專利名稱：三重鋼管防屈曲抗震支撐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件，具體涉及桿狀的抗震支撐構(gòu)件，特別是三重 鋼管結(jié)構(gòu)的抗震支撐。
背景技術(shù)：
桿狀支撐構(gòu)件是建筑物抗震加固和抗震設(shè)計(jì)中常用的一種建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)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(xué)的角度來看，這種桿狀支 撐構(gòu)件是一種二力桿，在地震或風(fēng)載等動(dòng)載荷的作用下容易產(chǎn)生屈曲變形而失穩(wěn)。為了防止桿狀支撐構(gòu)件因屈曲變形而失穩(wěn)，提高其抗震能力，2005年荻野谷學(xué)等 公開了一種三重鋼管防屈曲耗能支撐(萩野谷學(xué)，長(zhǎng)尾直治，田口孝，等.三重鋼管座屈拘 束7。> 一;^ co耐震性能C関t 3研究[A].日本建築學(xué)會(huì)大會(huì)學(xué)術(shù)講演梗概集[C].近畿 日本建築學(xué)會(huì)，2005:1011-1012)，其結(jié)構(gòu)如說明書附圖中的圖1所示。由圖1可見，荻野 谷學(xué)等公開的耗能支撐的主要特征是軸力管由低屈服點(diǎn)鋼材的軸力管和普通鋼材的軸力 管對(duì)接構(gòu)成。荻野谷學(xué)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(shè)計(jì)而成的，巧妙地利用內(nèi)外約束單元給核心單元提供限制，使整個(gè)支持 具有良好的滯回耗能，顯著提升了整個(gè)構(gòu)件在動(dòng)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(diǎn)鋼材的軸力管和普通鋼材 的軸力管對(duì)接的焊接難度大，而且焊接處的殘余應(yīng)力如果處理不好極易造成屈服位置不確 定性，一是給設(shè)計(jì)帶來困難，二是嚴(yán)重影響整個(gè)支撐的滯回耗能性能；2、由于低屈服點(diǎn)鋼材 和普通鋼材的抗屈服能力相差甚大，因此無法使整個(gè)軸力管全面屈服，其滯回耗能作用明 顯受限；3、軸力管和內(nèi)外約束管同時(shí)焊接在右端板上，不僅忽視了約束管對(duì)普通鋼材的軸 力管的約束作用，而且造成了整個(gè)支撐兩頭剛度的嚴(yán)重不對(duì)稱，使得整個(gè)支撐的薄弱處轉(zhuǎn) 移到無約束的軸力管與左端板的焊接處；4、低屈服點(diǎn)鋼材是一種高科技的特種鋼材，一些 發(fā)展中的國(guó)家尚不掌握其生產(chǎn)技術(shù)，因此嚴(yán)重阻礙了它的推廣應(yīng)用。5、由于三層鋼管之間 的間隙一般只有1 2mm，軸力管和內(nèi)外約束管同時(shí)焊接在一塊端上，無疑增加焊接施工難 度。
發(fā)明內(nèi)容鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在上述不足，本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種屈服位 置可預(yù)設(shè)的耗能支撐，該支撐具有滯回耗能作用顯著提升的突出優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題的方案如下所述一種三重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圓形的軸力 管、內(nèi)約束管及外約束管和分別焊接在軸力管兩頭的第一連接構(gòu)件及第二連接構(gòu)件組成， 其特征在于，所述內(nèi)約束管的一端與第一連接構(gòu)件焊接，所述外約束管的一端與第二連接 構(gòu)件焊接；所述軸力管的管壁的中部設(shè)有1 3排周向均布的等長(zhǎng)的軸向通孔，每一排軸向 通孔至少為三個(gè)，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(zhǎng)度乘以其排數(shù)的積與軸力管的長(zhǎng)度之比為0. 025 0. 075。為了使軸力管在開設(shè)軸向通孔的位置屈服后，隨著載荷的加大能向兩頭擴(kuò)展直至 達(dá)到全截面屈服，以充分發(fā)揮材料的效能，上述技術(shù)方案所述軸力管的徑厚比(直徑/壁 厚)應(yīng)小于等于22?，F(xiàn)有研究結(jié)果顯示，三重鋼管防屈曲耗能支撐的約束比與軸力管和內(nèi)外約束管之 間的氣隙大小直接相關(guān)，且其約束比應(yīng)大于2?；诖?，軸力管和內(nèi)外約束管之間的間隙應(yīng) 保證在1 2mm，內(nèi)外約束管徑厚比可先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)預(yù)選，然后校驗(yàn)整個(gè)支撐的約束比，如果 整個(gè)支撐的約束化小于2則適當(dāng)增厚再驗(yàn)算約束比，直至整個(gè)支撐的約束比大于2為止。由于本實(shí)用新型所述的技術(shù)方案采用在軸力管中部管壁開孔的手段使所述的軸 力管在預(yù)定的位置削弱，從而實(shí)現(xiàn)了整個(gè)支撐在地震或風(fēng)載等動(dòng)載荷的作用下產(chǎn)生滯回耗 能，因此較現(xiàn)有技術(shù)具有下述有益效果1、整個(gè)軸力管使用相同的材料且中部周向均布軸向通孔，因此，當(dāng)中部開孔處屈 服后，隨著載荷的加大能向兩頭擴(kuò)展直至達(dá)到全面屈服，不僅使整個(gè)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(fā)揮。2、開孔的位置是事先預(yù)定的，避免了屈服變形位置的隨機(jī)性，可確保其實(shí)際工作 性能與設(shè)計(jì)期望性能一致，效果具有可預(yù)見性。3、削弱位置設(shè)在軸力管的中部，便于將內(nèi)外約束管分別焊接在第一連接構(gòu)件和第 二連接構(gòu)件上，既避免了因集中焊接在同一連接構(gòu)件上易造成應(yīng)力集中，也克服了整個(gè)支 撐兩頭剛度的嚴(yán)重不對(duì)稱以及整個(gè)支撐的薄弱處易轉(zhuǎn)移到無約束的普通鋼材的軸力管與 連接構(gòu)件焊接處的不足。4、避免了對(duì)低屈服點(diǎn)特種鋼材的依賴，有利于推廣應(yīng)用。5、不存在低屈服點(diǎn)特種鋼材與普通鋼材的對(duì)接施工，制作方便。

圖1為現(xiàn)有三重鋼管防屈曲耗能支撐的的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2 5為本實(shí)用新型所述三重鋼管防屈曲抗震支撐的一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示 意圖，其中，圖2為主視圖(剖視)，圖3為俯視圖，圖4為左視放大圖，圖5為圖2的A-A剖 面放大圖。圖6和圖7為本實(shí)用新型三重鋼管防屈曲抗震支撐另一具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意 圖，其中圖6為主視圖(縱剖)，圖7為圖6的B-B剖面放大圖。圖8和圖9為本實(shí)用新型所述第一連接構(gòu)件和第二連接構(gòu)件的又一具體實(shí)施例的 結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖8為主視圖，圖9為左視圖。圖10和圖11為本實(shí)用新型所述三重鋼管防屈曲抗震支撐應(yīng)用于梁與柱之間的使 用狀態(tài)圖。圖12為本實(shí)用新型所述三重鋼管防屈曲抗震支撐應(yīng)用于柱與柱之間的使用狀態(tài) 圖。圖13為本實(shí)用新型所述三重鋼管防屈曲抗震支撐應(yīng)用于建筑物與建筑物之間的 使用狀態(tài)圖。
具體實(shí)施方式
如圖2 5所示，本實(shí)用新型所述三重鋼管防屈曲抗震支撐為一種桿狀構(gòu)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(nèi)向外依次由普通低碳鋼鋼 管制作的內(nèi)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(gòu)件，位于屈服段右頭的無約束非屈服段為第二連接構(gòu)件，所述的第一連接構(gòu)件和 第二連接構(gòu)件分別由一端板4和焊接在端板4 一側(cè)的連接板5構(gòu)成。參見圖2和圖4，所述的連接板5的橫斷面呈十字形，由普通鋼板焊接構(gòu)成，其四翼 上分別設(shè)有安裝孔；所述的端板4為圓盤狀，其中，第一連接構(gòu)件中的端板4的左側(cè)與一連 接板5焊接在一起，右側(cè)自中心向外依次設(shè)有套裝并焊接內(nèi)約束管1和軸力管2的凸臺(tái)；第 二連接構(gòu)件中的端板4的右側(cè)與另一連接板5焊接在一起，左側(cè)自中心向外依次設(shè)有套裝 并焊接軸力管2和外約束管3的凸臺(tái)。參見圖2和圖5，所述的軸力管2的中部設(shè)有一排周向均勻分布的四個(gè)軸向通孔 6，一個(gè)軸向通孔6的軸向長(zhǎng)度與軸力管2的長(zhǎng)度之比為0. 030 ；本例中，軸力管2的徑厚比 等于22，四個(gè)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20%，由此可計(jì) 算出軸向通孔6的寬度等于0.05 II (R+r)，其中R為軸力管2的外徑，r為軸力管2的內(nèi)徑。參見圖5，本例中內(nèi)約束管1、軸力管2和外約束管3三者之間的間隙為1mm，內(nèi)約 束管1和外約束管3的徑厚比根據(jù)約束比應(yīng)大于2的原則驗(yàn)算確定。參見圖6和圖7，本例中軸力管2的中部設(shè)有三排周向均勻分布的四個(gè)軸向通孔 6，一個(gè)軸向通孔6的長(zhǎng)度乘以3的積與軸力管2的長(zhǎng)度之比為0. 075 ；本例中，軸力管2的 徑厚比等于20，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%， 由此可計(jì)算出軸向通孔6的寬度等于0. 04 n (R+r)，其中R為軸力管2的外徑，r為軸力管 2的內(nèi)徑。參見圖7，本例中內(nèi)約束管1、軸力管2和外約束管3三者之間的間隙為2mm，內(nèi) 約束管1和外約束管3的徑厚比同樣根據(jù)束比應(yīng)大于2的原則驗(yàn)算確定。如圖8和圖9所示的連接構(gòu)件是本實(shí)用新型所述第一連接構(gòu)件和第二連接構(gòu)件另 一種具體實(shí)施例，由它替代圖2 5或圖6 7所示實(shí)施例中的左頭的第一連接構(gòu)件和右 頭的第二連接構(gòu)件可實(shí)現(xiàn)支撐與建筑物之間的鉸接。本例中，第一連接構(gòu)件和第二連接構(gòu) 件也都是由連接板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(gòu)成，所述的兩塊普通鋼板上分別設(shè)有對(duì)穿的安裝孔7 ；端板4也為圓盤狀，與約束管1、軸 力管2及外約束管3連接一側(cè)的構(gòu)造和圖2 5所示實(shí)施例相同。參見圖10 13，本實(shí)用新型所述的三重鋼管防屈曲抗震支撐8可設(shè)在梁9與柱 10、柱10與柱10’或建筑物11與建筑物11’之間實(shí)現(xiàn)減震、抗震。
權(quán)利要求一種三重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圓形的軸力管(2)、內(nèi)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(gòu)件及第二連接構(gòu)件組成，其特征在于，所述內(nèi)約束管(1)的一端與第一連接構(gòu)件焊接，所述外約束管(3)的一端與第二連接構(gòu)件焊接；所述軸力管(2)的管壁的中部設(shè)有1～3排周向均布的等長(zhǎng)的軸向通孔(6)，每一排軸向通孔(6)至少為三個(gè)，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％；一軸向通孔的長(zhǎng)度乘以其排數(shù)的積與軸力管的長(zhǎng)度之比為0.025～0.075。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三重鋼管防屈曲抗震支撐，其特征在于所述的軸力管 (2)的徑厚比小于等于22。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種三重鋼管防屈曲抗震支撐，其特征在于所述的軸力 管⑵與內(nèi)約束管⑴及外約束管⑶之間的間隙為1 2mm。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種三重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圓形的軸力管(2)、內(nèi)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(gòu)件及第二連接構(gòu)件組成，其特征在于，所述內(nèi)約束管(1)的一端與第一連接構(gòu)件焊接，所述外約束管(3)的一端與第二連接構(gòu)件焊接；所述軸力管(2)的管壁的中部設(shè)有1～3排周向均布的等長(zhǎng)的軸向通孔(6)，每一排軸向通孔(6)至少為三個(gè)，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(zhǎng)度乘以其排數(shù)的積與的長(zhǎng)度之比為0.025～0.075。本抗震支撐不僅屈服位置可預(yù)設(shè)，而且滯回耗能作用也得到顯著提升。
文檔編號(hào)E04C3/00GK201598773SQ20092023772
公開日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2009年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月23日
發(fā)明者周云, 鄧雪松 申請(qǐng)人:廣州大學(xué)