一種全鋼四鋼管多段可裝配超長防屈曲支撐的制作方法
【專利摘要】一種全鋼四鋼管多工作段超長防屈曲支撐，屬于一種新型耗能減震構(gòu)件。在傳統(tǒng)的防屈曲支撐基礎(chǔ)上，將鋼芯、外約束構(gòu)件分段制作、分段運輸，施工現(xiàn)場拼裝安裝。并采用四空心鋼管的外圍約束機制有效的減少了超長型防屈曲支撐的重量，解決了一般的防屈曲支撐長度過長導(dǎo)致的自重過大，初始撓度無法滿足現(xiàn)有要求的難題。鋼芯的工作段也由傳統(tǒng)的一段變?yōu)槿舾啥危撔臼芰Ω泳鶆蚝侠?，通過多段連接在一起支撐長度可達30-50米，可運用在空冷平臺，大型工業(yè)建筑等特種結(jié)構(gòu)，通過增加結(jié)構(gòu)剛度，提高建筑物的功能性，又可在設(shè)防烈度、罕遇烈度乃至超大規(guī)模地震下通過自身的屈服耗能來保護主體結(jié)構(gòu)。
【專利說明】一種全鋼四鋼管多段可裝配超長防屈曲支撐

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種全鋼四鋼管多段可裝配超長防屈曲支撐，屬于一種耗能減震構(gòu)件，主要應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)中的耗能減震控制領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]近些年來，大型空冷平臺、工業(yè)廠房，大型機庫等特殊工業(yè)建筑建設(shè)加快，這些關(guān)系到國計民生的生命線工程需要新的技術(shù)來支撐。普通鋼支撐在地震中極易發(fā)生受壓失穩(wěn)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度和承載力迅速下降，嚴重影響結(jié)構(gòu)的安全性。防屈曲支撐或稱屈曲約束支撐、無黏結(jié)支撐作為高效耗能構(gòu)件，在受拉與受壓時均可達到屈服而不屈曲，比普通支撐構(gòu)件穩(wěn)定性和耗能性好，耗能設(shè)計可控。普通的防屈曲支撐一般長度范圍在20米以內(nèi)，可滿足一般建筑結(jié)構(gòu)的消能減震的需求，但在大型空冷平臺結(jié)構(gòu)、大型電廠、機庫、鐵路站場等特殊工業(yè)建筑或者大空間結(jié)構(gòu)以及某些具有跨層或通透空間的高層建筑中應(yīng)用不便，給性能化結(jié)構(gòu)設(shè)計和節(jié)能降耗增加了難度。上述結(jié)構(gòu)的跨度和架空高度都遠大于一般建筑結(jié)構(gòu)，支撐的長度需求可能達到30?50米之間。如使用內(nèi)填混凝土鋼套管作為約束構(gòu)件的防屈曲支撐，自重對變形的影響較大，使用范圍受限；普通全鋼型構(gòu)造的防屈曲支撐，難以合理裝配、確保功能并制成足夠的長度。難以滿足上述建筑結(jié)構(gòu)在消能減震、安全性及功能性的要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明在現(xiàn)有防屈曲支撐的基礎(chǔ)上，提出了一種全鋼四鋼管多段可裝配超長防屈曲支撐構(gòu)件。可減輕超長尺寸防屈曲支撐的自重，其長度可以達到30?50米，長細比達到30以上，適用于大型特殊工業(yè)建筑等一般防屈曲支撐難以應(yīng)用的結(jié)構(gòu)領(lǐng)域。
[0004]一種全鋼四鋼管多段可裝配超長防屈曲支撐，其特征在于:包括一字形鋼芯1、空心鋼管約束構(gòu)件2、硅膠板3、端部加勁肋5和鋼筋加勁肋6和端部擋板9 ;其中空心鋼管約束構(gòu)件2由套筒連接板4和四個子空心鋼管組成；套筒連接版4包括四個套筒連接板；每個子空心鋼管由子空心鋼管A段7和子空心鋼管B段8焊接組成；各個構(gòu)件獨立設(shè)計、加工、運輸并在工程現(xiàn)場拼接安裝，首先將兩段鋼芯按照切削形狀對接固定好后采用對接焊接成為一字形鋼芯I ;其次在鋼芯表面粘貼硅膠板3并等待其完全干燥；接著四個子空心鋼管放置在鋼芯四周并用套筒連接板4進行焊接完成空心鋼管約束構(gòu)件2的制作，套筒連接板與空心鋼管采用兩邊滿焊，一字形鋼芯I在自由端與端部加勁肋5和鋼芯加勁肋6焊接在一起，再將端部擋板9放置在子套筒端部共同構(gòu)成一種全鋼四鋼管多段可裝配超長防屈曲支撐。
[0005]進一步，所述一字形鋼芯I為分為若干段，每一段的長度相同或者不同，每段長度適宜在10?15米；所述空心鋼管約束構(gòu)件2分為若干段，段數(shù)無需與多段鋼芯I保持一致。
[0006]進一步，所述硅膠板3為2?3_厚；所述一字形鋼芯I在連接部位切削，形狀為鋸齒形或者凹槽形狀。
[0007]進一步，一字形鋼芯I的連接部位與空心鋼管約束構(gòu)件2的連接部位錯開設(shè)置防止形成薄弱部位；套筒連接板中部加肋板防止外約束構(gòu)件屈曲。
[0008]所述一字形鋼芯包括若干段子鋼芯，每段子鋼芯均包括工作段、過渡段和連接段；所述空心鋼管約束構(gòu)件由四個圍繞在鋼芯周圍的子空心鋼管并且相鄰的子空心鋼管之間通過套筒連接板焊接連接而組成，套筒連接版起到增加外圍約束構(gòu)件的協(xié)調(diào)變形，抗彎能力等功能，可實現(xiàn)現(xiàn)場裝配；所述的每段子鋼芯設(shè)計靈活，長度在10?15米之間并且各段之間可以采用不同的長度和鋼材種類，鋼芯的表面粘貼硅膠板保證鋼芯與空心鋼管約束構(gòu)件之間空隙在2?3_ ;所述套筒連接板在中部設(shè)置肋板夾在相鄰的兩個子空心鋼管之間防止鋼芯與外圍約束構(gòu)件脫離；所述的空心鋼管約束構(gòu)件的四個子鋼管根據(jù)長度要求設(shè)計為2?3段并采用焊接連接或者螺栓連接。
[0009]上述的全鋼四鋼管多段可裝配超長防屈曲支撐拆分為若干子部分獨立制作再運送到工程現(xiàn)場進行組裝安裝，解決了因為型材，加工，工廠預(yù)制、現(xiàn)場裝配等遇到的問題，滿足大型工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)的消能減震需求。所述的防屈曲支撐的現(xiàn)場組裝先將一字形子鋼芯對接拼好進行焊接連接再表面粘貼硅膠板，將四個子空心鋼管包圍一字形鋼芯并通過套筒連接板進行焊接連接后完成組裝過程。
[0010]本發(fā)明提出的全鋼四鋼管多段可裝配超長防屈曲支撐具有減小自重、構(gòu)造簡單、加工方便、設(shè)計靈活、現(xiàn)場裝配、應(yīng)用廣泛的特點。利用通用有限元軟件ABAQUS進行有限元模擬后，該全鋼四鋼管多段可裝配超長防屈曲支撐的滯回曲線飽滿，具有良好的耗能性能，如圖8所示。
[0011]與現(xiàn)有防屈曲支撐相比，其具有以下優(yōu)點:
[0012]I將防屈曲支撐設(shè)計成為分段設(shè)計、制作、運輸和安裝，制作出適用于大型空冷平臺結(jié)構(gòu)、大型機庫和特殊工業(yè)建筑等建筑結(jié)構(gòu)的超長尺寸的防屈曲支撐，突破了防屈曲支撐的長度限制。
[0013]2約束構(gòu)件采用四個子空鋼管組合大幅度減輕了超長防屈曲支撐的自重。在外圍約束構(gòu)件和鋼芯之間為硅膠條粘接，其空隙設(shè)置更加方便靈活，容易進行調(diào)整。
[0014]3防屈曲支撐的工作段由一般的一段變?yōu)槿舾啥喂ぷ鞫?，地震作用下防屈曲支撐受力更加均勻合理，耗能能力有所增強?br> [0015]4本發(fā)明采用多段連接的方式，分段制作，現(xiàn)場裝配，便于支撐運輸，不需要考慮特殊的運輸設(shè)備，環(huán)境適應(yīng)能力強。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明一種全鋼四鋼管多段可裝配超長防屈曲支撐的側(cè)平面示意圖
[0017]圖2為圖1中各所示剖面的剖視圖
[0018]圖3為一字形鋼芯示意圖
[0019]圖4為子空心鋼管約束構(gòu)件示意圖
[0020]圖5為空心鋼管約束構(gòu)件示意圖
[0021]圖6為套筒連接板示意圖
[0022]圖7為一種全鋼四鋼管多段可裝配超長防屈曲支撐組合加工步驟圖
[0023]圖8為一種全鋼四鋼管多段可裝配超長防屈曲支撐有限元分析的滯回曲線
[0024]其中:1-一字形鋼芯；2_空心鋼管約束構(gòu)件；3_硅膠板；4_套筒連接板；5-端部加勁肋；6_鋼芯加勁肋；7_子空心鋼管A段；8-子空心鋼管B段；9-端部擋板；10_套筒連接板I ; 11-套筒連接板II。

【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明:
[0026]如圖1所示一種全鋼四鋼管多段可裝配超長防屈曲支撐包括一字形鋼芯1、空心鋼管約束構(gòu)件2、硅膠板3、端部加勁肋5和鋼芯加勁肋6，其中空心鋼管約束構(gòu)件2由套筒連接板4和四個子空心鋼管組成；套筒連接版4包括兩個套筒連接板I 10和兩個套筒連接版II 11。該一種全鋼四鋼管多段可裝配超長防屈曲支撐剖面圖如圖2所示。將一字形鋼芯I在連接部位進行切銷，一字形鋼芯I設(shè)計為兩段，將一字形鋼芯I與端部加勁肋5和鋼芯加勁肋6采用對接焊接方法焊接在一起，完成兩段鋼芯的制作過程。一字形鋼芯I為兩級變截面一字鋼芯，兩端為過渡段并主體結(jié)構(gòu)相連接，中間段為工作段進行耗能。
[0027]根據(jù)設(shè)計尺寸制作出8個空心鋼管，其中四個子空心鋼管A段7，四個子空心鋼管B段8。再根據(jù)圖5所示制作出4個套筒連接板4，其中套筒連接板4包括兩個套筒連接板I 10和兩個套筒連接板II 11，套筒連接板4中間的肋板起到防止鋼芯整體失穩(wěn)的作用同時也將鋼芯和外圍約束構(gòu)件連接成為整體。
[0028]各個部件加工制作好后，運至工程施工現(xiàn)場進行拼裝安裝。先將兩段鋼芯按照切削剖口形狀對接固定好后，采用對接焊接成為一體，如圖3所示，注意焊接部位不能為工作段，必須設(shè)置在過段段部分，這樣可以保證工作段在地震作用下充分耗能工作也防止鋼芯在焊接部分發(fā)生破壞。其次在鋼芯表面涂抹硅膠板3并等待其完全干燥。接著子空心鋼管A段7和子空心鋼管B段8焊接成為一個完整的子空心鋼管，如圖4，并將焊接好的四個子空心鋼管放置在鋼芯的四周并用套筒連接板4進行焊接，其中套筒連接板I放置在四個子空心鋼管上下空隙的部位，套筒連接板II放置在四個子空心鋼管左右空隙的部位，套筒連接板4與套筒采用兩邊滿焊以保證足夠的防屈曲能力，再將端部擋板9放置在子套筒端部形成整個空心鋼管約束構(gòu)件2的制作，如圖6。完成上述工序后進行防屈曲支撐的現(xiàn)場吊裝安裝，通過連接板以及采用高強螺栓或者焊接連接與主體結(jié)構(gòu)連接。
【權(quán)利要求】
1.一種全鋼四鋼管多段可裝配超長防屈曲支撐，其特征在于:包括一字形鋼芯(1)、空心鋼管約束構(gòu)件(2)、硅膠板(3)、端部加勁肋(5)和鋼筋加勁肋(6)和端部擋板(9);其中空心鋼管約束構(gòu)件(2)由套筒連接板(4)和四個子空心鋼管組成；套筒連接版(4)包括四個套筒連接板；每個子空心鋼管由子空心鋼管A段(7)和子空心鋼管B段(8)焊接組成；各個構(gòu)件獨立設(shè)計、加工、運輸并在工程現(xiàn)場拼接安裝，首先將兩段鋼芯按照切削形狀對接固定好后采用對接焊接成為一字形鋼芯(1);其次在鋼芯表面粘貼硅膠板(3)并等待其完全干燥；接著四個子空心鋼管放置在鋼芯四周并用套筒連接板(4)進行焊接完成空心鋼管約束構(gòu)件(2)的制作，套筒連接板與空心鋼管采用兩邊滿焊，一字形鋼芯(1)在自由端與端部加勁肋(5)和鋼芯加勁肋(6)焊接在一起，再將端部擋板(9)放置在子套筒端部共同構(gòu)成一種全鋼四鋼管多段可裝配超長防屈曲支撐。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全鋼四鋼管多段可裝配超長防屈曲支撐，其特征在于:所述一字形鋼芯(1)為分為若干段，每一段的長度相同或者不同，每段長度適宜在10?15米；所述空心鋼管約束構(gòu)件(2)分為若干段，段數(shù)無需與多段鋼芯(1)保持一致。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種全鋼四鋼管多段可裝配超長防屈曲支撐，其特征在于，所述硅膠板(3)為2?3_厚；所述一字形鋼芯(1)在連接部位切削，形狀為鋸齒形或者凹槽形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全鋼四鋼管多段可裝配超長防屈曲支撐，其特征在于，一字形鋼芯(1)的連接部位與空心鋼管約束構(gòu)件(2)的連接部位錯開設(shè)置防止形成薄弱部位；套筒連接板中部加肋板防止外約束構(gòu)件屈曲。
【文檔編號】E04B1/98GK104358328SQ201410560038
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月18日
【發(fā)明者】高向宇, 吳爽, 凌利改 申請人:北京工業(yè)大學(xué)