一种侧面可检视的全钢装配式屈曲约束支撑的制作方法

本发明涉及一种屈曲约束支撑。

背景技术：

普通钢支撑在往复水平地震作用下容易发生受压屈曲而导致刚度、承载力和耗能能力的急剧下降，显著降低结构的延性。屈曲约束支撑为一种应用于建筑工程和桥梁工程的耗能减震构件，利用钢材的轴向拉压塑性变形吸收能量，通过在内核的外围设置约束构件抑制其受压屈曲，在受压时也能产生较大的轴向变形，不会发生支撑整体失稳。屈曲约束支撑不仅能够给结构提供刚度，而且能起到消能减震的作用，从而避免主体结构产生较大的损伤破坏。目前，屈曲约束支撑在国内外得到了广泛的应用，尤其是对于抗震设防烈度较高的建筑物。

目前，屈曲约束支撑按约束方式的不同主要有三种类型，即钢与混凝土整体式、全钢整体式和全钢装配式屈曲约束支撑。钢与混凝土整体式屈曲约束支撑是通过内填混凝土或砂浆的钢构件对内核进行约束，内核表面需要附加无粘结材料以避免混凝土和内核连成一体。全钢整体式屈曲约束支撑是通过单个钢构件或焊接成整体的钢构件作为内核的约束构件。全钢装配式屈曲约束支撑是通过螺栓将约束单元连接起来，形成内核的约束构件。

钢与混凝土整体式屈曲约束支撑存在以下缺点：(1)需要浇筑混凝土，湿作业工作多，加工精度控制困难，制作周期长，质量不易控制，支撑的自重大；(2)内核表面需要附加无粘结材料，其耐久性较差；(3)内核受压时填充的混凝土或砂浆容易被压坏，从而降低约束效果，影响支撑的性能；(4)由于内核耗能段被约束构件完全包围，地震发生以后很难快速地判断内芯的变形状态，不能及时有效地判断是否需要更换；(5)支撑破坏以后约束构件不能重复使用。

全钢整体式屈曲约束支撑存在以下缺点：(1)由于内核耗能段被约束构件完全包围，约束构件只能破坏性地拆解，地震发生以后很难快速地判断内芯的变形状态，不能及时有效地判断是否需要更换；(2)支撑破坏以后约束构件不能重复使用。(3)整体式全钢约束构件不可避免的存在较多焊接工作，可能会对支撑产生初始残余变形。

因此，全钢装配式屈曲约束支撑具有较多的优点，得到了广泛的研究。相对而言，全钢装配式屈曲约束支撑的缺点是约束构件由离散分布的螺栓连接而成，约束构件的整体刚度会受到一定影响。普通的全钢装配式屈曲约束支撑为了保证内核与约束构件之间的间隙，需要设置填充板条，内核被约束构件包围，所以震后也需要将螺栓拆卸掉才能判断内核的变形状态。已有学者在约束构件表面开设观察窗，通过观察窗来判断内芯的变形状态，但观察窗并不能沿支撑通长分布，只能观察局部的内核状态。

目前应用较广的支撑内核为一字形，由于支撑端部需要与主体结构相连，内核端部不受约束构件的约束，所以需要在一字形内芯端部垂直焊接加劲肋，以避免内核端部外露段的破坏。众多试验研究结果表明，内核常常在加劲肋端部焊缝处发生断裂，这是由于焊接残余应力的存在和几何突变造成的应力集中的影响，加劲肋焊缝端部容易形成薄弱环节而过早发生低周疲劳断裂，严重降低支撑的耗能能力。加劲肋端部焊缝质量的不确定性给支撑的安全性和可靠性带来了影响。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的缺点，提出了一种加劲肋端部焊缝经过圆滑处理，侧面可检视的全钢型装配式屈曲约束支撑，能够有效地提高支撑的低周疲劳性能，充分利用钢材的塑性变形能力，同时在震后也非常容易通过侧面对内芯的状态进行判断。

针对目前屈曲约束支撑的发展现状，本发明需要解决的问题是：(1)不便于震后快速评估内核变形或损伤状态；(2)加劲肋端部焊缝质量缺陷；(3)无法方便地更换受损的内芯。

本发明需要达到的目的是：(1)屈曲约束支撑在不拆卸的情况下便能对内核的变形状态进行判断，以利于震后快速评估是否应该更换；(2)对加劲肋端部焊缝进行处理，使内芯尽量在中部截面发生破坏，提高支撑的低周疲劳性能；(3)采用装配式的方案，能便利地更换受损内芯。

为此，给出的技术方案概括为：

一种侧面可检视的全钢型装配式屈曲约束支撑，其特征在于，包括内核1、端部加劲肋6、两块约束面板2、垫圈4、限位槽7、高强螺栓3。

所述内核1为一字形截面钢板，在内核1中部设置凸起，对内核1端部进行放大，整个内核1一次切割加工完成。

上下两块约束面板2，每块所述约束面板2含有两排沿纵向分布的螺栓孔，约束面板2端部螺栓孔间距比中间螺栓孔间距小；约束面板2两端进行开槽，使得端部加劲肋6能以轴向伸入约束构件内部；两个上下相同的约束面板2通过高强度螺栓3连接。

所述垫圈4为圆环形截面，厚度大于内核1钢板的厚度，使内核1与约束面板2之间形成间隙。内核1侧面与垫圈4之间有间隙，内核1构件受压时与垫圈4为点接触。

所述限位槽7与内核1中间凸起相匹配，内核1凸起的表面与限位槽7内表面存在间隙，限位槽7上有螺栓孔，以便于螺杆的穿过。

所述螺栓3为高强度螺栓，高强螺栓由螺母和螺杆组成，螺杆依次穿过上约束面板2、垫圈4(或限位槽7)、下约束面板2，通过施加预紧力使约束构件形成一个整体。

进一步优化技术方案，本发明还包括加劲构件5，所述加劲构件5为焊接在约束面板2上的钢构件，可以根据实际需要决定是否设置加劲构件，加劲构件是为了提高约束构件的平面外刚度，往往设置加劲构件比改变约束面板厚度的效果更好，加劲构件可以为槽钢、矩形钢管、一字形钢板等。

进一步优化技术方案，本发明还包括加劲肋端部焊缝8结构，所述加劲肋端部焊缝8为角焊缝，焊接加劲肋6端部时应保证连续施焊，焊接完成后应对端部焊缝进行局部打磨圆滑处理，使其与内核1表面圆滑过渡。

本发明关键技术点如下：(1)采用圆环形截面的垫圈用于固定内核与约束面板的间隙，可以从支撑侧面对内核全长进行观察，以判断震后内核的变形或损伤状态；(2)螺杆依次穿过上约束面板、垫圈(或限位槽)、下约束面板，通过施加预紧力使约束构件形成一个整体，形成可拆卸的装配式构造；

(3)对加劲肋端部焊缝进行光滑打磨处理，使得焊缝与内核表面圆滑过渡；

(4)减小端部螺栓间距，以保证构件端部不发生破坏。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)应用于工程中，震后不用对支撑进行拆解便可以容易地通过支撑侧面观察内核的变形或损伤状态，便于震后的性能评估，若内核发生损坏，可及时用新的内核替换，应用方便。

(2)约束构件由两组约束单元通过高强螺栓连接而成，可以现场装配，组装方便，约束构件还可以重复使用；

(3)全部采用钢材制作，不需要浇筑混凝土，不需要附加无粘结材料，自重较轻，工序简单，耐久性好，加工精度容易控制，能够提高生产效率；

(4)加劲肋端部焊缝进行圆滑处理，能够减小残余应力和应力集中，尽量避免焊缝根部提前发生破坏，提高了支撑的低周疲劳性能；

(5)内核与约束面板之间的间隙可以通过垫圈的高度灵活调整。

(6)加劲钢构件可根据需要进行设置，加劲钢构件的形式灵活，可以为槽钢、矩形钢管或一字形钢板等。

(7)整个支撑经济性能较好，维护方便，滞回耗能性能好，具有良好的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为支撑整体轴侧分解图

图2为内核平面图

图3为约束面板平面图

图4为限位槽平面图

图5为垫圈平面图

图6为内核端部剖面图

图7为加劲肋端部焊缝圆滑处理示意图

图8为支撑平面示意图

图9为支撑整体侧面示意图

图10为支撑平面局部放大图

图11为支撑侧面局部放大图

图12为支撑整体A-A剖面图

图13为支撑整体B-B剖面图

其中：1-内核、2-约束面板、3-高强螺栓、4-圆环形垫圈、5-加劲构件、6-端部加劲肋、7-限位槽、8-加劲肋端部焊缝。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明技术方案做进一步介绍。

如图1所示，本发明提供一种侧面可检视的全钢型装配式屈曲约束支撑，由以下部件组成，包括内核1、端部加劲肋6、约束面板2、高强螺栓3、垫圈4、限位槽7、加劲肋端部焊缝8和加劲构件5。

所述内核为一字形截面钢板，为了避免约束构件沿轴向滑动，在内核中部设置凸起，为了避免内核端部未约束段的破坏，对内核端部进行放大，整个内核一次切割加工完成。

所述约束面板含有两排沿纵向分布的螺栓孔，约束面板端部螺栓孔间距比中间螺栓孔间距小，这是为了加强约束构件的端部的刚度，避免端部过早发生破坏，孔径为螺杆直径加上1mm左右。为了保证端部加劲肋的轴向位移和加劲肋深入约束构件内部的要求，对约束面板两端进行开槽处理，两个相同的约束面板通过高强度螺栓连接。

所述加劲构件为焊接在约束面板上的钢构件，可以根据实际需要决定是否设置加劲构件，加劲构件是为了提高约束构件的平面外刚度，往往设置加劲构件比改变约束面板厚度的效果更好，加劲构件可以为槽钢、矩形钢管、一字形钢板等，附图中只列举采用槽钢时的情况。

所述端部加劲肋需伸入约束面板一定的长度，以避免构件端部发生屈曲破坏。

所述加劲肋端部焊缝为角焊缝，焊接加劲肋端部时应保证连续施焊，焊接完成后应对端部焊缝进行局部打磨圆滑处理，使其与内核表面圆滑过渡，以减小焊接残余应力和应力集中。

所述垫圈为圆环形截面，厚度大于内核钢板的厚度，垫圈的作用是保证内核与约束面板有一定的间隙，以使内核在受压时能够横向膨胀。内核侧面与垫圈有一定的间隙，内核构件受压时与垫圈为点接触，垫圈不会影响对内核构件侧面的观察。同时由于垫圈厚度大于内核的厚度，也可以透过间隙对内核平面进行观察。

所述螺栓为高强度螺栓，高强螺栓由螺母和螺杆组成，螺杆依次穿过上约束面板、垫圈(或限位槽)、下约束面板，通过施加预紧力使约束构件形成一个整体。

所述限位槽与内核中间凸起相匹配，内核凸起的表面与限位槽内表面有一定间隙，限位槽上有螺栓孔，以便于螺杆的穿过。

通过以上方式完成整个构件的制作，然后安装在结构中，以达到其抗震耗能的作用。

支撑的制作安装顺序如下：1)制作支撑的各个分部件；2)将端部加劲肋6焊接在内核1上，并对端部焊缝8进行圆滑打磨处理；3)将上下约束面板2设置在内核1两侧，并将垫圈4放置在与螺栓孔相对应的位置；4)将高强螺栓穿过约束面板和垫圈(或限位槽)上的螺栓孔，并施加预紧力；加劲构件可根据需要进行设置。

内核1由塑性变形能力好的钢材制成，其余构件可采用普通钢材。

在内核1上下两侧平行设置两组约束面板2，在约束面板螺栓孔相对应的位置设置圆环形截面垫圈4，高强度螺栓3依次穿过上约束面板2、垫圈4和下约束面板2，使约束构件形成一个整体，上下两组约束面板2将内核1夹在中间。

限位槽7的凹进部位与内核1中部凸起部分相匹配，约束构件与内核1的相互作用来确保各组件之间较小的相对刚体运动，从而提高支撑的变形能力。

根据需要，可以在约束面板2上焊接合适的加劲构件5，包括槽钢、矩形钢管或一字形钢板等，加劲构件可以提高约束构件平面外的刚度。

端部加劲肋6与内核1通过角焊缝8连接，焊接时应保证在加劲肋端部连续施焊，焊接完成以后对加劲肋端部焊缝8进行光滑打磨处理。

本发明所述一种侧面可检视的全钢型装配式屈曲约束支撑，地震发生时，支撑两端会产生相对轴向变形，轴向力只由内核1承受，通过内核1的塑性变形吸收地震能量。由于内核1与约束构件之间存在间隙，当内核1受压时会发生微幅多波屈曲，从而对约束面板2和垫圈4产生相互作用力，由于约束面板2的约束存在，支撑不会发生整体失稳。当内核1发生变形时，内核中部凸起点的位移与约束构件的轴向刚体位移一致，从而保证内核与约束构件之间不会有较大的相对刚体位移。内核1在拉压下均能进入屈服状态，并且产生较大的轴向变形，具有良好的耗能减震的效果。地震以后可以方便地从支撑侧面对内核的状态进行观察，以对其进行震后性能评估。