平行耗能軟鋼板約束型防屈曲支撐及其製作方法
2023-04-23 22:03:41 3
專利名稱：平行耗能軟鋼板約束型防屈曲支撐及其製作方法
技術領域：
本發明涉及一種帶耗能裝置的防屈曲支撐，特別涉及一種平行耗能軟鋼板約束型 防屈曲支撐及其製作方法。
背景技術：
防屈曲支撐被認為是一種兼具普通支撐和金屬阻尼器雙重功能的新型抗側力支 撐構件。內芯為強度與剛度較低的軟鋼，一般採用屈服點低的純鐵或低碳鋼製作，其作用是 承受軸向荷載作用，外圍的約束部分不參與抵抗軸向荷載，只起到保護內芯並防止其屈曲 的作用。防屈曲支撐在建築物中的作用體現在，當因地震產生的荷載不大時，防屈曲支撐相 當於位於建築物框架內的斜撐，能夠為結構提供側向剛度；當因地震產生的荷載較大時，防 屈曲支撐能夠隨著結構框架的變形作出相應的調整並同時消耗地震傳給建築物的能量。由 於這種雙重特性，防屈曲支撐一直受到各國工程師和學者們的垂青。然而，對於現有的防屈曲支撐仍然存在一些受力機理上的不同觀點及一些難以避 免的問題有日本學者指出，內芯剛度不足的防屈曲支撐可能會發生整體失穩。同樣有日本 學者指出，防屈曲支撐的整體失穩是由於內芯和外圍約束的剛度與強度不足引起的，應由 內芯和外圍約束的剛度與強度並行或相關控制來保證等等。此外，外露於外包約束構件的 內芯與結構構件的連接部分容易發生屈曲。在諸如此類的問題上如沒有統一的分析理論與 構造措施，恐怕難以建立合理完善的防屈曲支撐設計方法。
發明內容
本發明的目的在於克服現有防屈曲支撐的缺陷，提供了一種平行耗能軟鋼板約束 型防屈曲支撐及其製作方法。本發明通過一種新的工作機理提高了防屈曲支撐的工作能 力，同時避免了一些現有防屈曲支撐的問題。為了實現上述目的，本發明採取了如下技術方案平行耗能軟鋼板約束型防屈曲支撐，其特徵在於包括外層鋼管、內部鋼板和連接 這兩部分的平行耗能鋼板集束，所述外層鋼管由外層鋼管鋼板焊接而成，外層鋼管兩端設 置有端部鋼板用以密封外層鋼管，所述內部鋼板從端部鋼板中的孔洞穿過並置於外層鋼管 內部，內部鋼板正、反面與外層鋼管鋼板之間分別垂直焊接有等間距布置的平行耗能鋼板， 從而構成平行耗能鋼板集束，平行耗能鋼板集束與內部鋼板、外層鋼管以及端部鋼板之間 的所有空隙部分填充有發泡劑用以防止潮溼空氣與鋼材及焊縫接觸。所述平行耗能鋼板為低碳鋼鋼板。所述平行耗能鋼板為兩端寬、中間窄的形狀。所述內部鋼板可為兩塊，兩塊內部鋼板分別從外層鋼管兩端的端部鋼板孔洞穿過 並置於鋼管內部，兩塊內部鋼板之間同心並間隔一定距離。或者所述內部鋼板還可為一塊，該塊內部鋼板從外層鋼管一端的端部鋼板孔洞穿 過並置於鋼管內部，內部鋼板與外層鋼管另一端的端部鋼板保持一定距離。
所述的內部鋼板橫截面為一字型，該鋼板在穿過外層鋼管的端部鋼板後在外層鋼 管端部鋼板的開洞處不做任何連接形式。所述的平行耗能鋼板集束中每塊鋼板均為相同材質的低碳鋼，上下端分別與內部 鋼板和外層鋼管焊接。當防屈曲支撐受力時，平行耗能鋼板集束中的每塊鋼板受到彎剪作 用力，中部呈現力矩為零的反彎點。據此可將每塊鋼板做成兩端較寬，中部較窄的形狀。平行耗能軟鋼板約束型防屈曲支撐的製作方法，該方法是按以下順序進行的1)配置外層鋼管中的鋼板，並在用於端部的鋼板上預留用於穿過內部鋼板的孔 洞；2)配置內部鋼板和用於製作平行耗能鋼板集束的低碳鋼鋼板，將低碳鋼鋼板做成 兩端較寬，中間窄的形狀；3)根據耗能能力的需求，將若干個低碳鋼鋼板等間距地垂直焊接於內部鋼板的一 面，之後在反面也對稱的焊接低碳鋼鋼板；4)將每塊低碳鋼鋼板的另一端與製作外層鋼管的鋼板焊接；5)將已預留孔洞的外層鋼管端部鋼板套上內部鋼板，並將端部鋼板和已與低碳鋼 鋼板焊接的外層鋼管鋼板焊接；6)焊接外層鋼管的其他鋼板，但留下一面開口不焊；7)在開口的一側灌入發泡劑，填補外層鋼管內所有空隙；8)待發泡劑灌入完畢，焊接最後一塊外層鋼管鋼板以封閉外層鋼管。本發明平行耗能軟鋼板約束型防屈曲支撐採用了與現有防屈曲支撐完全不同的 設計方案。其核心思想是支撐的耗能裝置利用多個相互平行的低碳鋼鋼板受到彎剪作用發 揮能效，不同於現有防屈曲支撐中軟鋼通過承受軸向作用力產生塑性變形實現耗能，不但 消除了現有防屈曲支撐因為內芯剛度不足產生失穩的危險，而且避免了內芯外露部分的過 早屈服。其次，平行耗能鋼板集束將內部鋼板和外層鋼管聯繫了起來，軸向力通過內部鋼板 和平行耗能鋼板集束最終傳到了外層鋼管上，避免了現有防屈曲支撐中因為內芯和外圍約 束剛度與強度不足引起的整體失穩。
圖1是本發明平行耗能軟鋼板約束型防屈曲支撐的平面圖；圖2是圖1中A-A剖面放大示意圖；圖3是圖1中防屈曲支撐在承受壓力時，平行耗能鋼板集束的變形狀態；圖4是圖1中防屈曲支撐在承受拉力時，平行耗能鋼板集束的變形狀態；圖5是圖1中防屈曲支撐的特殊情況，即內部鋼板只存在於一端；圖6是圖5中防屈曲支撐在承受壓力時，平行耗能鋼板集束的變形狀態；圖7是圖5中防屈曲支撐在承受拉力時，平行耗能鋼板集束的變形狀態；圖中1、平行耗能鋼板，2、內層鋼板，3、外層鋼管端部鋼板，4、外層鋼管鋼板，5、發 泡劑。
具體實施例方式下面結合附圖1 圖7對本發明作進一步說明
實施例1外層鋼管兩端均配置了內部鋼板的平行耗能軟鋼板約束型防屈曲支撐如圖1 圖4。本實施例的平行耗能軟鋼板約束型防屈曲支撐，包括外層鋼管、內部鋼板2和連接這 兩部分的平行耗能鋼板集束，外層鋼管由外層鋼管鋼板4焊接而成，外層鋼管兩端設置有 端部鋼板3用以密封外層鋼管，內部鋼板2從端部鋼板3中的孔洞穿過並置於外層鋼管內 部，內部鋼板2正、反面與外層鋼管鋼板4之間分別垂直焊接有等間距布置的平行耗能鋼板 1，從而構成平行耗能鋼板集束，平行耗能鋼板集束與內部鋼板2、外層鋼管以及端部鋼板3 之間的所有空隙部分填充有發泡劑5用以防止潮溼空氣與鋼材及焊縫接觸。平行耗能鋼板 1為低碳鋼鋼板，且平行耗能鋼板為兩端寬、中間窄的形狀。其中，本實施例的內部鋼板2為 兩塊，兩塊內部鋼板2分別從外層鋼管兩端的端部鋼板3孔洞穿過並置於鋼管內部，兩塊內 部鋼板2之間同心並間隔一定距離。上述平行耗能軟鋼板約束型防屈曲支撐的製作方法，該方法包括以下步驟1)配置外層鋼管中的鋼板4，並在用於端部的鋼板3上預留用於穿過內部鋼板2 的孔洞；2)配置內部鋼板2和用於製作平行耗能鋼板集束的低碳鋼鋼板，將低碳鋼鋼板做 成兩端較寬，中間窄的形狀；3)根據耗能能力的需求，將若干個低碳鋼鋼板等間距地垂直焊接於內部鋼板2的 一面，之後在反面也對稱的焊接低碳鋼鋼板；4)將每塊低碳鋼鋼板的另一端與製作外層鋼管的鋼板4焊接；5)將已預留孔洞的外層鋼管端部鋼板3套上內部鋼板2，並將端部鋼板3和已與 低碳鋼鋼板焊接的外層鋼管鋼板4焊接；6)焊接外層鋼管的其他鋼板4，但留下一面開口不焊；7)在開口的一側灌入發泡劑5，填補外層鋼管內所有空隙；8)待發泡劑灌入完畢，焊接最後一塊外層鋼管鋼板4以封閉外層鋼管。實施例2本實施例如圖5 圖7，其結構及製作方法與實施例1基本相同，不同之處僅在於 其中的內部鋼板2為一塊，該塊內部鋼板2從外層鋼管一端的端部鋼板3孔洞穿過並置於 鋼管內部，內部鋼板2與外層鋼管另一端的端部鋼板3保持一定距離。即本實施例中的內 部鋼板2隻在外層鋼管的一端配置，另一端的鋼板封閉並在其上焊接與結構構件連接的端 頭，從而構成單側耗能的平行耗能軟鋼板約束型防屈曲支撐。
權利要求
平行耗能軟鋼板約束型防屈曲支撐，其特徵在於包括外層鋼管、內部鋼板(2)和連接這兩部分的平行耗能鋼板集束，所述外層鋼管由外層鋼管鋼板(4)焊接而成，外層鋼管兩端設置有端部鋼板(3)用以密封外層鋼管，所述內部鋼板(2)從端部鋼板(3)中的孔洞穿過並置於外層鋼管內部，內部鋼板(2)正、反面與外層鋼管鋼板(4)之間分別垂直焊接有等間距布置的平行耗能鋼板(1)，從而構成平行耗能鋼板集束，平行耗能鋼板集束與內部鋼板(2)、外層鋼管以及端部鋼板(3)之間的所有空隙部分填充有發泡劑(5)用以防止潮溼空氣與鋼材及焊縫接觸。
2.根據權利要求1所述的平行耗能軟鋼板約束型防屈曲支撐，其特徵在於所述平行 耗能鋼板(1)為低碳鋼鋼板。
3.根據權利要求1所述的平行耗能軟鋼板約束型防屈曲支撐，其特徵在於所述平行 耗能鋼板(1)為兩端寬、中間窄的形狀。
4.根據權利要求1所述的平行耗能軟鋼板約束型防屈曲支撐，其特徵在於所述內部 鋼板(2)為兩塊，兩塊內部鋼板(2)分別從外層鋼管兩端的端部鋼板(3)孔洞穿過並置於 鋼管內部，兩塊內部鋼板⑵之間同心並間隔一定距離。
5.根據權利要求1所述的平行耗能軟鋼板約束型防屈曲支撐，其特徵在於所述內部 鋼板(2)為一塊，該塊內部鋼板(2)從外層鋼管一端的端部鋼板(3)孔洞穿過並置於鋼管 內部，內部鋼板(2)與外層鋼管另一端的端部鋼板(3)保持一定距離。
6.如權利要求1-5中任一權利要求所述的平行耗能軟鋼板約束型防屈曲支撐的製作 方法，其特徵在於，該方法是按以下順序進行的1)配置外層鋼管中的鋼板(4)，並在用於端部的鋼板(3)上預留用於穿過內部鋼板(2) 的孔洞；2)配置內部鋼板(2)和用於製作平行耗能鋼板集束的低碳鋼鋼板，將低碳鋼鋼板做成 兩端較寬，中間窄的形狀；3)根據耗能能力的需求，將若干個低碳鋼鋼板等間距地垂直焊接於內部鋼板(2)的一 面，之後在反面也對稱的焊接低碳鋼鋼板；4)將每塊低碳鋼鋼板的另一端與製作外層鋼管的鋼板(4)焊接；5)將已預留孔洞的外層鋼管端部鋼板(3)套上內部鋼板(2)，並將端部鋼板(3)和已 與低碳鋼鋼板焊接的外層鋼管鋼板(4)焊接；6)焊接外層鋼管的其他鋼板(4)，但留下一面開口不焊；7)在開口的一側灌入發泡劑(5)，填補外層鋼管內所有空隙；8)待發泡劑灌入完畢，焊接最後一塊外層鋼管鋼板(4)以封閉外層鋼管。
全文摘要
本發明涉及一種帶耗能裝置的防屈曲支撐，特別涉及一種平行耗能軟鋼板約束型防屈曲支撐及其製作方法。本發明將平行耗能鋼板集束中的每塊鋼板等間距地焊接於內部鋼板上，再將外層鋼管的鋼板焊接於平行耗能鋼板上，在封閉外層鋼管之前在所有空隙中灌入發泡劑，以防止鋼管內部結構的鏽蝕，最後將外層鋼管封閉，組成平行耗能軟鋼板約束型防屈曲支撐。本發明的防屈曲支撐將耗能裝置完全置於外層鋼管內部，且通過該裝置將外層鋼管和內部鋼板結合成一體，不但解決了現有防屈曲支撐中內芯的外露部分容易屈曲的問題，而且避免了現有防屈曲支撐中內芯剛度不足和外圍約束部分剛度與強度不足的缺點，從而提高了耗能裝置工作效率，充分發揮了防屈曲支撐的作用。
文檔編號E04B1/98GK101984194SQ201010554520
公開日2011年3月9日 申請日期2010年11月19日 優先權日2010年11月19日
發明者彭斌, 曹萬林 申請人:北京工業大學