專利名稱：角鋼無屈曲消能支撐的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種建筑結構構件，特別涉及一種無屈曲消能支撐。
背景技術：
眾所周知，現代的建筑結構都要考慮結構的抗震，尤其是建于地震區的建筑，此外結構的設計還需要考慮抗風性能。鋼結構由于良好的材料性能，被廣泛用于許多土木工程中。隨著經濟的發展和城市化進程的加快，高層建筑物的數量在不斷地增加，而其中又以鋼結構和鋼與混凝土組合結構增加的比例最大。現有鋼結構系統大多采用抗彎鋼框架體系、支撐框架結構以及雙重結構體系，而其中以抗彎框架體系最為常用。但是對于抗彎框架體系的高層建筑而言，由于建筑的高度增加而使其結構相對變柔，結構的變形往往超過規范規定的側移限值，因此結構就需要提高整體的剛度。另外，在大地震的作用下，結構會產生過大的非線性變形，往往造成震后結構修復困難或者修復成本過高，因而不符合經濟要求。支撐框架結構具有較好的經濟性，但是由于傳統的支撐鋼結構體系在支撐受壓時會產生屈曲，故往往需要加大支撐的斷面以符合設計需求，從而又降低了其經濟性，即便如此，仍然不能保證在強震動下避免屈曲的發生。有鑒于此，國外一些研究者開發出一種受壓時沒有屈曲發生的構件，稱為屈曲約束支撐(Buckling-Restrained Braces)或者無屈曲消能支撐，把它們作為阻尼器使用在高層建筑結構中。目前，無屈曲消能支撐已在日本、美國、加拿大等國家得到了廣泛應用，但在國內尚未發現有關研究資料。
普通的支撐在承受軸向壓力達到一定極限的時候就會發生屈曲現象，當屈曲發生后，支撐就失去了承載能力。無屈曲消能支撐能夠在承受軸向壓力時不發生屈曲，而是與受拉一樣發生屈服，從而能夠大量吸收輸入整個體系的能量，因此可以用作為一個阻尼裝置。
無屈曲消能支撐一般由以下三個基本部分組成軸力構件單元，屈曲約束單元和連接單元。軸力構件單元位于軸心，屈曲約束單元環包在它的周圍，連接單元在軸力構件單元的二端。
當軸力構件單元受壓時，由于受到外部的屈曲約束單元的約束，使軸力構件單元不會發生屈曲。當壓力達到其屈服荷載時，軸力構件單元會發生屈服從而耗散輸入體系的能量。無屈曲消能支撐一般是以軸心支撐的形式連接在鋼結構框架的梁柱節點上的，它主要用作為結構的抗水平力(風或地震)構件。在水平荷載作用下，只要支撐不發生屈曲，它就可以吸收輸入系統的能量，起到了結構的阻尼器的作用，從而達到提高結構剛度、控制結構側移的目的。
1993年日本鋼結構年會論文集第I冊上登載的論文《帶有雙鋼管支撐的鋼框架的水平加載試驗》(Horizontally loading test of the steel frame bracedwith double-tube members)中披露了一種無屈曲消能支撐，其結構和安裝見圖1和圖2。圖中所示的雙鋼管消能支撐22由圓鋼管軸力構件13、屈曲約束內管19、半球殼支撐端部14和連接端板15所組成，其一端連接在鋼結構的柱20和梁21的節點上，其另一端連接在該鋼框架的另一節點或者梁上。該雙鋼管消能支撐22的最外圍是圓鋼管軸力構件13，它承受著軸力荷載，其鋼管內腔中設有同樣由圓鋼管構成的屈曲約束內管19(見圖2中C-C)，該屈曲約束內管19從內部對圓鋼管軸力構件13形成了約束，以防止圓鋼管軸力構件13在承載到一定極限時發生屈曲；圓鋼管軸力構件13的二端部固定連接有球冠狀的半球殼支撐端部14，上面焊接有斷面為十字狀的連接端板15(見圖2中B-B)該半球殼支撐端部14和連接端板15構成了所述雙鋼管消能支撐22的連接單元，以便與鋼框架連接。連接時由鋼框架的節點上延伸出由二相互垂直的鋼板構成的節點連接板16，若干連接綴板17通過螺栓18將該節點連接板16和連接端板15連接起來(見圖2中A-A)。上述雙鋼管消能支撐22存在著三個主要缺點1、端部的連接單元結構太復雜，其由半球殼支撐端部14和連接端板15二部分組成，它們的復雜形狀大大增加了制造的難度，同時對連接安裝精度的要求也很高，因此不利于制造和安裝。
2、該雙鋼管消能支撐22的連接總共需要8個連接綴板17和至少16個連接螺栓18，耗費了大量的連接材料。
3、其結構的用材不夠合理。它是利用內部的管徑較小的鋼管作為屈曲約束單元，去約束外部的管徑較大的鋼管軸力構件的屈曲，這就必須通過加厚內管的管壁厚度才能達到目的，因此材料的浪費比較大。

發明內容
為了克服現有技術的不足，本實用新型提供了一種結構合理、降低耗材、安裝方便、制造容易的角鋼無屈曲消能支撐。
本實用新型解決其技術問題的技術方案是一種角鋼無屈曲消能支撐，包括有軸力構件單元、屈曲約束單元，此外它還包括有間隙阻隔單元，所述軸力構件單元由角鋼構成，該角鋼的二端部伸出所述屈曲約束單元的外面并作為連接件開設有連接通孔，所述屈曲約束單元為園鋼管，所述間隙阻隔單元設置在軸力構件單元中各角鋼之間，且由耐擠壓材料制成。
本實用新型所述的角鋼無屈曲消能支撐的軸力構件單元可由四根角鋼組成，它們的角邊相互背向設置以在橫截面上構成十字狀，若干短鋼條間隔地焊接在各角鋼的角邊邊緣處，從而將各角鋼連接起來并形成各角鋼角邊之間的均勻間隙，作為阻隔單元的硬橡膠填置在該間隙中；所述的角鋼無屈曲消能支撐還可包括有填充單元和脫粘單元，該脫粘單元為聚乙烯薄膜且緊貼地包裹在角鋼的表面，該填充單元為混凝土或水泥砂槳充滿在角鋼與園鋼管之間。
與現有技術相比，本實用新型的有益效果是，將軸力構件單元的角鋼的延伸部位直接作為連接單元，只需通過鋼板構成的十字形連接板即可連接到鋼結構的框架上去，節省了大量連接綴板，簡化了連接單元的復雜結構，不僅方便了連接安裝而且也簡化了制造工藝，同時還節約了大量材料；此外，本實用新型利用外部的圓鋼管作為屈曲約束單元，內部的角鋼作為軸力構件單元，提高了結構的合理性。


圖1是公知雙圓管消能支撐的結構和安裝示意圖。
圖2是圖1中A-A、B-B、C-C處的剖面圖。
圖3是本實用新型結構和外觀示意圖。
圖4是圖3中D-D處剖面圖。
圖5是圖3中E-E處剖面圖。
圖6是本實用新型安裝示意圖。
圖7是圖6中F-F處剖面圖。
圖8是本實用新型另一種實施例的剖面圖。
具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步詳細說明。
首先參閱圖3本實用新型的示意圖和圖4、圖5各剖面圖。圖示的角鋼無屈曲消能支撐由軸力構件單元1、屈曲約束單元2和間隙阻隔單元3組成。所述軸力構件單元1是由四根角鋼構成，各角鋼的角邊相互背向設置，以在橫截面上構成十字狀，各角邊之間留有均勻的間隙(見圖5)；在位于各角鋼的角邊之間，間隔地設有若干短連接件5，該短連接件5為小鋼條，焊接在角鋼的角邊邊緣處，從而將各角鋼連接起來并固定住各角鋼角邊之間的間隙；在該間隙中設置有耐擠壓材料制成的間隙阻隔單元3，該耐擠壓材料可以是硬橡膠；由上述設置方式構成的軸力構件單元1和間隙阻隔單元3一起被置入圓鋼管構成的屈曲約束單元2(見圖5)；上述軸力構件單元1的角鋼的二端部伸出屈曲約束單元2的圓鋼管的端頭之外，并在該角鋼伸出的端部的角邊上開設有若干連接通孔4，以備連接用(見圖4)。
再參閱圖6本實用新型的安裝示意圖，所述角鋼無屈曲消能支撐兩端分別連接在建筑鋼結構框架的梁柱節點上，也可一端連接在節點上，另一端連接在梁上。在節點上設有并伸出鋼板焊成的斷面為十字狀的連接板6，其厚度與上述軸力構件單元1各角鋼角邊之間的間隙相應，連接板6上還開有位置與上述角鋼上的連接通孔4相對應的螺栓孔，螺栓7穿入該螺栓孔和連接通孔4從而把所述角鋼無屈曲消能支撐安裝固定在建筑鋼結構上，其安裝部位的剖面圖見圖7。
圖8表示了本實用新型的另一種實施例的結構剖面圖。所述角鋼無屈曲消能支撐在具有圖3所示實施例的所有技術特征的基礎上，緊貼在軸力構件單元8的角鋼的表面包裹有脫粘單元11，該脫粘單元11由厚度為0.8～1mm的聚乙烯薄膜所構成，其價格低廉而同樣能起到隔斷脫粘作用，使角鋼在受壓時能自由伸縮滑動并發生變形。此外，在軸力構件單元8的角鋼與屈曲約束單元9的圓鋼管之間充滿了填充單元12，該填充單元12為混凝土或水泥砂漿材料，其大大增加了屈曲約束單元9的圓鋼管對軸力構件單元8的角鋼的約束作用，提高了所述角鋼無屈曲消能支撐的承載能力。
在制造時，首先將各角鋼位置間距調整好，在其中間放入間隙阻隔單元10的硬橡膠，然后用小鋼條有間距地將各角鋼角邊的邊緣焊固，完成軸力構件單元8的制作；與此同時，以同類角鋼為模板將混凝土或水泥砂漿澆注成填充單元12的預制件；然后將該預制件放入角鋼，最后整體置入屈曲約束單元9的圓鋼管中。
本實用新型所述角鋼無屈曲消能支撐利用圓鋼管作為外部的屈曲約束單元，角鋼作為內部的軸力構件單元，不僅充分地利用了等邊角鋼和圓鋼管的截面在幾何上的對稱性，使結構更趨于合理，有利于節約用材，而且圓鋼管的外形也使整個支撐構件的外觀顯得輕盈簡潔，能適用于更多場合。此外，本實用新型將角鋼的延伸部位直接作為連接單元，簡化了結構，從而方便了制造和安裝，降低了耗材。
權利要求1.一種角鋼無屈曲消能支撐，包括有軸力構件單元、屈曲約束單元，其特征在于它還包括有間隙阻隔單元，所述軸力構件單元由角鋼構成，該角鋼的二端部伸出所述屈曲約束單元的外面并作為連接件開設有連接通孔，所述屈曲約束單元為園鋼管，所述間隙阻隔單元設置在軸力構件單元中各角鋼之間，且由耐擠壓材料制成。
2.根據權利要求1所述的角鋼無屈曲消能支撐，其特征在于組成所述軸力構件單元的角鋼為四根，它們的角邊相互背向設置以在橫截面上構成十字狀，各角邊之間留有填置阻隔單元耐擠壓材料的均勻的間隙。
3.根據權利要求1或2所述的角鋼無屈曲消能支撐，其特征在于在所述各角鋼的角邊之間間隔地設有若干短連接件，該短連接件將各角鋼連接起來并固定住各角鋼角邊之間的間隙。
4.根據權利要求3所述的角鋼無屈曲消能支撐，其特征在于所述短連接件為鋼條且焊接在角鋼的角邊邊緣處。
5.根據權利要求1或2所述的角鋼無屈曲消能支撐，其特征在于所述耐擠壓材料為硬橡膠。
6.根據權利要求1或2所述的角鋼無屈曲消能支撐，其特征在于它還包括有填充單元和脫粘單元，該脫粘單元緊貼并包裹在角鋼的表面，該填充單元充滿在角鋼與園鋼管之間。
7.根據權利要求6所述的角鋼無屈曲消能支撐，其特征在于所述填充單元為混凝土或水泥砂漿。
8.根據權利要求6所述的角鋼無屈曲消能支撐，其特征在于所述脫粘單元為聚乙烯薄膜。
專利摘要本實用新型公開了一種角鋼無屈曲消能支撐，包括有軸力構件單元、屈曲約束單元，它還包括有間隙阻隔單元，所述軸力構件單元由角鋼構成，該角鋼的二端部伸出所述屈曲約束單元的外面并作為連接件開設有連接通孔，所述屈曲約束單元為圓鋼管，所述間隙阻隔單元設置在軸力構件單元中各角鋼之間，且由耐擠壓材料制成。本實用新型具有結構合理、降低耗材、安裝方便、制造容易的優點，可廣泛用于新建高層建筑的鋼結構或已有建筑的加固中，以達到抗震抗風、提高結構剛度、控制側移的目的。
文檔編號E04B1/24GK2753823SQ200420109969
公開日2006年1月25日 申請日期2004年12月9日 優先權日2004年12月9日
發明者謝強 申請人:謝強