專利名稱：一種由四根方矩管捆綁組成的防屈曲支撐構(gòu)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種新型防屈曲支撐構(gòu)件，屬于結(jié)構(gòu)工程技術(shù)領(lǐng)域。 技術(shù)背景目前，防屈曲支撐構(gòu)件的截面種類按照外圍約束材料以及組合情況可以分為三類，即鋼筋混凝土外圍約束截面，鋼與混凝土組合外圍約束截面(一般鋼管外置，混凝土內(nèi)置且混凝土與內(nèi)核之間通過隔離劑分離)，全鋼裝配式外圍約束截面。受壓內(nèi)核構(gòu)件的材料為鋼材且具有足夠的延性要求，目前常用的內(nèi)核截面形式為“一”字形與“十”字形。一般在內(nèi)核構(gòu)件表面涂裝特制的無粘結(jié)材料，而且在外圍構(gòu)件與內(nèi)核構(gòu)件表面之間預(yù)留一定的間隙，以防止內(nèi)核構(gòu)件受壓屈服時(shí)由于鋼材的泊松效應(yīng)而引起的橫行膨脹而被塞死。采用鋼筋混凝土外圍約束截面與采用鋼與混凝土組合外圍約束截面，其存在的問題有(1)制作精度要求高，導(dǎo)致制作費(fèi)用增加，特別在澆注混凝土?xí)r，無論采用何種精致的模板材料與支撐方法，都很難保證內(nèi)核與外圍之間的預(yù)留精度要求；( 澆注混凝土等濕作業(yè)給制作與施工帶來了影響，其精度控制難度增大；C3)涂裝在內(nèi)核構(gòu)件表面的隔離材料多采用環(huán)氧樹脂，品種單一，其耐久性差，易于從內(nèi)核表面脫離。作者也曾經(jīng)提出了一種全鋼裝配式防屈曲支撐構(gòu)件[200910081817. 5]，采用四根槽形截面熱軋型鋼捆綁起來進(jìn)而約束一根“一” 字形內(nèi)核構(gòu)件，但由于內(nèi)核構(gòu)件面積較小，屈服荷載有限，還不能滿足工程上日益需要的截面種類與超大支撐力的要求。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提出一種由四根方矩管捆綁組成的防屈曲支撐構(gòu)件，旨在提供一種具備更大承載力的裝配式支撐消能構(gòu)件，為結(jié)構(gòu)提供抗側(cè)力作用，并在中、大震下有效耗能。為解決上述問題，本專利提出一種由四根方矩管捆綁組成的防屈曲支撐構(gòu)件。該防屈曲支撐構(gòu)件的外圍約束構(gòu)件由四根帶外伸鋼板帶的方矩管捆綁組成，每根帶外伸鋼板帶的方矩管由兩根不同尺寸的等邊角鋼對(duì)焊組成或者由四塊平鋼板焊接而成，方矩管內(nèi)空置或者澆注混凝土。內(nèi)核構(gòu)件采用十字形截面，由三塊平鋼板焊接而成。外圍約束構(gòu)件的捆綁作用是通過對(duì)方矩管上的外伸鋼板帶進(jìn)行高強(qiáng)度螺栓連接而實(shí)現(xiàn)的；在方矩管的外伸鋼板帶之間通過設(shè)置能穿過高強(qiáng)度螺栓的鋼墊板，以保證高強(qiáng)度螺栓預(yù)張力不能直接傳遞到內(nèi)核截面表面。鋼墊板與外伸鋼板帶之間設(shè)置若干橡膠墊片，以方便調(diào)節(jié)方矩管之間的連接距離，彌補(bǔ)構(gòu)件制作與安裝時(shí)產(chǎn)生的幾何偏差。外圍約束構(gòu)件與十字形內(nèi)核構(gòu)件的表面之間采用硬質(zhì)橡膠隔離，其厚度控制在Imm 2mm，方可滿足十字形內(nèi)核構(gòu)件受壓膨脹量的要求。一種由四根方矩管捆綁組成的防屈曲支撐構(gòu)件，其特征在于，含有十字形內(nèi)核構(gòu)件，四根方矩管，鋼墊板，橡膠墊片，高強(qiáng)度螺栓；所述十字形內(nèi)核構(gòu)件由兩塊較窄的平鋼板與一塊較寬的平鋼板通過焊接組成；在十字形內(nèi)核構(gòu)件的被四根方矩管包裹的區(qū)域表面粘貼硬質(zhì)橡膠；所述方矩管采用兩根不同分肢尺寸的等邊角鋼對(duì)焊組成，或采用四塊平鋼板焊接組成；所述在四根方矩管的所有外伸鋼板帶上相對(duì)應(yīng)的位置分別開螺栓孔。在上述的防屈曲支撐構(gòu)件中，其特征在于，所述四根方矩管分別置于十字形內(nèi)核構(gòu)件的四個(gè)凹角處，使用于螺栓連接的外伸鋼板帶相鄰放置且保持螺栓孔對(duì)齊；所述在外伸鋼板帶之間開有螺栓孔的位置放置鋼墊板，并在鋼墊板與外伸鋼板帶之間放置橡膠墊片；所述高強(qiáng)度螺栓穿過外伸鋼板帶上的螺栓孔、橡膠墊片與鋼墊板，通過施加螺栓預(yù)緊力將四根方矩管連為一體，形成十字形內(nèi)核構(gòu)件的外圍約束構(gòu)件；所述鋼墊板的厚度大于十字形內(nèi)核構(gòu)件的板件厚度，通過調(diào)節(jié)橡膠墊片的厚度，使在螺栓預(yù)緊力作用下方矩管的表面與十字形內(nèi)核構(gòu)件的表面間形成Imm 2mm的間隙，由粘貼在十字形內(nèi)核構(gòu)件表面的硬質(zhì)橡膠填充此間隙。本專利的優(yōu)點(diǎn)有(1)內(nèi)核構(gòu)件與外圍約束構(gòu)件采用現(xiàn)場(chǎng)裝配，施工方便且節(jié)約成本；( 外圍約束構(gòu)件采用方矩管的截面形式，在其管內(nèi)可以澆注混凝土材料；這種直接在管內(nèi)澆注混凝土的形式比采用鋼與混凝土組合截面的防屈曲構(gòu)件在處理混凝土表面與內(nèi)核構(gòu)件鋼板之間的精度控制更方便、更簡(jiǎn)潔；(3)所有鋼構(gòu)件均可以在工廠制作，加工精度容易控制；(4)采用螺栓連接的優(yōu)點(diǎn)，一是方便現(xiàn)場(chǎng)裝配，二是可以通過增加與減少鋼墊板的厚度與外圍約束構(gòu)件之間的橡膠墊片的數(shù)量實(shí)現(xiàn)內(nèi)核構(gòu)件與外圍約束構(gòu)件表面之間距離的調(diào)整，使防屈曲構(gòu)件獲得最佳的受力性能；(5)內(nèi)核構(gòu)件與外圍約束構(gòu)件的表面之間采用硬質(zhì)橡膠隔離，不僅其耐久性好，而且其制作厚度容易控制與調(diào)整；(6)補(bǔ)充了現(xiàn)有防屈曲支撐構(gòu)件的種類、外圍約束的截面形式以及連接方式，可供結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與加固有更多的選擇范圍。

圖1為所述防屈曲支撐構(gòu)件的截面圖，當(dāng)方矩管采用兩根不同尺寸的角鋼對(duì)焊時(shí)；圖2為所述防屈曲支撐構(gòu)件的截面圖，當(dāng)方矩管采用四塊平鋼板焊接時(shí)；圖3為十字形內(nèi)核構(gòu)件的截面分解圖；圖4為方矩管的組裝圖，當(dāng)方矩管采用兩根不同尺寸的角鋼對(duì)焊時(shí)；圖5為方矩管的組裝圖，當(dāng)方矩管采用四塊平鋼板焊接時(shí)；圖6為方矩管螺栓連接的分解圖；圖7為所述防屈曲支撐構(gòu)件的三維圖，當(dāng)方矩管采用兩根不同尺寸的角鋼對(duì)焊時(shí)；圖8為所述防屈曲支撐構(gòu)件的三維分解圖，當(dāng)方矩管采用兩根不同尺寸的角鋼對(duì)焊時(shí)；
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖1 8，詳細(xì)說明本專利的具體實(shí)施方式
。如圖1 2所示，一種由四根方矩管捆綁組成的防屈曲支撐構(gòu)件包括以下部件1——十字形內(nèi)核構(gòu)件；2——方矩管，四根；3——硬質(zhì)橡膠；[0021]4——鋼墊板；5——橡膠墊片；6——高強(qiáng)度螺栓；7——混凝土 ；如圖3所示，十字形內(nèi)核構(gòu)件(1)由兩塊較窄的平鋼板⑶、(9)與一塊較寬的平鋼板(10)通過焊接組成；如圖3、8所示，在十字形內(nèi)核構(gòu)件(1)的被四根方矩管包裹的區(qū)域表面粘貼硬質(zhì)橡膠(3)；所述方矩管(2)共四根，其尺寸均相同，其長(zhǎng)度小于十字形內(nèi)核構(gòu)件(1)的長(zhǎng)度； 如圖4所示，所述方矩管(2)采用兩根不同尺寸的等邊角鋼對(duì)焊組成，或如圖5所示，分別采用四塊平鋼板(13)、(14)、(15)、(16)焊接組成；采用兩根不同尺寸的等邊角鋼(11)、 (12)對(duì)焊時(shí)，角鋼(11)、(12)相扣放置并焊接，形成方矩管(2)，此時(shí)尺寸較大的角鋼(11) 的兩個(gè)分肢的端部形成兩道相同寬度的外伸鋼板帶(17)；采用四塊平鋼板(13)、(14)、 (15)、(16)焊接時(shí)，平鋼板(13)、(14)的寬度大于平鋼板(15)、(16)的寬度，將平鋼板 (15)、(16)與平鋼板(13)、(14)首先分別焊接形成兩根等邊L形的構(gòu)件，然后將兩根等邊 L形構(gòu)件相扣放置并對(duì)焊，形成方矩管O)，此時(shí)平鋼板(13)、(14)形成的等邊L形構(gòu)件其兩個(gè)分肢的端部形成兩道相同寬度的外伸鋼板帶(17)；如圖8所示，在四根方矩管的所有外伸鋼板帶(17)上相對(duì)應(yīng)的位置分別開螺栓孔(18)；如圖1、2、7所示，四根方矩管分別置于十字形內(nèi)核構(gòu)件⑴的四個(gè)凹角處，并使得十字形內(nèi)核構(gòu)件(1)在兩端外伸的構(gòu)件段長(zhǎng)度相同，同時(shí)使得用于螺栓連接的外伸鋼板帶相鄰放置且保持螺栓孔(18)對(duì)齊；如圖1、2、6所示，在外伸鋼板帶之間開有螺栓孔(18)的位置放置鋼墊板G)，并在鋼墊板(4)與外伸鋼板帶之間放置橡膠墊片(5)；高強(qiáng)度螺栓穿過外伸鋼板帶上的螺栓孔(18)、橡膠墊片(5)與鋼墊板G)，通過施加螺栓預(yù)緊力將四根方矩管連為一體，形成十字形內(nèi)核構(gòu)件(1)的外圍約束構(gòu)件；鋼墊板(4)的厚度大于十字形內(nèi)核構(gòu)件(1)的板件厚度，通過調(diào)節(jié)橡膠墊片(5)的厚度，使得在螺栓預(yù)緊力作用下方矩管 ⑵的表面與十字形內(nèi)核構(gòu)件⑴的表面間形成Imm 2mm的間隙，此間隙由粘貼在十字形內(nèi)核構(gòu)件(1)表面的硬質(zhì)橡膠C3)填充；如圖1 2所示，在四根方矩管中灌注混凝土(7)，或者保持管內(nèi)中空；如圖7、8所示，所述防屈曲支撐構(gòu)件的十字形內(nèi)核構(gòu)件1在端部外擴(kuò)，其與框架結(jié)構(gòu)的連接通過連接板及高強(qiáng)度螺栓按照通用做法實(shí)現(xiàn)。對(duì)這種由四根方矩管捆綁組成的防屈曲支撐構(gòu)件的設(shè)計(jì)主要包括以下兩個(gè)方(1)外圍約束構(gòu)件與內(nèi)核構(gòu)件約束比要求約束比ζ定義為防屈曲支撐整體彈性屈曲荷載與內(nèi)核構(gòu)件屈服荷載的比值
π2 (ExIl+E2I2)/L2 =-—-
4/yl其中，E1I1為內(nèi)核構(gòu)件的彎曲剛度，E2I2為外圍約束構(gòu)件的彎曲剛度，L為支撐的長(zhǎng)度，A1為內(nèi)核構(gòu)件的截面面積，fyl為內(nèi)核構(gòu)件的鋼材屈服強(qiáng)度；取ζ在1.8 2.0之間， 就能保證外圍約束構(gòu)件對(duì)內(nèi)核構(gòu)件產(chǎn)生足夠的約束作用；(2)外圍約束構(gòu)件的捆綁作用要求外圍約束構(gòu)件之間的連接須有一定的強(qiáng)度與剛度要求，即連接螺栓的大小以及螺栓設(shè)置的間距須滿足一定要求，以防止在內(nèi)核壓力達(dá)到屈服時(shí)外圍構(gòu)件之間的連接破壞而導(dǎo)致其捆綁作用失效。 高強(qiáng)度螺栓連接的計(jì)算的原則是在考慮防屈曲支撐構(gòu)件具有一定幾何初始缺陷的情況下，其內(nèi)核構(gòu)件在反復(fù)荷載作用下不僅具有完整飽滿以及一定循環(huán)次數(shù)的滯回曲線，而且內(nèi)核構(gòu)件對(duì)外圍約束構(gòu)件的作用力不致使得外圍約束構(gòu)件的捆綁作用失效。
權(quán)利要求1.一種由四根方矩管捆綁組成的防屈曲支撐構(gòu)件，其特征在于，含有十字形內(nèi)核構(gòu)件，四根方矩管，鋼墊板，橡膠墊片，高強(qiáng)度螺栓；所述十字形內(nèi)核構(gòu)件由兩塊較窄的平鋼板與一塊較寬的平鋼板通過焊接組成；在十字形內(nèi)核構(gòu)件的被四根方矩管包裹的區(qū)域表面粘貼硬質(zhì)橡膠；所述方矩管采用兩根不同分肢尺寸的等邊角鋼對(duì)焊組成，或采用四塊平鋼板焊接組成；所述在四根方矩管的所有外伸鋼板帶上相對(duì)應(yīng)的位置分別開螺栓孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防屈曲支撐構(gòu)件，其特征在于，所述四根方矩管分別置于十字形內(nèi)核構(gòu)件的四個(gè)凹角處，使用于螺栓連接的外伸鋼板帶相鄰放置且保持螺栓孔對(duì)齊; 所述在外伸鋼板帶之間開有螺栓孔的位置放置鋼墊板，并在鋼墊板與外伸鋼板帶之間放置橡膠墊片；所述高強(qiáng)度螺栓穿過外伸鋼板帶上的螺栓孔、橡膠墊片與鋼墊板，通過施加螺栓預(yù)緊力將四根方矩管連為一體，形成十字形內(nèi)核構(gòu)件的外圍約束構(gòu)件；所述鋼墊板的厚度大于十字形內(nèi)核構(gòu)件的板件厚度，通過調(diào)節(jié)橡膠墊片的厚度，使在螺栓預(yù)緊力作用下方矩管的表面與十字形內(nèi)核構(gòu)件的表面間形成Imm 2mm的間隙，由粘貼在十字形內(nèi)核構(gòu)件表面的硬質(zhì)橡膠填充此間隙。
專利摘要一種由四根方矩管捆綁組成的防屈曲支撐構(gòu)件，由十字形內(nèi)核構(gòu)件和外圍約束構(gòu)件組成。十字形內(nèi)核構(gòu)件由三塊平鋼板焊接而成，并在其表面粘貼硬質(zhì)橡膠。外圍約束構(gòu)件由四根帶外伸鋼板帶的方矩管捆綁組成，每根方矩管由兩根不同尺寸的等邊角鋼對(duì)焊組成或由四塊平鋼板焊接而成，方矩管內(nèi)空置或者澆注混凝土。方矩管間的捆綁作用通過對(duì)其外伸鋼板帶進(jìn)行高強(qiáng)度螺栓連接實(shí)現(xiàn)。高強(qiáng)度螺栓穿過外伸鋼板帶及其之間布置的鋼墊板以及若干橡膠墊片，將四根方矩管連為一體。此時(shí)外圍約束構(gòu)件表面與十字形內(nèi)核構(gòu)件表面間保持1mm～2mm的間隙，該間隙由粘貼在十字形內(nèi)核構(gòu)件表面的硬質(zhì)橡膠填充，以滿足十字形內(nèi)核構(gòu)件受壓膨脹的需要。
文檔編號(hào)E04B1/98GK201933637SQ201020574019
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2010年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月15日
發(fā)明者王小安, 郭彥林 申請(qǐng)人:清華大學(xué)