预应力屈曲约束支撑的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种屈曲约束支撑外包约束混凝土单元配有预应力索、预应力钢绞线或预应力螺杆的构件，属于结构工程抗震涉及领域。
【背景技术】
[0002]最近几年屈曲约束支撑结构已经成为当下十分流行的抗震结构体系。为有效的控制结构刚度，目前许多设计采用“延性结构体系”，目标在于提高结构的变形能力，并利用结构的延性耗能，代价则是以部分结构损坏的来抵抗消散地震作用。考虑延性的影响，框架结构开始被更多的重视应用，但纯框架抗侧能力较弱，因而引入支撑构件。但普通支撑在地震往返作用的拉压下存在着屈曲变形的问题。屈曲约束支撑则通过对其外部施加约束构件，限制支撑在受力过程中的屈曲变形，以达到全截面屈服的效果。
[0003]屈曲约束支撑在小震时，耗能体系的刚度高于传统抗弯刚框架，很容易达到规范要求。其连接方式多为铰接或螺栓，可避免现场焊接并减少检测难度，安装环保又经济。不仅如此，屈曲约束支撑构件可灵活的对结构的刚度和强度进行调整，并且在地震作用损坏后容易更换，相比更长时间的保护了整体结构。为进一步达到“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设防目标，更多工程采用屈曲约束支撑构件。
[0004]防屈曲耗能支撑主要组成有内部核心钢材(钢芯)、无粘结材料(或间隙)和外部约束构件(如钢管混凝土等。)对于钢芯，既是支撑的约束屈服段，要求其延性好，屈服强度值稳定。钢芯是保证构件可靠性的重要组成。为保证支撑两端始终处于弹性阶段工作，需要增加构件截面尺寸或焊接加劲肋。当然在加宽的非屈服段前，需设置内部预留空间，避免钢材和水泥砂浆的直接接触。而无粘结层需为膨胀材料，以减少在泊松效应下，钢芯约束屈服段膨胀时与水泥砂浆之间的剪力。在地震作用中，防屈曲耗能支撑的工作原理是:由核心屈服钢芯全部承担轴向压力和拉力，以达到耗能的作用，而外部约束单元限制核心单元弯曲，达到防止钢芯屈曲的目的。这种结构形式的应用，改善了传统支撑结构体系的整体刚度不足的问题，并有效提高了结构滞回性能。
[0005]目前，屈曲约束支撑外部约束单元外套多为钢管与混凝土组合，当遇到大跨高承载力设计需求时，需要足够大的截面才可以满足对核心钢材的约束，而预应力屈曲约束支撑，是相当于对原有的混凝土单元预压，更有效发挥混凝土的约束作用并减少开裂，相对减少截面尺寸即减少外包约束用材，保证结构性能且满足设计外观需求、减少占有空间。其次预应力筋、预应力索、预应力钢绞线或预应力螺杆可以起到一定抗弯作用。适用于大跨高承载力建筑的抗震加固。预应力屈曲约束支撑可采用先张法和后张法两种方法张拉，先张法主要在预制厂使用，用于预制构件的生产可工厂批量张拉，适合工厂化批量生产；后张法则在施工现场使用，加工方式灵活，预应力度高。
【实用新型内容】
[0006]专利旨在相对减少大跨高承载力支撑截面尺寸，提供一种预应力预压混凝土的屈曲约束支撑，其应用预应力索、预应力钢绞线或预应力螺杆对原有的混凝土单元预压，既有效发挥混凝土的约束作用，减少混凝土开裂，相对减少截面尺寸即减少外包约束用材，又保证结构良好的滞回性能且满足设计外观需求。
[0007]一种预应力屈曲约束支撑，设有核心钢材作为主要屈服构件，还有支撑外围的外部约束构件，以及外部约束构件和钢芯支撑构件之间的所设置的无粘结材料层，其特征在于:外部约束混凝土单元配有预应力索、预应力钢绞线或预应力螺杆，且对混凝土预压；对于外包约束为钢套管屈曲约束支撑，优先采用先张法张拉和矩形截面，可多个支撑同时加工张拉，便于工厂化生产；对于外包约束为螺旋箍筋屈曲约束支撑(作者曾提出【专利号:ZL201320740602.1】)，优先采用后张法张拉和圆形截面，加工方式灵活，预应力度高且减少端部混凝土脱落；预应力索、预应力钢绞线或预应力螺杆由设计承载力与支撑长度配置计笪并ο
[0008]专利的有益效果在于，本专利能够实现对大跨高承载力支撑截面缩减即减少外包约束用材，且采用先张法时便于工厂化批量加工，又可以采用后张法灵活运用。并且刚度大、强度高，很容易达到规范要求。其连接方式多为铰接或螺栓，现场安装环保且经济。这种支撑形式不仅灵活度高，容易调整结构刚度和强度，在地震作用损坏后可更换，又可以大大缩减工期并减少用钢量，且更持久的保证构件性能，可靠度高，以达到“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设防目标。
【附图说明】
[0009]图1是本专利构件的钢芯；
[0010]图2是本专利构件钢芯透视图；
[0011]图3是本专利先张法十字形构件矩形截面图；
[0012]图4是本专利先张法构件外包约束和预应力筋透视图；
[0013]图5是本专利后张法十字形构件圆形截面图；
[0014]图6是本专利后张法构件外包约束和预应力筋透视图。
[0015]1-十字形内核钢芯；
[0016]2-无粘结材料；
[0017]3-柔软材料；
[0018]4-外包约束；
[0019]5-钢管套筒；
[0020]6-预应力筋；
[0021]7-混凝土；
[0022]8-被切割十字形内核钢芯；
[0023]9-外包纸筒；
[0024]10-螺旋雜筋；
[0025]11-钢筋；
[0026]12-锚具。
【具体实施方式】
[0027]以下将结合附图详细的说明本专利的技术方案。
[0028]如图4、图6、所示，本专利构件为预应力屈曲约束支撑，其由内部十字形(或一字形，工字形等)核心钢芯、无粘结材料、混凝土、外包约束(钢套管或螺旋箍筋)和预应力筋(预应力索、预应力钢绞线或预应力螺杆)几部分组成。钢芯截面尺寸由轴心承载力设计决定。混凝土为圆形截面，采用砂浆或轻骨混凝土，且骨料最大粒径小于钢芯外缘到外包混凝土间距，混凝土截面尺寸由构件抗弯要求等计算确定。
[0029]如图3、图4所示，采用先张法张拉预应力筋，主要在预制厂使用，用于预制构件的生产，在浇筑混凝土前张拉预应力筋，并将张拉的预应力筋临时锚固在台座或钢模上，然后浇筑混凝土，待混凝土强度达到不低于混凝土设计强度值的75%，保证预应力筋与混凝土有足够的粘结时，放松预应力筋，借助于混凝土与预应力筋的粘结，对混凝土施加预压力。可工厂批量张拉，适合工厂化批量生产。
[0030]如图5、图6所示，采用后张法张拉预应力筋，后张法则在施工现场使用，先制作构件(浇筑混凝土)，并在构件体内按预应力筋的位置留出相应的孔道，待构件的混凝土强度达到规定的强度(一般不低于设计强度标准值的75% )后，在预留孔道中穿入做了防腐处理的预应力筋进行张拉，并利用锚具把张拉后的预应力筋锚固在构件的端部，依靠构件端部的锚具将预应力筋的预张拉力传给混凝土，使其产生预压应力；最后在孔道中灌入水泥浆，使预应力筋与混凝土构件形成整体。适合施工现场灵活加工改装。
【主权项】
1.一种预应力屈曲约束支撑，设有核心钢材作为主要屈服构件，还有支撑外围的外部约束构件，以及外部约束构件和钢芯支撑构件之间的所设置的无粘结材料层，其特征在于:外部约束混凝土单元配有预应力索、预应力钢绞线或预应力螺杆，且对混凝土预压。
2.根据权利要求1所述一种预应力屈曲约束支撑，其特征在于:对于外包约束为钢套管屈曲约束支撑，优先采用先张法张拉，可多个支撑同时加工张拉，便于工厂化生产。
3.根据权利要求1所述一种预应力屈曲约束支撑，其特征在于:对于外包约束为螺旋箍筋屈曲约束支撑，优先采用后张法张拉，加工方式灵活，预应力度高且减少端部混凝土脱落。
4.根据权利要求2或3所述一种预应力屈曲约束支撑，其特征在于:预应力索、预应力钢绞线或预应力螺杆由设计承载力与支撑长度配置计算。
【专利摘要】本实用新型公开了一种预应力屈曲约束支撑，其特征在于，由以下部件组成：一字形或十字形截面钢芯(1)，混凝土(2)，矩形截面或圆形截面外包单元(3)，预应力筋、预应力索、预应力钢绞线或预应力螺杆(4)。一种应力屈曲约束支撑，在传统屈曲约束支撑构造前提下，对原有的混凝土单元预压，更有效发挥混凝土的约束作用并减少开裂，尤其应用到大跨高承载力支撑，相对减少截面尺寸即减少外包约束用材，保证结构性能且满足设计外观需求、减少占有空间。其次预应力筋、预应力索、预应力钢绞线或预应力螺杆可以起到抗弯作用。适用于大跨高承载力建筑的抗震加固。
【IPC分类】E04B1-98
【公开号】CN204385941
【申请号】CN201420747930
【发明人】张国伟, 吴徽, 吴昆仑, 肖伟, 陈鹏, 张品
【申请人】北京建筑大学
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2014年12月4日