Z型套筒約束一字形純鋼屈曲約束支撐的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種抗震防災(zāi)建筑結(jié)構(gòu)，尤其是一種屬于被動(dòng)控制范疇的減震結(jié) 構(gòu)，具體涉及一種Z型套筒約束一字形純鋼屈曲約束支撐及其制作方法，可用于建筑結(jié)構(gòu) 中抵抗水平地震作用，提高結(jié)構(gòu)抗震性能。
【背景技術(shù)】
[0002] 屈曲約束支撐是一種既能提供抗側(cè)剛度又不失穩(wěn)，又能在強(qiáng)震下穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)消能 減震的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。試驗(yàn)表明，在混凝土框架內(nèi)設(shè)置屈曲約束支撐能大幅度提高承載能力、提 高結(jié)構(gòu)抗震性能，可望替代某些剪力墻，提高框架結(jié)構(gòu)使用高度。此外，屈曲約束支撐能在 工廠預(yù)制，易于標(biāo)準(zhǔn)化，安裝方便，還有加快施工速度、節(jié)約建造成本等優(yōu)勢。
[0003] 屈曲約束支撐是金屬耗能減震裝置的一種，其通過耗能核心單元軸向拉壓屈服的 高效耗能機(jī)制，耗散地震輸入能量。屈曲約束支撐構(gòu)件的種類較多，根據(jù)外圍約束構(gòu)件的材 料劃分，主要有3種類型，即混凝土約束型、鋼與混凝土組合約束型和純鋼約束型。純鋼約 束型屈曲約束支撐較前兩種屈曲約束支撐輕，加工速度快，精度易控制，質(zhì)量易保證。
[0004] 屈曲約束支撐的核心單元在軸向壓力作用下有兩種屈曲破壞模式，即整體屈曲與 局部屈曲?，F(xiàn)有的純鋼型屈曲約束支撐，都是通過加勁板等構(gòu)造措施限制了核心單元的這 兩種屈曲破壞模式的發(fā)生。常見的核心單元有"一"字形板和"十"字形組合斷面等。
[0005] 但是，現(xiàn)有的純鋼型屈曲約束支撐外圍約束套筒在加工中存在制作復(fù)雜，焊縫多， 核心單元和外圍約束套筒之間組裝復(fù)雜，加工工期長，加工制作成本較高，這將不利于標(biāo)準(zhǔn) 化作業(yè)和大規(guī)模生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型的目的在于提供一種制作簡單，組裝 方便，加工工期短，加工制作成本較低，完全通過自身構(gòu)造起到穩(wěn)定約束作用的一種Z型套 筒約束一字形純鋼屈曲約束支撐，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：
[0008] -種Z型套筒約束一字形純鋼屈曲約束支撐，包括橫截面為一字形的芯板、無粘 結(jié)材料層以及套設(shè)在所述芯板上的外圍約束套筒，所述外圍約束套筒橫截面為Z型，長度 方向上下兩側(cè)翼緣內(nèi)壁各1/3位置處各設(shè)置兩根通長的小直徑圓鋼，所述小直徑圓鋼與外 圍約束套筒的內(nèi)壁貼合并且固定連接，所述芯板的外部包裹無粘結(jié)材料層，由所述無粘結(jié) 材料層包裹的所述芯板緊貼在所述外圍約束套筒內(nèi)。
[0009] 所述外圍約束套筒由中間空腔的Z型鋼板組成。
[0010] 所述Z型套筒約束一字形純鋼屈曲約束支撐還包括固定在所述芯板兩端的加勁 板，所述外圍約束套筒在所述加勁板的位置開槽，使所述加勁板暴露在所述外圍約束套筒 外面。
[0011] 所述加勁板與所述芯板垂直固定。
[0012] 所述Z型套筒約束一字形純鋼屈曲約束支撐還包括固定在所述芯板中心并和所 述芯板表面垂直的大直徑圓鋼，在所述大直徑圓鋼垂直的外圍約束套筒外面再固定一塊直 徑是所述大直徑圓鋼直徑兩倍的圓環(huán)，所述圓環(huán)厚度等于所述Z型套筒腹部壁板厚度，使 所述大直徑圓鋼卡在所述外圍約束套筒4和圓環(huán)中。
[0013] 本實(shí)用新型的有益效果是：
[0014] 本實(shí)用新型通過利用芯材自身抗局部屈曲的能力，實(shí)現(xiàn)芯材屈服而不屈曲的耗能 機(jī)制，可極大地提高鋼材利用效率，減小鋼材用量；同時(shí)，由于制作簡單，組裝方便，使加工 工期縮短，加工制作成本較低，這將有利于標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)和大規(guī)模生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本實(shí)用新型的Z型套筒約束一字形純鋼屈曲約束支撐的示意圖；
[0016] 圖2為圖1中A-A向的俯視圖；
[0017] 圖3為芯板的俯視圖；
[0018] 圖4為圖1中B-B向的側(cè)視圖；
[0019] 圖5為沿圖1中C-C的橫截面圖；
[0020] 圖6為沿圖1中D-D的橫截面圖；
[0021] 圖7為沿圖1中E-E的橫截面圖；
[0022] 圖8為沿圖3中F-F的橫截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0024] 參見圖1_8，Z型套筒約束一字形純鋼屈曲約束支撐，由一字形核心鋼板1、小直徑 圓鋼2、大直徑圓鋼3、外圍約束套筒4、無粘結(jié)構(gòu)造層5(由于該層太薄，圖中無法顯示）和 加勁板6組成，其中各零部件的具體結(jié)構(gòu)形狀和相互之間的連接關(guān)系如下所述。
[0025] 圖1-8示出了本實(shí)用新型和Z型套筒約束一字形純鋼屈曲約束支撐的一種實(shí)施方 式，包括橫截面為一字形的芯板1以及套設(shè)在芯板1上的外圍約束套筒4,外圍約束套筒4 的上下內(nèi)壁上相對(duì)固定設(shè)置四根比所述外圍約束套筒短約6~12倍套筒腹部壁板厚的小 直徑圓鋼2。小直徑圓鋼2與外圍約束套筒4的內(nèi)壁貼合并且固定連接，芯板1的外部包裹 無粘結(jié)材料層5,由無粘結(jié)材料層5包裹的芯板1緊貼在所述外圍約束套筒4內(nèi)。
[0026] 根據(jù)我國《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，若僅在"一"字形核心單元的兩側(cè)邊采用線接觸約 J，35 I?35 懸挑翼緣寬厚比僅需滿足不大于(fy 為鋼材屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值）就能使其不發(fā)生局部屈曲破壞，而該條件又是非常容易滿足的。 那么對(duì)屈曲約束支撐的設(shè)計(jì)來說，僅需保證其整體穩(wěn)定性即可，從而大大簡化了純鋼型屈 曲約束支撐的構(gòu)造措施，使得用鋼量更少，加工制造速度更快捷，質(zhì)量更容易控制，經(jīng)濟(jì)性 與實(shí)用性更好。
[0027]外圍約束套筒4作為屈曲約束支撐的重要組成部分，其抗彎強(qiáng)度需滿足 ￥>1.2本才能確保芯板處于較為理想的軸向拉、壓受力狀態(tài)并產(chǎn)生抗壓塑性變 形，從而使得屈伸約束支撐發(fā)揮優(yōu)越的耗能性能。但通過理論計(jì)算分析，令安全系數(shù)
，通過保持外圍約束套筒總高度不變而增加L型折板外伸長度或保持外圍 約束套筒總寬度不變而提高L型折板高度均可提高外圍約束套筒4的抗彎強(qiáng)度；但顯然增 加L型折板外伸長度優(yōu)于提高L型折板高度。
[0028] 式中L為屈曲約束支撐的長度，E為鋼材彈性模量，I為鋼管套筒慣性矩，A為芯板 的屈服段截面面積，fy為鋼材的屈服強(qiáng)度。
[0029] 本實(shí)用新型還包括兩邊約束一字形純鋼屈曲約束支撐的制作方法，包括以下步 驟：
[0030] (1)根據(jù)屈服承載力與屈服位移要求，選擇"一"字形芯板1的尺寸，確保其寬厚比 滿足設(shè)計(jì)要求。
[0031] (2)根據(jù)支撐屈服承載力及長度確定外圍約束套筒4的厚度與尺寸，使其滿足整 體穩(wěn)定要求，用折板機(jī)制作所述的兩塊L型壁板，所述L型壁板的折彎角為90度。
[0032] (3)制作一根長度等于兩倍L型壁板厚度的大直徑圓鋼3 ;并且上述大直徑圓鋼3 固定在上述芯板1中心并和芯板表面垂直。將加勁板6用對(duì)接焊縫焊接在芯板兩端的兩表 面，然后用無粘結(jié)材料層5包裹所述芯板外圍四個(gè)面。
[0033] (4)制作四根比所述外圍約束套筒短約6~12倍套筒腹部壁板厚的小直徑圓鋼 2,所述小直徑圓鋼2端部打磨，并且焊接固定在外圍約束套筒上下的各1/3內(nèi)壁寬度位置， 兩端長度方向比外圍約束套筒4各短約為套筒腹部壁板厚3~6倍。
[0034] (5)將所述兩塊L型壁板的側(cè)板開槽，開槽高度位置的中心線和上述加勁板6的中 心線重合，開槽寬度等于加勁板6的厚度加上焊縫的厚度和無粘結(jié)材料5厚度，開槽長度等 于上述加勁板6在外圍約束套筒內(nèi)的長度加上1/50屈曲約束支撐的長度，上述外圍約束套 筒內(nèi)的槽深方向?yàn)榘雸A，使上述加勁板6暴露在外圍約束套筒4外面。
[0035] (6)在上述芯板1中心并和芯板1表面垂直的圓鋼3位置對(duì)應(yīng)的外圍約束套筒4 外面再固定一塊直徑是上述圓鋼3直徑兩倍的圓環(huán)，圓環(huán)厚度等于上述L型壁板厚度，使圓 鋼3卡在外圍約束套筒和圓環(huán)中。
[0036] (7)將上述兩塊L型壁板焊接組成外圍約束套筒4 ;外圍約束套筒4的寬度為上述 芯板1厚度加上上述兩面無粘結(jié)材料層5的厚度，使上述無粘結(jié)材料層5包裹的芯板1緊 貼在上述外圍約束套筒4內(nèi)。
[0037] 綜上所述，本Z型套筒約束一字形純鋼屈曲約束支撐無須采用填充材料，完全依 靠自身構(gòu)造起到穩(wěn)定的約束作用，避免受壓芯板在彈性和塑性階段下的屈曲問題，可極大 地提高鋼材利用效率，減小鋼材用量；同時(shí)，由于制作簡單，組裝方便，使加工工期縮短，加 工制作成本較低，這將有利于標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)和大規(guī)模生產(chǎn)。所以，本實(shí)用新型有效克服了現(xiàn)有 技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種Z型套筒約束一字形純鋼屈曲約束支撐，包括橫截面為一字形的芯板（I)、無粘 結(jié)材料層（5)以及套設(shè)在所述芯板（1)上的外圍約束套筒（4)，其特征在于：所述外圍約束 套筒（4)橫截面為Z型，長度方向上下兩側(cè)翼緣內(nèi)壁各1/3位置處各設(shè)置兩根通長的小直 徑圓鋼（2)，所述小直徑圓鋼（2)與外圍約束套筒（4)的內(nèi)壁貼合并且固定連接，所述芯板 (1)的外部包裹無粘結(jié)材料層（5)，由所述無粘結(jié)材料層（5)包裹的所述芯板（1)緊貼在所 述外圍約束套筒（4)內(nèi)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Z型套筒約束一字形純鋼屈曲約束支撐，其特征在于，所述 外圍約束套筒（4)由中間空腔的Z型鋼板組成。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Z型套筒約束一字形純鋼屈曲約束支撐，其特征在于：還包 括固定在所述芯板（1)兩端的加勁板（6)，所述外圍約束套筒（4)在所述加勁板（6)的位置 開槽，使所述加勁板（6)暴露在所述外圍約束套筒（4)外面。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Z型套筒約束一字形純鋼屈曲約束支撐，其特征在于，還包 括固定在所述芯板（1)中心并和所述芯板（1)表面垂直的大直徑圓鋼（3)，在所述大直徑圓 鋼（3)垂直的外圍約束套筒（4)外面再固定一塊直徑是所述大直徑圓鋼（3)直徑兩倍的圓 環(huán)，所述圓環(huán)厚度等于所述Z型套筒腹部壁板厚度，使所述大直徑圓鋼（3)卡在所述外圍約 束套筒⑷和圓環(huán)中。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的Z型套筒約束一字形純鋼屈曲約束支撐，其特征在于，所述 加勁板（6)與所述芯板（1)垂直固定。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種Z型套筒約束一字形純鋼屈曲約束支撐，包括橫截面為一字形的芯板、無粘結(jié)材料層以及套設(shè)在所述芯板上的外圍約束套筒，所述外圍約束套筒橫截面為Z型，長度方向上下兩側(cè)翼緣內(nèi)壁各1/3位置處各設(shè)置兩根通長的小直徑圓鋼，所述小直徑圓鋼與外圍約束套筒的內(nèi)壁貼合并且固定連接，所述芯板的外部包裹無粘結(jié)材料層，由所述無粘結(jié)材料層包裹的所述芯板緊貼在所述外圍約束套筒內(nèi)。本實(shí)用新型通過將芯板的兩側(cè)分別卡設(shè)在Z型套筒腹板約束件內(nèi)實(shí)現(xiàn)面接觸約束，提高并且利用了芯材抗局部屈曲的能力，不必填充約束料，使得自重大大降低，鋼材利用率很高，從而達(dá)到了較好的經(jīng)濟(jì)性。
【IPC分類】E04B1/98
【公開號(hào)】CN204753872
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520286425
【發(fā)明人】吳志平
【申請(qǐng)人】上海源同建筑科技有限公司
【公開日】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2015年5月5日