本發(fā)明屬于建筑技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種屈曲支撐裝置及其制備方法。
背景技術(shù)：
屈曲支撐裝置是一種給新建(或既有)土木工程結(jié)構(gòu)能起到支撐作用、耗能作用的備損專(zhuān)用裝置，即結(jié)構(gòu)物受地震作用時(shí)讓該裝置的屈曲來(lái)保護(hù)結(jié)構(gòu)物主體。這種技術(shù)屬于土木工程領(lǐng)域，在結(jié)構(gòu)的新建設(shè)計(jì)、加固設(shè)計(jì)中均可應(yīng)用。
已經(jīng)成熟的屈曲支撐裝置按照工作原理分，有整體約束型和裝配約束型兩大類(lèi)；按照材料的特點(diǎn)分，有鋼筋混凝土約束型、鋼管混凝土組合約束型、純鋼約束型等；按照外形形狀分，有柱型和梭型兩類(lèi)。在整體鋼管約束型裝置當(dāng)中，已經(jīng)有單層屈曲的產(chǎn)品存在(因加上兩層約束層，共計(jì)有三層鋼管，故又稱(chēng)三重屈曲支撐)。對(duì)于單層屈曲支撐，當(dāng)需要強(qiáng)調(diào)承載能力時(shí)，就需要增加鋼管的厚度，而鋼管厚度的增加會(huì)降低支撐的屈曲能力。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種屈曲支撐裝置及其制備方法，旨在解決現(xiàn)有單層屈曲支撐無(wú)法在滿(mǎn)足高承載力的同時(shí)，又能避免鋼管厚度的增加對(duì)屈曲性能不利影響的問(wèn)題。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種屈曲支撐裝置，該裝置包括管柱體、封頭；其中，
所述管柱體由(2n+1)層鋼管組裝而成，所述管柱體包括n層屈曲層鋼管、(n+1)層約束層鋼管；所述約束層鋼管與屈曲層鋼管之間相間套裝，且管柱體的最內(nèi)層以及最外層均為約束層；所述n為≥1的自然數(shù)；
所述屈曲層鋼管兩端部分別固接在一封頭上，所述約束層鋼管長(zhǎng)度不大于屈曲層鋼管長(zhǎng)度。
優(yōu)選地，所述封頭由共圓心螺孔的n級(jí)封頭構(gòu)成；其中，
第x級(jí)封頭直徑大于第x層屈曲層鋼管內(nèi)徑，且第x級(jí)封頭直徑不大于第(x+1)層屈曲層鋼管內(nèi)徑；
所述第x層屈曲層鋼管兩端分別固接第x級(jí)的對(duì)應(yīng)封頭，且n級(jí)封頭之間共圓心螺孔內(nèi)穿入螺桿并配合螺母緊固；
1≤x＜n。
本發(fā)明進(jìn)一步公開(kāi)了一種屈曲支撐裝置的制備方法，該屈曲支撐裝置包括管柱體、封頭；其中，
所述管柱體由(2n+1)層鋼管組裝而成，所述管柱體包括n層屈曲層鋼管、(n+1)層約束層鋼管；所述約束層鋼管與屈曲層鋼管之間相間套裝，且管柱體的最內(nèi)層以及最外層均為約束層；所述n為≥1的自然數(shù)；
所述屈曲層鋼管兩端部分別固接一對(duì)應(yīng)封頭，所述約束層鋼管長(zhǎng)度不大于屈曲層鋼管長(zhǎng)度；
所述封頭由共圓心螺孔的n級(jí)封頭構(gòu)成；其中，
第x級(jí)封頭直徑大于第x層屈曲層鋼管內(nèi)徑，且第x級(jí)封頭直徑不大于第(x+1)層屈曲層鋼管內(nèi)徑；
所述第x層屈曲層鋼管兩端分別固接第x級(jí)的對(duì)應(yīng)封頭，且n級(jí)封頭之間共圓心螺孔內(nèi)穿入螺桿并配合螺母緊固；
1≤x＜n；
上述屈曲支撐裝置的制備方法包括以下步驟：
(1)將第1級(jí)封頭螺孔內(nèi)插入螺桿，并將螺桿頭部固定在第1級(jí)封頭內(nèi)側(cè)；
(2)將第1層屈曲層與第1級(jí)對(duì)應(yīng)封頭連接后將第1層約束層鋼管裝入第1層屈曲層內(nèi)，同時(shí)將第2層約束層鋼管套在第1層屈曲層鋼管的外面，再將第1級(jí)的另一端封頭與第1層屈曲層連接；
(3)將第2層屈曲層與第2級(jí)的對(duì)應(yīng)封頭連接，將步驟(2)所述元件的螺桿對(duì)準(zhǔn)第2級(jí)端封頭上的同心螺孔并穿入后裝入第2層屈曲層內(nèi)，同時(shí)將第3層約束層鋼管套在第2層屈曲層鋼管的外面，再將第2級(jí)的另一端封頭傳出步驟(2)所述元件的螺桿后與第2層屈曲層連接；
(4)重復(fù)步驟(3)，直到x級(jí)封頭、x層屈曲層鋼管以及(x+1)層約束層鋼管完成裝配；
(5)將螺桿配合螺母將第1級(jí)封頭～第n級(jí)封頭緊固。
(6)將第n級(jí)封頭與連接件連接。
本發(fā)明進(jìn)一步公開(kāi)了一種屈曲支撐裝置的制備方法，該屈曲支撐裝置包括管柱體、封頭；其中，
所述管柱體由(2n+1)層鋼管組裝而成，所述管柱體包括n層屈曲層鋼管、(n+1)層約束層鋼管；所述約束層鋼管與屈曲層鋼管之間相間套裝，且管柱體的最內(nèi)層以及最外層均為約束層；所述n為≥1的自然數(shù)；
所述屈曲層鋼管兩端部分別固接一對(duì)應(yīng)封頭，所述約束層鋼管長(zhǎng)度不大于屈曲層鋼管長(zhǎng)度；
該屈曲支撐裝置的制備方法包括以下步驟：
(1)將n層屈曲層鋼管、(n+1)層約束層鋼管相間套裝構(gòu)成柱體，所述柱體最內(nèi)層和最外層為約束層；
(2)將柱體中每層屈曲層鋼管兩端部分別固接在所對(duì)應(yīng)的封頭一側(cè)。
相比于現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明提出一種多層屈曲支撐的概念，這種多層屈曲支撐不僅能使鋼管約束型屈曲支撐既有恰當(dāng)?shù)某休d能力，又有理想的屈曲效果。
附圖說(shuō)明
圖1是發(fā)明一實(shí)施例中兩層屈曲支撐裝置的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是圖1裝置的裝配示意圖；
圖3是發(fā)明又一實(shí)施例中兩層屈曲支撐裝置的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是圖3裝置的裝配示意圖。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
本發(fā)明公開(kāi)了一種屈曲支撐裝置，該裝置包括管柱體、封頭；其中，
所述管柱體由(2n+1)層鋼管組裝而成，所述管柱體包括n層屈曲層鋼管、(n+1)層約束層鋼管；所述約束層鋼管與屈曲層鋼管之間相間套裝，且管柱體的最內(nèi)層以及最外層均為約束層；所述n為≥1的自然數(shù)；
所述屈曲層鋼管兩端部分別固接一對(duì)應(yīng)封頭，所述約束層鋼管長(zhǎng)度不大于屈曲層鋼管長(zhǎng)度。
在本發(fā)明實(shí)施例中，上述固接包括焊接、粘結(jié)、拼接等形式。此外，在封頭與連接件固接。
在本發(fā)明實(shí)施例中，以焊接接方式為例，該屈曲支撐裝置的具體組成為：
(1)第一內(nèi)約束層、第二內(nèi)約束層(兼做第一屈曲層的外約束)、第三內(nèi)約束層(兼做第二屈曲層的外約束)、……、第n內(nèi)約束層(兼做第(n-1)屈曲層的外約束)；
(2)第一屈曲層、第二屈曲層、……、第n屈曲層；
(3)封頭；
(4)第(n+1)層外約束層；
(5)連結(jié)件。
在本發(fā)明實(shí)施例中，上述屈曲支撐裝置的制備方法包括以下步驟：
(1)將n層屈曲層鋼管、(n+1)層約束層鋼管相間套裝構(gòu)成柱體，所述柱體最內(nèi)層和最外層為約束層；
(2)將柱體中每層屈曲層鋼管兩端部分別固接所對(duì)應(yīng)的封頭。
為便于理解，本發(fā)明實(shí)施例以?xún)蓪忧窝b置為例，即當(dāng)n＝2時(shí)，說(shuō)明裝置各個(gè)裝置的構(gòu)造關(guān)系。如圖1～2所示，其中，圖1是本實(shí)施例中兩層屈曲支撐裝置的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1裝置的裝配示意圖。
圖1中各標(biāo)號(hào)解析：1-第一內(nèi)約束層，3-第二內(nèi)約束層，2-第一屈曲層，4-第二屈曲層，6-封頭，7-外約束層，8-連結(jié)件。
圖2中，約束層與屈曲層定位，約束層端部與封頭隔離，讓屈曲層端部與封頭，連接件8與封頭6一次性直接可靠連接，完成裝配。
本發(fā)明提出一種多層屈曲支撐的概念，不僅能使鋼管約束型屈曲支撐既有恰當(dāng)?shù)某休d能力，又有理想的屈曲效果。
本發(fā)明進(jìn)一步公開(kāi)了一種屈曲支撐裝置，該裝置包括管柱體、封頭；其中，
所述管柱體由(2n+1)層鋼管組裝而成，所述管柱體包括n層屈曲層鋼管、(n+1)層約束層鋼管；所述約束層鋼管與屈曲層鋼管之間相間套裝，且管柱體的最內(nèi)層以及最外層均為約束層；所述n為≥1的自然數(shù)；
所述屈曲層鋼管兩端部分別固接一對(duì)應(yīng)封頭，所述約束層鋼管長(zhǎng)度不大于屈曲層鋼管長(zhǎng)度；
所述封頭由共圓心螺孔的n級(jí)封頭構(gòu)成；其中，
第x級(jí)封頭直徑大于第x層屈曲層鋼管內(nèi)徑，且第x級(jí)封頭直徑不大于第(x+1)層屈曲層鋼管內(nèi)徑；
所述第x層屈曲層鋼管兩端分別固接第x級(jí)的對(duì)應(yīng)封頭，且n級(jí)封頭之間共圓心螺孔內(nèi)穿入螺桿并配合螺母緊固；
1≤x＜n。
在本發(fā)明實(shí)施例中，提供了一種固接和螺栓緊固混合方式拼裝的屈曲支撐裝置。其中，第1～n層約束層為內(nèi)約束層，第(n+1)層約束層為外約束層。該屈曲支撐裝置的具體組成為：
(1)第一內(nèi)約束層、第二內(nèi)約束層(兼做第一屈曲層的外約束)、第三內(nèi)約束層(兼做第二屈曲層的外約束)、……、第n內(nèi)約束層(兼做第(n-1)屈曲層的外約束)；
(2)第一屈曲層、第二屈曲層、……、第n屈曲層；
(3)封頭；
(4)第(n+1)層外約束層；
(5)連結(jié)件。
本發(fā)明進(jìn)一步提供了這種屈曲支撐裝置的制備方法，該方法包括以下步驟：
(1)將第1級(jí)封頭螺孔內(nèi)插入螺桿，并將螺桿頭部固定在第1級(jí)封頭內(nèi)側(cè)；
(2)將第1層屈曲層與第1級(jí)的任意端封頭連接后將第1層約束層鋼管裝入第1層屈曲層內(nèi)，同時(shí)將第2層約束層鋼管套在第1層屈曲層鋼管的外面，再將第1級(jí)的另一端封頭與第1層屈曲層連接；
(3)將第2層屈曲層與第2級(jí)的對(duì)應(yīng)封頭連接，將步驟(2)所述元件的螺桿對(duì)準(zhǔn)第2級(jí)端封頭上的同心螺孔并穿入后裝入第2層屈曲層內(nèi)，同時(shí)將第3層約束層鋼管套在第2層屈曲層鋼管的外面，再將第2級(jí)的另一端封頭傳出步驟(2)所述元件的螺桿后與第2層屈曲層連接；
(4)重復(fù)步驟(3)，直到x級(jí)封頭、x層屈曲層鋼管以及(x+1)層約束層鋼管完成裝配；
(5)將螺桿配合螺母將第1級(jí)封頭～第n級(jí)封頭緊固。
(6)將第n級(jí)封頭與連接件連接。
為便于理解，本發(fā)明實(shí)施例以?xún)蓪忧窝b置為例，即當(dāng)n＝2時(shí)，說(shuō)明裝置各個(gè)裝置的構(gòu)造關(guān)系，如圖3～4所示，其中，圖3是本實(shí)施例中兩層屈曲支撐裝置的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是圖3裝置的裝配示意圖。
圖3中各標(biāo)號(hào)解析：1-第一內(nèi)約束層，3-第二內(nèi)約束層，2-第一屈曲層，4-第二屈曲層，5-第一級(jí)封頭，6-第二級(jí)封頭，7-外約束層，8-連結(jié)件，9-螺絲。
圖4中，首先，將第一級(jí)封頭5、螺絲9間定位，即螺絲9就位，第一內(nèi)約束層1、第一屈曲層2間定位，然后第一級(jí)封頭5、第一屈曲層2間實(shí)施接焊；其次，將第二內(nèi)約束層3、第二屈曲層4、外約束層7定位后就位，第二級(jí)封頭6就位，然后第二級(jí)封頭6、第二屈曲層4間實(shí)施接焊；最后將連接件8與封頭6可靠固接。
屈曲層2、4的端部與封頭5、封頭6依次可靠連接，封頭5與封頭6之間用螺栓連結(jié)；沿縱軸向的荷載由連接件8傳遞給封頭5、封頭6，再由封頭5、封頭6直接傳遞給屈曲層2、4；約束層1、3、7只對(duì)屈曲層2、4進(jìn)行橫向約束，不承受軸向荷載，即不傳遞軸向荷載。
在本發(fā)明實(shí)施例中，約束層與屈曲層之間有間隙且相間布置，最里層以及最外層均為約束層；屈曲層端部與封頭之間、以及封頭與封頭之間必須牢固地連接，約束層的端部與封頭不連接，存在間距，即約束層比被受約束的屈曲層短。
本發(fā)明提出一種多層屈曲支撐的概念，不僅能使鋼管約束型屈曲支撐既有恰當(dāng)?shù)某休d能力，又有理想的屈曲效果。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。