專利名稱：帶肋的雙矩形管約束型h形截面裝配式防屈曲耗能支撐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種新型的防屈曲耗能支撐，屬于結(jié)構(gòu)工程技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景防屈曲耗能支撐是一種新型抗側(cè)力構(gòu)件，兼具“支撐”和“耗能”兩種作用，是一種 在地震作用下表現(xiàn)良好的消能減震構(gòu)件。在小震作用下，防屈曲耗能支撐保持彈性，從而為 主體結(jié)構(gòu)提供足夠的剛度，保證主體框架的側(cè)移滿足設(shè)計(jì)要求；在中震和大震作用下，防屈 曲耗能支撐進(jìn)入屈服，通過其內(nèi)核截面的屈服耗散地震能量，從而保護(hù)主體框架的安全并 有效消減地震反應(yīng)。防屈曲耗能支撐由內(nèi)核與外圍兩部分組成內(nèi)核構(gòu)件直接承受軸向荷載作用，一 般采用低屈服點(diǎn)的鋼材，之所以采用低屈服點(diǎn)的鋼材，是希望在中震和大震下防屈曲耗能 支撐能夠先于框架進(jìn)入屈服，從而提高結(jié)構(gòu)的延性性能并充分發(fā)揮支撐的耗能作用；外圍 約束構(gòu)件并不直接承受軸壓作用，但它對內(nèi)核構(gòu)件的約束作用可提高內(nèi)核構(gòu)件的屈曲荷 載，使內(nèi)核部分在外壓力作用下發(fā)生全截面屈服，從而提高構(gòu)件滯回環(huán)的飽滿度和構(gòu)件的 耗能能力。日本阪神地震與美國北嶺地震后，防屈曲耗能支撐在美日等多震的發(fā)達(dá)國家得到 了快速的推廣應(yīng)用。近幾年來，防屈曲耗能支撐在我國的大型建筑結(jié)構(gòu)也開始得到應(yīng)用，尤 其是在地震高設(shè)防烈度區(qū)域，防屈曲耗能支撐被作為最好的消能減震構(gòu)件之一。然而，目前國內(nèi)防屈曲耗能支撐的發(fā)展仍較為滯后，工程上普遍采用的防屈曲耗 能支撐，大多是由外圍鋼管混凝土與內(nèi)核構(gòu)件組成；內(nèi)核構(gòu)件一般采用一塊鋼板或者鋼板 焊接而形成的組合截面，內(nèi)核鋼板或構(gòu)件表面要刷上一層無粘結(jié)材料，并與填充混凝土之 間留有一定的空隙。眾所周知，對于焊接組合截面，由于焊接材料和熱影響區(qū)材料的變脆， 將嚴(yán)重影響內(nèi)核構(gòu)件的耗能效果。往往在反復(fù)荷載作用下，在不多的循環(huán)次數(shù)下熱影響區(qū) 的材料就發(fā)生脆斷而使構(gòu)件失去作用。其次，由于約束構(gòu)件的混凝土與內(nèi)核構(gòu)件表面之間 有嚴(yán)格的間隙控制，精度要求嚴(yán)格，制作過程較為復(fù)雜，導(dǎo)致成本較高；又由于有混凝土的 澆注養(yǎng)護(hù)，制作周期較長，并且不利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化批量生產(chǎn)。另外，對于內(nèi)核是焊接組合截 面的防屈曲耗能支撐，內(nèi)核組合截面與鋼框架連接十分復(fù)雜，導(dǎo)致施工不便。因此，尋求制 作與安裝簡便、又有較高承載力與優(yōu)良性能的防屈曲耗能支撐便是設(shè)計(jì)人員的目標(biāo)之一。為了克服上述缺點(diǎn)，本申請人也曾提出了一種全鋼結(jié)構(gòu)防屈曲耗能支撐申請?zhí)?200910081817. 5，主要利用四個熱軋槽鋼作為外圍約束構(gòu)件，并通過高強(qiáng)度螺栓把四個槽 鋼連接起來，使其工作時作為整體而不散開。這種組合式全鋼截面防屈曲耗能支撐，實(shí)現(xiàn)了 現(xiàn)場裝配的要求，而且熱軋型鋼實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化批量生產(chǎn)，生產(chǎn)成本低，克服了普通防屈曲耗 能支撐制作與應(yīng)用上的缺點(diǎn)。但是，對這種由四個熱軋槽形截面組成的防屈曲耗能支撐，由 于其內(nèi)核承壓構(gòu)件采用一字型鋼板，所承擔(dān)的荷載有限，僅適用于對支撐承載力要求不高 的結(jié)構(gòu)。且由于配置在內(nèi)核板外側(cè)的兩個槽形構(gòu)件開口向外，其對繞豎軸的慣性矩較小，因 而約束效率不能得到充分發(fā)揮[0007]為此，在上述全鋼結(jié)構(gòu)防屈曲耗能支撐的基礎(chǔ)上，本發(fā)明提出了一種全新的裝配 式防屈曲耗能支撐，稱為帶肋的雙矩形管約束型H形截面裝配式防屈曲耗能支撐，它利用 長螺桿連接件將帶加勁肋的冷彎薄壁型鋼矩形管和熱軋H型鋼裝配在一起，其中熱軋H型 鋼是內(nèi)核受壓構(gòu)件，帶肋的冷彎薄壁型鋼矩形管是外圍約束構(gòu)件，用于約束內(nèi)核熱軋H型 鋼的屈曲變形。一般防屈曲耗能支撐的內(nèi)核承力構(gòu)件與外圍約束構(gòu)件之間留有一定的間 隙，因而需要較高的制作精度，而本文發(fā)明的防屈曲耗能支撐，外圍約束構(gòu)件通過加勁肋與 內(nèi)核H型鋼發(fā)生緊密接觸，沒有預(yù)留間隙的問題，而且外圍與內(nèi)核“線接觸”也不會約束內(nèi) 核構(gòu)件的受壓膨脹。 這種新型的防屈曲耗能支撐，不僅具有普通防屈曲耗能支撐的功能，更具有很多 普通防屈曲耗能支撐所不具備的優(yōu)越性。它利用我國現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的型鋼作為原材料，取 材便利，材料成本較低；加勁肋的焊接和冷彎薄壁型鋼矩形管內(nèi)混凝土的灌注均可在加工 廠完成，構(gòu)件運(yùn)至施工現(xiàn)場拼裝起來即可，現(xiàn)場施工十分便利簡單；它的加工廠生產(chǎn)過程也 比較簡單，加工費(fèi)用比較低，對加工人員技術(shù)水平的要求也不高，有利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)； 它利用H型鋼作為內(nèi)核受壓部件，延性很好，并且屈服荷載能夠達(dá)到較大的噸位；另外，它 的槽型加勁肋能夠保證冷彎薄壁型鋼矩形管和熱軋H型鋼緊密發(fā)生接觸，從而擴(kuò)大了冷彎 薄壁型鋼矩形管和熱軋H型鋼的匹配范圍。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提出的帶肋的雙矩形管約束型H形截面裝配式防屈曲耗能支撐，目的 在于提供一種全新的裝配式的支撐消能構(gòu)件，為結(jié)構(gòu)主體提供抗側(cè)力作用，并在大震作用 下有效耗能，消減地震作用；在防屈曲耗能支撐的構(gòu)成方面，本實(shí)用新型的防屈曲耗能支撐 的一個突出特點(diǎn)是內(nèi)核采用熱軋H形鋼，耗能與延性良好，而對于普通防屈曲耗能支撐， 內(nèi)核承力構(gòu)件常采用焊接組合截面，焊接材料以及熱影響區(qū)的材質(zhì)變脆，內(nèi)核構(gòu)件延性降 低；外圍約束構(gòu)件采用配置在H形鋼腹板兩側(cè)的帶肋雙矩形管，連接簡單、約束效率高，且 施工方便，造價低，制作過程簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)化批量生產(chǎn)。另外，本實(shí)用新型采用的熱軋H形鋼，板件不會發(fā)生局部失穩(wěn)，因而采用帶肋雙矩 形管對內(nèi)核熱軋H形鋼進(jìn)行約束，主要考慮帶肋雙矩形管的約束作用能使防屈曲耗能支撐 不發(fā)生整體失穩(wěn)，不必介意是否完全約束了內(nèi)核構(gòu)件的全部板面。采用帶肋雙矩形管約束 內(nèi)核熱軋H型鋼，只要槽型加勁肋的數(shù)目足夠，就能夠把防屈曲耗能支撐的整體穩(wěn)定極限 承載力提高到內(nèi)核屈服荷載之上。并且，由于外圍與內(nèi)核之間通過加勁肋發(fā)生“線接觸”，內(nèi) 核承受壓力作用時，由于泊松效應(yīng)導(dǎo)致的截面膨脹不會被外圍部分所約束，這是普通的“面 約束”型防屈曲耗能支撐所不具有的優(yōu)點(diǎn)。約束比是防屈曲耗能支撐的一個重要參數(shù)，它是防屈曲耗能支撐整體彈性屈曲荷 載與內(nèi)核屈服荷載的比值，即s=Pcr/Py=[π2(E1I1+E2I2)/L2]/A1Fy1 它反應(yīng)了外圍約束部分對內(nèi)核的約束作用的強(qiáng)弱。對于本發(fā)明提出的帶肋的雙矩 形管約束型H形截面裝配式防屈曲耗能支撐，取約束比在1. 8-2. 0之間，就能保證外圍具有 足夠的約束作用，即使構(gòu)件整體穩(wěn)定極限承載力大于內(nèi)核屈服荷載。[0014]本實(shí)用新型提出的帶肋的雙矩形管約束型H形截面裝配式防屈曲耗能支撐，其特 征在于含有兩個冷彎薄壁型鋼矩形管(1、2)和熱軋H型鋼，其中熱軋H型鋼是內(nèi)核構(gòu)件， 兩個冷彎薄壁型鋼矩形管(1、2)，其中每一個冷彎薄壁型鋼矩形管的三個面上焊接有槽型 加勁肋，用長螺桿連接件沿著所述加勁肋的方向把所述兩個冷彎薄壁型鋼矩形管(1、2)扣 壓到所述熱軋H型鋼的腹板兩側(cè)，構(gòu)成外圍約束構(gòu)件；在所述熱軋H型鋼被所述長螺桿連接 件穿過的任何位置都開設(shè)圓形孔，在所述兩個冷彎薄壁型鋼矩形管(1、2)被所述長螺桿連 接件穿過的跨中位置開設(shè)圓形孔，在所述兩個冷彎薄壁型鋼矩形管(1、2)被所述長螺桿連 接件穿過的非跨中位置開設(shè)橢圓形孔。在所述兩個帶肋的冷彎薄壁型鋼矩形管(1、2)內(nèi)灌 注有混凝土。本實(shí)用新型提出的帶肋的雙矩形管約束型H形截面裝配式防屈曲耗能支撐，能夠 為多高層建筑結(jié)構(gòu)提供良好的抗側(cè)力作用，且在大震作用下，能夠達(dá)到全截面屈服，從而有 效耗能。此外，該防屈曲耗能支撐為裝配式構(gòu)件，易于加工與安裝，能夠有效降低結(jié)構(gòu)造價， 是一種性能卓越的防屈曲耗能支撐。

圖1為本實(shí)用新型帶肋的雙矩形管約束型H形截面裝配式防屈曲耗能支撐三維示 意圖。圖2為本實(shí)用新型帶肋的雙矩形管約束型H形截面裝配式防屈曲耗能支撐的跨中 A-A截面示意圖。圖3為本實(shí)用新型帶肋的雙矩形管約束型H形截面裝配式防屈曲耗能支撐的非跨 中B-B截面示意圖。圖4為本實(shí)用新型帶肋的雙矩形管約束型H形截面裝配式防屈曲耗能支撐的H型 鋼開孔詳圖。圖5為本實(shí)用新型帶肋的雙矩形管約束型H形截面裝配式防屈曲耗能支撐的帶肋 冷彎薄壁型鋼矩形管開孔詳圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。在如圖1 5中1-冷彎薄壁型鋼矩形管12-冷彎薄壁型鋼矩形管23-熱軋H型鋼4-長螺桿連接件5-槽型加勁肋如圖1至圖3所示，防屈曲耗能支撐由兩個冷彎薄壁型鋼矩形管1 2與內(nèi)核熱 軋H型鋼3組成。兩個冷彎薄壁型鋼矩形管1 2在靠近熱軋H型鋼3的三面焊接槽型加 勁肋5，以保證冷彎薄壁型鋼矩形管1 2與熱軋H型鋼3的緊密接觸；但是槽型加勁肋5 與熱軋H型鋼3之間不焊接，僅發(fā)生接觸；兩個冷彎薄壁型鋼矩形管1 2通過長螺桿連接 件4扣壓在熱軋H型鋼3的腹板兩側(cè)，從而形成外圍約束構(gòu)件。冷彎薄壁型鋼矩形管1和冷彎薄壁型鋼矩形管2中灌注混凝土或者不灌注混凝土，如果灌注混凝土則能夠大大提高 外圍約束的承載力和剛度。長螺桿連接件4需要穿過冷彎薄壁型鋼矩形管1、冷彎薄壁型鋼矩形管2和熱軋H 型鋼3的腹板，其開孔情況如圖4和圖5所示。在熱軋H型鋼3的腹板上被長螺桿連接件 4穿過的任何位置都開設(shè)圓孔；在冷彎薄壁型鋼矩形管1和冷彎薄壁型鋼矩形管2被長螺 桿連接件4穿過的非跨中位置要開設(shè)橢圓孔，以保證冷彎薄壁型鋼矩形管1、2和熱軋H型 鋼3之間能夠沿著軸向各自變形而不互相約束；在冷彎薄壁型鋼矩形管1和冷彎薄壁型鋼 矩形管2被長螺桿連接件4穿過的跨中位置要開設(shè)圓形孔，以兼作限位卡的作用，防止外圍 部分沿著軸向滑脫。如果冷彎薄壁型鋼矩形管1和冷彎薄壁型鋼矩形管2中灌注混凝土， 則在灌注混凝土的時候要在非跨中位置預(yù)留橢圓孔道、在跨中位置預(yù)留圓形孔道，便于長 螺桿連接件4的插入。長螺桿連接件4與槽型加勁肋5的位置要錯開布置，每個長螺桿連接件4的兩側(cè) 對稱布置兩個槽型加勁肋5。防屈曲耗能支撐與框架部分的連接構(gòu)造，與其他的防屈曲耗能支撐相同。實(shí)驗(yàn)證明，本實(shí)用新型具有如下明顯的優(yōu)點(diǎn)它在小震作用下保持彈性，發(fā)揮支撐的作用，為結(jié)構(gòu)提供足夠的抗側(cè)剛度以滿足 層間位移限制要求；它在中震或大震作用下將進(jìn)入屈服，發(fā)揮阻尼器的作用，耗散地震能 量，降低主體結(jié)構(gòu)的地震相應(yīng)，并保護(hù)主體結(jié)構(gòu)的安全。它利用我國廣泛應(yīng)用的型鋼作為原材料，取材便利，材料費(fèi)用較低；它的生產(chǎn)過程簡單，加工費(fèi)用較低，對加工人員技術(shù)水平的要求也不高，并且可以 實(shí)現(xiàn)工業(yè)化批量生產(chǎn)；它是一種裝配式的構(gòu)件，所有的加工工序都能在工廠內(nèi)完成，比如槽型加勁肋的 焊接、冷彎薄壁型鋼矩形管內(nèi)灌注混凝土、開設(shè)孔道等，在施工現(xiàn)場的拼裝十分快捷、方便、 靈活。它的內(nèi)核利用熱軋H型鋼承受軸壓力，延性非常好，并且可以實(shí)現(xiàn)較大噸位的屈 月艮冑it它的外圍部分并不像普通防屈曲耗能支撐那樣與內(nèi)核直接接觸，即“面接觸”，而 是通過槽型加勁肋與內(nèi)核部分發(fā)生“線接觸”，因此外圍部分不會約束內(nèi)核部分的受壓膨 脹，也就不會導(dǎo)致內(nèi)核屈服荷載強(qiáng)化。它的槽型加勁肋，能夠保證冷彎薄壁型鋼矩形管和熱軋H型鋼緊密發(fā)生接觸，從 而擴(kuò)大了冷彎薄壁型鋼矩形管和熱軋H型鋼的匹配范圍，即使所選用的冷彎薄壁型鋼矩形 管和熱軋H型鋼本身不能實(shí)現(xiàn)緊密接合，也可以靠槽型加勁肋彌補(bǔ)這個不足。
權(quán)利要求帶肋的雙矩形管約束型H形截面裝配式防屈曲耗能支撐，其特征在于，含有兩個帶肋的冷彎薄壁型鋼矩形管(1、2)和熱軋H型鋼，其中熱軋H型鋼是內(nèi)核構(gòu)件；兩個冷彎薄壁型鋼矩形管(1、2)，其中，每一個冷彎薄壁型鋼矩形管的三個面上焊接有槽型加勁肋，用長螺桿連接件沿著所述加勁肋的方向把所述兩個冷彎薄壁型鋼矩形管(1、2)扣壓到所述熱軋H型鋼的腹板兩側(cè)，構(gòu)成外圍約束構(gòu)件；在所述熱軋H型鋼被所述長螺桿連接件穿過的任何位置都開設(shè)圓形孔，在所述兩個冷彎薄壁型鋼矩形管(1、2)被所述長螺桿連接件穿過的跨中位置開設(shè)圓形孔，在所述兩個冷彎薄壁型鋼矩形管(1、2)被所述長螺桿連接件穿過的非跨中位置開設(shè)橢圓形孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶肋的雙矩形管約束型H形截面裝配式防屈曲耗能支撐，其 特征在于，在所述兩個帶肋的冷彎薄壁型鋼矩形管(1、2)內(nèi)灌注有混凝土。
專利摘要帶肋的雙矩形管約束型H形截面裝配式防屈曲耗能支撐，屬于結(jié)構(gòu)工程技術(shù)領(lǐng)域。其特征在于由兩個帶肋的冷彎薄壁型鋼矩形管和熱軋H型鋼組成；兩個冷彎薄壁型鋼矩形管通過長螺桿連接件扣壓在熱軋H型鋼的腹板上，組成外圍約束構(gòu)件，并對內(nèi)核的H型鋼形成約束機(jī)制；熱軋H型鋼有長螺桿連接件通過的位置開設(shè)圓形孔，兩個冷彎薄壁型鋼矩形管有長螺桿連接件通過的非跨中位置開設(shè)橢圓形孔、跨中位置開設(shè)圓形孔；兩個冷彎薄壁型鋼矩形管在開孔的兩側(cè)對稱布置兩個槽型加勁肋。本實(shí)用新型能為多高層建筑結(jié)構(gòu)提供抗側(cè)力作用，且在大震作用下能夠達(dá)到全截面屈服，從而有效耗能。
文檔編號E04B1/98GK201588314SQ20092029994
公開日2010年9月22日 申請日期2009年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月21日
發(fā)明者江磊鑫, 王永海, 竇超, 郭彥林 申請人:清華大學(xué)