CN111270899A - 一种方钢管对扣装配式防屈曲支撑构件 - Google Patents

Abstract

一种方钢管对扣装配式防屈曲支撑构件，包括，位于中心的十字形内核构件，分别设置在十字形内核构件的四个直角夹角中构成外围约束单元的四个约束方钢管组件，每相邻的两个约束方钢管组件的伸出十字形内核构件的翼板外边缘侧的部分均通过螺栓组件相互固定连接，每个约束方钢管组件的管内都灌入有混凝土。本发明通过对外围约束构件提供一种有效的连接锚固措施，应对大地震作用下大耗能的需求，达到限制结构整体侧移的目标。所有的钢构件均可以在工厂加工制作，精度容易控制，地震后更换已破坏的构件非常方便。本发明具备更大承载力并能够在两个方向上提供支撑作用，可广泛应用于建筑物的耗能减震及限位控制。

Description

一种方钢管对扣装配式防屈曲支撑构件

技术领域

本发明涉及一种支撑构件。特别是涉及一种用于结构工程振动控制的方钢管对扣装配式防屈曲支撑构件。

背景技术

建筑结构工程中为防止普通支撑受压屈曲以及滞回性能差的问题，通常采用添加外部约束的方法，如采用钢管混凝土或钢筋混凝土作为外包约束，构成防屈曲支撑。日本学者对此类支撑进行了改进，在核心钢板和砂浆之间设有一层无粘结材料或非常狭小的空气层，目的是减小或消除核心钢板上的轴力不传到砂浆或外钢管上。此类支撑在受拉与受压时均能达到屈服而不发生弯曲的轴力构件，比传统支撑构件具有更稳定的力学性能。它具备普通支撑和阻尼器的优点，在小震作用下为结构提供侧向刚度，中震、大震作用下可由钢芯屈服耗散地震能量。防屈曲耗能支撑作为一种减震抗震的新技术，越来越多地应用于大型公共建筑中，大大提高了建筑物的抗震性能。但传统的钢管混凝土或钢筋混凝土作为外包约束在浇筑混凝土时，内部支撑与外部约束之间的间隙精度控制难度大，针对这一问题，有学者提出了装配式防屈曲支撑，所有钢构件均可以在工厂制作，加工精度高，内核构件与外围约束构件两者之间的距离容易控制与调整，实现了装配式生产和施工。但由于内核构件面积较小，受力方向单一，屈服荷载有限，还不能满足工程上超大支撑力的要求，同时外围约束构件的连接锚固技术不够完善，在大震作用下构件的连接处易发生破坏，不能满足大耗能的需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种具备更大承载力并能够在两个方向上提供支撑作用的方钢管对扣装配式防屈曲支撑构件。

本发明所采用的技术方案是：一种方钢管对扣装配式防屈曲支撑构件，包括，位于中心的十字形内核构件，分别设置在十字形内核构件的四个直角夹角中构成外围约束单元的四个约束方钢管组件，其中，每相邻的两个约束方钢管组件的伸出十字形内核构件的翼板外边缘侧的部分均通过螺栓组件相互固定连接，每个所述的约束方钢管组件的管内都灌入有混凝土。

四个所述的约束方钢管组件与所述的十字形内核构件的相接处面之间形成有1mm～2mm的间隙，所述的间隙内填充有硬质橡胶。

所述的十字形内核构件包括两根T形截面热轧型钢构成，两根所述的T形截面热轧型钢的水平部分对接构成十字形内核构件，每根T形截面热轧型钢都具有一体形成的三个翼板。

相对接的两根所述的T形截面热轧型钢的水平部分之间夹有硬质橡胶垫。

所述的约束方钢管组件包括有第一等边角钢和第二等边角钢，其中，所述第一等边角钢的两个第一直角边板大于所述第二等边角钢的两个第二直角边板，所述第二等边角钢扣置在由所述第一等边角钢的两个第一直角边板构成的直角内，所述第二等边角钢的两个第二直角边板的边缘通过焊接与所述第一等边角钢的两个第一直角边板的内侧面固定连接，从而共同构成约束方钢管组件。

所述第一等边角钢两个第一直角边板的外侧面与构成十字形内核构件的所述的T形截面热轧型钢中形成直角的两个翼板的板面通过硬质橡胶相连接，其中，所述第一等边角钢两个第一直角边板的宽度大于所述T形截面热轧型钢中形成直角的翼板的宽度，当四个所述的约束方钢管组件分别设置在所述十字形内核构件的四个直角夹角中时，相邻的两个第一直角边板的边缘部分长出所夹的翼板，并通过螺栓组件相互固定连接。

所述十字形内核构件的长度大于所述约束方钢管组件的长度，即所述十字形内核构件的两端伸出所述约束方钢管组件的两端。

所述的螺栓组件包括有设置在相邻的两个约束方钢管组件的两个第一直角边板之间的具有轴向通孔的钢垫板，以及高强螺栓和防松螺母，所述高强螺栓的螺杆端部依次贯穿前一个第一直角边板、钢垫板和后一个第一直角边板后与所述的防松螺母螺纹连接，其中，所述钢垫板的两端与所对应的第一直角边板之间设置有橡胶垫片，所述高强螺栓的螺帽与相邻的第一直角边板之间设置有金属垫片。

所述的高强螺栓的螺杆部分的下部沿径向形成有贯通的内螺孔，所述防松螺母包括有螺母帽和一体形成在所述螺母帽下侧的螺母套，所述螺母帽和螺母套沿轴向形成有相贯通的用于与所述高强螺栓相结合的内螺纹，所述螺母套上对应所述高强螺栓螺杆下部的内螺孔形成有螺孔，所述高强螺栓的螺杆端部进入所述防松螺母后，所述高强螺栓螺杆下部的内螺孔与所述防松螺母的螺母套上的螺孔的孔心对齐，并通过拧入的定位螺栓进行定位。

所述的高强螺栓和所述金属垫片两者相互接触的接触面上分别形成有能够相互啮合的放射状凸纹，所述高强螺栓的螺杆外侧面沿轴向相对称的形成有两个竖凹槽，所述金属垫片的内环边上相对称的形成有两个向环心凸出的用于嵌入到所述竖凹槽内进行定位的内翅。

本发明的一种方钢管对扣装配式防屈曲支撑构件，通过对外围约束构件提供一种有效的连接锚固措施，应对大地震作用下大耗能的需求，达到限制结构整体侧移的目标。本发明中所有的钢构件均可以在工厂加工制作，精度容易控制，地震后更换已破坏的构件非常方便。具有一定的初始刚度可以抵抗风荷载和小震作用，当超过设防烈度时，本耗能元件进入工作状态，耗散地震能量。本发明具备更大承载力并能够在两个方向上提供支撑作用，可广泛应用于建筑物的耗能减震及限位控制。

附图说明

图1是本发明一种方钢管对扣装配式防屈曲支撑构件的整体结构示意图；

图2是本发明一种方钢管对扣装配式防屈曲支撑构件的断面结构示意图；

图3是本发明一种方钢管对扣装配式防屈曲支撑构件的分解结构示意图；

图4是本发明中高强螺栓的结构示意图；

图5是本发明中防松螺母的结构示意图；

图6是本发明中金属垫片的结构示意图。

图中

1：十字形内核构件 1.1：水平部分

1.2：翼板 2：约束方钢管组件

2.1：第一等边角钢 2.11：第一直角边板

2.2：第二等边角钢 2.21：第二直角边板

3：螺栓组件 3.1：钢垫板

3.2：橡胶垫片 3.3：高强螺栓

3.4：防松螺母 3.5：金属垫片

3.6：内螺孔 3.7：竖凹槽

3.8：螺母帽 3.9：螺母套

3.10：螺孔 3.11：定位螺栓

3.12：放射状凸纹 3.13：内翅

4：混凝土 5：硬质橡胶

6：硬质橡胶垫

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的一种方钢管对扣装配式防屈曲支撑构件做出详细说明。

如图1、图2所示，本发明的一种方钢管对扣装配式防屈曲支撑构件，包括，位于中心的十字形内核构件1，分别设置在十字形内核构件1的四个直角夹角中构成外围约束单元的四个约束方钢管组件2，其中，每相邻的两个约束方钢管组件2的伸出十字形内核构件1的翼板1.2外边缘侧的部分均通过螺栓组件3相互固定连接，每个所述的约束方钢管组件2的管内都灌入有混凝土4。四个所述的约束方钢管组件2与所述的十字形内核构件1的相接处面之间形成有1mm～2mm的间隙，所述的间隙内填充有硬质橡胶5。

在约束方钢管组件2内灌入混凝土4一方面可以有效地防止约束方钢管组件2发生局部屈曲，另一方面，限制了约束方钢管组件2内部混凝土的开裂，不仅提高了外围约束构件的约束效率，构件的延性性能明显改善，耗能能力大大增强，提高了抗震性能。

如图2、图3所示，所述的十字形内核构件1包括两根T形截面热轧型钢构成，两根所述的T形截面热轧型钢的水平部分1.1对接构成十字形内核构件1，每根T形截面热轧型钢都具有一体形成的三个翼板1.2。相对接的两根所述的T形截面热轧型钢的水平部分1.1之间夹有硬质橡胶垫6。由两根所述的T形截面热轧型钢构成T形截面热轧型钢，一方面避免了焊接截面对构件延性，承载能力以及耗能能力的不利影响，另一方面由于组成的十字形内核构件的翼缘两个方向上的厚度不同，使得其在两个方向上所发挥的作用有所差别，根据工程结构的实际情况进行布置。

如图1、图2、图3所示，所述的约束方钢管组件2包括有第一等边角钢2.1和第二等边角钢2.2，其中，所述第一等边角钢2.1的两个第一直角边板2.11大于所述第二等边角钢2.2的两个第二直角边板2.21，所述第二等边角钢2.2扣置在由所述第一等边角钢2.1的两个第一直角边板2.11构成的直角内，所述第二等边角钢2.2的两个第二直角边板2.21的边缘通过焊接与所述第一等边角钢2.1的两个第一直角边板2.11的内侧面固定连接，从而共同构成约束方钢管组件2。

如图2所示，所述第一等边角钢2.1两个第一直角边板2.11的外侧面与构成十字形内核构件1的所述的T形截面热轧型钢中形成直角的两个翼板1.2的板面通过硬质橡胶5相连接，其中，所述第一等边角钢2.1两个第一直角边板2.11的宽度大于所述T形截面热轧型钢中形成直角的翼板1.2的宽度，当四个所述的约束方钢管组件2分别设置在所述十字形内核构件1的四个直角夹角中时，相邻的两个第一直角边板2.11的边缘部分长出所夹的翼板1.2，并通过螺栓组件3相互固定连接。

如图1所示，所述十字形内核构件1的长度大于所述约束方钢管组件2的长度，即所述十字形内核构件1的两端伸出所述约束方钢管组件2的两端。

如图2所示，所述的螺栓组件3包括有设置在相邻的两个约束方钢管组件2的两个第一直角边板2.11之间的具有轴向通孔的钢垫板3.1，以及高强螺栓3.3和防松螺母3.4，所述高强螺栓3.3的螺杆端部依次贯穿前一个第一直角边板2.11、钢垫板3.1和后一个第一直角边板2.11后与所述的防松螺母3.4螺纹连接，其中，所述钢垫板3.1的两端与所对应的第一直角边板2.11之间设置有橡胶垫片3.2，所述高强螺栓3.3的螺帽与相邻的第一直角边板2.11之间设置有金属垫片3.5。

如图4、图5所示，所述的高强螺栓3.3的螺杆部分的下部沿径向形成有贯通的内螺孔3.6，所述防松螺母3.4包括有螺母帽3.8和一体形成在所述螺母帽3.8下侧的螺母套3.9，所述螺母帽3.8和螺母套3.9沿轴向形成有相贯通的用于与所述高强螺栓3.3相结合的内螺纹，所述螺母套3.9上对应所述高强螺栓3.3螺杆下部的内螺孔3.6形成有螺孔3.10，所述高强螺栓3.3的螺杆端部进入所述防松螺母3.4后，所述高强螺栓3.3螺杆下部的内螺孔3.6与所述防松螺母3.4的螺母套3.9上的螺孔3.10的孔心对齐，并通过拧入的定位螺栓3.11进行定位。采用拧入的定位螺栓3.11使高强螺栓3.3与防松螺母3.4进行定位，目的是防止高强螺栓3.3在荷载往复作用下出现松动，该方法具有结构简单，加工容易，成本低，防松效果好的优点。

如图4、图6所示，所述的高强螺栓3.3和所述金属垫片3.5两者相互接触的接触面上分别形成有能够相互啮合的放射状凸纹3.12，所述高强螺栓3.3的螺杆外侧面沿轴向相对称的形成有两个竖凹槽3.7，所述金属垫片3.5的内环边上相对称的形成有两个向环心凸出的用于嵌入到所述竖凹槽3.7内进行定位的内翅3.13。

本发明的一种方钢管对扣装配式防屈曲支撑构件的工作原理为：

外部荷载施加到防屈曲支撑，首先由十字形内核构件1承受全部的地震作用，该十字形内核构件1在轴向力作用下屈服耗能，外围的方钢管混凝土结构的四个约束方钢管组件2提供给十字形内核构件1弯曲限制，避免其受压屈曲。当其受压膨胀时，粘贴在表面上的硬质橡胶5和硬质橡胶垫6可以有效减小或切断十字形内核构件1受轴力时传给约束方钢管组件2的力，使二者在支撑体系中分工明确，受力合理。高强螺栓3.3、金属垫片3.5、防松螺母3.4与定位螺栓3.11发挥捆绑作用，保证外围的四个约束方钢管组件2与中心的十字形内核构件1在侧向协同变形，也保证各构件之间共同发生纵向协同变形。

Claims (10)

1.一种方钢管对扣装配式防屈曲支撑构件，其特征在于，包括，位于中心的十字形内核构件(1)，分别设置在十字形内核构件(1)的四个直角夹角中构成外围约束单元的四个约束方钢管组件(2)，其中，每相邻的两个约束方钢管组件(2)的伸出十字形内核构件(1)的翼板(1.2)外边缘侧的部分均通过螺栓组件(3)相互固定连接，每个所述的约束方钢管组件(2)的管内都灌入有混凝土(4)。

2.根据权利要求1所述的一种方钢管对扣装配式防屈曲支撑构件，其特征在于，四个所述的约束方钢管组件(2)与所述的十字形内核构件(1)的相接处面之间形成有1mm～2mm的间隙，所述的间隙内填充有硬质橡胶(5)。

3.根据权利要求1所述的一种方钢管对扣装配式防屈曲支撑构件，其特征在于，所述的十字形内核构件(1)包括两根T形截面热轧型钢构成，两根所述的T形截面热轧型钢的水平部分(1.1)对接构成十字形内核构件(1)，每根T形截面热轧型钢都具有一体形成的三个翼板(1.2)。

4.根据权利要求3所述的一种方钢管对扣装配式防屈曲支撑构件，其特征在于，相对接的两根所述的T形截面热轧型钢的水平部分(1.1)之间夹有硬质橡胶垫(6)。

5.根据权利要求1所述的一种方钢管对扣装配式防屈曲支撑构件，其特征在于，所述的约束方钢管组件(2)包括有第一等边角钢(2.1)和第二等边角钢(2.2)，其中，所述第一等边角钢(2.1)的两个第一直角边板(2.11)大于所述第二等边角钢(2.2)的两个第二直角边板(2.21)，所述第二等边角钢(2.2)扣置在由所述第一等边角钢(2.1)的两个第一直角边板(2.11)构成的直角内，所述第二等边角钢(2.2)的两个第二直角边板(2.21)的边缘通过焊接与所述第一等边角钢(2.1)的两个第一直角边板(2.11)的内侧面固定连接，从而共同构成约束方钢管组件(2)。

6.根据权利要求5所述的一种方钢管对扣装配式防屈曲支撑构件，其特征在于，所述第一等边角钢(2.1)两个第一直角边板(2.11)的外侧面与构成十字形内核构件(1)的所述的T形截面热轧型钢中形成直角的两个翼板(1.2)的板面通过硬质橡胶(5)相连接，其中，所述第一等边角钢(2.1)两个第一直角边板(2.11)的宽度大于所述T形截面热轧型钢中形成直角的翼板(1.2)的宽度，当四个所述的约束方钢管组件(2)分别设置在所述十字形内核构件(1)的四个直角夹角中时，相邻的两个第一直角边板(2.11)的边缘部分长出所夹的翼板(1.2)，并通过螺栓组件(3)相互固定连接。

7.根据权利要求1所述的一种方钢管对扣装配式防屈曲支撑构件，其特征在于，所述十字形内核构件(1)的长度大于所述约束方钢管组件(2)的长度，即所述十字形内核构件(1)的两端伸出所述约束方钢管组件(2)的两端。

8.根据权利要求1所述的一种方钢管对扣装配式防屈曲支撑构件，其特征在于，所述的螺栓组件(3)包括有设置在相邻的两个约束方钢管组件(2)的两个第一直角边板(2.11)之间的具有轴向通孔的钢垫板(3.1)，以及高强螺栓(3.3)和防松螺母(3.4)，所述高强螺栓(3.3)的螺杆端部依次贯穿前一个第一直角边板(2.11)、钢垫板(3.1)和后一个第一直角边板(2.11)后与所述的防松螺母(3.4)螺纹连接，其中，所述钢垫板(3.1)的两端与所对应的第一直角边板(2.11)之间设置有橡胶垫片(3.2)，所述高强螺栓(3.3)的螺帽与相邻的第一直角边板(2.11)之间设置有金属垫片(3.5)。

9.根据权利要求8所述的一种方钢管对扣装配式防屈曲支撑构件，其特征在于，所述的高强螺栓(3.3)的螺杆部分的下部沿径向形成有贯通的内螺孔(3.6)，所述防松螺母(3.4)包括有螺母帽(3.8)和一体形成在所述螺母帽(3.8)下侧的螺母套(3.9)，所述螺母帽(3.8)和螺母套(3.9)沿轴向形成有相贯通的用于与所述高强螺栓(3.3)相结合的内螺纹，所述螺母套(3.9)上对应所述高强螺栓(3.3)螺杆下部的内螺孔(3.6)形成有螺孔(3.10)，所述高强螺栓(3.3)的螺杆端部进入所述防松螺母(3.4)后，所述高强螺栓(3.3)螺杆下部的内螺孔(3.6)与所述防松螺母(3.4)的螺母套(3.9)上的螺孔(3.10)的孔心对齐，并通过拧入的定位螺栓(3.11)进行定位。

10.根据权利要求8所述的一种方钢管对扣装配式防屈曲支撑构件，其特征在于，所述的高强螺栓(3.3)和所述金属垫片(3.5)两者相互接触的接触面上分别形成有能够相互啮合的放射状凸纹(3.12)，所述高强螺栓(3.3)的螺杆外侧面沿轴向相对称的形成有两个竖凹槽(3.7)，所述金属垫片(3.5)的内环边上相对称的形成有两个向环心凸出的用于嵌入到所述竖凹槽(3.7)内进行定位的内翅(3.13)。

Images