專利名稱：一種三重方鋼管防屈曲抗震支撐的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種建筑結構構件，具體涉及桿狀的抗震支撐構件，特別是三重
鋼管結構的抗震支撐。
背景技術：
桿狀支撐構件是建筑物抗震加固和抗震設計中常用的一種建筑結構構件，一般用于梁與柱、柱與柱或建筑物與建筑物之間減震和抗震。從材料力學的角度來看，這種桿狀支撐構件是一種二力桿，在地震或風載等動載荷的作用下容易產生屈曲變形而失穩。[0003] 為了防止桿狀支撐構件因屈曲變形而失穩，提高其抗震能力，2005年荻野谷學等公開了一種三重鋼管防屈曲耗能支撐(萩野谷學，長尾直治，田口孝，等.三重鋼管座屈拘束7 ^ — 7 co耐震性能(関t 3研究[A].日本建築學會大會學術講演梗概集[C].近畿日本建築學會，2005:1011-1012)，其結構如說明書附圖中的圖l所示。由圖l可見，荻野谷學等公開的耗能支撐的主要特征是軸力管由低屈服點鋼材的軸力管和普通鋼材的軸力管對接構成。荻野谷學等公開的三重鋼管防屈曲耗能支撐是基于金屬材料在變形過程中的滯回耗能特性設計而成的，巧妙地利用內外約束單元給核心單元提供限制，使整個支持具有良好的滯回耗能，顯著提升了整個構件在動載荷下的抗屈曲能力，但是，由圖1可見，所述的三重鋼管防屈曲耗能支撐明顯存在下述不足1、低屈服點鋼材的軸力管和普通鋼材的軸力管對接的焊接難度大，而且焊接處的殘余應力如果處理不好極易造成屈服位置不確定性， 一是給設計帶來困難，二是嚴重影響整個支撐的滯回耗能性能；2、由于低屈服點鋼材和普通鋼材的抗屈服能力相差甚大，因此無法使整個軸力管全面屈服，其滯回耗能作用明顯受限；3、軸力管和內外約束管同時焊接在右端板上，不僅忽視了約束管對普通鋼材的軸力管的約束作用，而且造成了整個支撐兩頭剛度的嚴重不對稱，使得整個支撐的薄弱處轉移到無約束的軸力管與左端板的焊接處；4、低屈服點鋼材是一種高科技的特種鋼材， 一些發展中的國家尚不掌握其生產技術，因此嚴重阻礙了它的推廣應用。5、由于三層鋼管之間的間隙一般只有1 2mm，軸力管和內外約束管同時焊接在一塊端上，無疑增加焊接施工難度。

發明內容鑒于現有技術存在上述不足，本實用新型所要解決的技術問題是提供一種屈服位
置可預設的耗能支撐，該支撐具有滯回耗能作用顯著提升的突出優點。 本實用新型解決上述技術問題的方案如下所述 —種三重方鋼管防屈曲抗震支撐，該抗震支撐由套裝在一起的橫截面為方形的軸力管、內約束管及外約束管和分別焊接在軸力管兩端的第一連接構件及第二連接構件組成，其特征在于，所述內約束管的一端與第一連接構件焊接，所述外約束管的一端與第二連接構件焊接；所述軸力管外壁的中部設有橫截面削弱結構，該結構為1 3個周向分布的等寬的四邊形溝槽或1 3排周向分布的等長的 向通 L其中，當所述的橫截面削弱結構為1 3個周向分布的等寬的四邊形溝槽時，每一四邊形溝槽的橫截面積小于等于軸力管管壁橫截面積的20%，一四邊形溝槽的寬度乘以其個數的積與軸力管的長度之比為0. 025 0. 075 ;當所述的橫截面削弱結構為1 3排周向分布的等長的軸向通孔時，每一排軸向通孔為四個并分別分布在軸力管四外表面的中心線上，它們的橫截面積之和小于等于軸力管管壁橫截面積的20% ;—軸向通孔的長度乘以其排數的積與軸力管的長度之比為0. 025 0. 075。 為了使軸力管在開設四邊形溝槽的位置屈服后，隨著載荷的加大能向兩頭擴展直至達到全截面屈服，以充分發揮材料的效能，上述技術方案所述軸力管的寬厚比，即橫截面的邊寬與壁厚之比應小于等于22。 現有研究結果顯示，三重鋼管防屈曲耗能支撐的約束比與軸力管和內外約束管之間的氣隙大小直接相關，且其約束比應大于2。基于此，軸力管和內外約束管之間的間隙應保證在1 2mm，內外約束管寬厚比可先根據經驗預選，然后校驗整個支撐的約束比，如果整個支撐的約束比小于2則適當增厚再驗算約束比，直至整個支撐的約束比大于2為止。[0009] 由于本實用新型所述的技術方案采用在軸力管中部管壁開槽或開孔的手段使所述的軸力管在預定的位置削弱，從而實現了整個支撐在地震或風載等動載荷的作用下產生滯回耗能，因此較現有技術具有下述有益效果 1、整個軸力管使用相同的材料且外壁的中部設有橫截面削弱結構(四邊形溝槽或軸向通孔)，因此，當中部的橫截面削弱結構處屈服后，隨著載荷的加大能向兩頭擴展直至達到全面屈服，不僅使整個支撐的滯回耗能作用得到顯著提升，而且材料的效能也得到了充分發揮。 2、橫截面削弱結構的位置是事先預定的，避免了屈服變形位置的隨機性，可確保其實際工作性能與設計期望性能一致，效果具有可預見性。 3、橫截面削弱結構的位置設在軸力管的中部，便于將內外約束管分別焊接在第一連接構件和第二連接構件上，既避免了因集中焊接在同一連接構件上易造成應力集中，也克服了整個支撐兩頭剛度的嚴重不對稱以及整個支撐的薄弱處易轉移到無約束的普通鋼材的軸力管與連接構件焊接處的不足。 4、避免了對低屈服點特種鋼材的依賴，有利于推廣應用。[0014] 5、不存在低屈服點特種鋼材與普通鋼材的對接施工，制作方便。

圖1為現有三重鋼管防屈曲耗能支撐的的結構示意圖。 圖2 4為本實用新型所述三重方鋼管防屈曲抗震支撐的一個具體實施例的結構示意圖，其中，圖2為主視圖(縱剖)，圖3為左視放大圖，圖4為圖2的A-A剖面放大圖。[0017] 圖5和圖6為圖2 4所示實施例中軸力管上所設四邊形溝槽處局部結構示意圖，其中，圖5為主視圖，圖6為圖5的D-D剖視圖。 圖7 9為本實用新型三重方鋼管防屈曲抗震支撐的另一具體實施例的結構示意圖，其中圖7為主視圖(縱剖)，圖8為左視圖，圖9為圖7的B-B剖面放大圖。[0019] 圖10為圖7 9所示實施例中軸力管上所設三個四邊形溝槽處局部結構示意圖。[0020] 圖11 13為本實用新型所述三重方鋼管防屈曲抗震支撐的又一具體實施例的結
4構示意圖，其中，圖11為主視圖(縱剖)，圖12為左視放大圖，圖13為圖11的C-C剖面放大圖。 圖14和圖15為圖11 13所示實施例中軸力管上所設三排軸向通孔處局部結構示意圖，其中，圖14為主視圖，圖15為圖14的E-E剖視圖。 圖16和圖17為本實用新型所述三重方鋼管防屈曲抗震支撐應用于梁與柱之間的使用狀態圖。 圖18為本實用新型所述三重方鋼管防屈曲抗震支撐應用于柱與柱之間的使用狀態圖。 圖19為本實用新型所述三重方鋼管防屈曲抗震支撐應用于建筑物與建筑物之間的使用狀態圖。
具體實施方式如圖2 4所示，本實用新型所述三重方鋼管防屈曲抗震支撐為一種桿狀構件，縱
向由兩頭的無約束非屈服段和中間的屈服段組成，其中屈服段自內向外依次由普通低碳鋼
方鋼管制作的內約束管1、軸力管2和外約束管3組成；位于屈服段左頭的無約束非屈服段
為第一連接構件，位于屈服段右頭的無約束非屈服段為第二連接構件，所述的第一連接構
件和第二連接構件分別由一端板4和焊接在端板4 一側的連接板5構成。 參見圖2和圖3，本例中，第一連接構件和第二連接構件為一種與支撐結構鉸接的
構件，二者都是由連接板5和端板4組成，其中，連接板5由兩塊平行焊接在端板4上的普
通鋼板構成，所述的兩塊普通鋼板上分別設有對穿的安裝孔7 ;所述的端板4為圓盤狀，其
中，第一連接構件中的端板4的左側與一連接板5焊接在一起，右側自中心向外依次設有套
裝并焊接內約束管1和軸力管2的凸臺；第二連接構件中的端板4的右側與另一連接板5
焊接在一起，左側自中心向外依次設有套裝并焊接軸力管2和外約束管3的凸臺。 參見圖5和6并結合圖4，所述的軸力管2外壁的中部設有一個周向的四邊形
溝槽6，該四邊形溝槽6的軸向寬度與軸力管2的長度之比為O. 030 ;本例中，軸力管2的
寬厚比等于22，四邊形溝槽6的橫截面積等于軸力管2管壁的橫截面積的20%，由公式
= 20%可計算出四邊形溝槽6的深度，公式中B為軸力管2的橫截面的邊寬，b
為軸力管2的橫截面內孔的邊寬，h(見圖5)為四邊形溝槽6的深度。 參見圖4，本例中內約束管1、軸力管2和外約束管3三者之間的間隙為lmm，內約束管1和外約束管3的寬厚比根據約束比應大于2的原則驗算確定。 參見圖7 9并結合圖IO，本例與圖2 4所示實施例的區別有二，一是軸力管2的中部設有三個周向的等寬的四邊形溝槽6，二是第一連接構件和第二連接構件為一種與支撐結構固定連接的十字結構。 圖7 9所示實施例中，取軸力管2的寬厚比等于20 ;每一四邊形溝槽6的寬度均根據一個四邊形溝槽6的寬度乘以3的積與軸力管2的長度之比為0. 075的原則確定；每一四邊形溝槽6深度的確定方法如下所述取每一個四邊形溝槽6的橫截面積等于軸力管
2管壁的橫截面積的16 % ，由公式^ —= 16%計算出四邊形溝槽6的深度，公式中B為軸力管2的橫截面的邊寬，b為軸力管2的橫截面內孔的邊寬，h(見圖10)為四邊形溝槽6的深度。參見圖9，本例中內約束管1、軸力管2和外約束管3三者之間的間隙為2mm，內約束管1和外約束管3的寬厚比同樣根據束比應大于2的原則驗算確定。[0031] 圖7 9所示實施例中，所示的第一連接構件和第二連接構件也都是由連接板5和端板4組成，其中，端板4的結構和圖2 4所示實施例相同；連接板5的橫斷面呈十字形，由普通鋼板焊接構成，其四翼上分別設有三個安裝孔7。 參見圖11 15，本例與圖7 9所示實施例的不同之處在于，取代軸力管2外壁中部所設三個的四邊形溝槽6的削弱結構是三排等長的軸向通孔6'。參見圖ll和13，每一排軸向通孔6'為四個，分別分布在軸力管2四外表面的的中心線上。本例中，取軸力管2的寬厚比等于20;每一軸向通孔6'的長度均根據一個軸向通孔6'的長度乘以3的積與軸力管2的長度之比為0. 075的原則確定；每一軸向通孔6'寬度根據每一排軸向通孔6'的削弱率小于等于20%的原則確定，本例中設每一排軸向通孔6'的削弱率小于等于16%，即每一排軸向通孔6'的橫截面積之和等于軸力管2管壁的橫截面積的16%，由此計算出軸向通孔6'的寬度等于0. 04(B+b)，其中B為軸力管2的橫截面的邊寬，b為軸力管2的內孔橫截面的邊寬。 參見圖16 19，本實用新型所述的三重方鋼管防屈曲抗震支撐8可設在梁9與柱IO(見圖16和圖17)、柱10與柱10'(見圖18)或建筑物11與建筑物11'(見圖19)之間實現減震、抗震。
權利要求一種三重方鋼管防屈曲抗震支撐，該抗震支撐由套裝在一起的橫截面為方形的軸力管(2)、內約束管(1)及外約束管(3)和分別焊接在軸力管(2)兩端的第一連接構件及第二連接構件組成，其特征在于，所述內約束管(1)的一端與第一連接構件焊接，所述外約束管(3)的一端與第二連接構件焊接；所述軸力管(2)外壁的中部設有橫截面削弱結構，該結構為1～3個周向分布的等寬的四邊形溝槽(6)或1～3排周向分布的等長的軸向通孔(6’)，其中，當所述的橫截面削弱結構為1～3個周向分布的等寬的四邊形溝槽(6)時，每一四邊形溝槽(6)的橫截面積小于等于軸力管(2)管壁橫截面積的20％，一四邊形溝槽(6)的寬度乘以其個數的積與軸力管的長度之比為0.025～0.075；當所述的橫截面削弱結構為1～3排周向分布的等長的軸向通孔(6’)時，每一排軸向通孔(6)為四個并分別分布在軸力管(2)四外表面的中心線上，它們的橫截面積之和小于等于軸力管(2)管壁橫截面積的20％；一軸向通孔(6)的長度乘以其排數的積與軸力管的長度之比為0.025～0.075。
2. 根據權利要求1所述的一種三重方鋼管防屈曲抗震支撐，其特征在于所述的軸力管(2)的寬厚比小于等于22。
3. 根據權利要求1或2所述的一種三重方鋼管防屈曲抗震支撐，其特征在于所述的軸力管(2)與內約束管(1)及外約束管(3)之間的間隙為1 2mm。
專利摘要本實用新型涉及一種三重方鋼管防屈曲抗震支撐，該抗震支撐由套裝在一起的橫截面為方形的軸力管(2)、內約束管(1)及外約束管(3)和分別焊接在軸力管(2)兩端的第一連接構件及第二連接構件組成，其特征在于，所述內約束管(1)的一端與第一連接構件焊接，所述外約束管(3)的一端與第二連接構件焊接；所述軸力管(2)外壁的中部設有橫截面削弱結構，該結構為1～3個周向分布的等寬的四邊形溝槽(6)或1～3排周向分布的等長的軸向通孔(6’)。本抗震支撐不僅屈服位置可預設，而且滯回耗能作用也得到顯著提升。
文檔編號E04B1/98GK201521039SQ20092023772
公開日2010年7月7日 申請日期2009年10月23日 優先權日2009年10月23日
發明者周云, 鄧雪松 申請人:廣州大學