角鋼裝配式鋼結構預應力防屈曲支撐的製作方法

2023-05-05 14:05:41

專利名稱：角鋼裝配式鋼結構預應力防屈曲支撐的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種新型的支撐結構形式，特別是建築領域應用的一種角鋼裝配式鋼結構預應力防屈曲支撐。
背景技術：
傳統支撐因其剛度大，在強震作用下拉應力通常超過彈性極限而屈服，產生不可恢復的殘餘變形；受壓時則容易受發生壓屈曲。在地震反覆作用下，其耗能效果不大，也難以較好的保護主體結構不受破壞。防屈曲支撐構件作為應用於多、高層結構中的抗側力耗能裝置，通過鋼材的彈塑性來耗能，在經歷大震後產生較大的殘餘變形.強烈地震使結構產生的過大側向變形及殘餘變形是結構破壞倒塌的直接原因。並且傳統防屈曲支撐還具有混凝土外圍約束構件所導致的加工精度控制困難、溼作業工作量大等諸多問題。現有支撐與主體結構大多用受剪螺栓連接，不能充分發揮螺栓的力學性能，螺栓數量較多，現場施工不方便，結構成本較高。最近幾年，國內外學者對裝配式鋼結構預應力防屈曲支撐的研究還很少，並未真正實現鋼結構預應力防屈曲支撐的工業化快速、集成生產。

發明內容
本發明的目的在於克服現有上述缺陷，提供一種新型角鋼裝配式鋼結構預應力防屈曲支撐，該發明能夠實現主體鋼結構和支撐構件的快速、合理安裝。並且在小震下具有很強的承載力、通過提高其初始受拉承載力，減小甚至消除其在大震下的殘餘變形，具有很強的耗能能力。為了達到上述目的，本發明採用如下技術方案:角鋼裝配式鋼結構預應力防屈曲支撐包括內部耗能內芯、外圍角鋼約束構件、預應力索三部分。其特徵在於:所述內部耗能內芯為一字型單片鋼板。為使耗能內芯易於進入塑性耗能，削弱耗能內芯板中部，呈圓弧形。耗能內芯端部並排連接兩塊與之垂直的連接板:上連接板、下連接板。上連接板帶有螺栓孔，由高強螺栓與框架連接在一起。下連接板板面內有尺寸與耗能內芯截面尺寸相同的空洞。將耗能內芯穿過下連接板，頂緊上連接板，三者焊接在一起。上、下兩連接板由雙排上下連接板加勁肋焊接連接在一起。上下連接板加勁肋與兩板均垂直。耗能內芯兩端直接構造完全相同。所述外圍角鋼約束構件為四個角鋼，先兩兩肢背對其焊接在一起，呈倒著的T字形。再將兩個T字形的翼緣用螺栓連接在一起。或四個角鋼排成十字形，兩兩相對的肢背間用螺栓連接。每個螺栓套有套管，套管長度與耗能內芯厚度相同。套筒位於螺栓連接的兩肢背間。每個角鋼的雙肢間均連有橫向加勁肋，橫向加勁肋間距有計算確定。預應力索穿過橫向加勁肋，兩端與內部耗能內芯的兩個下連接板相連連接點位於兩相鄰短加勁肋區格的中心。預應力大小有計算確定。
在工廠將所述內部耗能內芯、外圍角鋼約束構件、預應力索三部分組裝連接在一起。在現場將所述角鋼形裝配式鋼結構預應力防屈曲支撐用高強螺栓與框架相連接。當水平力作用於結構時，所述角鋼裝配式鋼結構預應力防屈曲支撐的水平力分量減小甚至抵消作用於結構的水平力，使結構的層間位移為較小值，滿足規範的要求。有益效果本發明採用施工階段能夠實現快速裝配式並能夠有效抵抗水平側移的一種槽鋼裝配式鋼結構預應力防屈曲支撐。這種支撐形式不僅能夠有效地實現鋼結構構件加工的工業化而且能夠極大地提高施工速度並大幅度降低用鋼量。此槽鋼裝配式鋼結構預應力防屈曲支撐與主體結構用受拉螺栓連接，可以充分發揮螺栓的力學性能，降低結構成本。將預應力技術引入鋼結構支撐中，在小震作用下此預應力防屈曲支撐構件有很大的抗側剛度；在中震或大震作用下，此預應力防屈曲支撐構件在拉、壓時均能實現全截面充分屈服而不出現支撐構件的整體或局部屈曲破壞，並減小或者消除耗能晶片的殘餘變形，使原來通過主體結構梁端塑性鉸的耗能方式轉變為只在防屈曲支撐部件上集中耗能，從而較好地保護了主體結構。此預應力防屈曲支撐構件即具有很強的初始剛度又有很好的耗能效果，通過本身的抗側、耗能來減小構件截面尺寸，降低結構成本。


圖1本發明構件構造2本發明構件的側面3本發明構件內部耗能內芯4本發明外部角鋼約束構件5本發明構件的預應力索圖其中，1-角鋼形裝配式鋼結構預應力防屈曲支撐；2_內部耗能內芯；3_外部角鋼約束構件；4-預應力索；5-上連接板；6-下連接板；7-橫向加勁肋；8-上下連接板加勁肋；9-套管具體實現方式下面結合附圖具體說明所述結構體系的實現方式。如圖1-2所示，本發明為一種角鋼形裝配式鋼結構預應力防屈曲支撐，由內部耗能內芯、外圍角鋼約束構件、預應力索三部分構成。內部耗能內芯插入外圍角鋼約束構件的中間空隙中。預應力索對稱布置在耗能內芯兩側，穿過橫向加勁肋，數量由計算確定。為使內部耗能內芯軸向變形耗能，使得內部耗能內芯比外圍框架約束構件長一個距離D，D值有計算確定。如圖3所示:所述內部耗能內芯為一字型單片鋼板。為使耗能內芯易於進入塑性耗能，削弱晶片板中部，呈圓弧形。耗能內芯一端為兩塊與之垂直的連接板:上連接板、下連接板，與耗能內芯垂直焊接連接。最上面一塊連接板帶有螺栓孔，由高強螺栓與框架連接在一起。上、下面兩連接板由短加勁肋焊接連接在一起。短加勁肋與兩板均垂直。耗能內芯另一端直接與外圍框架約束構件底部連接板焊接在一起。
如圖4所示:所述外圍角鋼約束構件為四個角鋼，先兩兩肢背對其焊接在一起，呈倒著的T字形。再將兩個T字形的翼緣用螺栓連接在一起。或四個角鋼排成十字形，兩兩相對的肢背間用螺栓連接。每個螺栓套有套管，套管長度與耗能內芯厚度相同。套筒位於螺栓連接的兩肢背間。每個角鋼的雙肢間均連有橫向加勁肋，橫向加勁肋間距有計算確定。如圖5所示:預應力索兩端與內部耗能內芯的兩個下連接板相連。預應力索的預應力大小、數量由計算確定。
權利要求
1.一種角鋼裝配式鋼結構預應力防屈曲支撐，其特徵在於:包括內部耗能內芯(2)、外部角鋼約束構件(3)、預應力索(4);外部角鋼約束構件(3)沿著長度方向設置有中間空隙，內部耗能內芯(2)插入外部角鋼約束構件(3)的中間空隙中；外部角鋼約束構件(3)兩側沿著長度方向設置有橫向加勁肋(7)，預應力索(4)對稱布置在內部耗能內芯(2)兩側，穿過橫向加勁肋(7);為使內部耗能內芯軸向變形耗能，內部耗能內芯(2)長度大於外部角鋼約束構件(3)，內部耗能內芯(2)兩端伸出外部角鋼約束構件(3)外。
2.根據權利要求1所述的一種角鋼裝配式鋼結構預應力防屈曲支撐，其特徵在於:所述內部耗能內芯(2)為一字型單片鋼板；為使耗能內芯(2)易於進入塑性耗能，內部耗能內芯(2)中部削弱，沿長度方向呈圓弧形；內部耗能內芯(2)長度方向垂直的連接板:即直接與內部耗能內芯(2 )連接的上連接板(5 )、和與上連接板(5 )連接的下連接板(6 )，上連接板(5)和下連接板(6與耗能內芯(2)垂直焊接連接；下連接板(6)上設置有螺栓孔，用於用螺栓將防屈曲支撐與框架連接在一起；上連接板(5 )和下連接板(6 )由上下連接板加勁肋(8 )焊接連接在一起。上下連接板加勁肋(8)與連接板均垂直；耗能內芯(2)兩端構造完全相同。
3.根據權利要求1所述的一種角鋼裝配式鋼結構預應力防屈曲支撐，其特徵在於:所述外部角鋼約束構件(3)為四個角鋼，先兩兩肢背對其焊接在一起，呈倒著的T字形。再將兩個T字形的翼緣用螺栓連接在一起；或四個角鋼排成十字形，兩兩相對的肢背間用螺栓連接；每個螺栓套有套管(9)，套管(9)長度與耗能內芯(2)厚度相同；套管(9)位於螺栓連接的兩肢背間；每個角鋼的雙肢間均沿長度方向設置橫向加勁肋(7)。
4.根據權利要求1所述的一種角鋼形裝配式鋼結構預應力防屈曲支撐，其特徵在於:預應力索(4)兩端與內部耗能內芯(7)連接的的兩個下連接板(6)相連。預應力索(4)施加預應力。
全文摘要
一種角鋼裝配式鋼結構預應力防屈曲支撐,屬於建築施工技術領域，其包括內部耗能內芯(2)、外部角鋼約束構件(3)、預應力索(4)；外部角鋼約束構件(3)沿著長度方向設置有中間空隙，內部耗能內芯(2)插入外部角鋼約束構件(3)的中間空隙中；外部角鋼約束構件(3)兩側沿著長度方向設置有橫向加勁肋(7)，預應力索(4)對稱布置在內部耗能內芯(2)兩側，穿過橫向加勁肋(7)；為使內部耗能內芯軸向變形耗能，內部耗能內芯(2)長度大於外部角鋼約束構件(3)，內部耗能內芯(2)兩端伸出外部角鋼約束構件(3)外。在地震作用下，所述角鋼裝配式鋼結構預應力防屈曲支撐充分耗能，使結構的層間位移為較小值，滿足規範的要求。
文檔編號E04B1/98GK103195187SQ20131012569
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月11日 優先權日2013年4月11日
發明者張愛林, 葉全喜, 劉學春, 趙越 申請人:北京工業大學