一种新型装配组合耗能防屈曲支撑及制作工艺的制作方法

文档序号：15855913发布日期：2018-11-07 10:58阅读：196来源：国知局

本发明涉及建筑结构工程和桥梁工程结构减振技术领域，尤其是一种新型装配组合耗能防屈曲支撑及制作工艺。

背景技术

防屈曲耗能支撑一般主要包括内部核心受力单元和外围约束单元组成，当采用防屈曲耗能支撑的结构受到地震等动力荷载时，并通过芯材屈服滞回达到耗能的效果，从而达到结构“保险丝”的作用。

一方面，为了缩减成本和缩短产品制造周期以及减少现场安装的难度，市场上的消能减震公司的研发部门往往更倾向于采用焊接的方式支座防屈曲耗能支撑，通过焊接而成的防屈曲耗能支撑将出现以下问题：1.焊缝延性差，焊缝位置容易出现锈蚀问题；2.初始缺陷对较薄钢板的静力性能和动力性能的影响较大；3.焊接工艺要求高、烦琐；4.焊接的残余应力和残余变形大，容易产生安装偏差。；5.耗能性能将大打折扣；6.当构件焊接出现错误时，工作人员往往因繁琐的修正工而选择不会进行修改。

另一方面，市场上应用于实际工程的防屈曲耗能支撑产品形式单一，和十年前的产品基本相同，耗能原理简单，仅仅通过防屈曲耗能支撑的拉压塑性变形来消耗地震传给建筑结构或桥梁结构能量。支撑芯材进入拉压塑性阶段，才能进行耗能，研发工程师和结构工程师一般将产品列为：普通防屈曲非耗能支撑、小震耗能系列、中震耗能系列以及大震耗能系列。例如：产品定位为“中震耗能系列”，在中震之前，产品仅仅为普通的防屈曲非耗能支撑，在小震或风荷载的作用下，对产品不会有太大的影响，但在节点板连接部位将会出现疲劳现象，且在小震和风荷载作用下结构将产生一定的塑性损伤，多次小震或大风作用下，这种损伤将不断累积，最终将导致结构的安全度下降。

技术实现要素：

为了克服已有焊接形式的防屈曲耗能支撑的延性较差、容易对支撑核心受力构件产生残余应力和残余变形、耐久性和抗震性能较差的不足以及无粘结材料黏贴工序困难，本发明提供了一种延性较好、避免对支撑核心受力构件产生残余应力和残余变形、耐久性和抗震性能良好、可以分阶段组合进行耗能的新型装配组合耗能防屈曲支撑及制作工艺。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种新型装配组合耗能防屈曲支撑，包括核心受力单元、约束单元和防滑装置，所述约束单元位于核心受力单元外围，所述防滑装置位于核心受力单元中部，所述核心受力单元包括芯材一和芯材二，在所述芯材一和芯材二上开设弯曲耗能开口和弯曲耗能柱，所述芯材一和芯材二上的耗能开口和耗能柱连起来成马牙状；所述芯材一和芯材二通过锯齿状耗能开口和耗能柱组合而成；

所述约束单元包括限位板、套管和盖板，所述芯材一和芯材二位于两块所述限位板之间，所述芯材一和芯材二分别与一块限位板固定连接；所述芯材一和芯材二以及限位板位于套管内，所述套管的两端安装盖板并形成封闭空腔，所述封闭空腔内填充灌浆料；所述盖板上开有供芯材一和芯材二穿过的安装孔；所述芯材一和芯材二伸出盖板的端部与节点板固定连接。

进一步，在所述芯材一和芯材二上设置有安装螺栓孔和活动槽孔一；所述限位板上对应所述芯材一和芯材二上的的活动槽孔一开有活动槽孔二；将连接螺栓通过所述限位板与芯材一和芯材二组合的核心受力单元上的所述槽孔一和所述槽孔二将所述芯材一和芯材二与所述限位板连接成整体。

在所述芯材一和芯材二开设螺栓安装孔，采用高强螺栓通过所述螺栓安装孔将支撑和主体结构节点板连接起来。

所述芯材一、芯材二、限位板以及连接螺栓上设置一层无粘结材料.

优选的，无粘结材料采用1～3mm厚度的软玻璃。

所述防滑装置设置在芯材一上截面中部和芯材二下截面中部。

所述防滑装置为凸起，厚度与芯材一或芯材二相同，高度设置在10mm至20mm，长度设置在40mm至60mm，切角为35°至60°。

所述耗能开口宽度比相应的耗能柱多2～4mm,耗能开口深度比相应的耗能柱多5～10mm左右。

所述套管为圆钢管、方钢管、矩形钢管或菱形钢管。

一种新型装配组合耗能防屈曲支撑的制作工艺，包括以下步骤：

(1)准备好加工芯材、套管、盖板、限位板、连接板、灌浆料、无粘结材料、节点板的胚料和高强螺栓。

(2)通过的切割方式将胚料钢板制作成支撑的两块长方形芯材板，再在两块长方形芯材板上通过切割的方式形成耗能开口和耗能柱，两块芯材板的耗能开口和耗能柱相互对应，芯材板的两端边缘对齐，芯材板的耗能柱的宽度比耗能开口的宽度小1～3mm；

(3)再在加工后的芯材板上开设安装槽口和螺栓安装孔；

(4)将制作连接板的胚料裁剪成矩形的连接板和结构连接板，再在连接板上开设连接板螺栓安装孔；

(5)将两块主芯板耗能柱和耗能开口相互对应放置，两块芯材板两端应对齐，在同一水平线上；

(6)在制作芯材板的同时制作限位板，将限位板胚料进行切割成限位板的尺寸，再在限位板上开设限位板槽口；

(7)在制作芯材板的同时制作盖板，并在盖板上开设安装孔，再在节点板上开设与连接板螺栓安装孔对应的安装孔；

(8)在制作芯材板的同时制作套管，可以采用成型的无缝钢管，也可以采用通过冷弯工艺制作成的钢管

(9)对芯材、连接板、限位板、盖板和节点板以及套管内壁进行除锈、喷砂处理，对套管外部进行除锈和防腐蚀工艺；

(10)将芯材板上的槽口和限位板上的槽口一一对应；

(11)通过普通的连接螺栓活锚栓将两块芯材板连接成受力芯材；

(12)将连接板上的安装螺栓孔和芯材板上的螺栓安装孔一一对应，通过高强度的安装螺栓将连接板和芯材连接成整体；

(13)将有压缩材料胚料裁剪成合适的尺寸，设置在盖板与灌浆料相接触的一侧，压缩材料的尺寸和盖板与灌浆料接触面尺寸一致，压缩材料的厚度应根据芯材的变形能力确定；

(14)在芯材，限位板的表面设置无粘结材料；

(15)将连接成整体的芯材、限位板、结构板穿过一端盖板的安装孔，再穿过套管，将该端的盖板和套管焊接，在安装孔和芯材之间填充密封材料；

(16)将(15)中的整体结构竖直放置，焊接的盖板端朝下，未焊接盖板端朝上，将灌浆料倒入套管中，养护15天左右，期间如果灌浆料收缩，需要进行补灌；

(17)将另一端盖板设置在本发明的一端，采用焊接的方式将该盖板设置于套管的另一端，该盖板与芯材之间的缝隙中填充密封材料；

(18)将连接板上剩余的连接板螺栓安装孔与节点板上的螺栓孔一一对应；

(19)将防屈曲支撑和节点板连接成整体。

本发明的技术构思为：构件中芯材一和芯材二之间的连接采用延性较好的螺栓连接方式，摒弃了延性差、工艺要求高、疲劳性能差、动力性能差、力学性能差、残余应力与残余应变影响大的焊缝连接，有效的提高了防屈曲耗能支撑的耐久性、承载能力、延性、滞回性能、耗能性能等；在芯材一和芯材二外侧设置限位板，限位板的设置可以加强“防屈曲”的效果，将芯材和芯材二有机的联系在一起，通过辅以连接螺栓，为芯材一和芯材二提供了多道侧向支撑，可以有效避免芯材一和芯材二发生局部弯曲变形，从而有效保证支撑整体的耐久性，并且可以通过限位板将新才艺和芯材二的的不规则局部面外弯曲整合成整体，再讲变形传递于外的灌浆料上，可以大大保证支撑的耗能工作环境；通过切割在芯材一和芯材二上开设耗能开口和耗能柱，并通过这种马牙状构造将芯材一和芯材二有机连接在一起，在小地震或者分何在作用下，芯材一和芯材二上的耗能柱会从外到内紧密连接才一起，在整个支撑的芯材一和芯材二大部分处于弹性工作时，最外侧的耗能柱将紧密贴合，并相互受力，直到发生弯曲塑性变形，随着外荷载的加大或外荷载的反复作用，最外侧耗能柱相互受力状态将由外向内蔓延，从而达到小震或风荷载下的为结构消耗能量，避免结构发生不必要的塑性变形，在中大震下，耗能柱之间的挤压导致的弯曲变形配合支撑的常规段进行耗能，在保证支撑的刚度基础上，可以达到多阶段的耗能的效果，从而在结构竣工的第一天就起到万能保险丝的作用。

本发明的有益效果主要表现在：

1、芯材一和芯材二以及主体结构节点板之间均采用延性较好的螺栓连接方式，有效的提高了防屈曲耗能支撑的耐久性、承载能力、延性、滞回性能、耗能性能等；

2、在小地震或者分何在作用下，芯材一和芯材二上的耗能柱会从外到内紧密连接才一起，在整个支撑的芯材一和芯材二大部分处于弹性工作时，最外侧的耗能柱将紧密贴合，并相互受力，直到发生弯曲塑性变形，随着外荷载的加大或外荷载的反复作用，最外侧耗能柱相互受力状态将由外向内蔓延，从而达到小震或风荷载下的为结构消耗能量，避免结构发生不必要的塑性变形；

3、在中大震下，耗能柱之间的挤压导致的弯曲变形配合支撑的常规段进行耗能；

4、通过个耗能柱之间的挤压而产生的弯曲塑性变形，在结构竣工的第一天就起消耗外荷载对结构输入的能量，起到万能保险丝的作用，在保证支撑的刚度基础上，可以达到多阶段的耗能的效果；

5、该种防屈曲耗能支撑工艺流程简单，制作方面，具有较高的经济性能，方便地震后防屈曲耗能支撑的置换工作；

6、采用该种防屈曲耗能支撑时，由于采用螺栓连接形式，芯材采用“一”字形，黏贴无粘结材料时的工艺将得到简化。

附图说明

图1为新型装配转化式防屈曲耗能支撑的整体正面示意图。

图2为新型装配转化式防屈曲耗能支撑的正面剖视图。

图3为新型装配转化式防屈曲耗能支撑的受力构件正视图。

图4为图1中沿a-a向的剖面图。

图5为图1中沿b-b向的断面图。

图6为图1中沿c-c向的断面图。

图7为图2中沿d-d向的断面图。

图8为图2中沿e-e向的剖面图。

图9为图2中沿f-f向的剖面图。

图10为一种新型装配转化式防屈曲耗能支撑的爆炸图。

其中，11、芯材一；111、芯材一槽口一；112、耗能开口一；113、耗能柱一；114、芯材一螺栓安装孔一；115、芯材一防滑装置；12、芯材二；121、芯材二槽口一；122、耗能开口二；123、耗能柱二；124、芯材二螺栓安装孔一；125、防滑装置二；21、限位板一，211、限位板一槽口二；22、限位板二，221、限位板二槽口二；3、灌浆料；4、套管；51、连接螺栓；6、压缩材料、7、无粘结材料；8、盖板；81、安装孔；9、连接板；91连接板螺栓安装孔二；92、安装螺栓；10、节点板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图10，一种新型装配组合耗能防屈曲支撑，包括核心受力单元、约束单元和防滑装置，所述约束单元位于核心受力单元外围，所述防滑装置位于核心受力单元中部，所述核心受力单元包括芯材一和芯材二，在所述芯材一和芯材二上开设弯曲耗能开口和弯曲耗能柱，所述芯材一和芯材二上的耗能开口和耗能柱连起来成马牙状；所述芯材一和芯材二通过锯齿状耗能开口和耗能柱组合而成；

在所述芯材一和芯材二开设螺栓安装孔，采用高强螺栓通过所述螺栓安装孔将支撑和主体结构节点板连接起来。

所述芯材一和芯材二采用同种材料，厚度相同；

进一步，所述芯材一、芯材二、限位板以及连接螺栓上设置一层无粘结材料；

优先的，无粘结材料可以采用1～3mm厚度的软玻璃。

所述防滑装置设置在芯材一上截面中部和芯材二下截面中部；

优先的，所述防滑装置为凸起，厚度与芯材一或芯材二相同，高度设置在10mm至20mm，长度设置在40mm至60mm，切角为35°至60°。

所述通过切割工艺对芯材一和芯材二进行加工，形成所述耗能开口和耗能柱，芯材一上的耗能开口和耗能柱与芯材二上耗能柱和耗能开口进行一一对应；

优先的，所述耗能开口宽度比相应的耗能柱多2～4mm,耗能开口深度比相应的耗能柱多5～10mm左右。

所述限位板优先采用钢材，两块限位板的厚度应大于芯材一或芯材二的厚度；

优先的；限位板采用比芯材一或芯材二牌号高的材料。

所述芯材一和芯材二上的槽孔为两排或者三排；

优先的，所述槽孔大小需要根据连接螺栓的大小确定。

所述连接螺栓的个数和大小需要根据限位板对芯材一和芯材二的约束能力进行设置；

优先的，所述连接螺栓采用普通螺栓，也可以用销轴或铆钉代替。