纤维增强复合材料-木-钢组合约束防屈曲耗能支撑的制作方法
【专利说明】纤维増强复合材料-木-钢组合约束防屈曲耗能支撑
[0001]
技术领域
[0002]本发明属于建筑结构工程技术领域，涉及一种防屈曲耗能支撑。
[0003]
【背景技术】
[0004]防屈曲耗能支撑兼有普通支撑及耗能较高等特点，有效克服了普通钢支撑容易发生整体屈曲、抗震能力不足等缺陷，在抗震工程中得到广泛应用。目前，从外约束构件的材料角度对防屈曲耗能支撑进行分类，主要分为混凝土约束防屈曲耗能支撑及全钢防屈曲耗能支撑两类。混凝土约束防屈曲耗能支撑具有自重大、制作周期长、运输及安装困难等缺点；全钢防屈曲耗能支撑一定程度克服了混凝土约束防屈曲耗能支撑的上述缺点，但是为更好的抑制内芯的整体及局部屈曲，外约束钢板还是得有大的厚度，因此自重大、运输及安装困难等问题依旧存在。同时，上述两类防屈曲耗能支撑均由外约束腐蚀耐久性差的问题，以纤维增强复合材料约束防屈曲耗能支撑可以一定程度解决上述问题。
[0005]目前研究开发的纤维增强复合材料约束防屈曲耗能支撑有中国专利号CN102767249A及CN101575915BXN102767249A公开了一种名称为“纤维加强混凝土外约束防屈曲耗能支撑构件及其制作方法”的发明专利，其外约束采用混凝土外包纤维增强材料制成，可以有效避免了传统钢管外约束的腐蚀，具有较好的耐久性，但其自重大，制作周期长，运输、安装及其置换困难的问题依然存在;CN101575915B公开了一种名称为“纤维增强复合材料约束防屈曲耗能支撑”的实用新型专利，其采用纤维增强复合材料作为约束体系，砂浆、轻质混凝土、竹篾、木材或泡沫等作为填充材料，其具有轻质、施工成型方便、耐腐蚀等优点，同时在《工程力学》杂志2012年6月第29卷第6期题目为“FRP快速抗屈曲轴压钢构件方法的试验研究”的论文中，从试验结果的曲线可以看出以竹篾、木材等作为填充材料时，
耗能支撑到达极限荷载后承载力迅速下降，其耗能能力有限。
[0006]
【发明内容】
[0007]技术问题:本发明提供了一种自重轻、制作周期短、便于运输、安装、置换，提高了耗能能力的纤维增强复合材料-木-钢组合约束防屈曲耗能支撑。
[0008]技术方案:本发明的纤维增强复合材料-木-钢组合约束防屈曲耗能支撑，包括内芯和套在所述内芯外部的组合外约束，所述组合外约束由垫块、防护板、木块、纤维增强复合材料组成，多个防护板沿纵向设置在内芯周边，两相邻防护板之间通过设置在外侧端部的垫块连接，构成容纳内芯的封闭结构;所述防护板的外表面连接设置木块，所述纤维增强复合材料沿纵向缠绕在垫块、防护板和木块整体的外侧;所述内芯穿过组合外约束内侧的封闭结构，在内芯上设置有位于组合外约束两端并将其约束在纵向有限范围内滑动的限位块。
[0009]进一步，本发明装置中，内芯的截面形状为十字形或一字形。
[0010]进一步，本发明装置中，防护板为角钢或钢板。
[0011]进一步，本发明装置中，防护板外表面设置有抗剪栓。
[0012]进一步，本发明装置中，纤维增强复合材料与垫块之间，防护板和木块之间均涂敷环氧树脂胶粘剂。
[0013]有益效果:本发明和现有技术相比，具有以下优点:
对比发明专利CN102767249A以混凝土作为外约束的防屈曲耗能支撑，本发明装置在整个加工制作过程中无湿作业，无需支模板，故其制作的周期也较短；
对比发明专利CN102767249A以混凝土作为外约束的防屈曲耗能支撑，本发明装置采用轻质的纤维增强复合材料-木-钢作为组合约束体系，附加重量轻，对结构自重影响很小，同时运输、安装及置换也很方便，无需起重设备；
对比实用新型专利CN101575915B采用纤维增强复合材料作为约束体系，以砂浆、轻质混凝土、竹篾、木材或泡沫等作为填充材料的防屈曲耗能支撑，本发明装置在外约束木块及内芯之间放置防护板，并通过设置垫块连接为整体，起到骨架作用，方便了木块的放置，也方便了包裹纤维增强复合材料，同时，通过改变垫块的厚度可以很方便控制防护板与内芯间间隙的大小，防屈曲耗能支撑的制作精度得到很好的控制；
对比实用新型专利CN101575915B采用纤维增强复合材料作为约束体系，以砂浆、轻质混凝土、竹篾、木材或泡沫等作为填充材料的防屈曲耗能支撑，经过对“FRP快速抗屈曲轴压钢构件方法的试验研究”论文中的实验现象及结果进行分析，该支撑到达极限荷载后承载力迅速下降的主要原因为受力过程中内芯发生了局部屈曲，同时填充材料也发生了局部破坏，这主要是填充材料与内芯直接接触所导致，而本发明装置在外约束木块及内芯之间放置防护板，在防屈曲耗能支撑受压时，内芯发生屈曲，防护板的存在起到隔离外约束木块及内芯的作用，内芯与木块在整个受力过程中没有直接接触，这有效保护了木块，充分发挥其抗弯性能，同时防护板的存在避免或延迟了内芯发生局部屈曲，进而保证防屈曲耗能支撑具有良好的承载及耗能性能；
对比实用新型专利CN101575915B采用纤维增强复合材料作为约束体系，以砂浆、轻质混凝土、竹篾、木材或泡沫等作为填充材料的防屈曲耗能支撑，本发明装置通过设置抗剪栓及环氧树脂胶粘剂等方式将纤维增强复合材料、木及钢连接为整体，整个外约束作为整体能够很好的共同工作，具有较大的刚度，可以有效抑制内芯的整体屈曲，进而保证防屈曲耗能支撑具有良好的承载及耗能性能。
[0014]
【附图说明】
[0015]图1为本发明防屈曲耗能支撑支撑的整体图；
图2为本发明防屈曲耗能支撑平面图，其中图2a为十字形内芯，图2b为一字形内芯；
图3为本发明防屈曲耗能支撑的截面图，其中图3a为十字形内芯，图3b为一字形内芯； 图中:I一垫块;2一防护板;3一木块;4一纤维增强复合材料;5一内芯;6一限位块。
[0016]
【具体实施方式】
[0017]由于一字形截面内芯防屈曲耗能支撑与十字形截面内芯防屈曲耗能支撑【具体实施方式】近似，下面结合一十字形截面内芯的实施例和说明书附图对本发明作进一步的说明。
[0018]参见图1、图2(a)及图3(a)，该防屈曲耗能支撑一实施例由四个垫块1、四个防护板
2、四个木块3、纤维增强复合材料4、内芯5及8个限位块6组成，内芯5可采用钢板构件。其中各零件的具体形状、相互关系的连接及其目的如下所述。
[0019]参见图3(a)，该实施例中，防护板2为角钢，木块3的截面为经倒角处理的方形，并在其与防护板2抗剪栓的对应位置设置孔洞，内芯5的截面形状为十字形，纤维增强复合材料4为碳纤维布。
[0020]参见图1、图2(a)及图3(a)，该实施例在制作时，首先将限位块6焊接在内芯5两端指定位置，在内芯5表面涂抹硅油或石墨乳等润滑材料，并将四个角钢防护板2沿纵向环绕内芯5设置，两相邻防护板2之间在外侧端部放置垫块I，相邻防护板2与垫块I沿纵向点焊连接为封闭结构;其次，在四个防护板2的外侧表面焊接一定数量抗剪栓并涂上环氧树脂胶粘剂并快速放置木块3在防护板2的外侧表面并压紧;最后，在木块3的外围涂上环氧树脂胶粘剂并通长缠绕纤维增强复合材料4，并在两端及中部等容易破坏的部位另外包裹多层纤维增强复合材料4。
[0021]所述，防护板2的存在可以避免内芯5变形后与木块3直接接触，起到保护木块3的作用，使其充分发挥其抗弯性能，进而保证支撑有良好的承载及耗能性能；
所述，垫块I的存在有助于确定防护板2的位置，同时，通过改变垫块I的厚度可以很容易控制防护板2与内芯5间隙大小；
所述，点焊连接垫块I及防护板2为封闭整体使得外约束更好的共同作用，同时，更加方便放置木块3，也便于包裹纤维增强复合材料4;
所述，在木块3的外表面涂上环氧树脂胶粘剂并通长缠绕纤维增强复合材料4，其主要是为了使内芯5周围的四个约束子单元更好的共同作用；
所述，在外约束两端及中部等容易破坏的部位另外包裹多层纤维增强复合材料4，其主要是为了防止支撑因外约束发生局部破坏而影响其承载及耗能性能；
所述，应在内芯5表面涂抹硅油或石墨乳等润滑材料，以减小内芯5与防护板2之间的摩擦，使内芯5能够沿纵向伸缩，而外约束不受轴向力。
[0022]
上述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种纤维增强复合材料-木-钢组合约束防屈曲耗能支撑，其特征在于，该支撑包括内芯(5 )和套在所述内芯(5 )外部的组合外约束，所述组合外约束由垫块(I)、防护板(2 )、木块(3)、纤维增强复合材料(4)组成，多个防护板(2)沿纵向设置在内芯(5)周边，两相邻防护板(2)之间通过设置在外侧端部的垫块(I)连接，构成容纳内芯(5)的封闭结构;所述防护板(2)的外表面连接设置木块(3)，所述纤维增强复合材料(4)沿纵向缠绕在垫块(1)、防护板(2)和木块(3)整体的外侧;所述内芯(5)穿过组合外约束内侧的封闭结构，在内芯(5)上设置有位于组合外约束两端并将其约束在纵向有限范围内滑动的限位块(6)。2.如权利要求1所述的纤维增强复合材料-木-钢组合约束防屈曲耗能支撑，其特征在于，所述内芯(5 )的截面形状为十字形或一字形。3.如权利要求1所述的纤维增强复合材料-木-钢组合约束防屈曲耗能支撑，其特征在于，所述防护板(2)为角钢或钢板。4.如权利要求1、2或3所述的纤维增强复合材料-木-钢组合约束防屈曲耗能支撑，其特征在于，所述防护板(2)外表面设置有抗剪栓。5.如权利要求1所述的纤维增强复合材料-木-钢组合约束防屈曲耗能支撑，其特征在于，所述纤维增强复合材料(4)与垫块(I)之间，防护板(2)和木块(3)之间均涂敷环氧树脂胶粘剂。
【专利摘要】本发明公开了一种纤维增强复合材料-木-钢组合约束防屈曲耗能支撑，包括内芯和套在所述内芯外部的组合外约束，组合外约束由垫块、防护板、木块、纤维增强复合材料组成，多个防护板沿纵向设置在内芯周边，两相邻防护板之间通过设置在外侧端部的垫块连接，构成容纳内芯的封闭结构，在防护板的外表面连接设置木块，纤维增强复合材料沿纵向缠绕在垫块、防护板和木块整体的外侧。本发明的防屈曲耗能支撑，在保证承载及耗能能力的同时，具有自重轻、制作周期短、运输方便及安装置换简单等优点，可以应用于多层、高层混凝土结构和钢结构的建筑中，能够解决建筑结构在地震作用下的安全性问题。
【IPC分类】E04B1/98
【公开号】CN105507441
【申请号】CN201510845000
【发明人】陶欣, 曹双寅, 敬登虎
【申请人】东南大学
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年11月27日