CN102041849A

CN102041849A - 双角钢拼接型屈曲约束支撑

Info

Publication number: CN102041849A
Application number: CN 201010571492
Authority: CN
Inventors: 谢强
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2010-12-03
Filing date: 2010-12-03
Publication date: 2011-05-04

Abstract

本发明涉及一种双角钢拼接型屈曲约束支撑，包括有轴力构件单元、屈曲约束单元、脱粘结单元和连接单元。该轴力构件单元由钢板构成，所述屈曲约束单元由两个内部浇筑有填充材料的角钢焊接构成，该两个角钢的双肢通过对拼焊接成“口”字形，并将轴力构件单元包围在中间，该轴力构件单元外表面包裹脱粘结材料。本发明具有造价低廉、结构尺寸可变、适用范围广、制造工艺简单、运输方便和应用灵活的优点，适合工厂标准化大批量生产和现场按需选配安装，可适用于建筑、桥梁、海洋平台、通讯塔、输电塔、工业设备及管道支架、大型起重设备等领域。

Description

双角钢拼接型屈曲约束支撑

技术领域

本发明涉及一种建筑结构构件，特别涉及一种双角钢拼接型屈曲约束支撑。

背景技术

众所周知，现代的建筑结构都要考虑结构的抗震，尤其是建于地震区的建筑，此外结构的设计还需要考虑抗风性能。钢结构由于良好的材料性能，被广泛用于许多土木工程中。随着经济的发展和城市化进程的加快，高层建筑物的数量在不断地增加，而其中又以钢结构和钢与混凝土组合结构增加的比例最大。现有钢结构系统大多采用抗弯钢框架体系、支撑框架结构以及双重结构体系，而其中以抗弯框架体系最为常用。但是对于抗弯框架体系的高层建筑而言，由于建筑的高度增加而使其结构相对变柔，结构的变形往往超过规范规定的侧移限值，因此结构就需要提高整体的刚度。另外，在大地震的作用下，结构会产生过大的非线性变形，往往造成震后结构修复困难或者修复成本过高，因而不符合经济要求。支撑框架结构具有较好的经济性，但是由于传统的支撑钢结构体系在支撑受压时会产生屈曲，故往往需要加大支撑的断面以符合设计需求，从而又降低了其经济性，即便如此，仍然不能保证在强震动下避免屈曲的发生。有鉴于此，国外一些研究者开发出一种受压时没有屈曲发生的构件，称为屈曲约束支撑（Buckling-Restrained Braces）或者屈曲约束支撑，把它们作为阻尼器使用在高层建筑结构中。目前，屈曲约束支撑已在日本、美国、加拿大等国家得到了广泛应用，但在国内尚未发现有关研究资料。

普通的支撑在承受轴向压力达到一定极限的时候就会发生屈曲现象，当屈曲发生后，支撑就失去了承载能力。屈曲约束支撑能够在承受轴向压力时不发生屈曲，而是与受拉一样发生屈服，从而能够大量吸收输入整个体系的能量，因此可以用作为一个阻尼装置。

屈曲约束支撑一般由以下三个基本部分组成：轴力构件单元，屈曲约束单元和连接单元。轴力构件单元位于轴心，屈曲约束单元环包在它的周围，连接单元在轴力构件单元的二端。

当轴力构件单元受压时，由于受到外部的屈曲约束单元的约束，使轴力构件单元不会发生屈曲。当压力达到其屈服荷载时，轴力构件单元会发生屈服从而耗散输入体系的能量。屈曲约束支撑一般是以轴心支撑的形式连接在钢结构框架的梁柱节点上的，它主要用作为结构的抗水平力（风或地震）构件。在水平荷载作用下，只要支撑不发生屈曲，它就可以吸收输入系统的能量，起到了结构的阻尼器的作用，从而达到提高结构刚度、控制结构侧移的目的。

1988 年，日本建筑学会构造论文集第34B册上登载的论文《由屈曲约束混凝土和钢管约束包裹的无粘接支撑的研究》（A study on the unbonded brace encased in buckling-restraining concrete and steel tube）中披露了一种常见的屈曲约束支撑，其结构和安装见图1。图中所示的屈曲约束支撑由钢板7构成的轴力构件单元1、方钢管8和混凝土填充单元9构成的屈曲约束单元2、化学材料构成的脱粘结单元3和连接单元4组成，其一端连接在钢结构的柱5和梁6的节点上，其另一端连接在该钢框架的另一节点或者梁上。钢板7承受轴力荷载；方钢管8和混凝土填充单元9从周围对钢板7形成了约束，以防止钢板7在承载到一定极限时发生屈曲；脱粘结单元3可以隔断钢板7和混凝土填充单元9，以便钢板7受压时能自由伸缩滑动并在屈服时发生变形；钢板7延伸出方钢管8的外部，并在其端部垂直地焊有直立的加固钢板10，以防止没有外部约束而可能产生的屈曲。这样钢板7的延伸端部与加固钢板10就形成了“+”字型的断面（见图2A-A 剖面）从而构成连接单元4，该连接单元4与钢结构节点上伸出的由钢板构成的二相互垂直的连接板通过连接缀板11用螺栓连接起来。上述现有的屈曲约束支撑存在两个主要缺点：

1、生产工序多，生产步骤复杂，耗时耗工比较不适合工业化的批量生产；

2、生产成本较高。上述屈曲约束支撑的屈曲约束单元所使用是钢管材料，根据市场钢材的价格标准，钢管材料的价格较高；

3、整个屈曲约束支撑制造复杂，且难以进行产品质量和精度的控制。它需要将中心的钢板包裹化学脱粘接材料后悬空地放入方钢管管腔的中央，然后在钢板周围注入混凝土填充材料，而在浇注时，还要保证中心的钢板不能有偏移。此外，如果中心钢板断面很小，在制作的过程中钢板就可能发生比较大的初始变形，从而影响其性能的发挥。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种结构简单、成本低、精度和质量可控、适合工业化生产的双角钢拼接型屈曲约束支撑。

本发明解决其技术问题的方案是：一种双角钢拼接型屈曲约束支撑，包括有轴力构件单元1、屈曲约束单元2、脱粘结单元3和连接单元4，所述轴力构件单元1由钢板7构成，所述屈曲约束单元2由两个内部浇筑有填充材料的角钢12焊接构成，两个角钢12的双肢通过对拼焊接成“口”字形，轴力构件单元1位于屈曲约束单元2的中间；屈曲约束单元2与轴力构件单元1之间设有填充单元9；脱粘结单元3包裹在轴力构件单元1的外表面。所述连接单元4由钢板7的伸出段与焊于两端的加固钢板10构成，且呈十字形；连接单元4 一端延伸至轴力构件单元1，另一端通过连接缀板11连接于框架的梁柱节点板18上。

本发明中，所述脱粘结单元3为聚氯乙烯软塑胶板。

本发明中，所述填充单元9为砂浆或细石混凝土。

本发明中，所述轴力构件单元1断面为“一”字型或“十”字型。

本发明中，所述轴力构件单元1和连接单元4上均设有螺栓孔。

本发明中，所述屈曲约束单元2的两端包覆有盖板15。

与现有技术相比，本发明的有益效果是，所使用的屈曲约束单元1是角钢12，较传统屈曲约束支撑所使用的钢管8价格低廉，且生产材料中所使用的模板13，在一轮生产结束后可进行拆卸并加以重复利用，这些都降低了屈曲约束支撑的生产成本。而且使用精度可控的模具生产屈曲约束单元，达到制作精度高，质量可控制的目的。将屈曲约束单元的形式设置为可拼接的预制角钢填充物组合构件14，生产工序少且在生产时可以做到规范化，适合进行自动化生产。总的来说本发明具有造价低廉、结构尺寸可变、精度和质量可控、适用范围广、制造工艺简单、运输方便和应用灵活的优点，适合工厂标准化大批量生产和现场按需选配安装，可适用于建筑、桥梁、海洋平台、通讯塔、输电塔、工业设备及管道支架、大型起重设备等领域。

附图说明

图1是传统管式屈曲约束支撑的结构和安装示意图。其中：(a)为整体结构图示，(b)为A-A剖视图，(c)为B-B剖视图，(d)为C-C剖视图。

图 2 是双角钢拼接型屈曲约束支撑中屈曲约束单元的制作示意图。

图 3 是双角钢拼接型屈曲约束支撑的拼装制作图。

图4是双角钢拼接型屈曲约束支撑的效果示意图。

图5 是双角钢拼接型屈曲约束支撑的结构和安装示意图。其中：(a)为整体结构图示，(b)为D-D剖视图，(c)为E-E剖视图，(d)为F-F剖视图。

图6是双角钢拼接型屈曲约束支撑的结构图示。(a)为双角钢拼接型屈曲约束支撑平面示意图，(b)为G-G剖视图。

图中标号：1为轴力构件单元，2为屈曲约束单元，3为脱粘结单元，4为连接单元，5为柱，6为梁，7为钢板，8为方钢管，9为填充单元，10为加固钢板，11为连接缀板，12为角钢，13为模板，14为角钢组合构件，15为盖板，16为螺栓孔，17为螺栓，18为梁柱节点板，19为焊缝。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

图2所示为本发明中屈曲约束单元的制作，将单块角钢12翼缘水平放置，给角钢凹处灌浇砂浆或细石混凝土材料作为填充单元9，填充要足够密实，再将定制木材模板13置于填充材料上部，压制使得模板13与填充单元9接触充分，确保所形成的轴力构件的凹槽尺寸足够精确，待数日填充物结硬定型后拆离模板13回收，将所得内部浇筑有填充材料的角钢组合构件14保存待用，此即制作出该发明的屈曲约束单元。

图3所示为本发明的拼装制作步骤，该轴力构件单元1由钢板7构成，钢板7两端侧部焊有加固钢板10，以防止轴力构件单元在轴力作用下端部发生局部屈曲失稳。屈曲约束单元由两个内部浇筑有填充材料的角钢组合构件14（上一步骤获得）组成，对两块角钢接触的两边进行焊接操作，形成焊缝19，使得该两个角钢的双肢对接成“口”字形，并将轴力构件单元1包围在中间，该轴力构件单元1外表面包裹脱粘结单元3，脱粘结单元3的材料为聚氯乙烯软塑胶板。此外，支撑两段有两块盖板15套于屈曲约束单元端部，并焊接固定。图4便是双角钢拼接型屈曲约束支撑的产品效果图。

图5(a)是本发明的安装示意图，所述双角钢拼接型屈曲约束支撑两端分别连接在建筑钢结构框架的梁6柱5节点上，也可一端连接在节点上，另一端连接在梁6上。在节点上设有钢板7与加固钢板10构成的十字形连接单元4，钢板7和加固钢板10上还开有足够数量的螺栓孔16，使用连接缀板11连接支撑的连接单元4与框架的梁柱节点板18，将螺栓17穿入螺栓孔16把所述双角钢拼接型屈曲约束支撑安装固定在建筑钢结构上，其安装部位的剖面图见图5(b)(c)(d)。

图6是双角钢拼接型屈曲约束支撑的平面图与G-G剖面图，是另一个角度对双角钢拼接型屈曲约束支撑的描述。

本发明的实现分为三个步骤：1）屈曲约束单元的制作。使用模板预制内部浇筑有填充材料的角钢组合构件；2）双角钢拼接型屈曲约束支撑的拼装制作。用两块内部浇筑有填充材料的角钢包裹住轴力构件单元，轴力构件单元外包裹有脱粘结单元，两块内部浇筑有填充材料的角钢在结合边缘焊接连接，组成屈曲约束单元，再用盖板封住支撑两段，并施焊固定；3）双角钢拼接型屈曲约束支撑的安装。将双角钢拼接型屈曲约束支撑两端分别连接在建筑钢结构框架上，达到结构控制的功能。

本发明的优点在于: 造价低廉、结构尺寸可变、精度和质量可控、适用范围广、制造工艺简单、运输方便和应用灵活，适合工厂标准化大批量生产和现场按需选配安装。

Claims

1.一种双角钢拼接型屈曲约束支撑，其特征在于包括有轴力构件单元(1)、屈曲约束单元(2)、脱粘结单元(3)和连接单元(4)，所述轴力构件单元(1)由钢板(7)构成，所述屈曲约束单元(2)由两个内部浇筑有填充材料的角钢(12)焊接构成，两个角钢(12)的双肢通过对拼焊接成“口”字形，轴力构件单元(1)位于屈曲约束单元(2)的中间；屈曲约束单元(2)与轴力构件单元(1)之间设有填充单元(9)；脱粘结单元(3)包裹在轴力构件单元(1)的外表面；所述连接单元(4)由钢板(7)的伸出段与焊于两端的加固钢板(10)构成，且呈十字形；连接单元(4) 一端延伸至轴力构件单元(1)，另一端用连接缀板(11)连接于框架的梁柱节点板(18)上。

2.根据权利要求1所述的双角钢拼接型屈曲约束支撑，其特征在于所述脱粘结单元(3)为聚氯乙烯软塑胶板。

3.根据权利要求1所述的双角钢拼接型屈曲约束支撑，其特征在于所述填充单元(9)为砂浆或细石混凝土。

4.根据权利要求1所述的双角钢拼接型屈曲约束支撑，其特征在于所述轴力构件单元(1)为“一”字型或“十”字型。

5.根据权利要求1所述的双角钢拼接型屈曲约束支撑，其特征在于连接单元(4)上设有螺栓孔。

6.根据权利要求1所述的双角钢拼接型屈曲约束支撑，其特征在于所述屈曲约束单元(2)的两端包覆有盖板(15)。