一種雙矩管對扣雙核裝配式防屈曲支撐構件的制作方法
【專利摘要】一種雙矩管對扣雙核裝配式防屈曲支撐構件，由一字形內核構件、一字形約束構件和外圍約束方鋼管構件組成。一字形內核構件采用低屈服點高延性平鋼板，并在其表面粘貼硬質橡膠。外圍約束構件由兩根帶外伸鋼板帶的約束方鋼管和一字形約束構件捆綁而成。捆綁作用通過高強度螺栓連接實現，高強度螺栓穿過方鋼管外伸鋼板帶上的螺栓孔、一字形約束構件及其之間布置的鋼墊板和橡膠墊片，使外圍構件連為一體。鋼墊板的厚度大于一字形內核構件的厚度1mm～2mm，以釋放內核受壓產生的膨脹變形，并通過硬質橡膠填充。這種裝配式防屈曲支撐構件，不僅實現了外圍約束構件之間連接的簡單化，而且因為其具有雙核單元，為大噸位防屈曲支撐設計提供了更大的選擇范圍。
【專利說明】一種雙矩管對扣雙核裝配式防屈曲支撐構件
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種新型防屈曲支撐構件，尤其是涉及一種雙矩管對扣雙核裝配式防屈曲支撐構件。屬于結構工程【技術領域】。
技術背景
[0002]防屈曲支撐構件一般由內核構件與外圍約束構件兩部分組成。目前，防屈曲支撐構件的截面種類按照外圍約束材料、構件以及組合形式可以分為三類，即鋼筋混凝土外圍約束截面、鋼與混凝土組合外圍約束截面與全鋼裝配式外圍約束截面。受壓內核構件的材料一般為低屈服點高延性鋼材，截面多為“一”字形或“十”字形。一般在內核構件表面涂裝特制的無粘結材料，而且在外圍構件表面與內核構件表面之間預留一定的間隙，以防止內核構件受壓時發生橫向膨脹而被塞死。在小震作用下，防屈曲支撐構件的內核構件保持彈性，為主體結構提供足夠的抗側剛度；在中震和大震作用下，內核構件會率先進入屈服，對主體框架起到保護的作用，并消耗大量的地震輸入能量。防屈曲支撐構件兼具“耗能”與“支撐”的雙重功用，在地震設防烈度較高的區域，防屈曲支撐構件被認為是最好的消能減震構件之一，近幾年來在我國的高層建筑也開始采用。
[0003]通常采用的鋼筋混凝土外圍約束截面以及鋼與混凝土組合外圍約束截面主要存在以下缺點:(1)這類構件的制作精度要求高，導致制作費用增加，特別在澆注混凝土時，無論采用何種精致的模板材料與支撐方法，都很難保證內核與外圍之間的預留精度要求；
(2)燒注混凝土等濕作業給制作與施工帶來了影響，其精度控制難度大；(3)涂裝在內核構件表面的隔離材料多采用環氧樹脂，品種單一，其耐久性差，易于從內核表面脫離。
[0004]作者也曾經提出一種全鋼裝配式防屈曲支撐構件[200910081817.5]和一種雙矩管對扣裝配式防屈曲支撐構件[201020574017.5]，分別采用四根槽形截面熱軋型鋼和雙矩管捆綁起來進而約束一根“一”字形內核構件，均可解決上述混凝土濕作業與精度控制方面的問題。但是，由于內核采用“一”字形構件，其內核的屈服荷載較小，不能滿足大噸位防屈曲支撐構件的設計。為此，本專利提出了一種雙矩管對扣雙核裝配式防屈曲支撐構件，不僅具有上述裝配式防屈曲支撐的優點，而且外圍約束構件之間的連接特別簡單有效，更因為其具有雙核單元，屈服荷載較大，能有效解決大噸位防屈曲支撐的設計。
[0005]這種雙矩管對扣雙核裝配式防屈曲支撐構件的外圍約束截面由兩根帶外伸鋼板帶的矩形鋼管和一字形約束構件捆綁組成，矩形鋼管內可澆注混凝土 ；內核受壓構件采用低強度高延性的一字形截面低碳鋼板。外圍約束構件的捆綁作用是通過在其外伸鋼板帶和一字形約束構件上的高強度螺栓連接而實現的，兩個外伸鋼板帶之間設置能穿過高強度螺栓的鋼墊板，鋼墊板的厚度大于內核板的厚度，以保證高強度螺栓預張力不直接傳遞到內核截面表面，而由外圍約束構件與鋼墊板之間相互平衡。鋼墊板與外伸鋼板帶之間設置若干個圓形橡膠墊片，以幫助調節兩個矩形鋼管的連接間距，彌補構件制作與安裝時產生的幾何偏差。外圍約束構件與內核構件的表面之間采用硬質橡膠隔離，其厚度控制在Imm?2mm，便能滿足內核構件受壓膨脹量的要求。[0006]本專利的優點主要有:(1)內核構件與外圍約束構件采用現場裝配，采用螺栓連接，既方便現場裝配、節約成本，又可以通過增加與減少鋼墊板與外圍約束構件之間的橡膠墊片的數量實現內核構件與外圍約束構件表面之間距離的調整，從而使防屈曲構件獲得最佳的滯回性能；(2)雙內核的設置不僅可提供大噸位防屈曲支撐，而且內核單元更宜連接到節點板上，減少節點尺寸，便于現場安裝；(3)外圍約束構件的矩形鋼管內可以澆注混凝土材料，這種直接在管內澆注混凝土的形式比采用鋼與混凝土組合截面的防屈曲構件在處理混凝土表面與內核鋼板之間的精度控制方面更方便、更簡潔；(4)所有鋼構件均可以在工廠制作，加工精度容易控制；(5)內核構件與外圍約束構件二者表面之間采用硬質橡膠隔離，不僅耐久性好，而且其制作厚度容易控制與調整；(6)補充了現有防屈曲支撐構件的種類、外圍約束的截面形式以及連接方式，為結構設計與加固提供更大的選擇范圍；(7)地震后更換已發生屈服或者屈曲的防屈曲支撐構件非常方便。

【發明內容】

[0007]本專利提出一種雙矩管對扣雙核裝配式防屈曲支撐構件，旨在提供一種新型裝配式支撐消能構件，在小震時為結構提供抗側剛度，并在中震和大震作用下保護主體結構并有效耗能。
[0008]一種雙矩管對扣雙核裝配式防屈曲支撐構件包括以下部件:一字形內核構件、一字形約束構件、約束方鋼管、硬質橡膠、鋼墊板、橡膠墊片、高強度螺栓、混凝土；
[0009]所述一字形內核構件采用低強度高延性的平鋼板；在一字形內核構件被約束構件包裹的區域表面粘貼硬質橡膠；
[0010]所述約束方鋼管共兩根，其尺寸均相同，其長度小于一字形內核構件的長度；其由一塊平鋼板與一塊熱軋槽鋼通過焊接組成，并使得平鋼板兩端分別形成兩道外伸鋼板帶，或者由四塊平鋼板通過焊接組成，并使得與一字形內核構件平行且毗鄰的平鋼板的兩端分別形成兩道外伸鋼板帶；在兩根約束方鋼管的外伸鋼板帶上的相對應的位置分別開螺栓孔；
[0011]所述一字形約束構件共一根，其長度小于一字形內核構件的長度，與約束方鋼管部件中的平鋼板尺寸相同；在與約束方鋼管外伸鋼板帶上開孔相對應的位置開設螺栓孔；
[0012]將兩根約束方鋼管分別置于兩塊一字形內核構件的兩側，與一字形約束構件形成外圍約束構件約束兩塊一字型內核構件；一字形內核構件兩端的外伸板件的長度相同，一字形約束構件上的螺栓孔與兩根約束方鋼管的外伸鋼板帶上的螺栓孔對齊；在約束方鋼管的外伸鋼板帶之間開有螺栓孔的位置放置鋼墊板，并在鋼墊板與外伸鋼板帶之間放置橡膠墊片；高強度螺栓穿過約束構件上的螺栓孔、橡膠墊片與鋼墊板，通過施加螺栓預緊力將兩根約束方鋼管和一字形約束構件連為一體，形成一字形雙內核構件的外圍約束構件；鋼墊板的厚度大于一字形內核構件的板件厚度，并通過調節橡膠墊片的厚度，使得在高強度螺栓的預緊力作用下約束方鋼管的表面與一字形內核構件的表面間形成Imm?2_的間隙，此間隙由粘貼在一字形內核構件表面的硬質橡膠填充；
[0013]保持約束方鋼管的管內中空，或在管內澆注混凝土。
[0014]所述雙矩管對扣雙核裝配式防屈曲支撐構件的端部采用通用做法，即一字形內核構件在端部進行外擴并焊接翼板加強，并在一字形內核構件的外伸板件上開螺栓孔；雙內核單元與框架構件的連接通過連接板及高強度螺栓實現。為保證翼板的平滑過渡，約束方鋼管須開槽口，翼板與約束方鋼管間須留有一定的距離g，g為大震作用下一字形內核構件發生的最大壓縮變形的一半。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為一種雙矩管對扣雙核裝配式防屈曲支撐構件的截面圖；
[0016]圖2為約束方鋼管的截面分解圖，當其由一塊平鋼板和一根熱軋槽鋼焊接而成時；
[0017]圖3為約束方鋼管的截面分解圖，當其由四塊平鋼板焊接而成時；
[0018]圖4為約束構件的螺栓連接的組成圖；
[0019]圖5為一種雙矩管對扣雙核裝配式防屈曲支撐構件的三維圖；
[0020]圖6為一種雙矩管對扣雙核裝配式防屈曲支撐構件的三維分解圖；
[0021]圖7為一種雙矩管對扣雙核裝配式防屈曲支撐構件的局部組成圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖1?7，詳細說明本發明的實施方式。
[0023]如圖1-7所示，一種雙矩管對扣雙核裝配式防屈曲支撐構件包括以下部件:
[0024]I——一字形內核構件；
[0025]2——一字形約束構件；
[0026]3——約束方鋼管；
[0027]4——硬質橡膠；
[0028]5——鋼墊板；
[0029]6——橡膠墊片；
[0030]7——高強度螺栓；
[0031]8——混凝土；
[0032]9—平鋼板，用以組成約束方鋼管；
[0033]10——熱軋槽鋼，用以組成約束方鋼管；
[0034]11—平鋼板，用以組成約束方鋼管；
[0035]12—平鋼板，用以組成約束方鋼管；
[0036]13—平鋼板，用以組成約束方鋼管；
[0037]14——外伸鋼板帶；
[0038]15——螺栓孔；
[0039]16——翼板。
[0040]如圖1、5、6所示，所述一字形內核構件I采用低強度高延性的平鋼板；如圖6所示，在一字形內核構件I被約束構件2和3包裹的區域表面粘貼硬質橡膠4 ；
[0041]如圖1、5、6所示，所述約束方鋼管3共兩根，其尺寸均相同，其長度小于一字形內核構件I的長度；如圖2所示，所述約束方鋼管3由一塊平鋼板9與一塊熱軋槽鋼10通過焊接組成，并使得平鋼板9兩端分別形成兩道外伸鋼板帶14，或者如圖3所示，由四塊平鋼板9、11、12、13通過焊接組成，并使得與一字形內核構件I平行且毗鄰的平鋼板9的兩端分別形成兩道外伸鋼板帶14 ;如圖6所示，在兩根約束方鋼管3的外伸鋼板帶14上的相對應的位置分別開螺栓孔15 ；
[0042]如圖1、5、6所不,所述一字形約束構件2共一根,其長度小于一字形內核構件I的長度，與約束方鋼管部件中的平鋼板尺寸9相同；在與約束方鋼管外伸鋼板帶14上開孔相對應的位置開設螺栓孔15 ；
[0043]如圖1、5、6所示，將兩根約束方鋼管3分別置于兩塊一字形內核構件I的兩側，與一字形約束構件2形成外圍約束構件約束兩塊一字型內核構件I ;一字形內核構件I兩端的外伸板件的長度相同，一字形約束構件上的螺栓孔15與兩根約束方鋼管的外伸鋼板帶14上的螺栓孔15對齊；如圖1、4所示，在約束方鋼管3的外伸鋼板帶14之間開有螺栓孔15的位置放置鋼墊板5，并在鋼墊板5與外伸鋼板帶14之間放置橡膠墊片6 ;高強度螺栓7穿過約束構件上的螺栓孔15、橡膠墊片6與鋼墊板5，通過施加螺栓預緊力將兩根約束方鋼管3和一字形約束構件2連為一體，形成一字形雙內核構件I的外圍約束構件；鋼墊板5的厚度大于一字形內核構件I的板件厚度，并通過調節橡膠墊片6的厚度，使得在高強度螺栓的預緊力作用下約束方鋼管3的表面與一字形內核構件I的表面間形成Imm~2mm的間隙，此間隙由粘貼在一字形內核構件表面的硬質橡膠4填充；
[0044]如圖1、5所示，保持約束方鋼管3的管內中空，或在管內澆注混凝土 8 ；
[0045]如圖5、6所示，所述雙矩管對扣雙核裝配式防屈曲支撐構件的端部采用通用做法，即一字形內核構件I在端部進行外擴并焊接翼板16加強，并在一字形內核構件I的外伸板件上開螺栓孔15 ;雙內核單元與框架構件的連接通過連接板及高強度螺栓實現。如圖7所示，為保證翼板16的平滑過渡，約束方鋼管3須開槽口，翼板16與約束方鋼管3間須留有一定的距離g，g為大震作用下一字形內核構件I發生的最大壓縮變形的一半。
[0046]對這種雙矩管對扣雙核裝配式防屈曲支撐構件的設計主要包括以下兩個方面:
[0047](I)外圍約束構件與內核構件約束比的要求:約束比ζ定義為防屈曲支撐整體彈性屈曲荷載與內核構件屈服荷載的比值:
[0048]
【權利要求】
1.一種雙矩管對扣雙核裝配式防屈曲支撐構件，其特征在于，由以下部件組成:一字形內核構件、一字形約束構件、約束方鋼管、硬質橡膠、鋼墊板、橡膠墊片、高強度螺栓、混凝土 ；所述一字形內核構件采用低強度高延性的平鋼板；在一字形內核構件被約束構件包裹的區域表面粘貼硬質橡膠；所述約束方鋼管共兩根，其尺寸均相同，其長度小于一字形內核構件的長度；其由一塊平鋼板與一塊熱軋槽鋼通過焊接組成，并使得平鋼板兩端分別形成兩道外伸鋼板帶，或者由四塊平鋼板通過焊接組成，并使得與一字形內核構件平行且毗鄰的平鋼板的兩端分別形成兩道外伸鋼板帶；在兩根約束方鋼管的外伸鋼板帶上的相對應的位置分別開螺栓孔；所述一字形約束構件共一根，其位于兩內核之間且小于一字形內核構件的長度，與約束方鋼管部件中的平鋼板尺寸相同；在與約束方鋼管外伸鋼板帶上開孔相對應的位置開設螺栓孔；將兩根約束方鋼管分別置于兩塊一字形內核構件的兩側，與一字形約束構件形成外圍約束構件約束兩塊一字型內核構件；一字形內核構件兩端的外伸板件的長度相同，一字形約束構件上的螺栓孔與兩根約束方鋼管的外伸鋼板帶上的螺栓孔對齊；在約束方鋼管的外伸鋼板帶之間開有螺栓孔的位置放置鋼墊板，并在鋼墊板與外伸鋼板帶之間放置橡膠墊片；高強度螺栓穿過約束構件上的螺栓孔、橡膠墊片與鋼墊板，通過施加螺栓預緊力將兩根約束方鋼管和一字形約束構件連為一體，形成一字形雙內核構件的外圍約束構件；鋼墊板的厚度大于一字形內核構件的板件厚度Imm?2mm,并通過硬質橡膠填充。
2.根據權利要求1所述的雙矩管對扣雙核裝配式防屈曲支撐構件，其特征在于，所述防屈曲支撐構件端部是將一字形內核構件在端部進行外擴并焊接翼板加強，并在一字形內核構件的外伸板件上開螺栓孔；雙內核單元與框架構件的連接通過連接板及高強度螺栓實現。
【文檔編號】E04B1/98GK103572859SQ201310560205
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月12日 優先權日:2013年11月12日
【發明者】姜子欽, 郭彥林 申請人:清華大學