專利名稱:一種三重圓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(lái)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(kāi)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 ^ — 7 co耐震性能(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(shuō)明書(shū)附圖中的圖l所示。由圖l可見(jiàn),荻野 谷學(xué)等公開(kāi)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(kāi)的三重鋼管防屈曲耗能支撐是基于金屬材料在變形過(guò)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(jiàn), 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(lái)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(wú)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(wú)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(wú)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(wèn)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(wèn)題的方案如下所述 —種三重圓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;所述軸力管外壁的中部設(shè)有1 3個(gè)周向的等寬的環(huán)形槽,每一環(huán)形槽的橫截 面積小于等于軸力管管壁橫截面積的20%,一環(huán)形槽的寬度乘以其個(gè)數(shù)的積與軸力管的長(zhǎng)度之比0. 025 0. 075。 為了使軸力管在開(kāi)設(shè)環(huán)形槽的位置屈服后,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。 現(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)支撐的約束比小于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(kāi)槽的手段使所述的軸 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設(shè)有周向的環(huán)形槽,因此,當(dāng)中部開(kāi)槽處屈 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(kāi)槽的位置是事先預(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(jiàn)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(wú)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 6為本實(shí)用新型所述三重圓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為圖2中局部I的放大圖。 圖7和圖8為本實(shí)用新型三重圓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7為主視圖(縱剖),圖8為圖7的B-B剖面放大圖。 圖9和圖10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9為主視圖,圖10為左視圖。 圖11和圖12為本實(shí)用新型所述三重圓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13為本實(shí)用新型所述三重圓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14為本實(shí)用新型所述三重圓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 6所示,本實(shí)用新型所述三重圓鋼管防屈曲抗震支撐為一種桿狀構(gòu)件,縱 向由兩頭的無(wú)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(wú)約束非屈服段為 第一連接構(gòu)件,位于屈服段右頭的無(wú)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(jiàn)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(pán)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(jiàn)圖2 6,所述的軸力管2外壁的中部設(shè)有一個(gè)周向的環(huán)形槽6,該環(huán)形槽6 的軸向?qū)挾扰c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,環(huán)形槽6
的橫截面積等于軸力管2管壁的橫截面積的20%,由公式f—" )2 =20%可計(jì)算出環(huán)
形槽6的深度,公式中R為軸力管2的外徑,r為軸力管2的內(nèi)徑,h(見(jiàn)圖6)為環(huán)形槽6的 深度。 參見(jiàn)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lmm,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(jiàn)圖7和圖8,本例中,軸力管2的中部設(shè)有三個(gè)周向的環(huán)形槽6,一個(gè)環(huán)形槽6 的寬度乘以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
個(gè)環(huán)形槽6的橫截面積等于軸力管2管壁的橫截面積的16%,由公式[f/°2] = 16%
可計(jì)算出環(huán)形槽6的深度,公式中R為軸力管2的外徑,r為軸力管2的內(nèi)徑,h為環(huán)形槽6 的深度。參見(jiàn)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9和圖10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 6或圖7 8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)支持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(pán)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(jiàn)圖11 14,本實(shí)用新型所述的三重圓鋼管防屈曲抗震支撐8可設(shè)在梁9與柱 IO(見(jiàn)圖11和圖12)、柱10與柱10'(見(jiàn)圖13)或建筑物11與建筑物11'(見(jiàn)圖14)之間 實(shí)現(xiàn)減震、抗震。
權(quán)利要求一種三重圓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)外壁的中部設(shè)有1~3個(gè)周向的等寬的環(huán)形槽(6),每一環(huán)形槽(6)的橫截面積小于等于軸力管(2)管壁橫截面積的20%,一環(huán)形槽(6)的寬度乘以其個(gè)數(shù)的積與軸力管的長(zhǎng)度之比0.025~0.075。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三重圓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所述的一種三重圓鋼管防屈曲抗震支撐,其特征在于所述的軸 力管(2)與內(nèi)約束管(1)及外約束管(3)之間的間隙為1 2mm。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種三重圓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)外壁的中部設(shè)有1~3個(gè)周向的等寬的環(huán)形槽(6),每一環(huán)形槽(6)的橫截面積小于等于軸力管(2)管壁橫截面積的20%,一環(huán)形槽(6)的寬度乘以其個(gè)數(shù)的積與軸力管的長(zhǎng)度之比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)E04B1/98GK201526099SQ20092023772
公開(kāi)日2010年7月14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)