CN104895214B - 一种钢筋区域分散型防屈曲支撑及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢筋区域分散型防屈曲支撑及其施工方法，本发明支撑包括核心受力单元、外部约束单元和隔离层单元，所述的核心受力单元包括多根贯穿外部约束单元的钢筋和两个接头单元，每根钢筋与外部约束单元之间设有与外部约束单元连接成一体的隔离层单元，钢筋与隔离层单元不粘接，钢筋伸出外部约束单元的每侧的部分均通过耗能加强体和一个所述的接头单元连接成一体。本发明施工方法先制作外部约束单元，将钢筋穿入隔离层单元；再安装耗能加强体和接头单元。本发明可以显著降低地震来临时作用于被支撑结构的惯性力、减小被支撑结构的位移反应以及加速度反应，降低被支撑结构的损伤程度。
Description
技术领域
本发明涉及一种防屈曲支撑及其施工方法。
背景技术
我国是陆地地震多发国家之一，特别是近年来，大地震频繁发生，地震造成的建筑物震害也越来越严重，减少结构破坏带来的人员伤亡和经济损失是结构工程技术人员由来的责任和义务。地震灾害的频繁发生和人们对生命财产保障需求的提高，对建筑抗震水平提出了更高的要求。通常在建筑结构中设置一些附加构件，比如防屈曲支撑，来增加结构刚度和总体阻尼，起到消耗地震能量、提高抗震安全性的目的。为防止钢支撑受压时局部和整体失稳，增强低周疲劳性能，部分学者采用添加外部约束的方法。通常采用钢管混凝土或钢筋混凝土作为外部约束，称为防屈曲支撑，日本学者改进了普通防屈曲支撑构造，在外部约束及钢芯之间设置无粘结材料，并采用低屈服刚度，高延性材料作为核心钢支撑，作为一种位移型阻尼器广泛应用于工程抗震中。防屈曲支撑通常由核心受力单元、外部约束单元、无粘结材料层（也称隔离层单元）组成。现有防屈曲支撑核心受力单元多采用截面形式多样的型钢，由于型钢质量较大，在结构中设置数量较多的该类型防屈曲支撑将会导致地震作用下的惯性力较大，不适合广泛应用于超高层及大跨度结构中。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种钢筋区域分散型防屈曲支撑，使其质量较小，抗震性好，还提供一种前述的钢筋区域分散型防屈曲支撑的施工方法。
为了解决上述技术问题，本发明钢筋区域分散型防屈曲支撑，包括核心受力单元、外部约束单元和隔离层单元，所述的核心受力单元包括多根贯穿外部约束单元的钢筋和两个接头单元，每根钢筋与外部约束单元之间设有与外部约束单元连接成一体的隔离层单元，钢筋与隔离层单元不粘接，钢筋伸出外部约束单元的每侧的部分均通过耗能加强体和一个所述的接头单元连接成一体。
所述的耗能加强体包括方形的壳体和设置在壳体内的支撑块，每个耗能加强体的壳体内设有上中下三排所述的钢筋，中间排钢筋贯穿壳体，中间排钢筋与壳体的两端固定连接，另外两排的每个钢筋各通过多个相间隔开的支撑块与壳体固定，所有从位于外部约束单元同一侧的耗能加强体穿出的中间排钢筋固定在同一个接头单元上。地震时，被支撑结构的震动通过接头单元传递给中间排钢筋，中间排钢筋的震动通过耗能加强体传递上下两排钢筋，地震的能量在传递过程中逐步被消耗，使得上下两排钢筋的震动较小，上下两排钢筋和外部约束单元一起对中间排钢筋进行约束，从而进一步减小了中间排钢筋的屈曲变形，使得整体屈曲变形小。
为了便于与被支撑结构连接，所述的接头单元包括端板和连接板，所述的中间排钢筋固定在端板上，连接板固定在端板远离外部约束单元的一侧。
为了既能保证防屈曲支撑的支撑强度又使其具有较好的耗能效果，所述的每个壳体中中间排钢筋数量是上排和下排钢筋数量之和，每个壳体中上排与下排钢筋数量相等。
为了易于施工，所述的外部约束单元为混凝土柱，隔离层单元为PVC管。
为了进一步提高耗能加强体的耗能效果，所述的支撑块采用软钢，壳体内的上排钢筋通过支撑块固定在壳体的顶面上，壳体内的下排钢筋通过支撑块固定在壳体的底面上，每个支撑块上设有多个在相应钢筋的横置的径向上排列的截面为菱形的孔，孔的截面的一个对角线在竖向方向上，每个支撑块上的孔位于该支撑块上的钢筋和壳体上与该支撑块连接的部位之间。由于采用特别结构的支撑块，使得支撑块易于变形，支撑块在变形过程中能消耗更多的能量。
为了使核心受力单元的质量分布更分散，地震时墙体传递给核心受力单元的能量更容易消耗，所述的外部约束单元的两侧各设有上下两个耗能加强体，每个耗能加强体中的上下两排钢筋的均有一端处在壳体中。
本发明钢筋区域分散型防屈曲支撑的施工方法，包括如下步骤：（1）制作外部约束单元，同时在外部约束单元的设定位置预埋隔离层单元；（2）将钢筋穿入隔离层单元；（3）将支撑块焊接到壳体的顶板和底板上，再将带支撑块的壳体顶板和底板安装到相应的钢筋上，在每个支撑块的两侧设置套在相应钢筋上的螺母，并将螺母焊接到钢筋上，将壳体的前后端板安装到相应的钢筋上，同时在壳体的前后端板的两侧安装螺母，螺母套到相应的钢筋上，再将螺母焊接到钢筋上，通过调节钢筋在隔离层单元中的位置将壳体的各个板组装成壳体，然后临时将钢筋与外部约束单元固定，再焊接壳体各个板的接缝；（4）连接从壳体穿出的中间排钢筋和端板，在端板的两侧安装螺母，螺母套到相应的钢筋上，再将螺母焊接到钢筋上；（5）在支撑端板上焊接连接板；（6）解除钢筋与外部约束单元的固定。
本发明有益效果：（1）本发明由于采用分散的钢筋作为核心受力单元，同传统型钢防屈曲支撑相比，本发明支撑可显著降低支撑的质量，从而可以显著降低地震来临时作用于被支撑结构的惯性力、减小被支撑结构的位移反应以及加速度反应，降低被支撑结构的损伤程度。
（2）同传统型钢防屈曲支撑相比，钢筋同样具有良好的力学性能和变形能力，且具有较大的屈服后刚度，可在屈服后为结构提供较大的整体刚度，保证消能减震效果。
（3）传统防屈曲支撑主要利用型钢的力学行为进行耗能减震，能量集中容易造成支撑的损伤集中，进而降低其消能减震的能力，更换几率大幅提高。本发明可实现多区域分散式耗能，每一根钢筋都是一个耗能单元，避免能量集中、降低支撑的损伤程度，提高结构的抗震安全性。
（4）本发明支撑构造简单、施工难度小、具有很高的性价比优势，适合在工程中广泛推广。
（5）本发明施工方法易于操作，施工速度快，工期短。
附图说明
图1是本发明支撑的主视图；
图2是图1的A-A剖视图；
图3是图1的B-B剖面图；
图4是图1的Ｃ-Ｃ剖视图；
图5是加强体内部结构示意图；
图中：1、连接板，2、螺母，3、端板，4、耗能加强体，5、钢筋，6、外部约束单元，7、隔离层单元，8、支撑块，9、孔，10、壳体。
具体实施方式
如图1所示的钢筋区域分散型防屈曲支撑，包括核心受力单元、外部约束单元6和隔离层单元7，核心受力单元包括多根贯穿外部约束单元6的钢筋5和两个接头单元，每根钢筋5与外部约束单元6之间设有与外部约束单元6连接成一体的隔离层单元7，钢筋5与隔离层单元7不粘接。外部约束单元6为混凝土柱，隔离层单元7可采用PVC管等管体。钢筋5伸出外部约束单元6的每侧的部分均通过耗能加强体4和一个接头单元连接成一体。如图1和图4所示，接头单元包括端板3和连接板1，连接板1固定在端板3远离外部约束单元6的一侧。外部约束单元6的两侧各设有上下两个耗能加强体4。
如图1、图3和图5所示，所述的耗能加强体4包括方形的壳体10和设置在壳体10内的支撑块8，支撑块8采用软钢，每个耗能加强体4的壳体内设有上中下三排所述的钢筋5，每个壳体中中间排钢筋数量是上排和下排钢筋数量之和，每个壳体中上排与下排钢筋数量相等。壳体10内的上排钢筋5通过支撑块8固定在壳体10的顶面上，壳体10内的下排钢筋5通过支撑块8固定在壳体10的底面上，钢筋5与每个支撑块8通过两个螺母连接，连接方式参照端板3与钢筋5的连接。每个支撑块8上设有多个在相应钢筋5的横置的径向上排列的截面为菱形的孔9，孔9的截面的一个对角线在竖向方向上，每个支撑块8上的孔9位于该支撑块8上的钢筋5和壳体10上与该支撑块8连接的部位之间。中间排钢筋5贯穿壳体10，中间排钢筋5与壳体10的两端固定连接，另外两排的每个钢筋5各通过多个相间隔开的支撑块8与壳体10固定，所有从位于外部约束单元6同一侧的耗能加强体4穿出的中间排钢筋5固定在同一个接头单元的端板上，每根中间排钢筋5通过两个螺母2固定在端板3上，两个螺母2夹在端板3的两侧，两个螺母2套在相应钢筋5上并与该钢筋焊接连接。每个耗能加强体中的上下两排钢筋的均有一端处在壳体中。
上述钢筋区域分散型防屈曲支撑的施工方法，包括如下步骤：（1）制作外部约束单元，同时在外部约束单元的设定位置预埋隔离层单元；（2）将钢筋穿入隔离层单元；（3）将支撑块焊接到壳体的顶板和底板上，再将带支撑块的壳体顶板和底板安装到相应的钢筋上，在每个支撑块的两侧设置套在相应钢筋上的螺母，并将螺母焊接到钢筋上，将壳体的前后端板安装到相应的钢筋上，同时在壳体的前后端板的两侧安装螺母，螺母套到相应的钢筋上，再将螺母焊接到钢筋上，通过调节钢筋在隔离层单元中的位置将壳体的各个板组装成壳体，然后临时将钢筋与外部约束单元固定，再焊接壳体各个板的接缝；（4）连接从壳体穿出的中间排钢筋和端板，在端板的两侧安装螺母，螺母套到相应的钢筋上，再将螺母焊接到钢筋上；（5）在支撑端板上焊接连接板；（6）解除钢筋与外部约束单元的固定。
螺母2与钢筋5也可以采用螺纹连接，或者采用螺纹连接加焊接双重连接。
Claims (7)
1.一种钢筋区域分散型防屈曲支撑，包括核心受力单元、外部约束单元和隔离层单元，其特征在于：所述的核心受力单元包括多根贯穿外部约束单元的钢筋和两个接头单元，每根钢筋与外部约束单元之间设有与外部约束单元连接成一体的隔离层单元，钢筋与隔离层单元不粘接，钢筋伸出外部约束单元的每侧的部分均通过耗能加强体和一个所述的接头单元连接成一体，所述的耗能加强体包括方形的壳体和设置在壳体内的支撑块，每个耗能加强体的壳体内设有上中下三排所述的钢筋，中间排钢筋贯穿壳体，中间排钢筋与壳体的两端固定连接，另外两排的每个钢筋各通过多个相间隔开的支撑块与壳体固定，所有从位于外部约束单元同一侧的耗能加强体穿出的中间排钢筋固定在同一个接头单元上。
2.根据权利要求1所述的钢筋区域分散型防屈曲支撑，其特征在于：所述的接头单元包括端板和连接板，所述的中间排钢筋固定在端板上，连接板固定在端板远离外部约束单元的一侧。
3.根据权利要求2所述的钢筋区域分散型防屈曲支撑，其特征在于：所述的每个壳体中中间排钢筋数量是上排和下排钢筋数量之和，每个壳体中上排与下排钢筋数量相等。
4.根据权利要求3所述的钢筋区域分散型防屈曲支撑，其特征在于：所述的外部约束单元为混凝土柱，隔离层单元为PVC管。
5.根据权利要求4所述的钢筋区域分散型防屈曲支撑，其特征在于：所述的支撑块采用软钢，壳体内的上排钢筋通过支撑块固定在壳体的顶面上，壳体内的下排钢筋通过支撑块固定在壳体的底面上，每个支撑块上设有多个在相应钢筋的横置的径向上排列的截面为菱形的孔，孔的截面的一个对角线在竖向方向上，每个支撑块上的孔位于该支撑块上的钢筋和壳体上与该支撑块连接的部位之间。
6.根据权利要求5所述的钢筋区域分散型防屈曲支撑，其特征在于：所述的外部约束单元的两侧各设有上下两个耗能加强体，每个耗能加强体中的上下两排钢筋的均有一端处在壳体中。
7.一种如权利要求6所述的钢筋区域分散型防屈曲支撑的施工方法，其特征在于：包括如下步骤：（1）制作外部约束单元，同时在外部约束单元的设定位置预埋隔离层单元；（2）将钢筋穿入隔离层单元；（3）将支撑块焊接到壳体的顶板和底板上，再将带支撑块的壳体顶板和底板安装到相应的钢筋上，在每个支撑块的两侧设置套在相应钢筋上的螺母，并将螺母焊接到钢筋上，通过调节钢筋在隔离层单元中的位置将壳体的前后端板安装到相应的钢筋上，同时在壳体的前后端板的两侧安装螺母，螺母套到相应的钢筋上，再将螺母焊接到钢筋上，将壳体的各个板组装成壳体，然后临时将钢筋与外部约束单元固定，再焊接壳体各个板的接缝；（4）连接从壳体穿出的中间排钢筋和端板，在端板的两侧安装螺母，螺母套到相应的钢筋上，再将螺母焊接到钢筋上；（5）在支撑端板上焊接连接板；（6）解除钢筋与外部约束单元的固定。
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