CN103541457A - 一种采用纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种采用纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑的制造方法，它涉及一种防屈曲支撑的装配方法。本发明目的是要解决现有焊接连接装配式防屈曲支撑存在对外包约束单元产生损伤，而且一旦焊接完成，外包单元不易分开，分开时也必将损坏外包单元的问题；现有采用螺栓连接组装的装配式防屈曲支撑构造复杂，加工制作精度要求高，构件装配难度大，且造价高的问题。方法：一、焊接加劲肋板；二、制备U型外套槽钢；三、U型外套槽钢焊接端板；四、制备内核单元木模；五、制备槽钢混凝土外包单元；六、内核单元无粘结处理；七、组装包裹，即完成采用纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑。本发明主要用于采用纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑。

Description

一种采用纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑的制造方法

技术领域

本发明涉及一种防屈曲支撑的装配方法。

背景技术

防屈曲支撑（Buckling Restrained Brace，BRB）克服了传统的钢支撑在地震荷载作用下容易发生屈曲的缺点，耗能能力和抗震性能得到了大大的提高。抑制屈曲支撑是针对压屈问题对普通支撑进行改进，它在内核钢支撑和外包构件之间设置无粘结层形成无粘结滑移界面，它减少了接口的摩擦力，自由地拉伸压缩时不传递剪力，而且只有内核钢支撑与框架结构连接，以保证压力和拉力都只由内核钢支撑承受。外包构件约束内核钢支撑的横向变形，防止内核钢支撑在压力作用下发生整体屈曲和局部屈曲，极大地提高支撑的抗压刚度和承载力。同时由于内核钢支撑和外包构件之间采用无粘结处理，因此又称为无粘结支撑（Unbonded steel Brace，UB）。防屈曲支撑在拉压作用下可以达到充分屈服，拉压作用下的承载能力基本一致，滞回曲线稳定饱满，在地震荷载下具有良好的滞回耗能性能，保证主体结构在弹性范围之内工作，仅由其作为抗侧力体系中专门设置的部件提供结构延性和能量耗散，其受力明确，根据对其为结构体系提供的附加刚度，附加阻尼和耗能能力的要求，通过调整内核钢支撑截面面积，非常方便地进行设计。支撑构件好比结构体系中可更换的保险丝，既可保护其他构件免遭破坏，并且大震后，可以方便地更换损坏的支撑。同时防屈曲支撑非常适合已有建筑结构的抗震加固。

与抗弯框架及偏心支撑框架结构相比，由于防屈曲支撑优良的抗侧力及耗能能力，主体结构震后依然可能保持完好；而抗弯框架主要利用结构体系本身的弹塑性变形，震后修复困难，成本高；普通钢支撑框架结构如要防止支撑构件受压屈曲，需要加大构件截面，很不经济。同时由于防屈曲支撑不存在其它阻尼器构造复杂，受力机理复杂，维护困难，设计方法不易被建筑结构工程师掌握等诸多缺点，它由常规的建筑材料混凝土和钢构成，材料容易获得，而且生产加工和安装可借鉴成熟的建筑生产施工工艺，性能可靠，设计施工简便易行，一般通过螺栓连接或铰连接，可避免现场焊接及检测。因此非常容易为结构工程师接受。其综合经济性也要高于抗弯框架和普通钢支撑框架。

装配式防屈曲支撑与传统整体式防屈曲支撑的区别是通过对外包单元的分解与拼装实现来完成构件的组装，这样一来可以很方便地实现内核单元损伤后的替换，以及外包单元的重复利用，而外包单元制作成本约占总成本的三分之二以上。并且这种分离式的外包约束单元加工制作易于质量控制，能够保证精度的要求

在《Subassemblage tests and finite element analyses of sandwiched buckling-restrainedbraces》（Engineering Structures,2010,32:2108-2121.Chou Chung-Che,Chen Sheng-Yang.）中Chou提出的装配式防屈曲支撑有两个组成部分：一个钢板内核单元和两个相同的槽钢混凝土约束单元，约束单元两侧焊接外突式连接钢板，钢板上沿长度方向均匀设置若干螺栓孔，这样采用螺栓便可以将两部分拼装连接在一起，两个约束单元也就通过拆卸螺栓就能轻易地分解开，在大震后受损的钢芯也能被替换掉。约束构件具有足够的弯曲刚度能保证BRB具有稳定的滞回性能、最大的抗压承载力和累积塑性变形能力。

在《An experimental study on steel-encased buckling-restrained brace hysteretic dampers.》（Earthquake Engineering and Structural Dynamics,2010,39:561–581.Eryasar MehmetEmrah and TopkayaCem.）中Eryasar对现有焊接或者螺栓连接的装配式防屈曲支撑进行了研究，外包约束单元包括槽型钢、钢管和钢板，利用外包单元夹住内核单元，再采用焊接或螺栓连接将两部分外包单元连接在一起，完成防屈曲支撑的组装。并且对屈曲约束机制进行了研究，探讨了支撑的螺栓预应力、内芯和外套筒填充物的构造细节、内芯的宽厚比和由于制造引起的几何缺陷对防屈曲支撑性能的影响。

在《Buckling-restrained brace using steel mortar planks;performance evaluation as ahysteretic damper.》（Earthquake engineering&structural dynamics,2006,35(14):1807-1826.Iwata M,MuraiM.）中对采用槽钢混凝土作为的装配式防屈曲支撑进行了研究，通过将槽钢较宽的翼缘焊接在另一个槽钢较窄的翼缘上完成构建的组装，槽钢内填混凝土，并紧密夹住内核单元。试验研究中分析了采用不同约束比及不同宽厚比的构件，研究其耗能性能与延性，并且给出其设计方法。试验研究结果表明，试件具有良好的滞回性能。

在《型钢组合装配式防屈曲支撑性能及设计方法研究》（建筑结构,2010,40(1):30-37.郭彦林,江磊鑫.）和《装配式防屈曲支撑设计理论的研究进展》（建筑科学与工程学报,2013(1):1-12.郭彦林,张博浩,王小安,等.）中郭彦林等设计出型钢组合装配式防屈曲支撑。利用槽钢、工字钢、钢管、钢管混凝土、钢板的有机组合形成外包约束单元，外包约束单元的连接和组装依靠螺栓实现，构造复杂且不易实现，同时需要在型钢上钻螺栓孔对型钢损伤较大，并且由于螺栓的大量使用导致造价较高。研究中给出了防屈曲支撑的设计要点，并且讨论了约束比变化、螺栓强度及间隙对防屈曲支撑性能的影响。

在《Overall buckling behavior of all-steel buckling restrainedbraces.》（Journal ofConstructional Steel Research,2012,79:151-158.Hoveidae N,Rafezy B.）中通过有限元分析研究了全钢装配式防屈曲支撑。利用槽钢和钢板的组合形成外包约束单元，构件构造形式不尽合理，其缺点与《型钢组合装配式防屈曲支撑性能及设计方法研究》和《装配式防屈曲支撑设计理论的研究进展》中郭彦林等提出的防屈曲支撑构件缺点相同。通过改变影响防屈曲支撑的不同参数，对其性能进行了分析。分析结果表明，抗弯刚度可以显著地影响防屈曲支撑的整体稳定性。同时也提出了设计中的最小约束比值。

为改善防屈曲支撑的抗腐蚀性能以及今年来铝合金材料的广泛应用，在《Evaluatingthe influence of stoppers on the low-cycle fatigue properties of high-performancebuckling-restrained braces.》（Engineering Structures,2012,41:167-176.Wang CL,Usami T,Funayama J.）和《Low-cycle fatigue testing of extruded aluminium alloy buckling-restrainedbraces.》（Engineering Structures,2013,46:294-301.Wang CL,Usami T,Funayama J,etal.）中Wang等人提出了铝合金防屈曲支撑，该防屈曲支撑利用了铝合金易于变形及耐久性等影响。利用两块钢板夹住内核单元，并利用螺栓进行拼装，加工精度要求高，构件装配难度大，同样由于螺栓的大量使用导致造价较高。通过试验研究了其低周疲劳性能及塑性损伤发展。文献给出了基于应变的损伤评估公式。

纵观国内外关于防屈曲支撑的研究现状，可以看出：装配式防屈曲支撑依靠焊接或螺栓连接的方法进行构件的组装，焊接的方法本身会对外包约束单元产生损伤，而且一旦焊接完成，外包单元不易分开，分开时也必将损坏外包单元。这样，装备式防屈曲支撑地震后可替换损伤的内核单元的优点很难得以发挥。采用螺栓连接组装装配式防屈曲支撑需要在外包单元设置连接装置，并且两部分外包单元上的连接件要在组装时准确对位才能穿过螺栓完成拼装。而且连接装置延外包单元长度方向设置多组才能保证连接的牢固性，保证两部分外包构件的协同工作。因此采用螺栓连接组装的装配式防屈曲支撑构造复杂，加工制作精度要求高，构件装配难度大，且由于采用多组连接件及螺栓组装造价较高。

发明目的

本发明目的是要解决现有焊接连接装配防屈曲支撑存在对外包约束单元产生损伤，而且一旦焊接完成，外包单元不易分开，分开时也必将损坏外包单元的问题；现有采用螺栓连接组装的装配式防屈曲支撑构造复杂，加工制作精度要求高，构件装配难度大，且造价高的问题；而提供一种采用纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑的制造方法。

一种采用纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑的制造方法，具体是按以下步骤完成的：

一、焊接加劲肋板：在防屈曲支撑的内核单元非屈服段焊接加劲肋板，得到带加劲肋板的防屈曲支撑内核单元；二、制备U型外套槽钢：根据步骤一得到的带加劲肋板的防屈曲支撑内核单元利用冷弯加工技术制备两个完全相同的U型外套槽钢，且得到的U型外套槽钢两翼高度之差为槽钢翼缘高度的1/3；三、U型外套槽钢焊接端板：依据步骤一得到的带加劲肋板的防屈曲支撑内核单元制备端板，然后将端板焊接在步骤二得到的U型外套槽钢的两端，得到外套槽钢；四、制备内核单元木模：依据步骤一得到的带加劲肋板的防屈曲支撑内核单元制备与步骤一得到的带加劲肋板的防屈曲支撑内核单元形状完全相同的木模，得到内核单元木模；五、制备槽钢混凝土外包单元：向外套槽钢中浇铸混凝土，然后将内核单元木模压入混凝土中，浇铸的混凝土26～30天后拆除内核单元木模，然后对外套槽钢内混凝土表面进行打磨处理，即得到两个槽钢混凝土外包单元；六、无粘结处理：以聚氯乙烯塑料膜作为无粘结材料对步骤一得到的带加劲肋板的防屈曲支撑内核单元进行无粘结处理，得到无粘结处理后的防屈曲支撑内核单元；七、组装包裹：利用步骤五得到的两个槽钢混凝土外包单元将步骤六得到的无粘结处理后防屈曲支撑内核单元夹住组装在一起，然后对两个槽钢混凝土外包单元进行定位点焊，再利用纤维布对组装后的装配式防屈曲支撑进行包裹约束和固定，完成两部分外包约束单元的连接，得到装配式防屈曲支撑，装配式防屈曲支撑表面纤维布层厚度满足：

式中，t_s是纤维布层厚度，f_c是外包单元混凝土抗压强度标准值，b₁是内核单元钢板的宽度，f_F是纤维布抗拉强度，利用树脂胶对纤维布的进行胶粘，即完成采用纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑。

本发明优点：一、本发明采用纤维布作为包裹约束连接材料，采用纤维布包裹的方法组装防屈曲支撑解决了焊接的方法以及在外包单元上设置连接件对外包约束单元产生的损伤，也解决了螺栓连接需设置构造复杂的连接件，加工制作精度要求高的问题。二、利用纤维布连接外包单元装配防屈曲支撑简便易行，解决焊接和螺栓连接操作难度大的问题，并且十分适合工程现场操作。纤维布及配套的树脂胶作为连接装配材料价格低廉，尤其解决了螺栓连接造价较高的问题，后者需设置多组连接件和使用大量螺栓。三、作为震后检测和替换的需要，纤维布易于剖开从而分离外包约束单元，检测和替换内核单元，也解决了焊接连接的装配式防屈曲支撑外包单元不易分开，震后内核单元不易检测替换的问题。四、纤维布作为外包材料也解决了外包钢管耐腐蚀性差的问题，外包钢管无需额外再做防腐处理。五、采用纤维布作为包裹约束连接材料研发了新型装配式防屈曲支撑，首先稳定性及强度两个方面都满足防屈曲支撑设计的要求。由于外包约束单元的刚度贡献，新型装配式防屈曲支撑克服了传统钢支撑容易发生受压整体屈曲的缺点，内核构件的横向变形被外包约束单元紧密地约束，也不易发生高模态屈曲，拉压作用下都可以达到屈服，拉压承载力近似相等，在经历多次循环荷载后，也不会发生强度和刚度的退化，滞回曲线稳定饱满，具有良好的延性、疲劳性能和耗能能力。

附图说明

图1是具体实施方式一所述的纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑的结构示意图；

图2是图1的A-A剖面图；

图3是图1的B-B剖面图；

图4是本试验得到的纤维包裹约束装配式防屈曲支撑内核单元最终的破坏形式；

图5是有限元分析得到的纤维包裹约束装配式防屈曲支撑内核单元极限应力状态；

图6是滞回曲线图，图6中——表示本试验得到的纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑的滞回曲线图，图6中–––表示有限元分析得到的滞回曲线图；

图7是骨架曲线图，图7中▲表示本试验得到的纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑的滞回曲线图，图7中■表示有限元分析得到的滞回曲线图；

图8是能量耗散系数曲线图，图8中▲表示本试验得到的纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑的能量耗散系数曲线图，图8中●表示有限元分析得到的能量耗散系数曲线图；

图9是割线刚度曲线图，图9中▲表示本试验得到的纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑的割线刚度曲线图，图9中■表示有限元分析得到的割线刚度曲线图；

图10是本试验得到的纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑内核单元最终的破坏形式；

图11是有限元分析得到的纤维包裹约束装配式防屈曲支撑内核单元极限应力状态；

图12是滞回曲线图，图12中——表示本试验得到的纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑的滞回曲线图，图12中–––表示有限元分析得到的滞回曲线图；

图13是骨架曲线图，图13中▲表示本试验得到的纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑的滞回曲线图，图13中■表示有限元分析得到的滞回曲线图；

图14是能量耗散系数曲线图，图14中▲表示本试验得到的纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑的能量耗散系数曲线图，图14中■表示有限元分析得到的能量耗散系数曲线图；

图15是割线刚度曲线图，图15中▲表示本试验得到的纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑的割线刚度曲线图，图15中■表示有限元分析得到的割线刚度曲线图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1、2和3，本实施方式是一种采用纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑的制造方法，具体是按以下步骤完成的：一、焊接加劲肋板：在防屈曲支撑的内核单元非屈服段焊接加劲肋板，得到带加劲肋板的防屈曲支撑内核单元；二、制备U型外套槽钢：根据步骤一得到的带加劲肋板的防屈曲支撑内核单元利用冷弯加工技术制备两个完全相同的U型外套槽钢，且得到的U型外套槽钢两翼高度之差为槽钢翼缘高度的1/3；三、U型外套槽钢焊接端板：依据步骤一得到的带加劲肋板的防屈曲支撑内核单元制备端板，然后将端板焊接在步骤二得到的U型外套槽钢的两端，得到外套槽钢；四、制备内核单元木模：依据步骤一得到的带加劲肋板的防屈曲支撑内核单元制备与步骤一得到的带加劲肋板的防屈曲支撑内核单元形状完全相同的木模，得到内核单元木模；五、制备槽钢混凝土外包单元：向外套槽钢中浇铸混凝土，然后将内核单元木模压入混凝土中，浇铸的混凝土26～30天后拆除内核单元木模，然后对外套槽钢内混凝土表面进行打磨处理，即得到两个槽钢混凝土外包单元；六、无粘结处理：以聚氯乙烯塑料膜作为无粘结材料对步骤一得到的带加劲肋板的防屈曲支撑内核单元进行无粘结处理，得到无粘结处理后的防屈曲支撑内核单元；七、组装包裹：利用步骤五得到的两个槽钢混凝土外包单元将步骤六得到的无粘结处理后防屈曲支撑内核单元夹住组装在一起，然后对两个槽钢混凝土外包单元进行定位点焊，再利用纤维布对组装后的装配式防屈曲支撑进行包裹约束和固定，完成两部分外包约束单元的连接，得到装配式防屈曲支撑，装配式防屈曲支撑表面纤维布层厚度满足：

式中，t_s是纤维布层厚度，f_c是外包单元混凝土抗压强度标准值，b₁是内核单元钢板的宽度，f_F是纤维布抗拉强度，利用树脂胶对纤维布的进行胶粘，即完成采用纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑。

图1是具体实施方式一所述的纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑的结构示意图；图1中a表示带加劲肋板的防屈曲支撑内核单元，图1中b两个表示槽钢混凝土外包单元，图1中c表示纤维包覆层；图2是图1的A-A剖面图；图2中a表示带加劲肋板的防屈曲支撑内核单元，图2中b两个表示槽钢混凝土外包单元，图2中c表示纤维包覆层；图3是图1的B-B剖面图；图3中a表示带加劲肋板的防屈曲支撑内核单元，图3中b两个表示槽钢混凝土外包单元，图3中c表示纤维包覆层。

原理：防屈曲支撑的内核单元在车床上车出一字板。非屈服段的加劲肋板通过刨床、铣床进行圆弧过渡，以防止发生应力集中现象。最后采用圆弧焊将非屈服段的加劲肋板焊接在内核单元钢板上。外套槽钢首先在机床上沿钢板轧制方向切割出指定尺寸钢板，然后对其进行冷弯加工，形成U型槽，其中槽型钢一侧翼缘高于另一侧，其目的是两部分外包约束单元组装一起时，两部分构件不易出现相对滑动。并在制作好槽钢后两端焊接端板。防屈曲支撑需要内核单元与约束单元之间留有空隙作为内核单元受压时横向变形的空间，避免出现构件拉压承载力过大的不平衡。根据内核单元尺寸及内核单元与混凝土之间的间隙，在槽钢中浇铸混凝土后，将木模板压入未硬化的混凝土中，形成合适的预留空间。浇筑的混凝土26～30天标准养护后，拆除模板并对不平表面进行打磨。这样就制作完成了与内核单元构造形式相匹配的装配式外包约束单元。为防止内核与约束单元的混凝土接触后，产生摩擦力，进而影响防屈曲支撑的力学性能，采用聚氯乙烯塑料膜作为无粘结材料在内核单元表面包裹两层。无粘结处理后，进行组装，将两部分外包单元夹住内核单元完成拼装，并对两个分离的约束单元进行定位点焊，利于后期的纤维布的包裹与固定。对防屈曲支撑外包单元外包纤维布，进行外包单元的连接并形成约束作用。

本实施方式利用纤维布对夹住内核单元的外包约束单元进行紧密地包裹，将外包单元连接在一起形成一个整体，并对内核单元形成了有效的约束，这样便完成了装配式防屈曲支撑的组装。首先，采用纤维布包裹的方法组装防屈曲支撑简便易行，相对焊接和螺栓连接易于操作。对外包单元无损伤，无需设置构造复杂的连接件，加工制作精度要求低；其次，拼装用的纤维布及树脂胶价格低廉，用量也很小（一般包裹三层即可），无需采用大量焊接材料或螺栓进行连接，也省去了在外包单元上设置连接件，可降低装配式防屈曲支撑制作成本；再次，采用纤维布作为包裹约束材料的新型防屈曲支撑一方面在震后的易于检测和修复，可通过剖开纤维材料分离外包约束构件来检测和替换受损的内核单元，替换后在外包单元上重新包裹纤维布便可加工制作成新的防屈曲支撑供工程应用。焊接连接的装配式防屈曲支撑很难拆解，螺栓连接的装配式防屈曲支撑的拆解拼装也不易操作；最后，纤维布作为外包材料也解决了外包钢管耐腐蚀性差易生锈的问题，外包钢管不必再做防腐防锈处理。

本实施方式得到的纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑适用温度一般都在-50～+150℃，因此可适应任何一般的室内及室外环境，对于极端的温度环境，可采用改性环氧耐高温树脂胶，其使用温度工作温度为-50～+240℃，采用新型树脂、特殊固化剂和填料可配制出耐超低温胶(-196℃)、耐高温胶(350℃)。

本实施方式得到的纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑，室温条件下吸水率<1%，在正常的20%～100%的湿度环境下，可以使用，但是在水下环境中不能使用（由于树脂胶本身存在的缺陷，导致无法在水下环境中使用）。

本实施方式得到的纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑在防屈支撑的设计过程中，要确保防屈曲支撑构件的整体稳定承载高于内核单元的极限承载力。在外包单元不发生失稳的条件下，不会由于外包单元的弯曲导致纤维布中的纤维丝被拉断。

同时考虑内核单元受压膨胀会对外包约束单元产生挤压，为保证纤维布能起到良好的约束效果，保守地认为混凝土开裂破坏退出工作，而由纤维布的环向拉力与内核单元侧向膨胀力相平衡，因此纤维布层的厚度满足式（1）要求时，即可满足在使用过程中不发生断裂，

$t_s\&GreaterEqual;\frac{f_c{b}_1}{6f_F}---\left(1\right)$

式中，t_s是纤维布厚度，f_c是外包单元混凝土抗压强度标准值，b₁是内核单元钢板的宽度，f_F是纤维布抗拉强度。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一中所述的内核单元和加劲肋板是利用刨床和铣床制备的。其他与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：步骤五中向外套槽钢中浇铸混凝土，然后将内核单元木模压入混凝土中，浇铸的混凝土28天后拆除内核单元木模，然后对外套槽钢内混凝土表面进行打磨处理，即得到两个槽钢混凝土外包单元。其他与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：步骤七中所述的纤维布为碳纤维布或玄武岩纤维布。其他与具体实施方式一至三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：步骤七中所述利用树脂胶对纤维布的进行胶粘具体是按以下操作完成的：在两个槽钢混凝土外包单元外表面均匀涂抹树脂胶，纤维布对装配式防屈曲支撑进行包裹固定时，各层纤维布之间均匀涂抹树脂胶进行胶粘。其他与具体实施方式一至四相同。

树脂胶的运用保证纤维布能将两个槽钢混凝土外包单元紧密地连接在一起，并保证多层纤维布的协同工作，最终使纤维布起到良好的对外包单元的约束作用。

采用下述试验验证本发明效果

试验一：一种采用纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑的制造方法，具体是按以下步骤完成的：一、焊接加劲肋板：在防屈曲支撑的内核单元非屈服段焊接加劲肋板，得到带加劲肋板的防屈曲支撑内核单元；二、制备U型外套槽钢：根据步骤一得到的带加劲肋板的防屈曲支撑内核单元利用冷弯加工技术制备两个完全相同的U型外套槽钢，且得到的U型外套槽钢两翼高度之差为槽钢翼缘高度的1/3；三、U型外套槽钢焊接端板：依据步骤一得到的带加劲肋板的防屈曲支撑内核单元制备端板，然后将端板焊接在步骤二得到的U型外套槽钢的两端，得到外套槽钢；四、制备内核单元木模：依据步骤一得到的带加劲肋板的防屈曲支撑内核单元制备与步骤一得到的带加劲肋板的防屈曲支撑内核单元形状完全相同的木模，得到内核单元木模；五、制备槽钢混凝土外包单元：向外套槽钢中浇铸混凝土，然后将内核单元木模压入混凝土中，浇铸的混凝土28天后拆除内核单元木模，然后对外套槽钢内混凝土表面进行打磨处理，即得到两个槽钢混凝土外包单元；六、无粘结处理：以聚氯乙烯塑料膜作为无粘结材料对步骤一得到的带加劲肋板的防屈曲支撑内核单元进行无粘结处理，得到无粘结处理后的防屈曲支撑内核单元；七、组装包裹：利用步骤五得到的两个槽钢混凝土外包单元将步骤六得到的无粘结处理后防屈曲支撑内核单元夹住组装在一起，然后对两个槽钢混凝土外包单元进行定位点焊，再利用纤维布对组装后的装配式防屈曲支撑进行包裹约束和固定，完成两部分外包约束单元的连接，得到装配式防屈曲支撑，装配式防屈曲支撑纤维层厚度为0.336mm，利用树脂胶对纤维布的进行胶粘，即完成采用纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑。

本实验步骤一中所述的内核单元和加劲肋板是利用刨床和铣床制备的。

本实验步骤七中所述的纤维布为碳纤维布。

本实验步骤其中所述利用树脂胶对纤维布的进行胶粘具体是按以下操作完成的：在两个槽钢混凝土外包单元外表面均匀涂抹树脂胶，纤维布对装配式防屈曲支撑进行包裹连接和固定时，各层纤维布之间均匀涂抹树脂胶进行胶粘。

基于往复加载的拟静力试验得到的纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑破坏模式如图4所示，即内核单元的断裂破坏，图4是本试验得到的纤维包裹约束装配式防屈曲支撑内核单元最终的破坏形式；基于有限元软件ABQUS分析得到的内核单元的极限应力状态如图5所示，图5是有限元分析得到的纤维包裹约束装配式防屈曲支撑内核单元极限应力状态；内核单元的断裂位置发生在有限元分析显示的最大应力所处的位置。通过图4和图5可知本试验得到的纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑破坏位置发生在屈服段，有限元分析中构件的应力云图反映了构件的应力状态，并据此可判断构件的破坏位置，与本试验得到的纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑的破坏位置一致。

分别检测本试验得到的纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑与有限元分析的滞回曲线、骨架曲线、能量耗散系数和割线刚度，如图6至9所示，图6是滞回曲线图，图6中——表示本试验得到的纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑的滞回曲线图，图6中–––表示有限元分析的滞回曲线图；图7是骨架曲线图，图7中▲表示本试验得到的纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑的滞回曲线图，图7中■表示有限元分析得到的滞回曲线图；图8是能量耗散系数曲线图，图8中▲表示本试验得到的纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑的能量耗散系数曲线图，图8中●表示有限元分析得到的能量耗散系数曲线图；图9是割线刚度曲线图，图9中▲表示本试验得到的纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑的割线刚度曲线图，图9中■表示有限元分析得到的割线刚度曲线图；通过图6和图7可知本试验得到的纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑与有限元分析的滞回曲线与骨架曲线吻合较好，通过图8可知本试验得到的纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑与有限元分析在能量耗散系数中，在发生轴向应变1.5%时，能量耗散系数的有限元分析值2.65，本试验得到的纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑值为2.74，两者相差仅为3.28%。通过图9可知本试验得到的纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑与有限元分析割线刚度吻合较好。

试验二：一种采用纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑的制造方法，具体是按以下步骤完成的：一、焊接加劲肋板：在防屈曲支撑的内核单元非屈服段焊接加劲肋板，得到带加劲肋板的防屈曲支撑内核单元；二、制备U型外套槽钢：根据步骤一得到的带加劲肋板的防屈曲支撑内核单元利用冷弯加工技术制备两个完全相同的U型外套槽钢，且得到的U型外套槽钢两翼高度之差为槽钢翼缘高度的1/3；三、U型外套槽钢焊接端板：依据步骤一得到的带加劲肋板的防屈曲支撑内核单元制备端板，然后将端板焊接在步骤二得到的U型外套槽钢的两端，得到外套槽钢；四、制备内核单元木模：依据步骤一得到的带加劲肋板的防屈曲支撑内核单元制备与步骤一得到的带加劲肋板的防屈曲支撑内核单元形状完全相同的木模，得到内核单元木模；五、制备槽钢混凝土外包单元：向外套槽钢中浇铸混凝土，然后将内核单元木模压入混凝土中，浇铸的混凝土28天后拆除内核单元木模，然后对外套槽钢内混凝土表面进行打磨处理，即得到两个槽钢混凝土外包单元；六、无粘结处理：以聚氯乙烯塑料膜作为无粘结材料对步骤一得到的带加劲肋板的防屈曲支撑内核单元进行无粘结处理，得到无粘结处理后的防屈曲支撑内核单元；七、组装包裹：利用步骤五得到的两个槽钢混凝土外包单元将步骤六得到的无粘结处理后防屈曲支撑内核单元夹住组装在一起，然后对两个槽钢混凝土外包单元进行定位点焊，再利用纤维布对组装后的装配式防屈曲支撑进行包裹约束和固定，完成两部分外包约束单元的连接，得到装配式防屈曲支撑，装配式防屈曲支撑纤维层厚度为0.32mm，利用树脂胶对纤维布的进行胶粘，即完成采用纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑。

本实验步骤一中所述的内核单元和加劲肋板是利用刨床和铣床制备的。

本实验步骤七中所述的纤维布为玄武岩纤维布。

本实验步骤其中所述利用树脂胶对纤维布的进行胶粘具体是按以下操作完成的：在两个槽钢混凝土外包单元外表面均匀涂抹树脂胶，纤维布对组装后装配式防屈曲支撑进行包裹固定时，各层纤维布之间均匀涂抹树脂胶进行胶粘。

基于往复加载的拟静力试验得到的纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑破坏模式如图10所示，即内核单元的断裂破坏，图10是本试验得到的纤维包裹约束装配式防屈曲支撑内核单元最终的破坏形式；基于有限元软件ABQUS分析得到的内核单元的极限应力状态如图11所示，图11是有限元分析得到的纤维包裹约束装配式防屈曲支撑内核单元极限应力状态；内核单元的断裂位置发生在有限元分析显示的最大应力所处的位置。通过图10和图11可知本试验得到的纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑破坏位置发生在屈服段，有限元分析中构件的应力云图反映了构件的应力状态，并据此可判断构件的破坏位置，与本试验得到的纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑的破坏位置一致。

分别检测本试验得到的纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑与有限元分析的滞回曲线、骨架曲线、能量耗散系数和割线刚度，如图12至15所示，图12是滞回曲线图，图12中——表示本试验得到的纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑的滞回曲线图，图12中–––表示有限元分析得到的滞回曲线图；图13是骨架曲线图，图13中▲表示本试验得到的纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑的滞回曲线图，图13中■表示有限元分析得到的滞回曲线图；图14是能量耗散系数曲线图，图14中▲表示本试验得到的纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑的能量耗散系数曲线图，图14中■表示有限元分析得到的能量耗散系数曲线图；图15是割线刚度曲线图，图15中▲表示本试验得到的纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑的割线刚度曲线图，图15中■表示有限元分析得到的割线刚度曲线图；通过图12和图13可知本试验得到的纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑与有限元分析的滞回曲线与骨架曲线吻合较好，通过图14可知本试验得到的纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑与有限元分析在能量耗散系数中，在发生轴向应变1.5%时，能量耗散系数的有限元分析值2.68，本试验得到的纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑值为2.73，两者相差仅为1.87%。通过图15可知本试验得到的纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑与有限元分析割线刚度吻合较好。

在经过试验一和二研究，本发明得到的纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑的最终破坏模式都是内核单元的拉断，并伴随防屈曲支撑典型的内核单元的多波屈曲。纤维布有效地起到了外包连接约束的作用，使两部分外包单元协同工作，很好地起到了约束内核单元，提供弯曲刚度，限制内核单元屈曲失稳。试验中防屈曲支撑试件的恢复力模型成明显的双线性，拉压承载力差值基本控制在20%以下。试件的最大延性为13.29，其累积延性均超过200，表明试件具有良好的延性。试件的滞回耗能能力优良，等效粘滞阻尼系数达到0.3以上，耗能比均达到0.9以上。本发明得到的纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑的滞回曲线和骨架曲线与有限元分析的结果基本重合。有限元分析中构件的应力云图反映了构件的应力状态，并据此可判断构件的破坏位置，与本发明得到的纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑的破坏位置一致。

Claims (5)

1.一种采用纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑的制造方法，其特征在于采用纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑的制造方法是按以下步骤完成的：一、焊接加劲肋板：在防屈曲支撑的内核单元非屈服段焊接加劲肋板，得到带加劲肋板的防屈曲支撑内核单元；二、制备U型外套槽钢：根据步骤一得到的带加劲肋板的防屈曲支撑内核单元利用冷弯加工技术制备两个完全相同的U型外套槽钢，且得到的U型外套槽钢两翼高度之差为槽钢翼缘高度的1/3；三、U型外套槽钢焊接端板：依据步骤一得到的带加劲肋板的防屈曲支撑内核单元制备端板，然后将端板焊接在步骤二得到的U型外套槽钢的两端，得到外套槽钢；四、制备内核单元木模：依据步骤一得到的带加劲肋板的防屈曲支撑内核单元制备与步骤一得到的带加劲肋板的防屈曲支撑内核单元形状完全相同的木模，得到内核单元木模；五、制备槽钢混凝土外包单元：向外套槽钢中浇铸混凝土，然后将内核单元木模压入混凝土中，浇铸的混凝土26～30天后拆除内核单元木模，然后对外套槽钢内混凝土表面进行打磨处理，即得到两个槽钢混凝土外包单元；六、无粘结处理：以聚氯乙烯塑料膜作为无粘结材料对步骤一得到的带加劲肋板的防屈曲支撑内核单元进行无粘结处理，得到无粘结处理后的防屈曲支撑内核单元；七、组装包裹：利用步骤五得到的两个槽钢混凝土外包单元将步骤六得到的无粘结处理后防屈曲支撑内核单元夹住组装在一起，然后对两个槽钢混凝土外包单元进行定位点焊，再利用纤维布对组装后的装配式防屈曲支撑进行包裹约束和固定，完成两部分外包约束单元的连接，得到装配式防屈曲支撑，装配式防屈曲支撑表面纤维布层厚度满足：

式中，t_s是纤维布层厚度，f_c是外包单元混凝土抗压强度标准值，b₁是内核单元钢板的宽度，f_F是纤维布抗拉强度，利用树脂胶对纤维布的进行胶粘，即完成采用纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑。

2.根据权利要求1所述的一种采用纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑的制造方法，其特征在于步骤一中所述的内核单元和加劲肋板是利用刨床和铣床制备的。

3.根据权利要求1所述的一种采用纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑的制造方法，其特征在于步骤五中向外套槽钢中浇铸混凝土，然后将内核单元木模压入混凝土中，浇铸的混凝土28天后拆除内核单元木模，然后对外套槽钢内混凝土表面进行打磨处理，即得到两个槽钢混凝土外包单元。

4.根据权利要求1所述的一种采用纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑的制造方法，其特征在于步骤七中所述的纤维布为碳纤维布或玄武岩纤维布。

5.根据权利要求4所述的一种采用纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑的制造方法，其特征在于步骤七中所述利用树脂胶对纤维布的进行胶粘具体是按以下操作完成的：在两个槽钢混凝土外包单元外表面均匀涂抹树脂胶，纤维布对装配式防屈曲支撑进行包裹约束和固定时，各层纤维布之间均匀涂抹树脂胶进行胶粘。

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