專利名稱：一種連接端部耗能型全鋼防屈曲支撐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種防屈曲耗能支撐構(gòu)件，旨在應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)中提供支撐剛度和消耗地震能量，屬于一種全部采用鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行裝配且端部可以耗能的防屈曲支撐構(gòu)件。
背景技術(shù)：
防屈曲支撐構(gòu)件作為一種支撐耗能構(gòu)件，將其應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)中可以作為抗側(cè)力構(gòu)件和耗能構(gòu)件.防屈曲支撐體系是一種經(jīng)濟(jì)效益非常好的結(jié)構(gòu)體系，其既能夠替代支撐構(gòu)件提供支撐剛度，又能夠保證在大震作用下進(jìn)行耗能.其解決了傳統(tǒng)支撐構(gòu)件通過加大截面來解決結(jié)構(gòu)在地震作用時的屈曲問題，其在地震作用下具有良好的耗能效果.
在小、中地震作用下，防屈曲耗能支撐可以如普通支撐構(gòu)件一樣提供抗側(cè)剛度，而在大震作用下構(gòu)件通過外包構(gòu)件阻止內(nèi)核的屈曲來達(dá)到消耗地震能量的目的。研究表明，防屈曲耗能支撐有很好的耗能效果。這樣支撐構(gòu)件在拉壓反復(fù)荷載作用下，表現(xiàn)出基本相同的滯回性能，且滯回曲線飽滿，是耗能良好的構(gòu)件。目前，對于工程中普遍使用的防屈曲支撐構(gòu)件是由外圍鋼管、內(nèi)置混凝土與內(nèi)核鋼板組成，此類構(gòu)件已在工程中有所應(yīng)用。此類構(gòu)件的外圍鋼管和內(nèi)核之間是混凝土，通過外包混凝土來限制內(nèi)核鋼板的屈曲。因此，其缺點是對于尺寸的精度控制高，對于內(nèi)置的混凝土與內(nèi)核鋼板之間留有的間隙有嚴(yán)格的精度要求，會使施工增加難度。本發(fā)明提出了一種連接端部耗能型的防屈曲耗能支撐，其構(gòu)件主要通過鋼構(gòu)件組成，混凝土部分可以按需要決定是否添加。這種支撐裝配性很強(qiáng)，可以有效減小傳統(tǒng)防屈曲支撐構(gòu)件的施工困難，對于內(nèi)核與外包之間間隙的控制也較容易，有很好的應(yīng)用前景。此外，對于長圓形螺栓孔，在幕墻結(jié)構(gòu)中應(yīng)用較廣，其可以通過由高強(qiáng)螺栓在長圓孔中的緩緩相對移動，來達(dá)到損耗外部能量的目的.本發(fā)明擬將此類螺栓孔引入防屈曲支撐中，增強(qiáng)其在地震下的耗能能力.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種連接端部耗能型全鋼防屈曲耗能支撐，目的在于提出一種裝配式的支撐構(gòu)件，有效的減小施工困難，保證在小、中震提供剛度，大震提供耗能。另外，將特殊螺栓孔構(gòu)造引入支撐中，增加防屈曲支撐的耗能能力.
本發(fā)明為一種連接端部耗能型全鋼防屈曲支撐，其特征在于，所述支撐包括兩塊鋼板1、兩個方鋼管2與內(nèi)核鋼板3 ;所述鋼板1、方鋼管2、內(nèi)核鋼板3通過長螺栓桿4連接，兩個方鋼管2之間保持一定的距離平行放置，被兩塊鋼板I夾在中間，一側(cè)的長螺栓桿4依次穿過方鋼管2 —側(cè)的鋼板1、方鋼管2和方鋼管2另一側(cè)的鋼板1，另一側(cè)的長螺栓桿4同樣依次穿過方鋼管2 —側(cè)的鋼板1、方鋼管2和方鋼管2另一側(cè)的鋼板1，組成外圍約束構(gòu)件；所述外圍約束構(gòu)件圍成的矩形空間由兩塊鋼板I與兩個方鋼管2內(nèi)側(cè)鋼板所圍成；所述外圍約束構(gòu)件圍成的矩形空間內(nèi)部放置內(nèi)核鋼板3，矩形空間與內(nèi)核鋼板3之間留有間隙，此間隙為外圍約束鋼板即方鋼管2內(nèi)側(cè)鋼板與內(nèi)核鋼板3的垂直距離，間隙值控制為2-3mm，且在矩形空間內(nèi)部兩個方鋼管2的表面上涂有粘性材料；所述內(nèi)核鋼板3端部兩側(cè)分別焊接加勁鋼板5，內(nèi)核鋼板3端部截面為十字形狀，形成十字形連接端；梁柱連接板7端部兩側(cè)分別焊接加勁鋼板5，形成十字形連接端；所述支撐通過四個角鋼連接板6將結(jié)構(gòu)中梁柱節(jié)點處的梁柱連接板7與支撐的內(nèi)核鋼板3連接，采用高強(qiáng)螺栓14連接；所述支撐端部，即內(nèi)核鋼板3端部和加勁鋼板5上，采用長圓形螺栓孔13構(gòu)造；所述支撐的內(nèi)核鋼板3的跨中兩側(cè)，即內(nèi)核鋼板3跨度中點兩側(cè)，焊接支撐跨中卡位鋼板12，以防止支撐外圍約束構(gòu)件脫落。本發(fā)明提出的構(gòu)件，有兩點優(yōu)勢:一，全部采用鋼構(gòu)件組裝而成，支撐對于施工增加了便利；二，對支撐的端部采取了長圓形的螺栓孔構(gòu)造，可使內(nèi)核鋼板3在地震作用力下沿著長圓形螺栓孔13兩個方向進(jìn)行緩緩滑動以此消耗部分地震能量，當(dāng)罕遇地震出現(xiàn)時，支撐內(nèi)核鋼板3長圓孔滑動可與支撐內(nèi)部屈曲共同消耗地震能量。


圖1為連接端部耗能型全鋼防屈曲支撐與梁柱連接示意圖。圖2為圖1中A— A剖面示意圖。圖3為圖1中B— B剖面示意圖。圖4為連接端部耗能型全鋼防屈曲支撐加勁鋼板螺栓孔示意圖。圖5為連接端部耗能型全鋼防屈曲支撐內(nèi)核鋼板螺栓孔示意圖。圖6為支撐內(nèi)核鋼板中布置卡位鋼板示意圖。圖7為圖6中C一C剖面示意圖。在圖中:1一鋼板；2—方鋼管；3—內(nèi)核鋼板；4一長螺栓桿；5—加勁鋼板；6—角鋼連接板；7—梁柱連接板；8—框架柱；9一框架梁；10—支撐端部螺栓；11一梁柱連接板螺栓；12—卡位鋼板；13—長圓形螺栓孔；14一高強(qiáng)螺栓。
具體實施例方式結(jié)合附圖，對發(fā)明的連接端部耗能型全鋼防屈曲支撐進(jìn)行詳細(xì)闡述。結(jié)合圖1，此圖為連接端部耗能型全鋼防屈曲支撐與梁柱連接的示意，支撐的端部即內(nèi)核鋼板3端部焊接加勁鋼板5，組成十字形連接端，梁柱節(jié)點處設(shè)置梁柱連接板7焊接加勁鋼板5，內(nèi)核鋼板3與梁柱連接板7通過四塊角鋼連接板6連接，圖1中c為內(nèi)核鋼板3至梁柱連接板7的垂直距離，對于c取值，要求大于內(nèi)核鋼板3端部長圓形螺栓孔一半長度l_2mm，保證內(nèi)核鋼板3可以沿著長圓孔移動，對于角鋼連接版6和梁柱連接板7上螺栓孔采取普通螺栓孔構(gòu)造。內(nèi)核鋼板3除去端部的部分由外圍約束構(gòu)件包裹，如圖2所示.外圍約束構(gòu)件中長螺栓桿4之間的距離a，要求以能夠達(dá)到控制內(nèi)核鋼板屈曲為標(biāo)準(zhǔn)，可以按照支撐外圍約束部分長度的1/20-1/15來確定a的大小。待a的值取定之后，可以適當(dāng)放大，對于未進(jìn)行螺栓固定之處可通過點焊的方式焊接鋼板與方鋼管的接觸部分，增大外圍約束構(gòu)件的約束力，此可以減小長螺栓桿的布置數(shù)量。b表示內(nèi)核鋼板3自伸出外圍約束部分至端部十字形截面的垂直距離，對于b的控制，保證b的值大于內(nèi)核鋼板3受力屈曲時最大壓縮量的一半值1-2mm.
結(jié)合圖2，此圖對圖1中A— A剖面的示意。兩塊鋼板I通過長螺栓桿4與兩根方鋼管2連接起來組成防屈曲支撐的外圍約束部分，內(nèi)核鋼板3與兩個方鋼管2由卡位鋼板12連在一起，如圖6、圖7所示，內(nèi)核鋼板被兩個方鋼管和兩個鋼板圍成的一個比內(nèi)核鋼板剖面稍微大一些的矩形空間所包裹。內(nèi)核鋼板與方鋼管之間可接觸的兩個鋼板面之間的距離一般為2-4_左右，保證內(nèi)核鋼板3可以有屈曲變形的空間。結(jié)合圖3，此圖對圖1中B— B剖面的示意。內(nèi)核鋼板3端部焊接有加勁鋼板5，組成一個十字形截面，由四個角鋼連接板6分別連接，角鋼兩個邊都由高強(qiáng)螺栓14連接固定。結(jié)合圖4，此圖對連接端部耗能型全鋼防屈曲支撐加勁鋼板螺栓孔的示意。加勁鋼板5采用長圓形螺栓孔構(gòu)造，即兩側(cè)為半圓形，中部為矩形。當(dāng)支撐受有拉力或者壓力時，且力的大小超過高強(qiáng)螺栓的最大摩擦力時，首先內(nèi)核鋼板會通過沿著長圓孔的兩端摩擦耗能，當(dāng)移動到一側(cè)的圓孔時，支撐開始進(jìn)入屈曲耗能階段。長圓形螺栓孔的長度，按照結(jié)構(gòu)設(shè)計時結(jié)構(gòu)層最大位移和支撐的布置角度確定支撐的可移動最大位移，長圓孔的長度的一半取可移動最大位移的0.5-0.75倍。結(jié)合圖5，此圖對連接端部耗能型全鋼防屈曲支撐內(nèi)核鋼板螺栓孔的示意。結(jié)合圖6，此圖對支撐內(nèi)核鋼板中部設(shè)置卡位鋼板的示意。為確保支撐外圍約束構(gòu)件部分不脫落，將內(nèi)核3的中間焊接兩個卡位鋼板12，卡位鋼板12與方鋼管2接觸到的部分需要將方鋼管上開出對應(yīng)的方形孔，使卡位鋼板可以伸進(jìn)去。結(jié)合圖7，此圖對圖6中C一C剖面的示意。本發(fā)明的優(yōu)點在于:此為全鋼防屈曲支撐，其組合裝配的效率很高，與傳統(tǒng)的通過澆筑混凝土限制內(nèi)核屈曲相比，在實施上有很大的便利，而且其內(nèi)核與外包接觸部分的間隙由鋼構(gòu)件尺寸控制，較容易實施。本發(fā)明引入長圓形螺栓孔構(gòu)造，通過支撐內(nèi)核鋼板3沿著長圓孔兩個方向的滑動可以消耗一部分地震能量，增加此支撐的耗能效果。研究表明，長圓形螺栓在力的作用下，會在長圓形孔上進(jìn)行滑動，此滑動過程便是一個耗能過程。
權(quán)利要求
1.一種連接端部耗能型全鋼防屈曲支撐，其特征在于，所述支撐包括兩塊鋼板(I)、兩個方鋼管(2)與內(nèi)核鋼板(3);所述鋼板(I)、方鋼管(2)、內(nèi)核鋼板(3)通過長螺栓桿(4)連接，兩個方鋼管(2 )之間保持距離平行放置，被兩塊鋼板(I)夾在中間，一側(cè)的長螺栓桿(4 )依次穿過方鋼管(2)—側(cè)的鋼板(I)、方鋼管(2)和方鋼管(2)另一側(cè)的鋼板(1)，另一側(cè)的長螺栓桿(4)同樣依次穿過方鋼管(2)—側(cè)的鋼板(I)、方鋼管(2)和方鋼管(2)另一側(cè)的鋼板(I )，組成外圍約束構(gòu)件；所述外圍約束構(gòu)件圍成的矩形空間由兩塊鋼板(I)與兩個方鋼管(2)內(nèi)側(cè)鋼板所圍成；所述外圍約束構(gòu)件圍成的矩形空間內(nèi)部放置內(nèi)核鋼板(3)，矩形空間與內(nèi)核鋼板(3)之間留有間隙，此間隙為外圍約束鋼板即方鋼管(2)內(nèi)側(cè)鋼板與內(nèi)核鋼板(3)的垂直距離，間隙值控制為2-3mm，且在矩形空間內(nèi)部兩個方鋼管(2)的表面上涂有粘性材料；所述內(nèi)核鋼板(3)端部兩側(cè)分別焊接加勁鋼板(5)，內(nèi)核鋼板(3)端部截面為十字形狀，形成十字形連接端；梁柱連接板(7)端部兩側(cè)分別焊接加勁鋼板(5)，形成十字形連接端；所述支撐通過四個角鋼連接板(6)將結(jié)構(gòu)中梁柱節(jié)點處的梁柱連接板(7)與支撐的內(nèi)核鋼板(3)連接，采用高強(qiáng)螺栓(14)連接；所述支撐端部，即內(nèi)核鋼板(3)端部和加勁鋼板(5)上，采用長圓形螺栓孔(13)構(gòu)造；所述支撐的內(nèi)核鋼板(3)的跨中兩側(cè)，即內(nèi)核鋼板(3)跨度中點兩側(cè)，焊接支撐跨中卡位鋼板(12)，以防止支撐外圍約束構(gòu)件脫落。
全文摘要
一種帶有特殊螺栓孔連接構(gòu)造的全鋼防屈曲支撐。此全鋼防屈曲支撐主要由鋼板(1)、方鋼管(2)、長螺栓桿(4)、內(nèi)核鋼板(3)組成。鋼板(1)通過長螺栓桿(4)將兩個方鋼管(2)組合在一起，組成支撐的外圍約束部分。內(nèi)核鋼板(3)在組裝過程中被夾在外圍約束部分中間，內(nèi)核鋼板(3)的跨中部兩面焊接有卡位鋼板(12)，通過卡位鋼板(12)來伸進(jìn)方鋼管，以此來限制外圍約束部分脫落。內(nèi)核鋼板(3)的端部以及加勁鋼板(5)螺栓孔加工成長圓形構(gòu)造。當(dāng)支撐內(nèi)部產(chǎn)生拉力或者壓力時，尤其是有地震作用時，支撐會首先沿著長圓形螺栓孔發(fā)生滑動開始耗能，當(dāng)支撐內(nèi)核開始屈曲時，外圍約束部分阻止其屈曲，發(fā)揮防屈曲耗能支撐的作用。
文檔編號E04B1/98GK103161238SQ201310082220
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月14日
發(fā)明者冉克顯, 劉學(xué)春, 王海忠 申請人:北京工業(yè)大學(xué)