CN105625595A - 一种内嵌钢筋外包钢管屈曲约束支撑 - Google Patents

一种内嵌钢筋外包钢管屈曲约束支撑 Download PDF

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Abstract

一种内嵌钢筋外包钢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。本发明将多根光圆钢筋调直，两端对齐，横截面组合成一定形状，在组合钢筋端部缠绕纤维布，纤维布之间的组合钢筋外表面涂刷硅胶材料，待硅胶材料干燥后，将其穿入约束钢管和端部补强管中，两端固定于端板上。其中，约束钢管置于端部补强管内，在支撑一端，约束钢管端部与端部补强管焊接，再将端部补强管与端板焊接；在支撑另一端，端部补强管一端直接焊接于端板上。内嵌钢筋外包钢管屈曲约束支撑具有耗能能力强、截面尺寸小、自重轻、构造简单、加工便捷、浪费较少等优点，而且应用范围广泛，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

一种内嵌钢筋外包钢管屈曲约束支撑
技术领域
本发明是一种屈曲约束支撑，特别涉及一种内嵌钢筋外包钢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受压时出现屈曲失稳的缺点，在轴向荷载作用下，设计合理的屈曲约束支撑均可实现全截面屈服而不屈曲。在屈曲约束支撑与框架组成的支撑-框架结构体系中，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变形吸收外界能量，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，传统屈曲约束支撑内核芯材均为型钢或钢管，芯材截面惯性矩过大，相应外围约束单元的惯性矩也较大，造成支撑构件的横截面尺寸大、质量大，不利于减轻结构自重，影响支撑的使用范围。因此，发明一种截面尺寸小、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屈曲约束支撑的上述缺陷，提供了一种内嵌钢筋外包钢管屈曲约束支撑及其制作方法。研究表明，在内核耗能芯材横截面面积相同情况下，本发明与内核耗能芯材为型钢或钢管屈曲约束支撑具有同等的耗能能力，且本发明支撑的横截面外形尺寸仅为其他类型屈曲约束支撑的50-70%；自重可降低25-40%。因此，本发明能够在不降低屈曲约束支撑耗能能力的同时，可使支撑横截面外形尺寸显著缩小，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。一种内嵌钢筋外包钢管屈曲约束支撑，其特征在于：包括光圆钢筋1，硅胶材料2，纤维布3，约束钢管4，端部补强管5，端板6，加劲肋7，其中，约束钢管4与端部补强管5一端沿外侧旋削，端板6在形心处钻孔；其中多根光圆钢筋1两端对齐，组合成横截面为圆形或矩形，一端机械墩头，两端均紧密缠绕纤维布3，在纤维布3之间的组合光圆钢筋1外表面涂刷硅胶材料2；一根端部补强管5套于约束钢管4外侧，使其旋削端朝向相同，旋削端端部对齐焊接，然后打磨；待硅胶材料2干燥后，组合光圆钢筋1未墩头端穿入一块端板6，并在穿入处沿端板6内侧与端板6焊接；经过上述处理的组合光圆钢筋1未墩头端由约束钢管4与端部补强管5的焊接端穿入约束钢管4，再依次穿入另一根端部补强管5（由该端部补强管5的未旋削端穿入）及另一块端板6；组合光圆钢筋1未墩头端在该端板6外侧进行墩头，并在穿入处沿该端板6内侧与该端板6焊接；两根端部补强管5分别与近端的端板6焊接；支撑两端分别均匀对称布置四块加劲肋7，加劲肋7长边与端部补强管5焊接，短边与端板6焊接。
进一步，光圆钢筋1需调直，两端缠绕纤维布3的厚度为单根光圆钢筋直径一半，表面涂刷硅胶材料2的厚度与缠绕纤维布的厚度相同，纤维布3的缠绕宽度应保证在支撑最大轴向变形情况下，硅胶材料2不外露于约束钢管4。
约束钢管4截面形状与光圆钢筋1的组合截面形状相同，壁厚不小于单根光圆钢筋1的直径，内缘尺寸应略大于组合光圆钢筋1涂刷硅胶材料2后的外形尺寸，一端沿外侧旋削，内置于一根端部补强管5中，且使约束钢管4与该端部补强管5的旋削端朝向相同，约束钢管4与该端部补强管5在旋削端端部焊接，应使焊接后的约束钢管4和端部补强管5同心、共轴，焊接后进行焊缝打磨处理，使端部横截面平滑，与约束钢管轴线垂直。
端部补强管5的形状、材质、壁厚与约束钢管4相同，且内缘尺寸略大于约束钢管4的外缘尺寸，端部补强管5一端沿外侧旋削，套于约束钢管4端部的外侧，在支撑两端，端部补强管5沿外侧旋削处分别与端板6焊接，焊接后进行打磨处理，使焊缝均匀平滑过渡。
两端的端板6同为圆形或正方形，厚度为端部补强管5壁厚的两倍，在其形心处钻孔，钻孔尺寸应略大于光圆钢筋1组合截面的外形尺寸。端板6形心处钻孔部位在端板两侧应旋削处理，旋削处外缘尺寸略小于端部补强管内缘尺寸，组合光圆钢筋1穿入端板6的形心钻孔，光圆钢筋1两端部均进行墩头处理，并分别与支撑两端端板6形心钻孔部位内侧旋削处焊接，焊缝及墩头需打磨处理，墩头大面应与端板6外侧面平行，且满足锚固要求。
加劲肋7形状为直角三角形，厚度与端部补强管相同，直角进行切角处理，两直角边两侧均进行切削处理，加劲肋7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6沿其形心均匀对称钻4个孔，通过螺栓和钢垫块与主体结构连接。
综上所述，一种内嵌钢筋外包钢管屈曲约束支撑通过外围钢管的横向约束，在荷载作用下，内部钢筋屈服，耗散结构外部能量，进而降低结构的地震反应，实现耗能减震之目的。此外，内嵌钢筋外包钢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为一种内嵌钢筋外包钢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为图1中D-D剖面示意图。
图6为约束钢管4示意图。
图7为端部补强管5示意图。
图8为端板6示意图。
图9为加劲肋7示意图。
图中：1-光圆钢筋，2-硅胶材料，3-纤维布，4-约束钢管，5-端部补强管，6-端板，7-加劲肋。
具体实施方式
下面结合附图1-图9对本发明作进一步说明。
一种内嵌钢筋外包钢管屈曲约束支撑的构造及组件示意图如图1-图9所示。根据支撑布置方式及层高确定光圆钢筋1的长度，根据层间位移角限值要求确定单根光圆钢筋1的直径及根数，进而确定约束钢管4的长度和横截面尺寸，约束钢管4及端部补强管5一端外侧旋削。多根光圆钢筋1调直后两端对齐，根据需要，组合成横截面为圆形或矩形，一端机械墩头，墩头需打磨处理，处理后的墩头截面尺寸应大于端板6形心钻孔部位外侧旋削处截面尺寸，且满足锚固要求，两端均紧密缠绕纤维布3，在纤维布3之间组合光圆钢筋1外表面涂刷硅胶材料2。待硅胶材料2干燥后，将经过上述处理后的组合光圆钢筋1的未墩头端穿入一块端板6，使墩头与该端板6紧贴，并沿端板6内侧旋削处与端板6焊接，焊缝打磨处理，使焊缝与端板6内侧面齐平。一根端部补强管5套于约束钢管4外，使端部补强管5与约束钢管4的旋削端朝向相同，旋削端端部对齐焊接，然后打磨。将组合光圆钢筋1未墩头端再依次穿入经过上述处理的约束钢管4（组合光圆钢筋1由约束钢管4与端部补强管5的焊接端穿入）、另一根端部补强管5（组合光圆钢筋1由端部补强管5的未旋削端穿入）、另一块端板6。组合光圆钢筋1未墩头端在该端板6外侧进行墩头，墩头需打磨处理，处理后的墩头截面尺寸应大于端板6形心钻孔部位外侧旋削处截面尺寸，且满足锚固要求。并在穿入处沿该端板6内侧与该端板6焊接，焊缝进行打磨处理。两根端部补强管5分别沿外侧旋削处与近端的端板6焊接，焊缝进行打磨，使焊缝平滑过渡。支撑两端分别均匀对称布置四块加劲肋7，加劲肋7长边与端部补强管5焊接，短边与端板6焊接。支撑两端的端板6的螺栓孔位置沿支撑纵向位置应一致。
一种内嵌钢筋外包钢管屈曲约束支撑的制作方法，主要包括以下步骤。
1）多根调直后等长的光圆钢筋1若干根；约束钢管4一根，其壁厚不小于单根光圆钢筋1的直径，一端外侧旋削处理；端部补强管5两根，壁厚和形状与约束钢管4相同，一端外侧旋削处理；端板6两块，厚度不小于2倍端部补强管壁厚，中心钻孔，孔径尺寸略大于光圆钢筋1组合截面的外形尺寸，端板两侧形心钻孔边缘需旋削处理，旋削外缘尺寸略小于端部补强管内缘尺寸，端板沿其形心均匀对称钻4个孔；加劲肋7八块，形状为直角三角形，厚度与端部补强管相同，直角进行切角处理，两直角边两侧均进行切削处理，加劲肋应均匀对称布置，支撑两端的加劲肋沿支撑纵向对齐。
2）调直后的光圆钢筋1端部对齐，组合后横截面形状为圆形或矩形，一端墩头，墩头进行打磨处理，使其外表面平整光滑，墩头大面与组合光圆钢筋1纵向轴线垂直，两端均缠绕纤维布3，纤维布之间的组合光圆钢筋外表面涂刷硅胶材料2，纤维布3和硅胶材料2的厚度约为单根光圆钢筋1直径的一半，平放待硅胶材料2干燥。
3）将经过步骤2）处理后的光圆钢筋1未墩头端穿入一块端板6，墩头与该端板6顶紧，沿端板6内侧旋削处与端板6焊接，焊缝需打磨处理，使端板6内侧不出现焊缝尺寸。
一根端部补强管5套于约束钢管4外，使端部补强管5与约束钢管4的旋削端朝向相同，旋削端端部对齐焊接，应使焊接后的约束钢管4和端部补强管5同心、共轴，焊接后进行焊缝打磨处理，使端部横截面平滑，与约束钢管4纵轴线垂直。
将经过步骤3）处理后的组合光圆钢筋1未墩头端由经过步骤4)处理后的组合钢管的焊接端穿入约束钢管4，再依次穿入另一根端部补强管5和另一块端板6，使该端部补强管5的旋削端朝向该端板6，将组合钢筋端部在该端板6外侧墩头，墩头打磨处理，处理后的墩头截面尺寸应大于端板形心钻孔部位外侧旋削处截面尺寸，且满足锚固要求；将墩头与该端板6顶紧，组合光圆钢筋1沿该端板6内侧旋削处与该端板6焊接，焊缝需打磨处理，使焊缝平滑过渡。
将两根端部补强管5沿旋削处分别与近端端板6焊接，使焊后的端部补强管5与组合光圆钢筋1同心、共轴，焊缝需打磨处理，使焊缝平滑过渡。
支撑两端分别均匀对称布置四块加劲肋7，加劲肋7长边与端部补强管5焊接，短边与端板6焊接，加工过程中，应使支撑两端的端板6的螺栓孔位置沿支撑纵向位置一致。
通过上述步骤，一种内嵌钢筋外包钢管屈曲约束支撑即制作完成。

Claims (7)

1.一种内嵌钢筋外包钢管屈曲约束支撑，其特征在于：包括由多根等长的光圆钢筋（1）组成的内核屈服耗能元件、硅胶材料（2）、纤维布（3）、约束钢管（4）、端部补强管（5）、端板（6）、加劲肋（7）；其中，在多根光圆钢筋（1）两端对齐，组合成横截面为圆形或矩形，一端机械墩头，两端均紧密缠绕纤维布（3），在纤维布（3）之间的组合光圆钢筋（1）外表面涂刷硅胶材料（2）；一根端部补强管（5）套于约束钢管（4）外，使其旋削端朝向相同，旋削端端部对齐焊接，然后打磨；待硅胶材料（2）干燥后，组合光圆钢筋（1）未墩头端穿入一块端板（6），并在穿入处沿端板（6）内侧与该端板（6）焊接；经过上述处理的组合光圆钢筋（1）未墩头端由约束钢管（4）与端部补强管（5）的焊接端穿入约束钢管（4），再由未旋削端穿入另一根端部补强管（5）及另一块端板（6）；组合光圆钢筋（1）未墩头端在该端板（6）外侧进行墩头，并在穿入处沿该端板（6）内侧与该端板（6）焊接；两根端部补强管（5）分别与近端的端板（6）焊接；支撑两端分别均匀对称布置四块加劲肋（7），加劲肋（7）长边与端部补强管（5）焊接，短边与端板（6）焊接，支撑两端的加劲肋（7）沿支撑纵向对齐；经过上述过程，一种内嵌钢筋外包钢管屈曲约束支撑即制作完成。
2.根据权利要求1所述的一种内嵌钢筋外包钢管屈曲约束支撑，其特征在于：多根光圆钢筋（1）等长，且需调直，硅胶材料（2）的涂刷厚度与组合光圆钢筋（1）端部缠绕纤维布（3）的厚度相同，约为单根光圆钢筋（1）直径的一半。
3.根据权利要求1所述的一种内嵌钢筋外包钢管屈曲约束支撑，其特征在于：约束钢管（4）的内缘尺寸略大于组合光圆钢筋（1）涂刷硅胶材料（2）后的外形尺寸。
4.根据权利要求1所述的一种内嵌钢筋外包钢管屈曲约束支撑，其特征在于：约束钢管（4）的截面形状为圆形或矩形，壁厚应不小于单根光圆钢筋（1）的直径，在一端沿外侧进行旋削处理。
5.根据权利要求1所述的一种内嵌钢筋外包钢管屈曲约束支撑，其特征在于：端部补强管（5）的截面形状与约束钢管（4）的截面形状相同，其内缘尺寸略大于约束钢管（4）的外缘尺寸，壁厚与约束钢管（4）的壁厚相同，在一端沿外侧进行旋削处理。
6.根据权利要求1所述的一种内嵌钢筋外包钢管屈曲约束支撑，其特征在于：端板（6）的形状为圆形或方形，厚度应不小于单根光圆钢筋（1）直径的2倍，并在其形心处钻孔，孔径尺寸略大于多根光圆钢筋（1）组合截面的外形尺寸，沿钻孔周边两侧旋削。
7.根据权利要求1所述的一种内嵌钢筋外包钢管屈曲约束支撑，其特征在于：加劲肋（7）形状为直角三角形，厚度与端部补强管相同，直角进行切角处理，两直角边两侧均进行切削处理。
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