專利名稱：一種帶抗剪鍵的套管耗能元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固定建筑物的支撐構(gòu)件，特別涉及一種支撐構(gòu)件的耗能元 件，用于降低地震荷載效應(yīng)對(duì)建筑物和構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)的破壞。
背景技術(shù)：
隨著多、高層建筑興建日益增加，抗震成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要研究對(duì)象。傳統(tǒng) 的抗震設(shè)計(jì)方法以"抗"為主要思路，由于其經(jīng)濟(jì)性和安全性方面都存在問(wèn)題， 故漸漸被結(jié)構(gòu)控制技術(shù)所取代。結(jié)構(gòu)控制技術(shù)包括主動(dòng)結(jié)構(gòu)控制技術(shù)和被動(dòng)結(jié)構(gòu) 控制技術(shù)。耗能支撐技術(shù)是被動(dòng)控制技術(shù)中較常見(jiàn)的一種，是新建建筑的抗震設(shè) 防和既有建筑的抗震加固提高結(jié)構(gòu)抗震性能的一種非常實(shí)用的途徑。
普通耗能支撐是建筑結(jié)構(gòu)中的非承重構(gòu)件，有消能支撐組成的體系可以安裝 在柱間或抗震墻間，其^L法是在普通支撐上安裝各種作用不同的消能節(jié)點(diǎn)或阻尼 裝置。該裝置在正常使用荷載及小震作用下一般不發(fā)生作用。在遇到強(qiáng)烈地震時(shí)， 當(dāng)結(jié)構(gòu)的主要承重構(gòu)件尚未發(fā)生屈服時(shí)，耗能支撐裝置開(kāi)始滑移或轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)生作 用，以增大阻尼或以摩擦功消耗地震輸入結(jié)構(gòu)的能量，從而使結(jié)構(gòu)改變動(dòng)力特性， 達(dá)到保護(hù)主體結(jié)構(gòu)的目的和起到減震的作用。目前，已開(kāi)發(fā)出多種耗能減震支撐，
它們可歸納為以下三類摩擦耗能減震支撐、粘性和粘彈性阻尼器耗能減震支撐、 防屈曲金屬耗能減震支撐。
摩擦耗能減震支撐通過(guò)支撐的滑動(dòng)來(lái)消耗和吸收地震能量；粘性和粘彈性阻 尼器耗能減震支撐中的粘彈性阻尼器是由粘彈性材料與約束鋼板交替疊合而成 的，是一種主要與速度相關(guān)的減震裝置。它通過(guò)粘彈性材料的剪切滯回變形來(lái)增 加結(jié)構(gòu)的阻尼，耗散輸入的地震能量，從而減小結(jié)構(gòu)的振動(dòng)反應(yīng)；金屬屈曲耗能 減震支撐利用金屬材料進(jìn)入塑性范圍后的較好滯回性能耗能減震?，F(xiàn)有的耗能支撐采用在普通支撐上安裝各種作用不同的耗能元件、阻尼裝置或者采用大延性金 屬材料制作的作法，具有造價(jià)較高、震后不便于維修更換、加工精度要求高、安 裝復(fù)雜等缺點(diǎn)，限制了耗能支撐的廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種便于維修更 換、加工簡(jiǎn)單、施工簡(jiǎn)便、性能優(yōu)越、造價(jià)低廉的支撐耗能元件，它能較經(jīng)濟(jì)地 解決新建建筑的消能減震和既有建筑抗震加固的技術(shù)問(wèn)題，同時(shí)，非地震狀態(tài)時(shí) 也是建筑結(jié)構(gòu)的承重構(gòu)件。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種帶抗剪鍵的套管耗能元件，其包括內(nèi)管和外管，所述內(nèi)管和外管同軸搭 接，所述外管搭接段的內(nèi)壁上設(shè)有抗剪鍵，所述外管與所述內(nèi)管搭接段之間的縫 隙處設(shè)有膨脹水泥漿，所述膨脹水泥漿固化后形成膨脹水泥環(huán)。
基于上述主要技術(shù)特征，所述抗剪鍵為焊在所述外管搭接段內(nèi)壁表面的堆焊 點(diǎn)或焊縫或截短鋼筋或栓釘。
基于上述主要技術(shù)特征，所述外管與所述內(nèi)管搭接萃殳的外端設(shè)有外環(huán)板，所 述外管與所述內(nèi)管搭接段的內(nèi)端設(shè)有內(nèi)環(huán)板，所述外環(huán)板和所述內(nèi)環(huán)板與所述外 管固定連接，所述內(nèi)環(huán)板、外環(huán)板、內(nèi)管和所述外管?chē)梢还酀{空腔，所述灌漿 空腔外壁上設(shè)有灌漿孔，所述膨脹水泥漿位于所述灌漿空腔內(nèi)。
基于上述主要技術(shù)特征，所述膨脹水泥中混有纖維。
基于上述主要技術(shù)特征，所述纖維為鋼纖維或碳纖維或玻璃纖維。
基于上述主要技術(shù)特征，所述膨脹水泥中混有砂。
本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明利用膨脹水泥漿的化學(xué)預(yù)應(yīng)力，使膨脹水泥環(huán)和鋼管的接觸面壓緊，以增大兩者之間的摩擦力。外管內(nèi)表面加焊抗剪鍵，利 用膨脹水泥漿和抗剪鍵的咬合力提高外管和水泥漿環(huán)體的連接強(qiáng)度，將破壞面控 制在內(nèi)管外壁與水泥漿環(huán)的接觸面上，往復(fù)荷載作用下，該種破壞形式對(duì)本耗能 元件的受力性能有利。在正常使用狀態(tài)下，該發(fā)明可以承受很大的軸向荷載，并
具備和普通支撐一樣的剛度；而在地震荷載作用下，該發(fā)明通過(guò)內(nèi)外管的相對(duì)滑 動(dòng)來(lái)消耗和吸收地震能量。其作用機(jī)理，使得構(gòu)件在加工精度上沒(méi)有太高的要求， 節(jié)省鋼材，造價(jià)低廉。該發(fā)明在震災(zāi)中破壞失效后，僅需對(duì)支撐耗能元件進(jìn)行更 換即可。采用該支撐對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員無(wú)額外工作量，現(xiàn)場(chǎng)安裝簡(jiǎn)便，無(wú)特殊技術(shù) 要求。
采用本發(fā)明的耗能支撐可以取代現(xiàn)有的摩擦耗能減震支撐、粘性和粘彈性阻 尼器耗能減震支撐和防屈曲金屬耗能減震支撐在結(jié)構(gòu)中使用，用途廣泛。雖然， 灌漿套管連接在建筑工程的構(gòu)件連接中有所應(yīng)用，但僅僅停留在鋼管連接的層面 上，其對(duì)多、高層建筑、空間結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的消能減震和既有建筑的抗震加固 的應(yīng)用并未被認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明用一種施工簡(jiǎn)單、成本低廉的方法解決了新建建筑 的消能減震和既有建筑的抗震加固技術(shù)問(wèn)題。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例環(huán)板的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明實(shí)施例抗剪鍵采取堆焊點(diǎn)形式的示意圖。
圖4為本發(fā)明實(shí)施例抗剪鍵采取堆焊縫形式的示意圖。
圖5為本發(fā)明實(shí)施例抗剪鍵采取截短鋼筋形式的示意圖。
具體實(shí)施方式
下面接合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的介紹。
如圖1所示，作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，該灌漿套管^^能元件，包括內(nèi)管l
和外管2,內(nèi)管1沿管軸線插入外管2內(nèi)同軸搭接，內(nèi)管1外壁及外管2內(nèi)壁表 面均可進(jìn)行噴砂或噴丸處理，外管2搭接段的內(nèi)管壁上設(shè)有抗剪鍵6，該抗剪鍵 為焊點(diǎn)，外管2與內(nèi)管1搭接段的外端設(shè)有環(huán)形外環(huán)板4，外管2與內(nèi)管1搭接 段的內(nèi)端設(shè)有環(huán)形內(nèi)環(huán)板5 (如圖2所示)，外環(huán)板4和內(nèi)環(huán)板5只與外管2固 定連接，內(nèi)環(huán)^反5，外環(huán)^反4、內(nèi)管1和所述外管2圍成灌漿空腔3，灌漿空腔3 壁上設(shè)有灌漿孔，灌漿空腔3內(nèi)通過(guò)灌漿孔注入膨脹水泥，并形成膨脹水泥環(huán)。 在灌漿空腔3內(nèi)灌注了膨脹水泥漿后，固結(jié)后膨脹水泥漿體積膨脹形成水泥 環(huán)，由于內(nèi)外套管對(duì)水泥環(huán)的約束從而使水泥環(huán)和鋼管之間產(chǎn)生徑向預(yù)應(yīng)力，增 大水泥環(huán)和管體之間的摩擦力，當(dāng)內(nèi)外管在地震力作用下發(fā)生往復(fù)相對(duì)位移時(shí)， 滑動(dòng)面上的摩擦力做功消耗地震輸入結(jié)構(gòu)的能量，起到消能減震的作用，外管內(nèi) 表面加焊抗剪鍵，利用膨脹水泥漿和抗剪鍵的咬合力提高外管和水泥漿環(huán)體的連 接強(qiáng)度。
水泥漿兩端加固定外環(huán)板4和內(nèi)環(huán)板5后，膨脹水泥漿受到三向約束，使連 接段的預(yù)應(yīng)力有所提高。外環(huán)板4和內(nèi)環(huán)板5可以根據(jù)實(shí)際情況同時(shí)使用，也可 以只使用內(nèi)環(huán)板4或外環(huán)板5。由于環(huán)板限制了連接段膨脹水泥漿與外管之間的 相對(duì)位移，破壞面將出現(xiàn)在內(nèi)管外壁和膨脹水泥漿的接觸面上，將破壞面控制在 內(nèi)管外壁與水泥漿環(huán)的接觸面上，在往復(fù)荷載作用下，這種破壞形式有利于該耗 能元件的受力。
抗剪件采取堆焊點(diǎn)10的形式(如圖3所示)，采耳又堆焊縫11的形式(如圖 4所示)，或采取截短鋼筋12的形式(如圖5所示)。加工精度要求不高，設(shè)置 抗剪件無(wú)方向要求，可隨機(jī)布置。為了灌漿方便，灌漿孔也可開(kāi)在灌漿空腔壁上的任何地方，數(shù)量可以一個(gè)也
可以是多個(gè)，圖2中表示的灌漿孔7開(kāi)在了環(huán)板上。
由于膨脹水泥漿抗壓強(qiáng)度高，但受拉力易發(fā)生碎裂，因此可在膨脹水泥中加 入纖維，纖維的加入在極大程度上改善了膨脹水泥漿的受力性能，提高了該種發(fā) 明的承栽力和滯回耗能性能。膨脹水泥漿中添加的纖維包括碳纖維和鋼纖維等， 纖維種類、摻量需按工程實(shí)際情況選取。為了減少水泥漿液化后的收縮，也可在 膨脹水泥漿中可混入砂。
本發(fā)明的耗能減震性能主要由元件尺寸和膨脹水泥漿的膨脹率決定，膨脹劑 的選取，其膨脹水泥漿的配合比很大程度上影響著該種發(fā)明的性能。 本發(fā)明在正常使用荷載作用下依靠鋼管與膨脹水泥漿之間的摩擦力和粘結(jié)力傳
遞軸力作用。在大的地震作用下，依靠鋼管與膨脹水泥漿之間的滑動(dòng)摩擦來(lái)消耗 地震能量。 -
本發(fā)明的制作工藝才艮據(jù)本發(fā)明的元件承栽力等級(jí)確定內(nèi)外鋼管的具體尺寸 和鋼管套接段的長(zhǎng)度，并根據(jù)鋼管尺寸確定環(huán)板相應(yīng)尺寸，設(shè)計(jì)環(huán)板要盡量避免 組裝時(shí)可能出現(xiàn)的問(wèn)題。如需要混入纖維，內(nèi)摻纖維的種類及纖維膨脹水泥漿的 配比根據(jù)需要確定。外環(huán)板可加工成整個(gè)圓環(huán)或兩個(gè)半環(huán)，可在端部環(huán)板上加開(kāi) 灌漿孔。加工內(nèi)外環(huán)板(如不使用內(nèi)環(huán)板或外環(huán)板時(shí)可采用臨時(shí)模板代替)，完 成內(nèi)外環(huán)板和外管的連接，將抗剪鍵均勻分布地焊接在外管的內(nèi)表面上，將泡沫 塑料卡入外管內(nèi)至內(nèi)環(huán)板位置以限定灌漿段的長(zhǎng)度。將內(nèi)外管準(zhǔn)確定位，確保兩 管軸線重合。纖維膨脹水泥漿按配比拌和，拌和方法一艮據(jù)纖維種類作相應(yīng)調(diào)整。 迅速將拌和完畢的纖維膨脹水泥漿通過(guò)灌漿孔灌入灌漿空腔，灌漿后通過(guò)敲擊等 方法對(duì)其進(jìn)行振搗，幫助纖維膨脹水泥漿中的空氣排出，保證膨脹水泥漿的密實(shí)。 然后在連接段封蓋塑料膜養(yǎng)護(hù)即可。
以上對(duì)本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種帶抗剪鍵的套管耗能元件進(jìn)行了詳細(xì)介 紹，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的思想，在具體實(shí)施方式
及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處(如纖維膨脹水泥漿中纖維的種類等)。綜上所述， 本說(shuō)明書(shū)內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制，凡依本發(fā)明設(shè)計(jì)思想所做的任何改變 都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種帶抗剪鍵的套管耗能元件，其特征在于其包括內(nèi)管(1)和外管(2)，所述內(nèi)管(1)和外管(2)同軸搭接，所述外管(2)搭接段的內(nèi)壁上設(shè)有抗剪鍵(6)，所述外管(2)與所述內(nèi)管(1)搭接段之間的縫隙處設(shè)有膨脹水泥漿，所述膨脹水泥漿固化后形成膨脹水泥環(huán)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶抗剪鍵的套管耗能元件，其特征在于所述 抗剪鍵(6 )為焊在所述外管(2 )搭接段內(nèi)壁表面的堆焊點(diǎn)(10 )或焊縫(11) 或截短鋼筋(12 )或栓釘。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種帶抗剪鍵的套管耗能元件，其特征在于 所述外管(2 )與所述內(nèi)管(1)搭接段的外端設(shè)有外環(huán)板(4 )，所述外管(2 ) 與所述內(nèi)管(1)搭接段的內(nèi)端設(shè)有內(nèi)環(huán)板(5),所述外環(huán)板(4)和所述內(nèi) 環(huán)板(5)與所述外管(2)固定連接，所述內(nèi)環(huán)板(5)、外環(huán)板(4)、內(nèi)管(1)和所述外管(2)圍成一灌漿空腔(3),所述灌漿空腔(3)外壁上設(shè)有灌 漿孔，所述膨脹水泥漿位于所述灌漿空腔(3)內(nèi)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種帶抗剪鍵的套管耗能元件，其特征在于所述 灌漿孔位于所述內(nèi)環(huán)板上(5)或所述外環(huán)板(4)上或所述外管(2)的灌漿 空腔(3 )段上或所述內(nèi)管(1)的灌漿空腔(3 )段上。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或4所述的一種帶抗剪鍵的套管耗能元件，其特征在 于所述膨脹水泥中混有纖維。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種帶抗剪鍵的套管耗能元件，其特征在于所述 纖維為鋼纖維或-友纖維或玻璃纖維。
7、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種帶抗剪鍵的套管耗能元件，其特征在于所述 膨脹水泥中混有纖維。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種帶抗剪鍵的套管耗能元件，其特征在于所述 纖維為鋼纖維或碳纖維或玻璃纖維。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或4或6至8任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的一種帶抗剪鍵 的套管耗能元件，其特征在于所述膨脹水泥中混有砂。
10、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種帶抗剪鍵的套管耗能元件，其特征在于所述 膨脹水泥中混有砂。
11、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種帶抗剪鍵的套管耗能元件，其特征在于所述 膨脹水泥中混有砂。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種帶抗剪鍵的套管耗能元件，包括內(nèi)管和外管，內(nèi)管和外管同軸搭接，外管搭接段的內(nèi)管壁上設(shè)有抗剪鍵，內(nèi)管和外管之間形成空腔，空腔內(nèi)形成膨脹水泥環(huán)。本發(fā)明利用膨脹水泥漿的化學(xué)預(yù)應(yīng)力使膨脹水泥環(huán)和管體的接觸面之間的摩擦力增大，膨脹水泥環(huán)和抗剪鍵的咬合力可提高外管和水泥漿環(huán)體的連接強(qiáng)度，將破壞面控制在內(nèi)管外壁與水泥漿環(huán)的接觸面上。在正常使用狀態(tài)下，該發(fā)明可以作為普通支撐承受軸向荷載，在地震荷載作用下，本發(fā)明通過(guò)內(nèi)外管的相對(duì)滑動(dòng)來(lái)消耗和吸收地震能量。該發(fā)明在加工精度上沒(méi)有太高的要求，節(jié)省鋼材，造價(jià)低廉。該發(fā)明在震災(zāi)中破壞失效后，僅需對(duì)灌漿套管耗能元件進(jìn)行更換即可，非常方便。
文檔編號(hào)E04B1/98GK101525911SQ200910048899
公開(kāi)日2009年9月9日 申請(qǐng)日期2009年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月7日
發(fā)明者震 王, 蔣首超, 趙媛媛, 趙曉林 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)