專利名稱：屈服薄壁表面連續(xù)約束的雙重防壓曲鋼支撐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
屈服薄壁表面連續(xù)約束的雙重防壓曲鋼支撐技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及結(jié)構(gòu)工程抗震防災(zāi)領(lǐng)域，尤其涉及消能減震結(jié)構(gòu)中的屈曲約束 支撐，具體為一種屈服薄壁表面連續(xù)約束的雙重防壓曲鋼支撐。
背景技術(shù)：
[0002]帶支撐的框架可以有效減小結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形，提高結(jié)構(gòu)的抗震抗倒能力。雖 然鋼支撐容易在受拉時產(chǎn)生屈服并有效地消能，但傳統(tǒng)的鋼支撐在受壓時會發(fā)生彈性屈 曲，受壓承載力退化很快，無法利用其彈塑性消能能力。為克服這一缺點(diǎn)，國內(nèi)外研究 者開發(fā)出一類不易屈曲的軸心受力構(gòu)件，稱為屈曲約束支撐或防壓曲支撐，其基本原理 為支撐設(shè)置一個核心受力單元，在核心受力單元的周圍設(shè)置約束單元，使核心受力單 元在受壓時不致失穩(wěn)屈曲而達(dá)到全截面塑性屈服狀態(tài)，從而使支撐不僅在軸心受拉作用 下能夠消能，而且在軸心受壓作用下也能有效消耗地震輸入結(jié)構(gòu)中的能量，起到高效減 震防災(zāi)的功效。[0003]屈曲約束支撐全部采用鋼材制造時，便于縮短制造周期，從橫斷面看，一般由 核心軸力單元、約束單元組成。[0004]核心軸力單元一般位于支撐內(nèi)部核心，用于承受軸心拉壓力作用并產(chǎn)生屈服耗 能。核心軸力單元從縱斷面看，一般分為屈服段、過渡段和連接段。屈服段是軸心拉 壓力作用下全截面產(chǎn)生屈服的區(qū)段，常見截面多為一字形的薄壁對稱截面，承載能力要 求較大時為十字形、工字形等截面，屈服段為避免在受壓屈服前產(chǎn)生失穩(wěn)，需要進(jìn)行約 束。連接段是將支撐與結(jié)構(gòu)連接的區(qū)段，其受力狀態(tài)應(yīng)始終處于彈性階段，連接段設(shè)置 在屈曲約束消能支撐的兩端，用于將支撐與框架連接起來并將框架節(jié)點(diǎn)的力以軸心力的 形式傳遞到屈服段，并減小對屈服段的彎曲作用，防止其偏心受力。過渡段是支撐屈服 段與工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接安裝之前的一個過渡和緩沖段，過渡段既要防止在受壓時產(chǎn)生屈 服及屈曲失穩(wěn)，又要能夠脫離約束而過渡到連接段，以方便與工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接。[0005]約束單元通常設(shè)置在核心軸力單元的外圍，以防止核心軸力單元在軸心壓力作 用下的屈曲。核心軸力單元應(yīng)減小或避免通過粘結(jié)、摩擦或機(jī)械作用向約束單元傳遞軸 力，保證核心軸力單元的屈服耗能。[0006]現(xiàn)有屈曲約束支撐大多采用鋼管與混凝土作為約束單元，制作中混凝土澆注后 容易沾污鋼件的后續(xù)焊接面及涂裝表面，且混凝土澆注養(yǎng)護(hù)后還有鋼件焊接工序，不同 工序間存在時間間隔，工序復(fù)雜、制造周期長，影響推廣應(yīng)用。[0007]現(xiàn)有全鋼型屈曲約束支撐，屈服段多為長方形斷面的薄壁鋼條板，其存在下列 方面的問題一方面，屈服段薄壁鋼條板的約束構(gòu)造或者支撐的整體結(jié)構(gòu)不合理，薄壁 鋼條板在軸向動態(tài)壓應(yīng)變較大時容易發(fā)生局部高階或整體屈曲失穩(wěn)，耗能性能得不到保 證，在強(qiáng)震動力作用下的工作可靠性差，核心軸力鋼件的防腐防銹耐久性達(dá)不到工程結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限要求；另一方面，支撐與工程結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場施工連接安裝難度大、連接 構(gòu)造復(fù)雜，此外，支撐構(gòu)造和制作復(fù)雜，質(zhì)量不易保證、價(jià)格高，這些均不利于工程應(yīng)用。發(fā)明內(nèi)容[0008]本實(shí)用新型為了解決全鋼型屈曲約束支撐采用長方形斷面的薄壁鋼條板時在強(qiáng) 震動力作用下耗能性能不穩(wěn)定、工作可靠性及耐久性差、工程施工連接安裝困難的問 題，提供了一種耗能性能優(yōu)良、防壓曲及耐久性可靠、施工連接方便的屈服薄壁表面連 續(xù)約束的雙重防壓曲鋼支撐。[0009]本實(shí)用新型是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的屈服薄壁表面連續(xù)約束的雙重防壓 曲鋼支撐，包括核心軸力鋼件、外層約束鋼套筒，核心軸力鋼件包括位于其中部的屈服 段、固定在屈服段軸向兩端的過渡段和固定在兩過渡段外側(cè)的連接段，屈服段為長方形 橫斷面的薄壁鋼條板，兩段連接段中的每一段包括兩塊板面相鄰且留有間隙的相互平行 的接頭鋼板且接頭鋼板上沿其軸向正交固定有加勁鋼板，過渡段和連接段的橫截面積均 大于屈服段的橫截面積；外層約束鋼套筒套在屈服段和過渡段上，外層約束鋼套筒的兩 端均固定有使其內(nèi)腔密封的端蓋；屈服段的周邊設(shè)有鋼材制成的連續(xù)約束體，連續(xù)約束 體包括位于屈服段兩側(cè)且與其表面之間為空氣間隙或摩擦接觸的兩個約束鋼件，約束鋼 件包括沿屈服段軸向連續(xù)設(shè)置的薄壁鋼肢件，該薄壁鋼肢件的薄壁表面緊鄰且平行于屈 服段的薄壁表面，兩約束鋼件之間設(shè)有將兩者連接的拉結(jié)件，連續(xù)約束體位于外層約束 鋼套筒內(nèi)部且與其內(nèi)表面相互摩擦接觸或固定；兩段過渡段中的其中一段與連續(xù)約束體 之間留有間隙并與外層約束鋼套筒相互摩擦接觸，兩段過渡段中的另一段與連續(xù)約束體 及外層約束鋼套筒連接固定。[0010]制作時，號料并切割核心軸力鋼件并拼裝焊接，接著制作約束鋼件，然后將約 束鋼件通過拉結(jié)件設(shè)在薄壁鋼條板屈服段的兩側(cè)，在薄壁鋼條板的過渡段和屈服段上安 裝外層約束鋼套筒，使屈服段的連續(xù)約束體與外層約束鋼套筒相互摩擦接觸或固定，最 后在外層約束鋼套筒的兩端焊接端板，即可制得本實(shí)用新型所述的屈服薄壁表面連續(xù)約 束的雙重防壓曲鋼支撐。[0011]本實(shí)用新型的屈服薄壁表面連續(xù)約束的雙重防壓曲鋼支撐，對長方形斷面的屈 服段設(shè)置用鋼制的連續(xù)約束體，不填充混凝土等非金屬材料，通過連續(xù)約束體對屈服段 的薄壁鋼條板表面提供連續(xù)約束，避免了支撐在軸向動態(tài)壓應(yīng)變較大時產(chǎn)生局部高階屈 曲失穩(wěn)，提高了耗能性能的穩(wěn)定性；進(jìn)一步地，支撐設(shè)置外層約束鋼套筒及端蓋，外層 約束鋼套筒與端蓋內(nèi)的空腔密封為封閉空腔，提高了支撐防壓曲的工作可靠性，對支撐 內(nèi)部鋼件的防腐防銹進(jìn)行了有效的密封處理，使支撐耐久年限可達(dá)到工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用 年限，減少正常使用期間的檢修維護(hù)費(fèi)用；同時連接段采用兩塊留有間隔的平行的接頭 鋼板，形成帶插槽的連接段，當(dāng)支撐與工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接時，將工程結(jié)構(gòu)上的連接板插 入支撐連接段的插槽中并用焊接或螺栓連接固定，連接起來非常方便，不用附加幫條連 接板，簡化了施工安裝；而且具有構(gòu)造簡單、制作方便和成本低的優(yōu)點(diǎn)。[0012]約束鋼件為槽鋼，槽鋼的槽內(nèi)固定有加勁肋，槽鋼的腹板與屈服段平行疊置， 且槽鋼的翼緣肢尖或加勁肋的肢尖與外層約束鋼套筒的內(nèi)表面相互摩擦接觸或固定。[0013]約束鋼件是由兩根角鋼組成，兩根角鋼的一肢壁背面相靠固定，兩根角鋼的另 一肢壁與屈服段平行疊置，角鋼兩肢壁之間固定有加勁肋，且角鋼的肢壁肢尖或加勁肋的肢尖與外層約束鋼套筒的內(nèi)表面相互摩擦接觸或固定。[0014]采用槽鋼或角鋼作為約束鋼件時，核心軸力鋼件在較大軸向壓縮變形下的防壓 曲工作更加可靠，進(jìn)一步提高了薄壁鋼條板屈服段的滯回耗能及其穩(wěn)定性，且連續(xù)約束 體制作更方便、加工質(zhì)量更易保證。[0015]屈服段的薄壁鋼條板的數(shù)量為兩塊，兩塊薄壁鋼條板之間夾有夾襯鋼板件，兩 段過渡段中的每一段包括相互平行且留有間隙的兩塊過渡段鋼板且兩塊過渡段鋼板之間 設(shè)有將兩者固定的輔助拉結(jié)件。當(dāng)采用兩塊薄壁鋼條板制成的屈服段時，屈服段直接向 兩端延伸則容易形成上述帶插槽的連接段，簡化了支撐的構(gòu)造及加工制作。[0016]本實(shí)用新型所述的屈服薄壁表面連續(xù)約束的雙重防壓曲鋼支撐的有益效果如 下[0017]第一，本實(shí)用新型采用鋼制的連續(xù)約束體對屈服段為長方形斷面的薄壁鋼條板 表面沿軸向進(jìn)行連續(xù)約束，約束構(gòu)造合理有效，有效防止了支撐在軸向動態(tài)壓應(yīng)變較大 時屈服段薄壁鋼條板在板厚方向的高階屈曲或局部失穩(wěn)，提高了耗能性能的穩(wěn)定性；避 免了屈服段沿軸向間斷約束或局部約束時導(dǎo)致的構(gòu)造復(fù)雜、約束可靠性差的問題，同時 避免了復(fù)雜構(gòu)造導(dǎo)致的焊接工作量、鋼件變形以及制作質(zhì)量等問題，從而提高了支撐屈 服段薄壁鋼條板在強(qiáng)震動力作用下及較大軸向壓縮變形下滯回耗能性能的穩(wěn)定性。[0018]第二，本實(shí)用新型在連續(xù)約束體及過渡段的周邊設(shè)置外層約束鋼套筒，進(jìn)一步 防止核心軸力鋼件的低階屈曲，加強(qiáng)了支撐的軸向穩(wěn)定性和承載力，使支撐在強(qiáng)烈地震 動力作用下均能軸向壓縮耗能而不被整體壓曲，當(dāng)支撐所受的軸向力存在偶然偏心時， 可有效防止其屈曲；且外層約束鋼套筒內(nèi)的空腔封閉為密封空腔，對支撐內(nèi)部鋼件的防 腐防銹進(jìn)行了有效的密封處理，提高支撐耐久年限，減少檢修維護(hù)費(fèi)用。[0019]第三，本實(shí)用新型的連接段采用兩塊相互平行的接頭鋼板，形成帶插槽的連接 段，當(dāng)支撐與工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接時，將工程結(jié)構(gòu)上的連接板嵌入支撐連接段的插槽中， 直接進(jìn)行搭接連接，不用附加幫條板，連接方便，從而大大簡化了施工安裝。[0020]第四，本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)構(gòu)造簡明，制作方便，造價(jià)較低。連續(xù)約束體采用槽 鋼或角鋼時，號料切割及拼裝固定更方便，過渡段及連續(xù)約束體可直接穿入外層約束鋼 套筒內(nèi)進(jìn)行拼裝，便于制作且加工質(zhì)量更易保證；薄壁鋼條板的數(shù)量為兩塊時，屈服段 直接向兩端延伸則容易形成上述帶插槽的連接段，簡化了構(gòu)造及加工制造，降低造價(jià)。


[0021]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；[0022]圖2為圖1的A-A剖視圖；[0023]圖3為圖1的B-B剖視圖；[0024]圖4為圖1的C-C剖視圖；[0025]圖5為圖1的俯視示意圖；[0026]圖6為圖5的D-D剖視圖；[0027]圖7為本實(shí)用新型的另一種結(jié)構(gòu)示意圖；[0028]圖8為圖7的E-E剖視圖；[0029]圖9為圖7的F-F剖視圖；5[0030]圖10為圖7的G-G的剖視圖；[0031 ]圖11為圖7的俯視示意圖；[0032]圖12為圖11的H-H剖視圖。[0033]圖中1-外層約束鋼套筒，2-屈服段，3-過渡段，4-連接段，5-加勁鋼板， 6-端蓋，7-拉結(jié)件，8-加勁肋，9-槽鋼，10-角鋼，11-輔助拉結(jié)件，12-夾襯鋼板件。
具體實(shí)施方式
[0034]屈服薄壁表面連續(xù)約束的雙重防壓曲鋼支撐，包括核心軸力鋼件、外層約束鋼 套筒1，核心軸力鋼件包括位于其中部的屈服段2、固定在屈服段2軸向兩端的過渡段3 和固定在兩過渡段3外側(cè)的連接段4，屈服段2為長方形橫斷面的薄壁鋼條板，兩段連接 段4中的每一段包括兩塊板面相鄰且留有間隙的相互平行的接頭鋼板且接頭鋼板上沿其 軸向正交固定有加勁鋼板5，過渡段3和連接段4的橫截面積均大于屈服段2的橫截面 積；外層約束鋼套筒1套在屈服段2和過渡段3上，外層約束鋼套筒1的兩端均固定有使 其內(nèi)腔密封的端蓋6;屈服段2的周邊設(shè)有鋼材制成的連續(xù)約束體，連續(xù)約束體包括位于 屈服段2兩側(cè)且與其表面之間為空氣間隙或摩擦接觸的兩個約束鋼件，約束鋼件包括沿 屈服段2軸向連續(xù)設(shè)置的薄壁鋼肢件，該薄壁鋼肢件的薄壁表面緊鄰且平行于屈服段2的 薄壁表面，兩約束鋼件之間設(shè)有將兩者連接的拉結(jié)件7，連續(xù)約束體位于外層約束鋼套筒 1內(nèi)部且與其內(nèi)表面相互摩擦接觸或固定；兩段過渡段3中的其中一段與連續(xù)約束體之間 留有間隙并與外層約束鋼套筒1相互摩擦接觸，兩段過渡段3中的另一段與連續(xù)約束體及 外層約束鋼套筒1連接固定。約束鋼件為槽鋼9，槽鋼9的槽內(nèi)固定有加勁肋8，槽鋼9 的腹板與屈服段2平行疊置，且槽鋼9的翼緣肢尖或加勁肋8的肢尖與外層約束鋼套筒1 的內(nèi)表面相互摩擦接觸或固定；約束鋼件是由兩根角鋼10組成，兩根角鋼10的一肢壁 背面相靠固定，兩根角鋼的另一肢壁與屈服段2平行疊置，角鋼10兩肢壁之間固定有加 勁肋8，且角鋼10的肢壁肢尖或加勁肋8的肢尖與外層約束鋼套筒1的內(nèi)表面相互摩擦 接觸或固定；屈服段2的薄壁鋼條板的數(shù)量為兩塊，兩塊薄壁鋼條板之間夾有夾襯鋼板 件12，兩段過渡段3中的每一段包括相互平行且留有間隙的兩塊過渡段鋼板且兩塊過渡 段鋼板之間設(shè)有將兩者固定的輔助拉結(jié)件11。
權(quán)利要求1.一種屈服薄壁表面連續(xù)約束的雙重防壓曲鋼支撐，包括核心軸力鋼件、外層約束 鋼套筒(1)，其特征在于核心軸力鋼件包括位于其中部的屈服段(2)、固定在屈服 段(2)軸向兩端的過渡段(3)和固定在兩過渡段(3)外側(cè)的連接段(4)，屈服段(2)為長方形橫斷面的薄壁鋼條板，兩段連接段(4)中的每一段包括兩塊板面相鄰且 留有間隙的相互平行的接頭鋼板且接頭鋼板上沿其軸向正交固定有加勁鋼板(5)，過渡 段(3)和連接段(4)的橫截面積均大于屈服段(2)的橫截面積；外層約束鋼套筒(1)套在屈服段(2)和過渡段(3)上，外層約束鋼套筒(1)的兩端均固定有使其 內(nèi)腔密封的端蓋(6)；屈服段(2)的周邊設(shè)有鋼材制成的連續(xù)約束體，連續(xù)約束體包 括位于屈服段(2)兩側(cè)且與其表面之間為空氣間隙或摩擦接觸的兩個約束鋼件，約束鋼 件包括沿屈服段(2)軸向連續(xù)設(shè)置的薄壁鋼肢件，該薄壁鋼肢件的薄壁表面緊鄰且平行 于屈服段(2)的薄壁表面，兩約束鋼件之間設(shè)有將兩者連接的拉結(jié)件(7)，連續(xù)約束 體位于外層約束鋼套筒(1)內(nèi)部且與其內(nèi)表面相互摩擦接觸或固定；兩段過渡段(3) 中的其中一段與連續(xù)約束體之間留有間隙并與外層約束鋼套筒(1)相互摩擦接觸，兩段 過渡段(3)中的另一段與連續(xù)約束體及外層約束鋼套筒(1)連接固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的屈服薄壁表面連續(xù)約束的雙重防壓曲鋼支撐，其特征在于 約束鋼件為槽鋼(9)，槽鋼(9)的槽內(nèi)固定有加勁肋(8)，槽鋼(9)的腹板與屈 服段(2)平行疊置，且槽鋼(9)的翼緣肢尖或加勁肋(8)的肢尖與外層約束鋼套筒(1)的內(nèi)表面相互摩擦接觸或固定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的屈服薄壁表面連續(xù)約束的雙重防壓曲鋼支撐，其特征在于 約束鋼件是由兩根角鋼(10)組成，兩根角鋼(10)的一肢壁背面相靠固定，兩根角鋼 的另一肢壁與屈服段(2)平行疊置，角鋼(10)兩肢壁之間固定有加勁肋(8)，且角 鋼(10)的肢壁肢尖或加勁肋(8)的肢尖與外層約束鋼套筒(1)的內(nèi)表面相互摩擦接 觸或固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的屈服薄壁表面連續(xù)約束的雙重防壓曲鋼支撐，其特 征在于屈服段(2)的薄壁鋼條板的數(shù)量為兩塊，兩塊薄壁鋼條板之間夾有夾襯鋼板 件(12)，兩段過渡段(3)中的每一段包括相互平行且留有間隙的兩塊過渡段鋼板且 兩塊過渡段鋼板之間設(shè)有將兩者固定的輔助拉結(jié)件(11)。
專利摘要本實(shí)用新型具體為一種屈服薄壁表面連續(xù)約束的雙重防壓曲鋼支撐，解決了全鋼型屈曲約束支撐在強(qiáng)震動力作用下可靠性及耐久性差、工程連接安裝困難的問題，核心軸力鋼件包括屈服段、過渡段和連接段，屈服段和過渡段上套有封閉的外層約束鋼套筒，屈服段為長方形斷面的薄壁鋼條板，連接段包括兩塊平行的連接鋼板，屈服段周邊設(shè)有包括兩約束鋼件的連續(xù)約束體，兩約束鋼件沿屈服段的軸向均連續(xù)設(shè)置有薄壁表面緊鄰且平行于屈服段薄壁表面的薄壁鋼肢件。這種支撐對屈服段薄壁表面連續(xù)約束并設(shè)密封的外層約束鋼套筒，提高了強(qiáng)震動態(tài)作用下的性能穩(wěn)定性、可靠性和耐久性，制作容易，安裝方便，用于工程抗震設(shè)防和加固，尤其適用于高烈度區(qū)重要工程抗震防災(zāi)。
文檔編號E04B1/98GK201809874SQ20102055971
公開日2011年4月27日 申請日期2010年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月13日
發(fā)明者安潤玲, 常建蘭, 張文芳, 郭煒 申請人:太原理工大學(xué)