專利名稱：一種帶縫隙和防滑凸起的屈曲約束耗能支撐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種帶縫隙和防滑凸起的屈曲約束耗能支撐
(一) 技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件，尤其涉及一種運(yùn)用在工程抗震領(lǐng)域中的建筑結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)件。
(二) 背景技術(shù)
近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城市化進(jìn)程的日益加快，各種各樣各樣造型復(fù)雜、 功能獨(dú)特的建筑不斷涌現(xiàn)。雖然現(xiàn)代工程技術(shù)的發(fā)展，特別是高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)建造技術(shù) 的發(fā)展，使這些建筑方案得以實(shí)現(xiàn)；但是近年來(lái)的大震震害也表明，雖然這樣的建筑在地震 過(guò)程中主體結(jié)構(gòu)沒(méi)有受到明顯的破壞，但是由于主體結(jié)構(gòu)偏柔，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形過(guò)大，從而造 成非結(jié)構(gòu)構(gòu)件及相關(guān)服務(wù)設(shè)施的嚴(yán)重破壞，損失巨大；而且由于這樣的結(jié)構(gòu)往往都會(huì)產(chǎn)生非
線性變形，造成震后修復(fù)困難或成本過(guò)高，不滿足經(jīng)濟(jì)要求。
為了減小地震作用下這類結(jié)構(gòu)的變形，人們往往會(huì)在結(jié)構(gòu)中增設(shè)一些鋼支撐構(gòu)件，以提 高結(jié)構(gòu)的整體剛度。但傳統(tǒng)的鋼支撐構(gòu)件在強(qiáng)震作用受壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生屈曲的現(xiàn)象，故往往將支 撐構(gòu)件斷面加大以符合設(shè)計(jì)要求，但仍難以保證在強(qiáng)震下不發(fā)生屈曲失穩(wěn)。有鑒于此，近來(lái) 在日本、美國(guó)以及我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的一些研究學(xué)者研制了一種受壓時(shí)不會(huì)發(fā)生屈曲失穩(wěn)的軸力 構(gòu)件，在我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)稱之為挫屈拘束支撐(BucklingRestrained Braces,簡(jiǎn)稱BRB)，在美 國(guó)和日本則稱之為無(wú)粘結(jié)支撐(Unbonded Braces,簡(jiǎn)稱UBB)?？紤]到這種構(gòu)件在材料屈服后 具有很強(qiáng)的耗能能力，在實(shí)際工程中可將其作為耗能支撐使用。目前，這種構(gòu)件在日本、美 國(guó)以及我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)已得到了廣泛應(yīng)用；在國(guó)內(nèi)，尚處于研究的起步階段，工程應(yīng)用較少。
屈曲約束耗能支撐是一種在受拉與受壓時(shí)均能達(dá)到屈服而不發(fā)生屈曲失穩(wěn)的軸力構(gòu)件， 與傳統(tǒng)中心支撐相比具有更穩(wěn)定的力學(xué)性能。經(jīng)適當(dāng)設(shè)計(jì)，含有屈曲約束耗能支撐的框架不 但可以增加整體剛度、提高結(jié)構(gòu)延性，而且由于其受壓時(shí)不會(huì)屈曲的特性可以充分發(fā)揮鋼材 的滯回消能能力，因此，這種構(gòu)件同時(shí)具備了中心支撐和位移型阻尼器的功能，在工程抗震 領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
一般而言，屈曲約束耗能支撐是由三個(gè)部分所組成，即核心鋼支撐、外套約束鋼管及滑 動(dòng)機(jī)制。核心鋼支撐，又稱為主受力單元，是構(gòu)件中主要的受力元件；外套約束鋼管又稱為 側(cè)向支撐單元，負(fù)責(zé)提供約束機(jī)制，以防止核心鋼支撐受軸壓時(shí)發(fā)生整體或局部屈曲。另 外，為避免核心鋼支撐因受壓膨脹后與外套約束鋼管間產(chǎn)生握裹或摩擦力而造成軸壓力的大
量增加，必須在核心鋼支撐與外套約束鋼管間設(shè)置一種滑動(dòng)機(jī)制，目前，這種滑動(dòng)機(jī)制主要 由核心鋼支撐與外套約束鋼管之間填充的脫粘結(jié)材料提供。
圖l為一種常見(jiàn)的屈曲約束耗能支撐的結(jié)構(gòu)透視圖。圖中所示的屈曲約束耗能支撐由鋼 板構(gòu)成的核心鋼支撐l、外套約束鋼管2、脫粘結(jié)材料3、混凝土或砂漿構(gòu)成的填充材料4組 成。其中，核心鋼支撐直接承受軸力荷載，由特定強(qiáng)度的鋼板組成；外套約束鋼管2和填充 材料4對(duì)核心鋼支撐形成約束，以防止軸向壓力達(dá)到一定程度時(shí)核心鋼支撐發(fā)生屈曲失穩(wěn)； 脫粘結(jié)材料由特殊的化學(xué)材料構(gòu)成，可以隔斷核心鋼支撐和填充材料，使核心鋼支撐在受壓 時(shí)能自由伸縮變形。上述現(xiàn)有屈曲約束耗能支撐存在三個(gè)主要缺點(diǎn)
1、 核心鋼支撐需要由特定強(qiáng)度鋼板構(gòu)成，材料選擇范圍受限制，加工制造的難度大， 成本高，不利于在工程中推廣使用。
2、 脫粘結(jié)材料3，既要保證核心鋼支撐的軸向自由滑動(dòng)，又要使核心鋼支撐橫向膨脹不 受約束，同時(shí)還要嚴(yán)格控制其厚度，不能太厚又不能太薄，因此，必須需采用特殊的化學(xué)材 料。這樣，就增加構(gòu)件的制造難度和成本，同時(shí)造成了屈曲約束耗能支撐對(duì)脫粘結(jié)材料的過(guò) 渡依賴。
3、 采用混凝土或砂漿作為填充材料，灌注操作比較困難。實(shí)際工程中，屈曲約束耗能 支撐的長(zhǎng)度較大， 一般均在4米以上。此時(shí)，既要保證混凝土或砂漿灌注密實(shí)，又要保證外 套約束鋼管和核心鋼支撐的相對(duì)位置不能偏移，是比較困難的。

實(shí)用新型內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有屈曲約束耗能支撐的上述不足，解決材料選擇范圍有限、制造和安裝繁瑣 且成本高的問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種帶縫隙和防滑凸起的屈曲約束耗能支撐。 本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是
一種帶縫隙和防滑凸起的屈曲約束耗能支撐，包括核心鋼支撐1和外套約束鋼管2，其特 征在于
所述核心鋼支撐l的橫截面為十字形，沿其軸向，核心鋼支撐的中部主體為直徑較小的 屈服段103，兩外端頭部為直徑較大的外伸段IOI，外伸段與屈服段之間是過(guò)渡段102，在屈 服段103的中部位置上設(shè)有防滑凸起5 。
在核心鋼支撐1的過(guò)渡段102和屈服段103外套有約束鋼管2，緊貼核心鋼支撐的屈服段 103和過(guò)渡段102的表面包裹有脫粘結(jié)材料，在脫粘結(jié)材料與外套約束鋼管2之間填有填充材 料4，脫粘結(jié)材料與填充材料4之間有縫隙6，縫隙6中填充可壓縮材料。
優(yōu)選的技術(shù)方案是
上述核心鋼支撐的過(guò)渡段102為斜面、雙曲面、兩折面或三折面。 上述核心鋼支撐的外伸段101上開(kāi)有螺栓孔7。 上述外套約束鋼管2的橫截面為矩形或圓形。 上述填充材料4是CGM無(wú)收縮灌漿料、混凝土或砂漿材料。
上述脫粘結(jié)材料是聚四氟乙烯薄膜或聚氯乙烯薄膜、聚乙烯薄膜或油脂脫模劑。 上述可壓縮材料是發(fā)泡聚苯乙烯或擠塑聚苯乙烯。 上述核心鋼支撐l的材料為Q235B鋼材。 與現(xiàn)有屈曲約束耗能支撐相比，本實(shí)用新型的有益效果是
由于采用普通的Q235B鋼材作為核心鋼支撐的材料，以及取消使用特殊的脫粘結(jié)材料， 從而使得成本大幅度節(jié)約，與傳統(tǒng)屈曲約束耗能支撐相比，本實(shí)用新型的加工制造工藝流程 簡(jiǎn)單明了，適于批量化工業(yè)流水線作業(yè)，更利于在實(shí)際工程中推廣使用；在屈服段103中央 對(duì)稱軸位置，每邊設(shè)置一個(gè)防滑凸起8，可防止豎位放置時(shí)外套約束鋼管2與核心鋼支撐1的 相對(duì)滑動(dòng)；填充材料4簡(jiǎn)化了灌注操作，同時(shí)避免振搗，即可保證了填充材料的密實(shí)，又便 于保持核心鋼支撐l的相對(duì)位置；在核心鋼支撐l表面緊貼包裹脫粘結(jié)材料以及在脫粘結(jié)材料 與填充材料4之間設(shè)置縫隙6，使核心鋼支撐1與填充材料4隔離，消除了核心鋼支撐l與填充 材料4的摩擦或握裹，有效地解決核心鋼支撐1受壓時(shí)橫向膨脹受限的問(wèn)題，即保證了支撐構(gòu) 件具有傳統(tǒng)屈曲約束耗能支撐的力學(xué)性能特征，又消除了對(duì)脫粘結(jié)材料過(guò)渡依賴的弊端，同 時(shí)，縫隙6中填充可壓縮材料，即便于制造，又節(jié)約成本。 以下結(jié)合附圖
對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
圖l是常見(jiàn)的屈曲約束耗能支撐的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本實(shí)用新型核心鋼支撐的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是圖2的A—A剖面示意圖。
圖5是圖2的B—B剖面示意圖。
圖6是圖2的C一C剖面示意圖。
圖7是圖2中I處的放大示意圖。
圖8是圖4中II處的放大示意圖。
圖9是本實(shí)用新型的核心鋼支撐的外伸段的示意圖。
圖中1-核心鋼支撐，101-外伸段，102-過(guò)渡段，103-屈服段；2-外套約束鋼管，3-脫粘結(jié)材料，4-填充材料，5-防滑凸起，6-縫隙，7-螺栓孔。
具體實(shí)施方式
參見(jiàn)圖2， 一種帶縫隙和防滑凸起的屈曲約束耗能支撐，包括核心鋼支撐l和外套約束鋼管2。
參見(jiàn)圖3，所述核心鋼支撐l的橫截面為十字形，沿其軸向，核心鋼支撐的中部主體為直 徑較小的屈服段103，兩外端頭部為直徑較大的外伸段IOI，外伸段與屈服段之間是過(guò)渡段 102，在屈服段103的中部位置上設(shè)有防滑凸起5。
參見(jiàn)圖2-8，在核心鋼支撐1的過(guò)渡段102和屈服段103外套有約束鋼管2，緊貼核心鋼支 撐的屈服段103和過(guò)渡段102的表面包裹有脫粘結(jié)材料，在脫粘結(jié)材料與外套約束鋼管2之間 填有填充材料4，脫粘結(jié)材料與填充材料4之間有縫隙6，縫隙6中填充可壓縮材料。
上述核心鋼支撐的過(guò)渡段102為斜面、雙曲面、兩折面或三折面。
參見(jiàn)圖9，上述核心鋼支撐的外伸段101上開(kāi)有螺栓孔7。
上述外套約束鋼管2的橫截面為矩形或圓形。
上述填充材料4是CGM無(wú)收縮灌漿料、混凝土或砂漿材料。
上述脫粘結(jié)材料是聚四氟乙烯薄膜或聚氯乙烯薄膜、聚乙烯薄膜或油脂脫模劑。 上述可壓縮材料是發(fā)泡聚苯乙烯或擠塑聚苯乙烯。 上述核心鋼支撐l的材料為Q235B鋼材。
制造時(shí)，首先根據(jù)實(shí)際工程對(duì)支撐強(qiáng)度和剛度的要求，按Q235B鋼材的材料性能指標(biāo)確 定核心鋼支撐l各段的長(zhǎng)度及斷面尺寸；其次，根據(jù)各段的長(zhǎng)度及斷面尺寸加工制作核心鋼 支撐l;接下來(lái)，在核心鋼支撐的屈服段103和過(guò)渡段102的表面緊貼包裹一層聚四氟乙烯薄 膜；然后，按設(shè)計(jì)預(yù)留縫隙6的尺寸在聚四氟乙烯薄膜表面再包裹一層泡沫聚苯乙烯；而后 將包裹完畢的核心鋼支撐1整體置入外套約束鋼管2中，并調(diào)整好二者的相對(duì)位置；最后，在 外套約束鋼管2內(nèi)灌注CGM無(wú)收縮灌漿料，完成整個(gè)本實(shí)用新型的制作。
權(quán)利要求1. 一種帶縫隙和防滑凸起的屈曲約束耗能支撐，包括核心鋼支撐(1)和外套約束鋼管(2)，其特征在于所述核心鋼支撐(1)的橫截面為十字形，沿其軸向，核心鋼支撐的中部主體為直徑較小的屈服段(103)，兩外端頭部為直徑較大的外伸段(101)，外伸段與屈服段之間是過(guò)渡段(102)，在屈服段(103)的中部位置上設(shè)有防滑凸起(5)；在核心鋼支撐(1)的過(guò)渡段(102)和屈服段(103)外套有約束鋼管(2)，緊貼核心鋼支撐的屈服段(103)和過(guò)渡段(102)的表面包裹有脫粘結(jié)材料，在脫粘結(jié)材料與外套約束鋼管(2)之間填有填充材料(4)，脫粘結(jié)材料與填充材料(4)之間有縫隙(6)，縫隙(6)中填充可壓縮材料。
專利摘要一種帶縫隙和防滑凸起的屈曲約束耗能支撐，其核心鋼支撐的橫截面為十字形，沿其軸向，核心鋼支撐的中部主體為直徑較小的屈服段，兩外端頭部為直徑較大的外伸段，外伸段與屈服段之間是過(guò)渡段，在屈服段的中部位置上設(shè)有防滑凸起；在核心鋼支撐的過(guò)渡段和屈服段外套有約束鋼管，緊貼核心鋼支撐的屈服段和過(guò)渡段的表面包裹有脫粘結(jié)材料，在脫粘結(jié)材料與外套約束鋼管之間填有填充材料，脫粘結(jié)材料與填充材料之間有縫隙，縫隙中填充可壓縮材料。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、取材廣泛、造價(jià)低廉、適于流水線加工的優(yōu)點(diǎn)，可用于高層、高聳構(gòu)筑物、公路鐵路橋梁等新建和加固改造工程，以提高結(jié)構(gòu)剛度，增大結(jié)構(gòu)整體耗能能力，達(dá)到防震減災(zāi)的目的。
文檔編號(hào)E04C5/01GK201078050SQ20072020063
公開(kāi)日2008年6月25日 申請(qǐng)日期2007年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月10日
發(fā)明者劉康安, 程紹革, 羅開(kāi)海, 黃冬生 申請(qǐng)人:南京丹普科技工程有限公司;中國(guó)建筑科學(xué)研究院;建研抗震工程技術(shù)有限公司