端部焊接式混凝土套管防屈曲耗能支撐構(gòu)件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用性涉及一種防屈曲支撐構(gòu)件，具體地說(shuō)是一種端部焊接式混凝土套管防屈曲耗能支撐構(gòu)件。
【背景技術(shù)】
[0002]最近幾十年時(shí)間以來(lái)，防屈曲耗能支撐在美國(guó)、日本、我國(guó)臺(tái)灣等國(guó)家和地區(qū)應(yīng)用較多。防屈曲耗能支撐由于其獨(dú)特的構(gòu)造形式使得其在軸向反復(fù)荷載作用下均能不發(fā)生屈曲的支撐，與傳統(tǒng)支撐相比具有更穩(wěn)定的力學(xué)性能。耗能減震結(jié)構(gòu)體系不僅可以利用防屈曲耗能支撐提高結(jié)構(gòu)的剛度和延性，而且可以利用鋼材屈服后滯回耗能性能消耗輸入到結(jié)構(gòu)上的能量，對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震能力提高有很大的意義。1995年神戶地震后，防屈曲支撐體系在日本被大量使用，截至目前已經(jīng)超過(guò)300棟建筑使用了防屈曲耗能支撐；在美國(guó)也有30余棟建筑應(yīng)用；在我國(guó)的臺(tái)灣地區(qū)應(yīng)用也較多。防屈曲耗能支撐有關(guān)的技術(shù)及設(shè)計(jì)方法研宄有十幾年的時(shí)間，但在國(guó)內(nèi)研宄應(yīng)用尚處于初級(jí)階段，且防屈曲支撐產(chǎn)品造價(jià)偏高，故該項(xiàng)技術(shù)仍處于發(fā)展階段。
[0003]一般的防屈曲耗能支撐由五部分構(gòu)成:約束屈服段、約束非屈服段、無(wú)約束非屈服段、無(wú)粘結(jié)可膨脹材料及外圍約束結(jié)構(gòu)。防屈曲耗能支撐的形式多樣，但工作原理基本相似:支撐在外力作用下，荷載全部由內(nèi)芯承受，芯材在軸向拉力或壓力作用下能屈服耗能，而外圍的約束機(jī)構(gòu)提供芯材彎曲限制，避免芯材受壓是屈曲。由于泊松效應(yīng)，芯材受壓時(shí)能發(fā)生膨脹，因此在芯材和屈曲約束機(jī)構(gòu)之間設(shè)有縫隙，以減小芯材受力時(shí)對(duì)約束結(jié)構(gòu)造成的擠壓。
[0004]現(xiàn)有的防屈曲耗能支撐多采用鋼管混凝土 (或鋼管砂漿)套管作為防屈曲耗能支撐的外圍約束單元，由于鋼材在防火性、套管表面耐久性、材料及加工經(jīng)濟(jì)性方面存在不足。故以鋼筋混凝土套管作為約束機(jī)構(gòu)代替鋼管混凝土套管的防屈曲耗能支撐越來(lái)越受到工程界的關(guān)注。
[0005]鋼筋混凝土套管防屈曲耗能支撐采用鋼筋混凝土作為外圍約束機(jī)構(gòu)，內(nèi)芯單元采用“一”字型、“十”字型截面，鋼內(nèi)芯可以采用鋼板焊接而成，也可以采用雙等邊角鋼焊接成“十”字型截面，內(nèi)芯單元與外圍約束結(jié)構(gòu)之間設(shè)置縫隙或粘結(jié)脫粘材料。
[0006]現(xiàn)有鋼筋混凝土套管防屈曲耗能支撐存在如下問(wèn)題:第一，當(dāng)內(nèi)芯單元為“十”字形雙角鋼組合截面時(shí)，由于耗能鋼芯無(wú)約束非屈服段與約束屈服段的截面尺寸相差較大，故加工內(nèi)芯單元時(shí)需要對(duì)角鋼進(jìn)行截面局部消弱，以便使同一角鋼滿足無(wú)約束屈服段與約束屈服段截面面積比的要求，該加工過(guò)程通常采用線切割數(shù)控等加工工藝，該加工過(guò)程費(fèi)用較高，而且切割邊由于熱應(yīng)力的影響會(huì)大大降低內(nèi)芯單元低周期疲勞壽命，當(dāng)內(nèi)芯單元進(jìn)入塑性應(yīng)變時(shí)此類問(wèn)題尤為突出，會(huì)造成十字型內(nèi)芯單元在地震過(guò)程中提前發(fā)生斷裂而不能夠充分發(fā)揮其耗能作用，這種焊接所造成的對(duì)低周疲勞壽命的影響也是研宄人員無(wú)法準(zhǔn)確估計(jì)的。第二，其端部與節(jié)點(diǎn)板連接多采用螺栓連接，該連接方式存在以下問(wèn)題:(1)、當(dāng)端部采用螺栓連接時(shí)，由于螺栓連接強(qiáng)度及構(gòu)造的需要，往往造成內(nèi)芯單元無(wú)約束非屈服段較長(zhǎng)，這樣易造成連接端部扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)，出現(xiàn)端部破壞先于構(gòu)件破壞前，使構(gòu)件不能充分發(fā)揮其耗能作用；(2)、由理論分析可得，防屈曲耗能支撐整體失穩(wěn)極限承載力隨著內(nèi)芯單元與外圍約束結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度比的增大而減小，當(dāng)采用該種連接方式時(shí)，內(nèi)芯單元長(zhǎng)度與外圍約束單元長(zhǎng)度相差較大，使得外圍約束機(jī)構(gòu)約束性能得不到充分發(fā)揮，防屈曲耗能支撐整體失穩(wěn)極限承載力較低，構(gòu)件約束比較低，內(nèi)芯單元滯回耗能效果較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實(shí)用新型的目的就是提供一種端部焊接式混凝土套管防屈曲耗能支撐構(gòu)件，以解決現(xiàn)有防屈曲支撐難以充分發(fā)揮耗能作用的問(wèn)題。
[0008]本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種端部焊接式混凝土套管防屈曲耗能支撐構(gòu)件，包括內(nèi)芯耗能單元、外圍約束單元以及設(shè)置于二者間的無(wú)粘結(jié)材料體；
[0009]所述內(nèi)芯耗能單元由設(shè)置于中部的約束屈服段、設(shè)置于兩端的無(wú)約束非屈服段以及設(shè)置在所述約束屈服段與所述無(wú)約束非屈服段連接處的約束非屈服段三部分所組成；
[0010]所述外圍約束單元是在鋼筋籠上澆筑混凝土所形成的鋼筋混凝土套管，所述外圍約束單元套接在所述內(nèi)芯耗能單元的外圍；
[0011]所述無(wú)粘結(jié)材料體為硅膠板。
[0012]所述約束屈服段是由兩節(jié)角鋼通過(guò)頂角焊接組成一個(gè)十字截面的長(zhǎng)條體；所述無(wú)約束非屈服段是由鋼板焊接組成一個(gè)十字截面的短條體；所述約束屈服段的十字截面與所述無(wú)約束非屈服段的十字截面以軸線對(duì)中和十字相對(duì)的方式相對(duì)接；所述約束非屈服段是鋼制的傳力肋板，以斜搭接的方式焊接在所述約束屈服段與所述無(wú)約束非屈服段對(duì)接處的相鄰兩直角邊上。
[0013]所述無(wú)約束非屈服段的十字截面的每個(gè)單邊的高度大于所述約束屈服段的十字截面的每個(gè)單邊的高度。
[0014]本實(shí)用新型中的內(nèi)芯耗能單元加工方便，加工步驟少，焊接量小，力學(xué)性能優(yōu)越，且便于分析設(shè)計(jì)，能保證外圍約束單元的性能充分發(fā)揮，進(jìn)而提高防屈曲耗能支撐整體失穩(wěn)的極限承載力，提高外圍約束單元的約束比，增強(qiáng)防屈曲支撐構(gòu)件的滯回耗能能力。
[0015]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)具體體現(xiàn)在:1、支撐內(nèi)芯耗能單元約束屈服段采用的等邊角鋼價(jià)格較低且采用一次切割加工而成；2、避免了支撐內(nèi)芯單元各功能段的直接焊接，簡(jiǎn)化了加工工藝，保證了產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)大大減少了內(nèi)芯單元生產(chǎn)加工缺陷及力學(xué)性能缺陷的影響；3、端部的焊接連接形式，保證了支撐無(wú)約束非屈服段的局部穩(wěn)定的同時(shí)增強(qiáng)了外圍約束單元的約束剛度比，提高了防屈曲支撐整體失穩(wěn)極限承載力，保證了內(nèi)芯耗能單元具有更好的滯回性能，耗能性能更加優(yōu)越。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2是內(nèi)芯耗能單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3是圖1的A-A向剖面圖。
[0019]圖4是圖1的B-B向剖面圖。
[0020]圖5是圖1的C-C向剖面圖。
[0021]圖6是本實(shí)用新型的制作流程示意圖。
[0022]圖中:1、角鋼，2、中垂板，3、邊橫板，4、傳力肋板，5、鋼筋籠，6、三角擋板，7、平行四邊形空隙，8、三棱體空隙，9、澆筑材料體。
【具體實(shí)施方式】
[0023]本實(shí)用新型包括內(nèi)芯耗能單元、外圍約束單元以及饒筑在二者之間的無(wú)粘結(jié)材料體。所述內(nèi)芯耗能單元包括設(shè)置于中部的約束屈服段、設(shè)置于兩端的無(wú)約束非屈服段以及設(shè)置在所述約束屈服段與所述無(wú)約束非屈服段連接處的約束非屈服段。
[0024]如圖2、圖6所示，內(nèi)芯耗能單元中的所述約束屈服段是用兩節(jié)角鋼I通過(guò)頂角的焊接，組成了一個(gè)十字截面的長(zhǎng)條體。所述無(wú)約束非屈服段是用鋼制的一個(gè)中垂板2和兩個(gè)邊橫板3焊接組成了一個(gè)十字截面的短條體。所述無(wú)約束非屈服段的十字截面的每個(gè)單邊的高度大于所述約束屈服段的十字截面的每個(gè)單邊的高度。所述約束屈服段的十字截面與所述無(wú)約束非屈服段的十字截面以軸線對(duì)中和十字相對(duì)的方式對(duì)設(shè)在一起。所述約束非屈服段包括有八片鋼制的矩形傳力肋板4，每端使用四片；每個(gè)傳力肋板4采用角焊縫焊接的方式將約束屈服段與無(wú)約束非屈服段的對(duì)接端焊接在一起，即以斜搭接的方式焊接在約束屈服段與無(wú)約束非屈服段的連接端頭，具體是焊接在連接端頭處的四個(gè)折角邊上(圖4)。在每個(gè)傳力肋板4與約束屈服段的連接端部，還可焊接一塊遮擋內(nèi)端三角夾縫的三角擋板6。由此即可形成圖2所示的內(nèi)芯耗能單元。
[0025]如圖1、圖6所示，所述外圍約束單元為鋼筋混凝土套管，具體是用鋼筋繞制成截面為方形或圓形且兩端開(kāi)設(shè)通口的直筒狀鋼筋籠5，通過(guò)在鋼筋籠5上澆筑混凝土，經(jīng)養(yǎng)護(hù)后即成鋼筋混凝土套管，即鋼筋混凝土套管是由鋼筋籠5與澆筑材料體9組合而成的一個(gè)筒狀體(圖3、圖5)。
[0026]將外圍約束單元套接在內(nèi)芯耗能單元上的約束屈服段(圖1)，外圍約束單元與內(nèi)芯耗能單元上的約束屈服段的長(zhǎng)度基本相同，約束屈服段在外圍約束單元內(nèi)部沿軸向居中設(shè)置(圖5)，在外圍約束單元長(zhǎng)度范圍內(nèi)的內(nèi)芯耗能單元的表面粘貼有無(wú)粘結(jié)材料體(未圖示)，無(wú)粘結(jié)材料體可以是2_厚的硅膠板，然后，在空當(dāng)處澆筑混凝土，經(jīng)養(yǎng)護(hù)后即成為圖1所示的端部焊接式混凝土套管防屈曲耗能支撐構(gòu)件。圖1中，在澆筑混凝土的過(guò)程中，可在混凝土套管的邊沿制出平行四邊形空隙7，在傳力肋板4的內(nèi)端制出三棱體空隙8。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種端部焊接式混凝土套管防屈曲耗能支撐構(gòu)件，其特征是，包括內(nèi)芯耗能單元、夕卜圍約束單元以及設(shè)置于二者間的無(wú)粘結(jié)材料體； 所述內(nèi)芯耗能單元由設(shè)置于中部的約束屈服段、設(shè)置于兩端的無(wú)約束非屈服段以及設(shè)置在所述約束屈服段與所述無(wú)約束非屈服段連接處的約束非屈服段三部分所組成； 所述外圍約束單元是在鋼筋籠上澆筑混凝土所形成的鋼筋混凝土套管，所述外圍約束單元套接所述內(nèi)芯耗能單元的外圍； 所述無(wú)粘結(jié)材料體為娃膠板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的端部焊接式混凝土套管防屈曲耗能支撐構(gòu)件，其特征是，所述約束屈服段是由兩節(jié)角鋼通過(guò)頂角焊接組成一個(gè)十字截面的長(zhǎng)條體；所述無(wú)約束非屈服段是由鋼板焊接組成一個(gè)十字截面的短條體；所述約束屈服段的十字截面與所述無(wú)約束非屈服段的十字截面以軸線對(duì)中和十字相對(duì)的方式相對(duì)接；所述約束非屈服段是鋼制的傳力肋板，以斜搭接的方式焊接在所述約束屈服段與所述無(wú)約束非屈服段對(duì)接處的相鄰兩直角邊上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的端部焊接式混凝土套管防屈曲耗能支撐構(gòu)件，其特征是，所述無(wú)約束非屈服段的十字截面的每個(gè)單邊的高度大于所述約束屈服段的十字截面的每個(gè)單邊的高度。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種端部焊接式混凝土套管防屈曲耗能支撐構(gòu)件，其結(jié)構(gòu)包括內(nèi)芯耗能單元、外圍約束單元以及設(shè)置于二者間的無(wú)粘結(jié)材料體；所述內(nèi)芯耗能單元由設(shè)置于中部的約束屈服段、設(shè)置于兩端的無(wú)約束非屈服段以及設(shè)置在所述約束屈服段與所述無(wú)約束非屈服段連接處的約束非屈服段三部分所組成；所述外圍約束單元是在鋼筋籠上澆筑混凝土所形成的鋼筋混凝土套管，套接在所述內(nèi)芯耗能單元的外圍。本實(shí)用新型中的內(nèi)芯耗能單元加工方便，加工步驟少，焊接量小，力學(xué)性能優(yōu)越，且便于分析設(shè)計(jì)，能保證外圍約束單元的性能充分發(fā)揮，進(jìn)而提高防屈曲耗能支撐整體失穩(wěn)的極限承載力，提高外圍約束單元的約束比，增強(qiáng)防屈曲支撐構(gòu)件的滯回耗能能力。
【IPC分類】E04B1-98
【公開(kāi)號(hào)】CN204510513
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520097288
【發(fā)明人】王兵, 李欣
【申請(qǐng)人】河北華研卓筑加固工程集團(tuán)有限公司
【公開(kāi)日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2015年2月11日