專利名稱：角鋼無屈曲消能支撐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件，特別涉及一種無屈曲消能支撐。
背景技術(shù)：
眾所周知，現(xiàn)代的建筑結(jié)構(gòu)都要考慮結(jié)構(gòu)的抗震，尤其是建于地震區(qū)的建筑，此外結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)還需要考慮抗風(fēng)性能。鋼結(jié)構(gòu)由于良好的材料性能，被廣泛用于許多土木工程中。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，高層建筑物的數(shù)量在不斷地增加，而其中又以鋼結(jié)構(gòu)和鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)增加的比例最大。現(xiàn)有鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)大多采用抗彎鋼框架體系、支撐框架結(jié)構(gòu)以及雙重結(jié)構(gòu)體系，而其中以抗彎框架體系最為常用。但是對(duì)于抗彎框架體系的高層建筑而言，由于建筑的高度增加而使其結(jié)構(gòu)相對(duì)變?nèi)?，結(jié)構(gòu)的變形往往超過規(guī)范規(guī)定的側(cè)移限值，因此結(jié)構(gòu)就需要提高整體的剛度。另外，在大地震的作用下，結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生過大的非線性變形，往往造成震后結(jié)構(gòu)修復(fù)困難或者修復(fù)成本過高，因而不符合經(jīng)濟(jì)要求。支撐框架結(jié)構(gòu)具有較好的經(jīng)濟(jì)性，但是由于傳統(tǒng)的支撐鋼結(jié)構(gòu)體系在支撐受壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生屈曲，故往往需要加大支撐的斷面以符合設(shè)計(jì)需求，從而又降低了其經(jīng)濟(jì)性，即便如此，仍然不能保證在強(qiáng)震動(dòng)下避免屈曲的發(fā)生。有鑒于此，國(guó)外一些研究者開發(fā)出一種受壓時(shí)沒有屈曲發(fā)生的構(gòu)件，稱為屈曲約束支撐(Buckling-Restrained Braces)或者無屈曲消能支撐，把它們作為阻尼器使用在高層建筑結(jié)構(gòu)中。目前，無屈曲消能支撐已在日本、美國(guó)、加拿大等國(guó)家得到了廣泛應(yīng)用，但在國(guó)內(nèi)尚未發(fā)現(xiàn)有關(guān)研究資料。
普通的支撐在承受軸向壓力達(dá)到一定極限的時(shí)候就會(huì)發(fā)生屈曲現(xiàn)象，當(dāng)屈曲發(fā)生后，支撐就失去了承載能力。無屈曲消能支撐能夠在承受軸向壓力時(shí)不發(fā)生屈曲，而是與受拉一樣發(fā)生屈服，從而能夠大量吸收輸入整個(gè)體系的能量，因此可以用作為一個(gè)阻尼裝置。
無屈曲消能支撐一般由以下三個(gè)基本部分組成軸力構(gòu)件單元，屈曲約束單元和連接單元。軸力構(gòu)件單元位于軸心，屈曲約束單元環(huán)包在它的周圍，連接單元在軸力構(gòu)件單元的二端。
當(dāng)軸力構(gòu)件單元受壓時(shí)，由于受到外部的屈曲約束單元的約束，使軸力構(gòu)件單元不會(huì)發(fā)生屈曲。當(dāng)壓力達(dá)到其屈服荷載時(shí)，軸力構(gòu)件單元會(huì)發(fā)生屈服從而耗散輸入體系的能量。無屈曲消能支撐一般是以軸心支撐的形式連接在鋼結(jié)構(gòu)框架的梁柱節(jié)點(diǎn)上的，它主要用作為結(jié)構(gòu)的抗水平力(風(fēng)或地震)構(gòu)件。在水平荷載作用下，只要支撐不發(fā)生屈曲，它就可以吸收輸入系統(tǒng)的能量，起到了結(jié)構(gòu)的阻尼器的作用，從而達(dá)到提高結(jié)構(gòu)剛度、控制結(jié)構(gòu)側(cè)移的目的。
1993年日本鋼結(jié)構(gòu)年會(huì)論文集第I冊(cè)上登載的論文《帶有雙鋼管支撐的鋼框架的水平加載試驗(yàn)》(Horizontally loading test of the steel frame bracedwith double-tube members)中披露了一種無屈曲消能支撐，其結(jié)構(gòu)和安裝見圖1和圖2。圖中所示的雙鋼管消能支撐22由圓鋼管軸力構(gòu)件13、屈曲約束內(nèi)管19、半球殼支撐端部14和連接端板15所組成，其一端連接在鋼結(jié)構(gòu)的柱20和梁21的節(jié)點(diǎn)上，其另一端連接在該鋼框架的另一節(jié)點(diǎn)或者梁上。該雙鋼管消能支撐22的最外圍是圓鋼管軸力構(gòu)件13，它承受著軸力荷載，其鋼管內(nèi)腔中設(shè)有同樣由圓鋼管構(gòu)成的屈曲約束內(nèi)管19(見圖2中C-C)，該屈曲約束內(nèi)管19從內(nèi)部對(duì)圓鋼管軸力構(gòu)件13形成了約束，以防止圓鋼管軸力構(gòu)件13在承載到一定極限時(shí)發(fā)生屈曲；圓鋼管軸力構(gòu)件13的二端部固定連接有球冠狀的半球殼支撐端部14，上面焊接有斷面為十字狀的連接端板15(見圖2中B-B)該半球殼支撐端部14和連接端板15構(gòu)成了所述雙鋼管消能支撐22的連接單元，以便與鋼框架連接。連接時(shí)由鋼框架的節(jié)點(diǎn)上延伸出由二相互垂直的鋼板構(gòu)成的節(jié)點(diǎn)連接板16，若干連接綴板17通過螺栓18將該節(jié)點(diǎn)連接板16和連接端板15連接起來(見圖2中A-A)。上述雙鋼管消能支撐22存在著三個(gè)主要缺點(diǎn)1、端部的連接單元結(jié)構(gòu)太復(fù)雜，其由半球殼支撐端部14和連接端板15二部分組成，它們的復(fù)雜形狀大大增加了制造的難度，同時(shí)對(duì)連接安裝精度的要求也很高，因此不利于制造和安裝。
2、該雙鋼管消能支撐22的連接總共需要8個(gè)連接綴板17和至少16個(gè)連接螺栓18，耗費(fèi)了大量的連接材料。
3、其結(jié)構(gòu)的用材不夠合理。它是利用內(nèi)部的管徑較小的鋼管作為屈曲約束單元，去約束外部的管徑較大的鋼管軸力構(gòu)件的屈曲，這就必須通過加厚內(nèi)管的管壁厚度才能達(dá)到目的，因此材料的浪費(fèi)比較大。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供了一種結(jié)構(gòu)合理、降低耗材、安裝方便、制造容易的角鋼無屈曲消能支撐。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題的技術(shù)方案是一種角鋼無屈曲消能支撐，包括有軸力構(gòu)件單元、屈曲約束單元，此外它還包括有間隙阻隔單元，所述軸力構(gòu)件單元由角鋼構(gòu)成，該角鋼的二端部伸出所述屈曲約束單元的外面并作為連接件開設(shè)有連接通孔，所述屈曲約束單元為園鋼管，所述間隙阻隔單元設(shè)置在軸力構(gòu)件單元中各角鋼之間，且由耐擠壓材料制成。
本實(shí)用新型所述的角鋼無屈曲消能支撐的軸力構(gòu)件單元可由四根角鋼組成，它們的角邊相互背向設(shè)置以在橫截面上構(gòu)成十字狀，若干短鋼條間隔地焊接在各角鋼的角邊邊緣處，從而將各角鋼連接起來并形成各角鋼角邊之間的均勻間隙，作為阻隔單元的硬橡膠填置在該間隙中；所述的角鋼無屈曲消能支撐還可包括有填充單元和脫粘單元，該脫粘單元為聚乙烯薄膜且緊貼地包裹在角鋼的表面，該填充單元為混凝土或水泥砂槳充滿在角鋼與園鋼管之間。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是，將軸力構(gòu)件單元的角鋼的延伸部位直接作為連接單元，只需通過鋼板構(gòu)成的十字形連接板即可連接到鋼結(jié)構(gòu)的框架上去，節(jié)省了大量連接綴板，簡(jiǎn)化了連接單元的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，不僅方便了連接安裝而且也簡(jiǎn)化了制造工藝，同時(shí)還節(jié)約了大量材料；此外，本實(shí)用新型利用外部的圓鋼管作為屈曲約束單元，內(nèi)部的角鋼作為軸力構(gòu)件單元，提高了結(jié)構(gòu)的合理性。


圖1是公知雙圓管消能支撐的結(jié)構(gòu)和安裝示意圖。
圖2是圖1中A-A、B-B、C-C處的剖面圖。
圖3是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)和外觀示意圖。
圖4是圖3中D-D處剖面圖。
圖5是圖3中E-E處剖面圖。
圖6是本實(shí)用新型安裝示意圖。
圖7是圖6中F-F處剖面圖。
圖8是本實(shí)用新型另一種實(shí)施例的剖面圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
首先參閱圖3本實(shí)用新型的示意圖和圖4、圖5各剖面圖。圖示的角鋼無屈曲消能支撐由軸力構(gòu)件單元1、屈曲約束單元2和間隙阻隔單元3組成。所述軸力構(gòu)件單元1是由四根角鋼構(gòu)成，各角鋼的角邊相互背向設(shè)置，以在橫截面上構(gòu)成十字狀，各角邊之間留有均勻的間隙(見圖5)；在位于各角鋼的角邊之間，間隔地設(shè)有若干短連接件5，該短連接件5為小鋼條，焊接在角鋼的角邊邊緣處，從而將各角鋼連接起來并固定住各角鋼角邊之間的間隙；在該間隙中設(shè)置有耐擠壓材料制成的間隙阻隔單元3，該耐擠壓材料可以是硬橡膠；由上述設(shè)置方式構(gòu)成的軸力構(gòu)件單元1和間隙阻隔單元3一起被置入圓鋼管構(gòu)成的屈曲約束單元2(見圖5)；上述軸力構(gòu)件單元1的角鋼的二端部伸出屈曲約束單元2的圓鋼管的端頭之外，并在該角鋼伸出的端部的角邊上開設(shè)有若干連接通孔4，以備連接用(見圖4)。
再參閱圖6本實(shí)用新型的安裝示意圖，所述角鋼無屈曲消能支撐兩端分別連接在建筑鋼結(jié)構(gòu)框架的梁柱節(jié)點(diǎn)上，也可一端連接在節(jié)點(diǎn)上，另一端連接在梁上。在節(jié)點(diǎn)上設(shè)有并伸出鋼板焊成的斷面為十字狀的連接板6，其厚度與上述軸力構(gòu)件單元1各角鋼角邊之間的間隙相應(yīng)，連接板6上還開有位置與上述角鋼上的連接通孔4相對(duì)應(yīng)的螺栓孔，螺栓7穿入該螺栓孔和連接通孔4從而把所述角鋼無屈曲消能支撐安裝固定在建筑鋼結(jié)構(gòu)上，其安裝部位的剖面圖見圖7。
圖8表示了本實(shí)用新型的另一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)剖面圖。所述角鋼無屈曲消能支撐在具有圖3所示實(shí)施例的所有技術(shù)特征的基礎(chǔ)上，緊貼在軸力構(gòu)件單元8的角鋼的表面包裹有脫粘單元11，該脫粘單元11由厚度為0.8～1mm的聚乙烯薄膜所構(gòu)成，其價(jià)格低廉而同樣能起到隔斷脫粘作用，使角鋼在受壓時(shí)能自由伸縮滑動(dòng)并發(fā)生變形。此外，在軸力構(gòu)件單元8的角鋼與屈曲約束單元9的圓鋼管之間充滿了填充單元12，該填充單元12為混凝土或水泥砂漿材料，其大大增加了屈曲約束單元9的圓鋼管對(duì)軸力構(gòu)件單元8的角鋼的約束作用，提高了所述角鋼無屈曲消能支撐的承載能力。
在制造時(shí)，首先將各角鋼位置間距調(diào)整好，在其中間放入間隙阻隔單元10的硬橡膠，然后用小鋼條有間距地將各角鋼角邊的邊緣焊固，完成軸力構(gòu)件單元8的制作；與此同時(shí)，以同類角鋼為模板將混凝土或水泥砂漿澆注成填充單元12的預(yù)制件；然后將該預(yù)制件放入角鋼，最后整體置入屈曲約束單元9的圓鋼管中。
本實(shí)用新型所述角鋼無屈曲消能支撐利用圓鋼管作為外部的屈曲約束單元，角鋼作為內(nèi)部的軸力構(gòu)件單元，不僅充分地利用了等邊角鋼和圓鋼管的截面在幾何上的對(duì)稱性，使結(jié)構(gòu)更趨于合理，有利于節(jié)約用材，而且圓鋼管的外形也使整個(gè)支撐構(gòu)件的外觀顯得輕盈簡(jiǎn)潔，能適用于更多場(chǎng)合。此外，本實(shí)用新型將角鋼的延伸部位直接作為連接單元，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，從而方便了制造和安裝，降低了耗材。
權(quán)利要求1.一種角鋼無屈曲消能支撐，包括有軸力構(gòu)件單元、屈曲約束單元，其特征在于它還包括有間隙阻隔單元，所述軸力構(gòu)件單元由角鋼構(gòu)成，該角鋼的二端部伸出所述屈曲約束單元的外面并作為連接件開設(shè)有連接通孔，所述屈曲約束單元為園鋼管，所述間隙阻隔單元設(shè)置在軸力構(gòu)件單元中各角鋼之間，且由耐擠壓材料制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的角鋼無屈曲消能支撐，其特征在于組成所述軸力構(gòu)件單元的角鋼為四根，它們的角邊相互背向設(shè)置以在橫截面上構(gòu)成十字狀，各角邊之間留有填置阻隔單元耐擠壓材料的均勻的間隙。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的角鋼無屈曲消能支撐，其特征在于在所述各角鋼的角邊之間間隔地設(shè)有若干短連接件，該短連接件將各角鋼連接起來并固定住各角鋼角邊之間的間隙。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的角鋼無屈曲消能支撐，其特征在于所述短連接件為鋼條且焊接在角鋼的角邊邊緣處。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的角鋼無屈曲消能支撐，其特征在于所述耐擠壓材料為硬橡膠。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的角鋼無屈曲消能支撐，其特征在于它還包括有填充單元和脫粘單元，該脫粘單元緊貼并包裹在角鋼的表面，該填充單元充滿在角鋼與園鋼管之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的角鋼無屈曲消能支撐，其特征在于所述填充單元為混凝土或水泥砂漿。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的角鋼無屈曲消能支撐，其特征在于所述脫粘單元為聚乙烯薄膜。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種角鋼無屈曲消能支撐，包括有軸力構(gòu)件單元、屈曲約束單元，它還包括有間隙阻隔單元，所述軸力構(gòu)件單元由角鋼構(gòu)成，該角鋼的二端部伸出所述屈曲約束單元的外面并作為連接件開設(shè)有連接通孔，所述屈曲約束單元為圓鋼管，所述間隙阻隔單元設(shè)置在軸力構(gòu)件單元中各角鋼之間，且由耐擠壓材料制成。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)合理、降低耗材、安裝方便、制造容易的優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于新建高層建筑的鋼結(jié)構(gòu)或已有建筑的加固中，以達(dá)到抗震抗風(fēng)、提高結(jié)構(gòu)剛度、控制側(cè)移的目的。
文檔編號(hào)E04B1/24GK2753823SQ200420109969
公開日2006年1月25日 申請(qǐng)日期2004年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月9日
發(fā)明者謝強(qiáng) 申請(qǐng)人:謝強(qiáng)