需要，纖維布易于剖開(kāi)從而分離外包約束單元，檢測(cè)和替換內(nèi)核單元，也解決了焊接連接的裝配式防屈曲支撐外包單元不易分開(kāi)，震后內(nèi)核單元不易檢測(cè)替換的問(wèn)題。四、纖維布作為外包材料也解決了外包鋼管耐腐蝕性差的問(wèn)題，外包鋼管無(wú)需額外再做防腐處理。五、采用纖維布作為包裹約束連接材料研發(fā)了新型裝配式防屈曲支撐，首先穩(wěn)定性及強(qiáng)度兩個(gè)方面都滿足防屈曲支撐設(shè)計(jì)的要求。由于外包約束單元的剛度貢獻(xiàn)，新型裝配式防屈曲支撐克服了傳統(tǒng)鋼支撐容易發(fā)生受壓整體屈曲的缺點(diǎn)，內(nèi)核構(gòu)件的橫向變形被外包約束單元緊密地約束，也不易發(fā)生高模態(tài)屈曲，拉壓作用下都可以達(dá)到屈服，拉壓承載力近似相等，在經(jīng)歷多次循環(huán)荷載后，也不會(huì)發(fā)生強(qiáng)度和剛度的退化，滯回曲線穩(wěn)定飽滿，具有良好的延性、疲勞性能和耗能能力。 【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是【具體實(shí)施方式】一所述的纖維包裹約束的裝配式防屈曲支撐的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是圖1的A-A剖面圖；
[0019]圖3是圖1的B-B剖面圖；
[0020]圖4是本試驗(yàn)得到的纖維包裹約束裝配式防屈曲支撐內(nèi)核單元最終的破壞形式；
[0021]圖5是有限元分析得到的纖維包裹約束裝配式防屈曲支撐內(nèi)核單元極限應(yīng)力狀態(tài)；
[0022]圖6是滯回曲線圖，圖6中一表示本試驗(yàn)得到的纖維包裹約束的裝配式防屈曲支撐的滯回曲線圖，圖6中——表示有限元分析得到的滯回曲線圖；
[0023]圖7是骨架曲線圖，圖7中▲表示本試驗(yàn)得到的纖維包裹約束的裝配式防屈曲支撐的滯回曲線圖，圖7中.表示有限元分析得到的滯回曲線圖；
[0024]圖8是能量耗散系數(shù)曲線圖，圖8中▲表示本試驗(yàn)得到的纖維包裹約束的裝配式防屈曲支撐的能量耗散系數(shù)曲線圖，圖8中.表示有限元分析得到的能量耗散系數(shù)曲線圖；
[0025]圖9是割線剛度曲線圖，圖9中▲表示本試驗(yàn)得到的纖維包裹約束的裝配式防屈曲支撐的割線剛度曲線圖，圖9中表示有限元分析得到的割線剛度曲線圖；
[0026]圖10是本試驗(yàn)得到的纖維包裹約束的裝配式防屈曲支撐內(nèi)核單元最終的破壞形式；
[0027]圖11是有限元分析得到的纖維包裹約束裝配式防屈曲支撐內(nèi)核單元極限應(yīng)力狀態(tài)；
[0028]圖12是滯回曲線圖，圖12中一表示本試驗(yàn)得到的纖維包裹約束的裝配式防屈曲支撐的滯回曲線圖，圖12中——表示有限元分析得到的滯回曲線圖；
[0029]圖13是骨架曲線圖，圖13中▲表示本試驗(yàn)得到的纖維包裹約束的裝配式防屈曲支撐的滯回曲線圖，圖13中.表示有限元分析得到的滯回曲線圖；
[0030]圖14是能量耗散系數(shù)曲線圖，圖14中▲表示本試驗(yàn)得到的纖維包裹約束的裝配式防屈曲支撐的能量耗散系數(shù)曲線圖，圖14中表示有限元分析得到的能量耗散系數(shù)曲線圖；
[0031]圖15是割線剛度曲線圖，圖15中▲表示本試驗(yàn)得到的纖維包裹約束的裝配式防屈曲支撐的割線剛度曲線圖，圖15中.表示有限元分析得到的割線剛度曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1、2和3，本實(shí)施方式是一種采用纖維包裹約束的裝配式防屈曲支撐的制造方法，具體是按以下步驟完成的:一、焊接加勁肋板:在防屈曲支撐的內(nèi)核單元非屈服段焊接加勁肋板，得到帶加勁肋板的防屈曲支撐內(nèi)核單元；二、制備U型外套槽鋼:根據(jù)步驟一得到的帶加勁肋板的防屈曲支撐內(nèi)核單元利用冷彎加工技術(shù)制備兩個(gè)完全相同的U型外套槽鋼，且得到的U型外套槽鋼兩翼高度之差為槽鋼翼緣高度的1/3 ；三、U型外套槽鋼焊接端板:依據(jù)步驟一得到的帶加勁肋板的防屈曲支撐內(nèi)核單元制備端板，然后將端板焊接在步驟二得到的U型外套槽鋼的兩端，得到外套槽鋼；四、制備內(nèi)核單元木模:依據(jù)步驟一得到的帶加勁肋板的防屈曲支撐內(nèi)核單元制備與步驟一得到的帶加勁肋板的防屈曲支撐內(nèi)核單元形狀完全相同的木模，得到內(nèi)核單元木模；五、制備槽鋼混凝土外包單元:向外套槽鋼中澆鑄混凝土，然后將內(nèi)核單元木模壓入混凝土中，澆鑄的混凝土 26~30天后拆除內(nèi)核單元木模，然后對(duì)外套槽鋼內(nèi)混凝土表面進(jìn)行打磨處理，即得到兩個(gè)槽鋼混凝土外包單元；六、無(wú)粘結(jié)處理:以聚氯乙烯塑料膜作為無(wú)粘結(jié)材料對(duì)步驟一得到的帶加勁肋板的防屈曲支撐內(nèi)核單元進(jìn)行無(wú)粘結(jié)處理，得到無(wú)粘結(jié)處理后的防屈曲支撐內(nèi)核單元；七、組裝包裹:利用步驟五得到的兩個(gè)槽鋼混凝土外包單元將步驟六得到的無(wú)粘結(jié)處理后防屈曲支撐內(nèi)核單元夾住組裝在一起，然后對(duì)兩個(gè)槽鋼混凝土外包單元進(jìn)行定位點(diǎn)焊，再利用纖維布對(duì)組裝后的裝配式防屈曲支撐進(jìn)行包裹約束和固定，完成兩部分外包約束單元的連接，得到裝配式防屈曲支撐，裝配式防屈曲支撐表面纖維布層厚度滿足:
ts≥fcb1/6fF，式中，ts是纖維布層厚度，fc是外包單元混凝土抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，匕是內(nèi)核單元鋼
板的寬度，fF是纖維布抗拉強(qiáng)度，利用樹(shù)脂膠對(duì)纖維布的進(jìn)行膠粘，即完成采用纖維包裹約束的裝配式防屈曲支撐。
[0033]圖1是【具體實(shí)施方式】一所述的纖維包裹約束的裝配式防屈曲支撐的結(jié)構(gòu)示意圖；圖1中a表示帶加勁肋板的防屈曲支撐內(nèi)核單元，圖1中b兩個(gè)表示槽鋼混凝土外包單元，圖1中c表示纖維包覆層；圖2是圖1的A-A剖面圖；圖2中a表示帶加勁肋板的防屈曲支撐內(nèi)核單元，圖2中b兩個(gè)表示槽鋼混凝土外包單元，圖2中c表示纖維包覆層；圖3是圖1的B-B剖面圖；圖3中a表示帶加勁肋板的防屈曲支撐內(nèi)核單元，圖3中b兩個(gè)表示槽鋼混凝土外包單元，圖3中c表示纖維包覆層。
[0034]原理:防屈曲支撐的內(nèi)核單元在車床上車出一字板。非屈服段的加勁肋板通過(guò)刨床、銑床進(jìn)行圓弧過(guò)渡，以防止發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。最后采用圓弧焊將非屈服段的加勁肋板焊接在內(nèi)核單元鋼板上。外套槽鋼首先在機(jī)床上沿鋼板軋制方向切割出指定尺寸鋼板，然后對(duì)其進(jìn)行冷彎加工，形成U型槽，其中槽型鋼一側(cè)翼緣高于另一側(cè)，其目的是兩部分外包約束單元組裝一起時(shí)，兩部分構(gòu)件不易出現(xiàn)相對(duì)滑動(dòng)。并在制作好槽鋼后兩端焊接端板。防屈曲支撐需要內(nèi)核單元與約束單元之間留有空隙作為內(nèi)核單元受壓時(shí)橫向變形的空間，避免出現(xiàn)構(gòu)件拉壓承載力過(guò)大的不平衡。根據(jù)內(nèi)核單元尺寸及內(nèi)核單元與混凝土之間的間隙，在槽鋼中澆鑄混凝土后，將木模板壓入未硬化的混凝土中，形成合適的預(yù)留空間。澆筑的混凝土 26~30天標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)后，拆除模板并對(duì)不平表面進(jìn)行打磨。這樣就制作完成了與內(nèi)核單元構(gòu)造形式相匹配的裝配式外包約束單元。為防止內(nèi)核與約束單元的混凝土接觸后，產(chǎn)生摩擦力，進(jìn)而影響防屈曲支撐的力學(xué)性能，采用聚氯乙烯塑料膜作為無(wú)粘結(jié)材料在內(nèi)核單元表面包裹兩層。無(wú)粘結(jié)處理后，進(jìn)行組裝，將兩部分外包單元夾住內(nèi)核單元完成拼裝，并對(duì)兩個(gè)分離的約束單元進(jìn)行定位點(diǎn)焊，利于后期的纖維布的包裹與固定。對(duì)防屈曲支撐外包單元外包纖維布，進(jìn)行外包單元的連接并形成約束作用。
[0035]本實(shí)施方式利用纖維布對(duì)夾住內(nèi)核單元的外包約束單元進(jìn)行緊密地包裹，將外包單元連接在一起形成一個(gè)整體，并對(duì)內(nèi)核單元形成了有效的約束，這樣便完成了裝配式防屈曲支撐的組裝。首先，采用纖維布包裹的方法組裝防屈曲支撐簡(jiǎn)便易行，相對(duì)焊接和螺栓連接易于操作。對(duì)外包單元無(wú)損傷，無(wú)需設(shè)置構(gòu)造復(fù)雜的連接件，加工制作精度要求低；其次，拼裝用的纖維布及樹(shù)脂膠價(jià)格低廉，用量也很小(一般包裹三層即可)，無(wú)需采用大量焊接材料或螺栓進(jìn)行連接，也省去了在外包單元上設(shè)置連接件，可降低裝配式防屈曲支撐制作成本；再次，采用纖維布作為包裹約束材料的新型防屈曲支撐一方面在震后的易于檢測(cè)和修復(fù)，可通過(guò)剖開(kāi)纖維材料分離外包約束構(gòu)件來(lái)檢測(cè)和替換受損的內(nèi)核單元，替換后在外包單元上重新包裹纖維布便可加工制作成新的防屈曲支撐供工程應(yīng)用。焊接連接的裝配式防屈曲支撐很難拆解，螺栓連接的裝配式防屈曲支撐的拆解拼裝也不易操作；最后，纖維布作為外包材料也解決了外包鋼管耐腐蝕性差易生銹的問(wèn)題，外包鋼管不必再做防腐防銹處理。
[0036]本實(shí)施方式得到的纖維包裹約束的裝配式防屈曲支撐適用溫度一般都在-50~+150°C，因此可適應(yīng)任何一般的室內(nèi)及室外環(huán)境，對(duì)于極端的溫度環(huán)境，可采用改性環(huán)氧耐高溫樹(shù)脂膠，其使用溫度工作溫度為-50~+240°C，采用新型樹(shù)脂、特殊固化劑和填料可配制出耐超低溫膠(-196°C )、耐高溫膠(350°C )。
[0037]本實(shí)施方式得到的纖維包裹約束的裝配式防屈曲支撐，室溫條件下吸水率〈1%，在正常的20%~100%的濕度環(huán)境下，可以使用，但是在水下環(huán)境中不能使用(由于樹(shù)脂膠本身存在的缺陷，導(dǎo)致無(wú)法在水下環(huán)境中使用)。
[0038]本實(shí)施方式得到的纖維包裹約束的裝配式防屈曲支撐在防屈支撐的設(shè)計(jì)過(guò)程中，要確保防屈曲支撐構(gòu)件的整體穩(wěn)定承載高于內(nèi)核單元的極限承載力。在外包單元不發(fā)生失穩(wěn)的條件下，不會(huì)由于外包單元的彎曲導(dǎo)致纖維布中的纖維絲被拉斷。
[0039]同時(shí)考慮內(nèi)核單元受壓膨脹會(huì)對(duì)外包約束單元產(chǎn)生擠壓，為保證纖維布能起到良好的約束效果，保守地認(rèn)為混凝土開(kāi)裂破壞退出工作，而由纖維布的環(huán)向拉力與內(nèi)核單元側(cè)向膨脹力相平衡，因此纖維布層的厚度滿足式(I)要求時(shí)，即可滿足在使用過(guò)程中不發(fā)生斷裂，
【權(quán)利要求】
1.一種采用纖維包裹約束的裝配式防屈曲支撐的制造方法，其特征在于采用纖維包裹約束的裝配式防屈曲支撐的制造方法是按以下步驟完成的:一、焊接加勁肋板:在防屈曲支撐的內(nèi)核單元非屈服段焊接加勁肋板，得到帶加勁肋板的防屈曲支撐內(nèi)核單元；二、制備U型外套槽鋼:根據(jù)步驟一得到的帶加勁肋板的防屈曲支撐內(nèi)核單元利用冷彎加工技術(shù)制備兩個(gè)完全相同的U型外套槽鋼，且得到的U型外套槽鋼兩翼高度之差為槽鋼翼緣高度的1/3 ;三、U型外套槽鋼焊接端板:依據(jù)步驟一得到的帶加勁肋板的防屈曲支撐內(nèi)核單元制備端板，然后將端板焊接在步驟二得到的U型外套槽鋼的兩端，得到外套槽鋼；四、制備內(nèi)核單元木模:依據(jù)步驟一得到的帶加勁肋板的防屈曲支撐內(nèi)核單元制備與步驟一得到的帶加勁肋板的防屈曲支撐內(nèi)核單元形狀完全相同的木模，得到內(nèi)核單元木模；五、制備槽鋼混凝土外包單元:向外套槽鋼中澆鑄混凝土，然后將內(nèi)核單元木模壓入混凝土中，澆鑄的混凝土 26?30天后拆除內(nèi)核單元木模，然后對(duì)外套槽鋼內(nèi)混凝土表面進(jìn)行打磨處理，即得到兩個(gè)槽鋼混凝土外包單元；六、無(wú)粘結(jié)處理:以聚氯乙烯塑料膜作為無(wú)粘結(jié)材料對(duì)步驟一得到的帶加勁肋板的防屈曲支撐內(nèi)核單元進(jìn)行無(wú)粘結(jié)處理，得到無(wú)粘結(jié)處理后的防屈曲支撐內(nèi)核單元；七、組裝包裹:利用步驟五得到的兩個(gè)槽鋼混凝土外包單元將步驟六得到的無(wú)粘結(jié)處理后防屈曲支撐內(nèi)核單元夾住組裝在一起，然后對(duì)兩個(gè)槽鋼混凝土外包單元進(jìn)行定位點(diǎn)焊，再利用纖維布對(duì)組裝后的裝配式防屈曲支撐進(jìn)行包裹約束和固定，完成兩部分外包約束單元的連接，得到裝配式防屈曲支撐，裝配式防屈曲支撐表面纖維布層厚度滿足:K ，式中，ts是纖維布層厚度，f。是外包單元混凝土抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，h是內(nèi)核單元鋼板的寬度，fF是纖維布抗拉強(qiáng)度，利用樹(shù)脂膠對(duì)纖維布的進(jìn)行膠粘，即完成采用纖維包裹約束的裝配式防屈曲支撐。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用纖維包裹約束的裝配式防屈曲支撐的制造方法，其特征在于步驟一中所述的內(nèi)核單元和加勁肋板是利用刨床和銑床制備的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用纖維包裹約束的裝配式防屈曲支撐的制造方法，其特征在于步驟五中向外套槽鋼中澆鑄混凝土，然后將內(nèi)核單元木模壓入混凝土中，澆鑄的混凝土 28天后拆除內(nèi)核單元木模，然后對(duì)外套槽鋼內(nèi)混凝土表面進(jìn)行打磨處理，即得到兩個(gè)槽鋼混凝土外包單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用纖維包裹約束的裝配式防屈曲支撐的制造方法，其特征在于步驟七中所述的纖維布為碳纖維布或玄武巖纖維布。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種采用纖維包裹約束的裝配式防屈曲支撐的制造方法，其特征在于步驟七中所述利用樹(shù)脂膠對(duì)纖維布的進(jìn)行膠粘具體是按以下操作完成的:在兩個(gè)槽鋼混凝土外包單元外表面均勻涂抹樹(shù)脂膠，纖維布對(duì)裝配式防屈曲支撐進(jìn)行包裹約束和固定時(shí)，各層纖維布之間均勻涂抹樹(shù)脂膠進(jìn)行膠粘。
【文檔編號(hào)】E04B1/98GK103541457SQ201310507073
【公開(kāi)日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月24日
【發(fā)明者】賈明明, 呂大剛, 陸斌斌 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)