CN102587533A

CN102587533A - 两端带平行软钢板耗能装置的约束屈曲支撑及制作方法

Info

Publication number: CN102587533A
Application number: CN2012100779492A
Authority: CN
Inventors: 曹万林; 李国东; 张建伟; 董宏英
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2012-03-22
Filing date: 2012-03-22
Publication date: 2012-07-18

Abstract

本发明涉及一种两端带平行软钢板耗能装置的约束屈曲支撑及制作方法。本发明将平行耗能钢板集束中的每块钢板等间距地焊接或螺栓连接于内部钢板端部，再将外层钢管的钢板焊接或螺栓连接于平行耗能钢板上，在封闭外层钢管之前在内部钢板约束屈服段与外层钢管间填入约束填充材料，并在所有空隙中灌入发泡剂，以防止钢管内部结构的锈蚀，最后将外层钢管封闭，组成两端带平行软钢板耗能装置的约束屈曲支撑。本发明的防屈曲支撑通过平行耗能钢板集束将外层钢管和内部钢板结合成一体，不但克服了现有防屈曲支撑外层屈曲约束钢板能效不能完全利用的缺点，而且避免了内芯外露部分的过早屈服。本发明的耗能能力可较传统防屈曲支撑提高20％-30％。

Description

两端带平行软钢板耗能装置的约束屈曲支撑及制作方法

技术领域

本发明涉及一种带耗能装置的防屈曲支撑，特别涉及一种两端带平行软钢板耗能装置的约束屈曲支撑及制作方法。

背景技术

防屈曲支撑被认为是一种兼具普通支撑和金属阻尼器双重功能的新型抗侧力支撑构件。内芯为强度与刚度较低的软钢，一般采用屈服点低的纯铁或低碳钢制作，其作用是承受轴向荷载作用，外围的约束部分不参与抵抗轴向荷载，只起到保护内芯并防止其屈曲的作用。防屈曲支撑在建筑物中的作用体现在，当因地震产生的荷载不大时，防屈曲支撑相当于位于建筑物框架内的斜撑，能够为结构提供侧向刚度；当因地震产生的荷载较大时，防屈曲支撑能够随着结构框架的变形做出相应的调整并同时消耗地震传给建筑物的能量。由于这种双重特性，防屈曲支撑一直受到各国工程师和学者们的垂青。

然而，对于现有的防屈曲支撑仍然存在一些受力机理上的不同观点及一些难以避免的问题，如有日本学者指出，内芯刚度不足的防屈曲支撑可能会发生整体失稳。同样有日本学者指出，防屈曲支撑的整体失稳是由于内芯和外围约束的刚度与强度不足引起的，应由内芯和外围约束的刚度与强度并行或相关控制来保证等等。此外，外围约束机构仅起防止内芯屈曲的作用，其材料性能不能全部发挥，外露于外包约束构件的内芯与结构构件的连接部分容易发生屈曲。在诸如此类的问题上如没有统一的分析理论与构造措施，恐怕难以建立合理完善的防屈曲支撑设计方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有防屈曲支撑的缺陷，提供了一种两端带平行软钢板耗能装置的约束屈曲支撑及制作方法。本发明通过一种新的工作机理提高了防屈曲支撑的工作能力。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

两端带平行软钢板耗能装置的约束屈曲支撑，其特征在于：包括外层钢管、内部钢板和连接这两部分的支撑端部平行耗能钢板集束，所述外层钢管由外层钢管钢板焊接而成，外层钢管两端设置有端部钢板用以密封外层钢管，所述内部钢板从端部钢板中的孔洞穿过并置于外层钢管内部，内部钢板端部正、反面与外层钢管钢板之间分别垂直焊接或螺栓连接有等间距布置的平行耗能钢板，从而构成平行耗能钢板集束，平行耗能钢板集束与内部钢板、外层钢管、内部约束填充材料以及端部钢板之间的所有空隙部分填充有发泡剂用以防止潮湿空气与钢材及焊缝接触，并于内部钢板约束屈服段与外层钢管间填入约束填充材料。

所述平行耗能钢板为低碳钢(碳含量小于25％)钢板。

所述平行耗能钢板为两端宽、中间窄的形状。

所述的内部钢板分别从外层钢管两端的端部钢板孔洞穿过并置于钢管内部。

所述的内部钢板横截面为一字型，该钢板在穿过外层钢管的端部钢板后在外层钢管端部钢板的开洞处不做任何连接形式。

所述的平行耗能钢板集束中每块钢板均为相同材质的低碳钢，上下端分别与内部钢板和外层钢管焊接或螺栓连接。当防屈曲支撑受力时，平行耗能钢板集束中的每块钢板受到弯剪作用力，中部呈现力矩为零的反弯点。据此可将每块钢板做成两端宽、中间窄的形状。

平行耗能软钢板约束型防屈曲支撑的制作方法，该方法是按以下顺序进行的：

1)配置外层钢管钢板，并在用于端部的钢板上预留用于穿过内部钢板的孔洞；

2)配置内部钢板和用于制作平行耗能钢板集束的低碳钢钢板，将低碳钢钢板做成两端宽、中间窄的形状；

3)根据耗能能力的需求，将若干个低碳钢钢板等间距地垂直焊接或螺栓连接于内部钢板端部的一面，之后在另一面面也对称的焊接或螺栓连接低碳钢钢板；

4)将每块低碳钢钢板与制作外层钢管的钢板焊接或螺栓连接；

5)将已预留孔洞的外层钢管端部钢板套上内部钢板，并将端部钢板和与已平行耗能钢板焊接或螺栓连接的外层钢管钢板焊接；

6)焊接外层钢管的其他钢板，但留下一面开口不焊；

7)在开口的一侧灌入约束填充材料，填充内部钢板约束屈服段与外层钢管间。

8)在开口的一侧灌入发泡剂，填补外层钢管内所有空隙。

9)待发泡剂灌入完毕，焊接最后一块外层钢管钢板以封闭外层钢管。

本发明两端带平行软钢板耗能装置的约束屈曲支撑采用了与现有防屈曲支撑不同的设计方案。其核心思想是支撑的耗能装置不仅利用芯板，而且利用端部多个相互平行的低碳钢钢板受到弯剪作用及外层钢管的受拉压作用发挥能效，不同于现有防屈曲支撑中仅仅依靠软钢通过承受轴向作用力产生塑性变形实现耗能，不但克服了现有防屈曲支撑外层屈曲约束钢板能效不能完全利用的缺点，而且避免了内芯外露部分的过早屈服。其次，端部平行耗能钢板集束将内部钢板和外层钢管联系了起来，轴向力通过内部钢板和平行耗能钢板集束部分传到了外层钢管上，提高了整体约束屈曲支撑的刚度和耗能能力。

实验证明，本发明的耗能能力可较传统防屈曲支撑提高20％-30％。

附图说明

图1是本发明两端带平行软钢板耗能装置的约束屈曲支撑的平面图；

图2是图1中A-A剖面放大示意图；

图3是图1中防屈曲支撑在承受压力时，平行耗能钢板集束的变形状态；

图4是图1中防屈曲支撑在承受拉力时，平行耗能钢板集束的变形状态；

图中：1、平行耗能钢板，2、内层钢板，3、外层钢管端部钢板，4、外层钢管钢板，5、发泡剂，6、内部约束填充材料。

具体实施方式

下面结合附图1～图4对本发明作进一步说明：

实施例1

两端带平行软钢板耗能装置的约束屈曲支撑如图1～图4。本实施例的两端带平行软钢板耗能装置的约束屈曲支撑，包括外层钢管、内部钢板2和连接这两部分的平行耗能钢板集束及内部约束填充材料，外层钢管由外层钢管钢板4焊接而成，外层钢管两端设置有端部钢板3用以密封外层钢管，内部钢板2从端部钢板3中的孔洞穿过并置于外层钢管内部，内部钢板2端部两面与外层钢管钢板4之间分别垂直焊接或螺栓连接有等间距布置的平行耗能钢板1，从而构成平行耗能钢板集束。内部钢板2约束屈服段与外层钢管间填充有约束填充材料，并在两者界面上填充无粘结材料。端部平行耗能钢板集束与内部钢板2、外层钢管以及端部钢板3之间的所有空隙部分填充有发泡剂5用以防止潮湿空气与钢材及焊缝接触。平行耗能钢板1为低碳钢钢板，且平行耗能钢板为两端宽、中间窄的形状。

上述平行耗能软钢板约束型防屈曲支撑的制作方法，该方法包括以下步骤：

1)配置外层钢管钢板4，并在用于端部的钢板3上预留用于穿过内部钢板2的孔洞；

2)配置内部钢板2和用于制作平行耗能钢板集束的平行耗能钢板1，将平行耗能钢板1做成两端宽、中间窄的形状；

3)根据耗能能力的需求，将若干个平行耗能钢板1的一端等间距地垂直焊接或螺栓连接于内部钢板2端部的一面，之后在内部钢板2另一面也对称的焊接或螺栓连接低碳钢钢板；

4)将每块平行耗能钢板1的另一端与制作外层钢管的钢板4焊接或螺栓连接；

5)将已预留孔洞的外层钢管端部钢板3套上内部钢板2，并将端部钢板3和已与低碳钢钢板焊接或螺栓连接的外层钢管钢板4焊接；

6)焊接外层钢管的其他钢板4，但留下一面开口不焊；

7)在开口的一侧灌入约束填充材料6，填充内部钢板2约束屈服段与外层钢管间。

8)在开口的一侧灌入发泡剂5，填补外层钢管内所有空隙；

9)待发泡剂5灌入完毕，焊接最后一块外层钢管钢板4以封闭外层钢管。

Claims

1.两端带平行软钢板耗能装置的约束屈曲支撑，其特征在于：包括外层钢管、内部钢板(2)和连接这两部分的平行耗能钢板集束，所述外层钢管由外层钢管钢板(4)焊接而成，外层钢管两端设置有端部钢板(3)用以密封外层钢管，所述内部钢板(2)从端部钢板(3)中的孔洞穿过并置于外层钢管内部，内部钢板(2)端部两面与外层钢管钢板(4)之间分别垂直焊接或螺栓连接有等间距布置的两端宽、中间窄的平行耗能钢板(1)，从而构成平行耗能钢板集束，平行耗能钢板集束与内部钢板(2)、外层钢管以及端部钢板(3)之间的所有空隙部分填充有发泡剂(5)，并于内部钢板(2)约束屈服段与外层钢管间填入约束填充材料(6)。

2.根据权利要求1所述的两端带平行软钢板耗能装置的约束屈曲支撑，其特征在于：所述平行耗能钢板(1)为低碳钢钢板，其碳含量小于0.25％。

3.如权利要求1-2中任一权利要求所述的平行耗能软钢板约束型防屈曲支撑的制作方法，其特征在于，该方法是按以下顺序进行的：

1)配置外层钢管钢板(4)，并在用于端部的钢板(3)上预留用于穿过内部钢板(2)的孔洞；

2)配置内部钢板(2)和用于制作平行耗能钢板集束的平行耗能钢板(1)，将平行耗能钢板(1)做成两端宽、中间窄的形状；

3)将若干个平行耗能钢板(1)的一边等间距地垂直焊接或螺栓连接于内部钢板(2)端部的两面；

4)将每块平行耗能钢板(1)的另一边与制作外层钢管的钢板(4)垂直焊接或螺栓连接；

5)将已预留孔洞的外层钢管端部钢板(3)套上内部钢板(2)，并将端部钢板(3)和已与平行耗能钢板(1)焊接或螺栓连接的外层钢管钢板(4)焊接；

6)焊接外层钢管钢板(4)，但留下一面开口不焊；

7)在开口的一侧灌入约束填充材料(6)，填充内部钢板(2)约束屈服段与外层钢管间。

8)在开口的一侧灌入发泡剂(5)，填补外层钢管内所有空隙；

9)待发泡剂(5)灌入完毕，焊接最后一块外层钢管钢板(4)以封闭外层钢管。