CN102817422A - 一种预应力混凝土约束的防屈曲支撑 - Google Patents

一种预应力混凝土约束的防屈曲支撑 Download PDF

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一种预应力混凝土约束的防屈曲支撑，由十字形内核构件、方钢管混凝土约束构件、硬质橡胶板、长螺栓杆定位件、预应力筋等组成。四根方钢管混凝土约束构件采用预应力薄壁钢管混凝土，紧贴在十字形内核构件周围，构成外围约束单元。相邻方钢管混凝土约束构件之间采用通长的钢缀板焊接连接，形成受力整体。十字形内核构件采用低强度高延性的两根T形截面热轧型钢组成，内外表面粘贴所述硬质橡胶板。在防屈曲耗能支撑的跨中位置开圆形孔，长螺栓杆定位件穿过圆形孔，将十字形内核构件、方钢管混凝土约束构件及硬质橡胶板连接起来。本发明提出的预应力混凝土约束的防屈曲耗能支撑具有充分发挥混凝土的约束作用、减小构件截面尺寸、高效经济的特点。

Description

一种预应力混凝土约束的防屈曲支撑
技术领域
本发明涉及一种预应力混凝土约束的防屈曲支撑，属于结构工程技术领域。
背景技术
钢支撑框架结构中的普通钢支撑在中震和大震作用下会发生受压失稳，导致楼层刚度和承载力突然下降，影响结构的抗震安全性。防屈曲支撑作为一种新型抗侧力构件，在小震作用下保持弹性，为主体结构提供抗侧刚度；在中震和大震作用下内核构件率先进入屈服，对主体框架起到保护的作用，并消耗大量的地震输入能量。
目前防屈曲支撑按照外围约束材料以及组合情况主要分为两大类，即钢与混凝土组合外围约束截面（一般钢管外置、混凝土内置且混凝土与内核之间通过隔离剂分离）和全钢装配式外围约束截面。采用前者的防屈曲支撑，存在以下问题：（1）制作时尺寸精度控制高，很难保证内核构件与外围约束构件之间的预留间隙满足精度方面的要求；（2）由于外围约束构件主要承受弯矩作用，并且混凝土受拉强度很低，其开裂荷载限制了混凝土对刚度和承载力的贡献，不能对内核构件产生有效地约束作用，因此防屈曲支撑构件的截面往往比较粗大。采用全钢截面的防屈曲支撑，可以实现装配式生产和施工，制作精度也易保证，但由于仅依靠外围的钢构件来对内核提供抗弯约束，用钢量较大。为了克服上述缺点，作者也曾提出了双矩形管约束型H形截面装配式防屈曲耗能支撑【申请号: 200910259642.2】，主要利用两个冷弯薄壁型钢矩形钢管混凝土为外围约束构件，对内核的热轧H型钢形成约束机制。但计算表明，矩形钢管内的混凝土由于过早开裂，其对防屈曲支撑的约束作用贡献不大。
本发明提出了一种预应力混凝土约束的防屈曲支撑，它通过引入预应力钢管混凝土约束构件改善了外围构件的约束能力，具有以下优点：（1）预应力混凝土约束构件采用高强钢和高强混凝土，其延迟或限制了混凝土的开裂，从而提高了外围约束构件提供的抗弯刚度，相应的钢构件的板件厚度、构件整体截面尺寸可得到缩减。（2）采用四根薄壁方钢管在十字形内核构件周边形成外围约束构件并设置硬质橡胶板，这样内核构件与外围构件间的间隙容易控制和调整。（3）相邻预应力方钢管混凝土约束构件之间通过通长的钢缀板进行焊接连接，保证了四根外围约束的钢管混凝土的整体弯曲协同工作，进一步提高了外围约束构件的约束能力。（4）采用长螺栓杆定位件连接内核构件和外围约束构件的措施，使得震后可方便地更换损伤的内核构件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种外围构件具有更强约束能力、高效经济的防屈曲支撑。
一种预应力混凝土约束的防屈曲支撑，其特征在于，由十字形内核构件、方钢管混凝土约束构件、硬质橡胶板、长螺栓杆定位件、预应力筋、锚具以及连接板组成。所述方钢管混凝土约束构件采用预应力薄壁钢管混凝土，通过所述预应力筋和锚具对钢管内混凝土施加预压力。四根所述紧贴在所述十字形内核构件周围，构成外围约束单元。相邻所述方钢管混凝土约束构件之间采用通长的所述钢缀板焊接连接，用以提高外围约束构件的协调变形、共同抗弯的能力。所述十字形内核构件采用低强度高延性的一根十字形截面热轧型钢或两根T形截面热轧型钢，内外表面粘贴所述硬质橡胶板，保证所述十字形内核构件表面与外围约束单元表面保持lmm~2mm的间隙。在所述防屈曲耗能支撑的跨中位置开圆形孔，所述长螺栓杆定位件穿过圆形孔，将内核构件和外围约束构件连接起来，防止二者的滑脱。所述十字形内核构件在端部外扩，其与框架结构的连接通过连接板及高强度螺栓按照通用做法实现。
本发明提出的预应力混凝土约束的防屈曲支撑具有充分发挥混凝土的约束作用、减小构件截面尺寸、高效经济的特点，其方钢管混凝土约束构件的钢管截面尺寸、壁厚以及内部混凝土的预压应力大小应与内核构件的屈服轴力相匹配和协调，根据设计计算选取。
附图说明
图1为预应力混凝土约束的防屈曲支撑的三维图；
图2为预应力混凝土约束的防屈曲支撑的三维分解图；
图3为预应力混凝土约束的防屈曲支撑的端部截面和跨中截面的剖面图。
具体实施方式
下面结合附图1～3，详细说明本专利的实施方式。
如图所述，一种预应力混凝土约束的防屈曲支撑包括以下部件：
1——十字形内核构件；
2——方钢管混凝土约束构件；
3——硬质橡胶板；
4——长螺栓杆定位件；
5——预应力筋；
6——锚具；
7——钢缀板。
本发明提出的一种预应力混凝土约束的防屈曲支撑，由十字形内核构件（1）、方钢管混凝土约束构件（2）、硬质橡胶板（3）、长螺栓杆定位件（4）、预应力筋（5）、锚具（6）以及钢缀板（7）组成。
四根所述方钢管混凝土约束构件（2）采用预应力薄壁钢管混凝土，紧贴在所述十字形内核构件（1）周围，构成外围约束单元。相邻所述方钢管混凝土约束构件（2）之间采用通长的所述钢缀板（7）焊接连接，形成受力整体。所述十字形内核构件（1）采用低强度高延性的两根T形截面热轧型钢组成，内外表面粘贴所述硬质橡胶板（3），保证所述十字形内核构件表面与外围约束单元表面保持lmm~2mm的间隙。在所述防屈曲耗能支撑的跨中位置开圆形孔，所述长螺栓杆定位件（4）穿过圆形孔，将所述十字形内核构件（1）、方钢管混凝土约束构件（2）及硬质橡胶板（3）连接起来。所述十字形内核构件（1）在端部外扩，其与框架结构的连接通过连接板及高强度螺栓按照通用做法实现。
通过引入预应力混凝土，并采用高强钢和高强混凝土，延迟或限制了混凝土的开裂，从而提高了外围约束构件的约束效率，相应的钢构件的板件厚度、构件整体截面尺寸可得到缩减，提高了经济性。薄壁方钢管和硬质橡胶板的使用，其目的是使内核构件与外围构件间的间隙容易控制和调整，方便加工制作。所述十字形内核构件采用热轧型钢，避免了焊接截面对构件延性和耗能能力的不利影响。此外，采用长螺栓杆定位件在防屈曲支撑的跨中对内核构件和外围构件进行组合和定位，使得二者可以方便地拆卸和分离，这样震后更换损伤的内核构件更为容易，外围构件可反复利用。构件尺寸和厚度、混凝土的等级和预应力大小根据设计计算选取。
制作和安装时，首先按照设计尺寸和设计预应力在工厂加工制作所述方钢管混凝土约束构件（2），方钢管可采用冷弯薄壁截面以节约钢材，混凝土可采用的选取和预应力的施加可按照一般预应力结构的通常做法进行。制作时，在所述方钢管混凝土约束构件（2）的跨中截面为所述长螺栓杆定位件（4）预留圆形孔道，孔道位置偏离方钢管混凝土的截面中线以避开所述预应力筋（5）。同时，所述十字形内核构件（1）内外表面粘贴所述硬质橡胶板（3），并在跨中相应位置为所述长螺栓杆定位件的安装而开圆形孔。然后，将所述十字形内核构件（1）与所述四根方钢管混凝土约束构件（2）通过所述长螺栓杆定位件（4）进行定位组合。接着，在相邻所述方钢管混凝土约束构件之间采用所述钢缀板进行焊接连接，从而形成完整的所述预应力混凝土约束的防屈曲支撑。最后，所述防屈曲支撑运抵施工现场，通过连接板及高强度螺栓按照通用做法与周边框架相连接。

Claims (5)

1.一种预应力混凝土约束的防屈曲支撑，其特征在于，它由十字形内核构件（1）、方钢管混凝土约束构件（2）、硬质橡胶板（3）、长螺栓杆定位件（4）、预应力筋（5）、锚具（6）以及钢缀板（7）组成。
2.根据权利要求1所述的预应力混凝土约束的防屈曲耗能支撑，其特征在于，所述方钢管混凝土约束构件（2）为预应力薄壁钢管混凝土，并采用高强钢和高强混凝土。
3.根据权利要求1所述的预应力混凝土约束的防屈曲耗能支撑，其特征在于，所述方钢管混凝土约束构件（2）之间通过所述钢缀板（7）焊接连接。所述钢缀板（7）沿所述防屈曲耗能支撑的轴线通长布置。
4.根据权利要求1所述的预应力混凝土约束的防屈曲耗能支撑，其特征在于，所述十字形内核构件（1）由低强度高延性的两根T形截面热轧型钢组成，内外表面粘贴所述硬质橡胶板（3）。
5.根据权利要求1所述的预应力混凝土约束的防屈曲耗能支撑，其特征在于，在所述防屈曲耗能支撑的跨中位置开圆形孔，穿过所述长螺栓杆定位件（4）将所述十字形内核构件（1）、方钢管混凝土约束构件（2）及硬质橡胶板（3）连接起来。
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