一種配筋灌漿套管耗能元件的製作方法

2023-05-13 04:01:06

專利名稱：一種配筋灌漿套管耗能元件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種固定建築物的支撐構件，特別涉及一種支撐構件的耗能元 件，用於降低地震荷載效應對建築物和構築物結構的破壞。
背景技術：
隨著多、高層建築興建日益增加，抗震成為結構設計的主要研究對象。傳統 的抗震設計方法以"抗"為主要思路，由於其經濟性和安全性方面都存在問題， 故漸漸被結構控制技術所取代。結構控制技術包括主動結構控制技術和被動結構 控制技術。耗能支撐技術是被動控制技術中較常見的一種，是新建建築的抗震設 防和既有建築的抗震加固提高結構抗震性能的一種非常實用的途徑。
普通耗能支撐是建築結構中的非承重構件，有消能支撐組成的體系可以安裝 在柱間或抗震牆間，其做法是在普通支撐上安裝各種作用不同的消能節點或阻尼 裝置。該裝置在正常使用荷載及小震作用下一般不發生作用。在遇到強烈地震時， 當結構的主要承重構件尚未發生屈服時，耗能支撐裝置開始滑移或轉動而發生作 用，以增大阻尼或以摩擦功消耗地震輸入結構的能量，從而使結構改變動力特性， 達到保護主體結構的目的和起到減震的作用。目前，已開發出多種耗能減震支撐，
它們可歸納為以下三類摩糹察耗能減震支撐、粘性和粘彈性阻尼器耗能減震支撐、 防屈曲金屬耗能減震支撐。
摩擦耗能減震支撐通過支撐的滑動來消耗和吸收地震能量；粘性和粘彈性阻 尼器耗能減震支撐中的粘彈性阻尼器是由粘彈性材料與約束鋼板交替疊合而成 的，是一種主要與速度相關的減震裝置。它通過粘彈性材料的剪切滯回變形來增 加結構的阻尼，耗散輸入的地震能量，從而減小結構的振動反應；金屬屈曲耗能 減震支撐利用金屬材料進入塑性範圍後的較好滯回性能耗能減震。現有的耗能支 撐採用在普通支撐上安裝各種作用不同的耗能元件、阻尼裝置或者採用大延性金屬材料製作的作法，具有造價較高、震後不便於維修更換、加工精度要求高、安
裝複雜等缺點，限制了^4&支撐的廣泛應用。

發明內容
針對上述現有技術的不足，本發明要解決的技術問題是提供一種便於維修更 換、加工簡單、施工簡便、性能優越、造價低廉的支撐耗能元件，它能較經濟地 解決新建建築的消能減震和既有建築抗震加固的技術問題，同時，非地震狀態時 也是建築結構的承重構件。
為解決上述技術問題，本發明釆用如下技術方案
一種配筋灌漿套管^^能元件，包括內管和外管，所述內管和外管同軸4荅接， 所述外管與所述內管4荅接^:之間的縫隙處設有膨脹水泥漿，所述膨脹水泥漿中設 有箍筋，所述膨脹水泥漿固化後形成膨脹水泥環。
基於上述主要技術特徵，所述外管搭接段的內管壁上設有抗剪鍵。
基於上述主要技術特徵，所述內管的外壁上裹有金屬皮，所述金屬皮的外表 面設有數根沿內管軸向延伸的分布鋼筋，所述分布鋼筋上設有數個鋼筋頭。
基於上述主要技術特徵，所述外管與所述內管搭接段的外端設有外環板，所 述外管與所述內管搭接段的內端設有內環板，所述外環板和所述內環板與所述外 管固定連接，所述內環板、外環板內管和所外管圍成一灌漿空腔，所述灌漿空腔 外壁上設有灌漿孔，所述膨脹水泥漿位於所述灌漿空腔內。
基於上述主要技術特徵，所述箍筋為螺旋形箍筋或圓環形的金屬網片。
基於上述主要技術特徵，所述抗剪鍵為焊在所述外管搭接段內壁表面的堆焊 點或焊縫或截短鋼筋或栓釘。
基於上述主要技術特徵，所述灌漿孔位於所述內環板上或所述外環板上或所述外管的灌漿空腔段上或所述內管的灌漿空腔段上。
基於上述主要技術特徵，所述灌漿孔設置在所述內管的灌漿空腔段上，所述 金屬皮上開有和所述內管上的灌漿孔位置對應的孔。
基於上述主要技術特徵，所述膨脹水泥中混有纖維。
基於上述主要4支術特徵，所述纖維為為鋼纖維或^f友纖維或玻璃纖維。 基於上述主要4支術特徵，所述膨脹水泥中混有砂。
本發明的有益效果在於本發明利用膨脹水泥漿的化學預應力，使膨脹水泥
環和鋼管的接觸面壓緊以增大兩者之間的摩擦力，箍筋的存在可以限制裂縫的開 展，阻止膨脹水泥漿的碎裂，從而提高該耗能元件的承載力和滯回耗能性能。在 正常使用狀態下，該發明可以承受很大的軸向荷載，並具備和普通支撐一樣的剛
度；而在地震荷載作用下，該發明通過內外管的相對滑動來消耗和吸收地震能量。
其作用機理，使得構件在加工精度上沒有太高的要求，節省鋼材，造價低廉。該 發明在震災中破壞失效後，僅需對支撐耗能元件進行更換即可。採用該支撐對結 構設計人員無額外工作量，現場安裝簡便，無特殊技術要求。
採用本發明的耗能支撐可以取代現有的摩擦耗能減震支撐、粘性和粘彈性阻 尼器耗能減震支撐和防屈曲金屬耗能減震支撐在結構中使用，用途廣泛。雖然， 灌漿套管連接在建築工程的構件連接中有所應用，但僅僅停留在鋼管連接的層面 上，其對多、高層建築、空間結構、網架結構的消能減震和既有建築的抗震加固 的應用並未^皮認識到，本發明用一種施工簡單、成本低廉的方法解決了新建建築 的消能減震和既有建築的抗震加固技術問題。


圖1為本發明實施例的結構示意圖。圖2為本發明實施例環板的機構示意圖。
圖3是本發明實施例螺旋形箍筋的示意圖。
圖4為本發明實施例保護件展開的機構示意圖。
圖5為本發明實施例抗剪鍵採取堆焊點形式的示意圖。
圖6為本發明實施例抗剪鍵採取堆焊縫形式的示意圖。
圖7為本發明實施例抗剪鍵採取截短鋼筋形式的示意圖。
具體實施例方式
下面接合附圖，對發明的優選實施例進行詳細的介紹。
如圖1所示，作為本發明的一個實施例，該灌漿套管耗能元件，包括內管l 和外管2，內管1沿管軸線插入外管2內同軸搭接，內管1外壁及外管2內壁表 面均可進行噴砂或噴丸處理，外管2與內管1搭接段的外端設有環形外環板4， 外管2與內管1搭接段的內端設有環形內環板5 (如圖2所示)，外環板4和內 環板5隻與外管2固定連接，內環板5，外環板4、內管1和所述外管2圍成灌 漿空腔3,灌漿空腔3壁上設有灌漿孔，灌漿空腔3內通過灌漿孔注入膨脹水泥， 並形成膨脹水泥環，灌漿空腔3內設螺旋形箍筋10 (如圖3所示)，外管2搭接 段的內管壁上設有抗剪鍵6，內管1的外壁上裹有金屬皮7，金屬皮7的外表面 設有數根沿內管軸向延伸的分布鋼筋8,分布鋼筋8上設有數個鋼筋頭9。
在灌漿空腔3內灌注了膨脹水泥漿後，固結後膨脹水泥漿體積膨脹形成水泥 環，由於內外套管對水泥環的約束從而使水泥環和管體之間產生徑向預應力，增 加了水泥環和管體之間的摩擦力，箍筋的存在可以限制裂縫的開展，阻止膨脹水 泥漿的碎裂，從而有效提高該耗能元件的承載力和滯回耗能性能。當內外管在地 震力作用下發生往復相對位移時，滑動面上的摩擦力做功消耗地震輸入結構的能量，起到消能減震的作用。
水泥漿兩端加固定外環板4和內環板5後，膨脹水泥漿受到三向約束，使連
接段的預應力有所提高。外環板4和內環板5可以根據實際情況同時使用，也可
以只使用內環板4或外環板5 。由於環板限制了連接段膨脹水泥漿與外管之間的
相對位移，破壞面將出現在內管外壁和膨脹水泥漿的接觸面上，外管內表面加焊
抗剪鍵，利用膨脹水泥漿和抗剪鍵的咬合力提高外管和水泥漿環體的連接強度，將破壞面控制在內管外壁與水泥漿環的接觸面上，往復荷載作用下，該種破壞形
式對本耗能元件的受力性能有利。而由金屬皮、分布鋼筋和鋼筋頭組成的保護件
可以保護膨脹水泥環的內表面，防止其在往復摩擦下碎裂而引起承載力的退化。 為了灌漿方便，灌漿孔也可開在灌漿空腔壁上的任何地方，數量可以一個也 可以是多個，圖2中表示的灌漿孔11開在了環板上。抗剪件採取堆焊點12的形 式(如圖5所示)，採取堆焊縫13的形式(如圖6所示)，或採取截短鋼筋14 的形式(如圖7所示)。加工精度要求不高，設置抗剪件無方向要求，可隨機布 置。
由於膨脹水泥漿抗壓強度高，但受拉力易發生碎裂，因此可在膨脹水泥中加 入纖維，纖維的加入在極大程度上改善了膨脹水泥漿的受力性能，提高了該種發 明的承載力和滯回耗能性能。膨脹水泥漿中添加的纖維包括碳纖維和鋼纖維等， 纖維種類、摻量需按工程實際情況選取。為了減少水泥漿液化後的收縮，也可在 膨脹水泥漿中可混入砂。
本發明的耗能減震性能主要由元件尺寸和膨脹水泥漿的膨脹率決定，膨脹劑 的選取，其膨脹水泥漿的配合比很大程度上影響著該種發明的性能。
本發明在正常使用荷載作用下依靠鋼管與膨脹水泥漿之間的摩擦力和粘結 力傳遞軸力作用。在大的地震作用下，依靠鋼管與膨脹水泥漿之間的滑動摩擦來 消耗地震能量。本發明的製作工藝根據本發明的元件承載力等級確定內外鋼管的具體尺寸 和鋼管套接段的長度，並根據鋼管尺寸確定環板和保護件的相應尺寸。外環板可 加工成整個圓環或兩個半環，可在端部環板上加開灌漿孔。加工內外環板和保護 件(如不使用內環板或外環板時可採用臨時模板代替)，完成內外環板和外管的 連接，將抗剪鍵均勻分布地焊接在外管的內表面上。如需要加入箍筋，則將箍筋 放置在外管內的兩個環板之間，將泡沫塑料卡入外管內至內環板位置以限定灌漿 段的長度。將保護件緊密包裹在內管外，並用金屬絲固定。將內外管準確定位， 確保兩管軸線重合。膨脹水泥漿按配比拌和，迅速將拌和完畢的膨脹水泥漿通過 灌漿孔灌入灌漿空腔，灌漿後通過敲擊等方法對其進行振搗，幫助膨脹水泥漿中 的空氣排出，保證膨脹水泥漿的密實。然後在連接段封蓋塑料膜養護即可。
以上對本發明實施例所提供的 一種配筋灌漿套管耗能元件進行了詳細介紹， 對於本領域的一般技術人員，依據本發明實施例的思想，在具體實施方式
及應用 範圍上均會有改變之處(如纖維膨脹水泥漿中纖維的種類等)。綜上所述，本說 明書內容不應理解為對本發明的限制，凡依本發明設計思想所做的任何改變都在 本發明的保護範圍之內。
權利要求
1、一種配筋灌漿套管耗能元件，其特徵在於包括內管(1)和外管(2)，所述內管(1)和外管(2)同軸搭接，所述外管(2)與所述內管(1)搭接段之間的縫隙處設有膨脹水泥漿，所述膨脹水泥漿中設有箍筋(10)，所述膨脹水泥漿固化後形成膨脹水泥環。
2、 根據權利要求1所述的一種配筋灌漿套管耗能元件，其特徵在於所述外 管(2 )搭接段的內管壁上設有抗剪鍵(6 )。
3、 根據權利要求1或2所述的一種配筋灌漿套管耗能元件，其特徵在於所 述內管(1)的外壁上裹有金屬皮(7),所述金屬皮(7)的外表面設有數根 沿內管軸向延伸的分布鋼筋(8 )，所述分布鋼筋(8 )上設有數個鋼筋頭(9 )。
4、 根據權利要求1或2所述的一種配筋灌漿套管耗能元件，其特徵在於所 述外管(2)與所述內管(1)搭接段的外端設有外環板(4)，所述外管(2) 與所述內管(1)搭接段的內端設有內環板(5)，所述外環板(4)和所述內 環板(5 )與所述外管(2 )固定連接，所述內環板(5 )、外環板(4 )內管(1) 和所外管(2)圍成一灌漿空腔(3),所述灌漿空腔(3)外壁上設有灌漿孔，所 述膨脹水泥漿位於所述灌漿空腔(3)內。
5、 根據權利要求3所述的一種配筋灌漿套管耗能元件，其特徵在於所述外 管(2 )與所述內管(1 ) 41^妄段的外端設有外環板(4 )，所述外管(2 )與所 述內管(1 )搭接段的內端設有內環板(5 )，所述外環板(4 )和所述內環板(5 )與所述外管(2 )固定連接，所述內環板(5 )、外環板(4 )內管(1) 和所外管(2)圍成一灌漿空腔(3),所述灌漿空腔(3)外壁上設有灌漿孔，所 述膨脹水泥漿位於所述灌漿空腔(3)內。
6、 根據權利要求1或2所述的一種配筋灌漿套管耗能元件，其特徵在於所述箍筋(10)為螺旋形箍筋或圓環形的金屬網片。
7、 根據權利要求3所述的一種配筋灌漿套管耗能元件，其特徵在於所述箍 筋(10)為螺旋形箍筋或圓環形的金屬網片。
8、 根據權利要求4所述的一種配筋灌漿套管耗能元件，其特徵在於所迷箍 筋(10)為螺旋形箍筋或圓環形的金屬網片。
9、 根據權利要求2所述的一種配筋灌漿套管耗能元件，其特徵在於所述抗 剪鍵(6 )為焊在所述外管(2 )搭接段內壁表面的堆焊點(11)或焊縫(12 或截短鋼筋(13)或栓釘。
10、 根據權利要求4所述的一種配筋灌漿套管耗能元件，其特徵在於所述灌 漿孔位於所述內環板(5 )上或所述外環板(4 )上或所述外管(2 )的灌漿空 腔段或所述內管管(1)的灌漿空腔段上。
11、 根據權利要求5所述的一種配筋灌漿套管耗能元件，其特徵在於所述灌 漿孔設置在所述內環板(5 )或所述外環板(4 )或所述外管(2 )的灌漿空腔(3)段上。
12、 根據權利要求5所述的一種配筋灌漿套管耗能元件，其特徵在於所述灌 漿孔設置在所述內管(1)的灌漿空腔(3 )段上，所述金屬皮(7 )上開有和 所述內管上的灌漿孔位置對應的孔。
13、 根據權利要求1或2或5或7至12任意一項權利要求所述的一種配筋灌 漿套管耗能元件，其特徵在於所述膨脹水泥中混有纖維。
14、 根據權利要求13所述的一種配筋灌漿套管耗能元件，其特徵在於所述 纖維為鋼纖維或^友纖維或玻璃纖維。
15、 根據權利要求3所述的一種配筋灌漿套管耗能元件，其特徵在於所述膨脹水泥中混有纖維。
16、 根據權利要求4所述的一種配筋灌漿套管耗能元件，其特徵在於所述膨 脹水泥中混有纖維。
17、 根據權利要求6所述的一種配筋灌漿套管耗能元件，其特徵在於所述膨 脹水泥中混有纖維。
18、 根據權利要求15至17任意一項權利要求所述的一種配筋灌漿套管耗能元 件，其特徵在於所述纖維為鋼纖維或碳纖維或玻璃纖維。
19、 根據權利要求1或2或5或7至12或14至17中任意一項權利要求所述 的一種配筋灌漿套管耗能元件，其特徵在於所述膨脹水泥中混有砂、。
20、 根據權利要求3所述的一種配筋灌漿套管耗能元件，其特徵在於所述膨 脹水泥中混有砂。
21、 根據權利要求4所述的一種配筋灌漿套管耗能元件，其特徵在於所述膨 脹水泥中混有砂。
22、 根據權利要求6所述的一種配筋灌漿套管耗能元件，其特徵在於所述膨 脹水泥中混有砂。
23、 根據權利要求13所述的一種配筋灌漿套管耗能元件，其特徵在於所述 膨脹水泥中混有砂。
24、 根據權利要求18所述的一種配筋灌漿套管耗能元件，其特徵在於所述 膨脹水泥中混有砂。
全文摘要
本發明公開了一種配筋灌漿套管耗能元件，包括內管和外管，內管和外管同軸搭接，內管和外管之間形成空腔，空腔內形成水泥環，灌漿空腔內設有箍筋。本發明利用膨脹水泥漿的化學預應力使膨脹水泥環和管體的接觸面摩擦力增大，箍筋的存在可以限制裂縫的開展，阻止膨脹水泥漿的碎裂，從而提高了該耗能元件的承載力和滯回耗能性能。在正常使用狀態下，該發明可作為普通支撐；而在地震荷載作用下，該發明通過內外管的相對滑動來消耗和吸收地震能量。該元件在加工精度上沒有太高的要求，節省鋼材，造價低廉。該發明在震災中破壞失效後，僅需對支撐耗能元件進行更換即可。
文檔編號E04B1/98GK101525912SQ200910048900
公開日2009年9月9日 申請日期2009年4月7日 優先權日2009年4月7日
發明者李國強, 震 王, 蔣首超, 趙媛媛 申請人:同濟大學