CN105464238A - 一种内置钢管外包纤维管屈曲约束支撑 - Google Patents

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王永贵
刘建伟
宋红弟
王磊
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范玉辉
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    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/62—Insulation or other protection; Elements or use of specified material therefor
    • E04B1/92—Protection against other undesired influences or dangers
    • E04B1/98—Protection against other undesired influences or dangers against vibrations or shocks; against mechanical destruction, e.g. by air-raids

Abstract

一种内置钢管外包纤维管屈曲约束支撑属于一种新型耗能减震构件，可应用于结构减震及工程加固中。本发明先将端部补强管穿入端板形心钻孔，其端面与端板的侧面齐平，而后焊接，打磨；内核钢管外表面涂刷硅胶材料，待硅胶材料干燥后，将约束纤维管套于内核钢管外，使其纵向中点重合，在约束纤维管的一端通过结构胶与内核钢管粘接；再将两根端部补强管分别插入内核钢管两端，并使内核钢管与端板顶紧后焊接；内核钢管的两端分别均匀对称焊接四块加劲肋。内置钢管外包纤维管屈曲约束支撑具有耗能能力强、自重轻、截面形式灵活、构造简单、加工便捷、浪费较少等优点，应用范围广泛，能有效解决目前结构减震及工程加固中存在的诸多问题。

Description

一种内置钢管外包纤维管屈曲约束支撑
技术领域
本发明是一种屈曲约束支撑，特别涉及一种内置钢管外包纤维管屈曲约束支撑及其制作方法。
背景技术
屈曲约束支撑能改善普通支撑构件在受压时会出现屈曲失稳的缺点，在屈曲约束支撑与框架组成的框架支撑体系中，屈曲约束支撑承担大部分的水平荷载，通过支撑内核芯材的屈服吸收并耗散外界能量，进而实现结构耗能，保护主体结构，可明显改善结构体系的延性和消能减震行为。但是，传统钢管型屈曲约束支撑外围约束机制为钢管，支撑构件质量较大，不利于减轻结构自重，影响支撑的使用范围。因此，发明一种耗能能力强、组合形式灵活、整体质量轻、便于加工制作的屈曲约束支撑，显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于克服了现有外围约束机制为钢管的屈曲约束支撑的上述缺陷，提供了一种内置钢管外包纤维管屈曲约束支撑及其制作方法。研究表明，内核芯材横截面面积相同情况下，本发明与外围约束机制为钢管的屈曲约束支撑具有同等的耗能性能，且自重可降低35-45%左右，节约大量钢材。因此，本发明在不降低屈曲约束支撑耗能能力的同时，自重大幅降低，有效节约资源，外形兼具美感，方便加工制作。
为实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。一种内置钢管外包纤维管屈曲约束支撑，其特征在于：包括内核钢管1，硅胶材料2，约束纤维管3，端部补强管4，端板5，加劲肋6；其中，端板5在形心处钻孔，孔径尺寸略大于端部补强管4的外缘尺寸，在端板5两侧沿钻孔外沿旋削，端部补强管4穿入端板5的形心钻孔，其端面与端板5的侧面齐平，在端板5两侧沿钻孔周围与端板5焊接，焊缝进行打磨，使焊接处不出现焊缝尺寸；内核钢管1外表面涂刷硅胶材料2，待硅胶材料2干燥后，将约束纤维管3套于内核钢管1外，并调整约束纤维管3的纵向位置，使其纵向长度中点与内核钢管1的纵向中点重合，在约束纤维管3的一端通过结构胶与内核钢管1粘接；再将内核钢管1两端分别套于端部补强管4外，且与端板5顶紧，并与端板5焊接；内核钢管1的两端分别均匀对称布置四块加劲肋6，加劲肋6长边与内核钢管1焊接，短边与端板5焊接。
进一步，内核钢管1的横截面形状可为圆形或矩形，在其外表面涂刷厚度约为1mm的硅胶材料2，沿内核钢管1的纵向上，硅胶材料2的涂刷长度略小于约束纤维管3的覆盖长度。
端部补强管4材质为钢材，其外缘尺寸与内核钢管1的内缘尺寸相同，端部补强管4的壁厚与内核钢管1的壁厚相同，端部补强管4的长度应保证在最大轴向拉伸变形情况下，其端部应在约束纤维管3的覆盖范围内。
约束纤维管3的横截面形状与内核钢管1相同，其内缘尺寸应略大于内核钢管1外表面涂刷硅胶材料2后的外形尺寸，约束纤维管3的壁厚应不小于内核钢管1壁厚的2倍。
支撑两端的端板5同为圆形或正方形，其厚度不小于内核钢管1壁厚的2倍，在其形心处钻孔，钻孔尺寸应略大于端部补强管4的外缘尺寸，在端板5两侧形心处钻孔部位进行旋削处理。
加劲肋6形状为直角三角形，厚度与内核钢管1壁厚相同，直角进行切角处理，两直角边两侧均进行切削处理，加劲肋6在支撑端部均匀对称布置，支撑两端的加劲肋沿支撑纵向对齐。
端板5沿其形心均匀对称钻4个孔，通过螺栓与主体结构连接。
综上所述，一种内置钢管外包纤维管屈曲约束支撑通过外围纤维管的横向约束，在荷载作用下，内核钢管屈服，耗散结构外部能量，进而降低结构的地震响应，实现耗能减震之目的。此外，内置钢管外包纤维管屈曲约束支撑结构简单、制作安装方便，且结构力学性能优良，具有自重轻、受力合理、造价低等特点，能有效解决目前结构抗震及工程加固中存在的自重大、制作工艺复杂、造价高、浪费严重等诸多实际问题。
附图说明
图1为本发明的一种内置钢管外包纤维管屈曲约束支撑的纵向构造示意图。
图2为图1中A-A剖面示意图。
图3为图1中B-B剖面示意图。
图4为图1中C-C剖面示意图。
图5为端板5示意图。
图6为加劲肋6示意图。
图中：1-内核钢管，2-硅胶材料，3-约束纤维管，4-端部补强管，5-端板，6-加劲肋。
具体实施方式
下面结合附图1-图6对本发明作进一步说明。
一种内置钢管外包纤维管屈曲约束支撑的构造及组件示意图如图1-图6所示。根据层高及支撑布置方式确定内核钢管1的长度，根据层间位移角限值要求确定内核钢管1的横截面尺寸。端板5在形心处钻孔，孔径尺寸略大于端部补强管4的外缘尺寸，在端板5两侧沿钻孔外沿旋削，端部补强管4穿入端板5的形心钻孔，其端面与端板5的侧面齐平，在端板5两侧沿钻孔周围与端板5焊接，焊后打磨，使焊接处不出现焊缝尺寸，其中，端部补强管4的外缘尺寸与内核钢管1的内缘尺寸相同，端部补强管4的壁厚与内核钢管1的壁厚相同，在最大轴向拉伸变形情况下，端部补强管4的端部应在约束纤维管3的覆盖范围内；内核钢管1的横截面形状可为圆形或矩形，在其外表面涂刷厚度约为1mm的硅胶材料2，沿内核钢管1的纵向上，硅胶材料2的涂刷长度略小于约束纤维管3的覆盖长度，待硅胶材料2干燥后，将约束纤维管3套于内核钢管1外，并调整约束纤维管3的纵向位置，使其纵向长度中点与内核钢管1的纵向中点重合，在约束纤维管3的一端通过结构胶与内核钢管1粘接，其中，约束纤维管3的横截面形状与内核钢管1相同，其内缘尺寸应略大于内核钢管1外表面涂刷硅胶材料2后的外形尺寸，约束纤维管3的壁厚应不小于内核钢管1壁厚的2倍；再将内核钢管1两端分别套于端部补强管4外，且与端板5顶紧，并与端板5焊接；内核钢管1的两端分别均匀对称布置四块加劲肋6，加劲肋6长边与内核钢管1焊接，短边与端板5焊接，其中，加劲肋6形状为直角三角形，厚度与内核钢管1壁厚相同，直角进行切角处理，两直角边两侧均进行切削处理，加劲肋6在支撑端部均匀对称布置，支撑两端的加劲肋沿支撑纵向对齐。
一种内置钢管外包纤维管屈曲约束支撑的制作方法，主要包括以下步骤。
1）材料准备：内核钢管1一根，横截面形状可为圆形或矩形；约束纤维管3一根，横截面形状与内核钢管1相同，其内缘尺寸应略大于内核钢管1外表面涂刷硅胶材料2后的外形尺寸，其壁厚应不小于内核钢管1壁厚的2倍；端部补强管4两根，其外缘尺寸与内核钢管1的内缘尺寸相同，其壁厚与内核钢管1的壁厚相同，端部补强管4的长度应保证在最大轴向拉伸变形情况下，其端部应在约束纤维管3的覆盖范围内；端板5两块，支撑两端的端板5同为圆形或正方形，其厚度不小于内核钢管1壁厚的2倍，在其形心处钻孔，钻孔尺寸应略大于端部补强管4的外缘尺寸，在端板5两侧形心处钻孔部位进行旋削处理；加劲肋6八块，形状为直角三角形，厚度与内核钢管1壁厚相同，直角进行切角处理，两直角边两侧均进行切削处理。
2）将两根端部补强管4分别穿入两块端板5的形心钻孔处，其中，端部补强管4的端面与端板5的侧面齐平，在端板5两侧沿钻孔周围与端板5焊接，焊后打磨，使焊接处不出现焊缝尺寸。
3）内核钢管1外表面涂刷硅胶材料2，涂刷厚度约为1mm，沿内核钢管1的纵向上，硅胶材料2的涂刷长度略小于约束纤维管3的覆盖长度，平放，待硅胶材料2干燥。
4）当硅胶材料2干燥后，将约束纤维管3套于内核钢管1外，并调整约束纤维管3的纵向位置，使其纵向长度中点与内核钢管1的纵向中点重合，在约束纤维管3的一端通过结构胶与内核钢管粘接。
5）将经过步骤4）处理后的内核钢管1的两端分别套于端部补强管4外，且与端板5顶紧，并与端板5焊接，焊缝进行打磨处理，使焊缝平滑过渡。
6）在步骤5）的基础上，在内核钢管1的两端分别均匀对称布置四块加劲肋6，加劲肋6长边与内核钢管1焊接，短边与端板5焊接，加工过程中，应使支撑两端端板5的螺栓孔位置沿支撑纵向位置一致。
通过上述步骤，一种内置钢管外包纤维管屈曲约束支撑即制作完成。

Claims (6)

1.一种内置钢管外包纤维管屈曲约束支撑，其特征在于：包括内核钢管（1），硅胶材料（2），约束纤维管（3），端部补强管（4），端板（5），加劲肋（6）；其中，端板（5）在形心处钻孔，孔径尺寸略大于端部补强管（4）的外缘尺寸，在端板（5）两侧沿钻孔外沿旋削，端部补强管（4）穿入端板（5）的形心钻孔，其端面与端板（5）的侧面齐平，在端板（5）两侧沿钻孔周围与端板（5）焊接，焊后打磨，使焊接处不出现焊缝尺寸；内核钢管（1）外表面涂刷硅胶材料（2），待硅胶材料（2）干燥后，将约束纤维管（3）套于内核钢管（1）外，并调整约束纤维管（3）的纵向位置，使其纵向长度中点与内核钢管（1）的纵向中点重合，在约束纤维管（3）的一端通过结构用胶与内核钢管（1）粘接；再将内核钢管（1）两端分别套于端部补强管（4）外，且与端板（5）顶紧，并与端板（5）焊接；内核钢管（1）的两端分别均匀对称布置四块加劲肋（6），加劲肋（6）长边与内核钢管（1）焊接，短边与端板（5）焊接；经过上述过程，一种内置钢管外包纤维管屈曲约束支撑即制作完成。
2.根据权利要求1所述的一种内置钢管外包纤维管屈曲约束支撑，其特征在于：内核钢管（1）的横截面形状可为圆形或矩形，在其外表面涂刷厚度约为1mm的硅胶材料（2），沿内核钢管（1）的纵向上，硅胶材料（2）的涂刷长度略小于约束纤维管（3）的覆盖长度。
3.根据权利要求1所述的一种内置钢管外包纤维管屈曲约束支撑，其特征在于：端部补强管（4）的外缘尺寸与内核钢管（1）的内缘尺寸相同，其壁厚与内核钢管（1）的壁厚相同，端部补强管（4）的长度应保证在最大轴向拉伸变形情况下，端部补强管（4）的端部应在约束纤维管（3）的覆盖范围内。
4.根据权利要求1所述的一种内置钢管外包纤维管屈曲约束支撑，其特征在于：约束纤维管（3）的横截面形状与内核钢管（1）相同，其内缘尺寸应略大于内核钢管（1）外表面涂刷硅胶材料（2）后的外形尺寸，约束纤维管（3）的壁厚应不小于内核钢管（1）壁厚的2倍。
5.根据权利要求1所述的一种内置钢管外包纤维管屈曲约束支撑，其特征在于：支撑两端的端板（5）同为圆形或正方形，其厚度不小于内核钢管（1）壁厚的2倍，在其形心处钻孔，钻孔尺寸应略大于端部补强管（4）的外缘尺寸，端板（5）形心处钻孔部位在端板（5）两侧应旋削处理。
6.根据权利要求1所述的一种内置钢管外包纤维管屈曲约束支撑，其特征在于：加劲肋（6）形状为直角三角形，厚度与内核钢管（1）壁厚相同，直角进行切角处理，两直角边两侧均进行切削处理，加劲肋（6）在支撑端部均匀对称布置，支撑两端的加劲肋沿支撑纵向对齐。
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