專利名稱：全角鋼式防屈曲支撐構件及其加工方法
技術領域：
本發明涉及一種防屈曲支撐構件，具體涉及一種主要用于建筑結構工程領 域中的抗側力構件(也是一種耗能減震裝置)以及其加工方法。
背景技術：
現有的防屈曲支撐構件存在以下不足之處。對于方鋼管約束十字形焊接芯板的傳統全鋼防屈曲支撐形式，其支撐節點板3分別與十字形芯板1的兩端面 焊接在一起。由于外套方鋼管2的截面比支撐節點板3的截面小，因此另外一 端的支撐節點板3必須在十字形芯板1插入鋼管2之后再通過全融透對接焊縫 與十字形芯板的另一端面連成一體(參見圖1 2)。上述現有的防屈曲支撐 構件存在生產制作時焊接量大(十字形芯板1、支撐節點板3均需要焊接而成， 支撐節點板3與十字形芯板1的兩端面需要焊接)，焊接量大會造成以下兩類 主要問題一、 支撐構件的加工質量問題首先，支撐節點板3以及十字形芯板1各板件之間大量的長線焊接所造成 的板件的殘余變形，會使十字形芯板1在插入鋼管2的過程中與鋼管內壁發生 接觸從而產生過大的摩擦力，這種摩擦力甚至會造成十字形芯板1無法穿越鋼 管，對其加工制作造成一定障礙。另一方面，當支撐節點板3與十字形芯板1 的兩端面之間進行全融透對接時，局部的熱應力會使十字形芯板1與其兩端的 支撐節點板3之間產生相對的焊接翹曲變形，造成支撐節點板3與十字形芯板 1的中心線不重合而產生偏心，這樣會對支撐在實際工程中的安裝帶來施工上 的困難。以上所述充分表明，現有的(傳統的)全鋼防屈曲支撐構件在生產加 工方面的缺陷無法保證其成品的加工質量以及實際工程的安裝質量。二、 支撐的力學性能缺陷首先，焊接殘余變形所造成的支撐節點板3與十字形芯板1之間的相對偏 心會嚴重降低支撐構件的整體穩定性，而這種由加工隨機誤差所造成的相對偏心量是研究人員和工程設計人員無法如實考慮的因素，因此無法從設計上確保其具有可靠的穩定承載力；另外，板件之間的焊接所產生的熱應力會大大降低 十字形芯板1的低周疲勞壽命，當十字形芯板1進入大塑性應變時此類問題尤 為突出，會造成十字形芯板1在地震過程中提前發生斷裂而不能夠充分發揮其 耗能能力，而這種焊接所造成的對低周疲勞壽命的影響也是研究人員無法準確 估計的。最后，在設計方面，焊接還會顯著改變內芯的實際屈服軸力，使得設 計屈服軸力與實際屈服軸力不一致，從而可能造成在中震作用下，支撐構件不 能夠先于結構屈服繼而達不到保護主體結構的目的。以上所述充分說明，現有 的(傳統的)全鋼防屈曲支撐構件的力學性能缺陷使工程設計人員無法從設計 上確保其具有可靠的穩定性能及低周疲勞性能，同時也無法確保支撐構件能夠 先于結構屈服，這些因素都會造成此類支撐構件的設計性能與實際性能大相徑勝o綜上所述，由于現有的(傳統的)全鋼防屈曲支撐構件在生產加工和力學 性能上的缺陷，人們很難在設計方法甚至實際應用上對現有的全鋼防屈曲支撐 構件的實際性能提供可靠的技術保障。發明內容本發明為了解決現有的全鋼防屈曲支撐構件存在由于自身結構帶來的焊 接量大、生產工藝復雜的問題，以及焊接量大導致無法保證加工質量以及實際 工程的安裝質量、無法從設計上確保其具有可靠的穩定性能及低周疲勞性能， 同時也無法確保支撐構件能夠先于結構屈服的問題，進而提供了一種全角鋼式 防屈曲支撐構件及其加工方法。 '本發明解決其技術問題所采用的技術方案是一種全角鋼式防屈曲支撐構 件，它包括支撐內芯、外包約束構件，所述外包約束構件由兩個角鋼件組成， 所述兩個角鋼件相對夾在支撐內芯的外側并固接成一體，所述防屈曲支撐構件 還包括八個加勁肋，所述支撐內芯由四個等邊,鋼件組成，所述四個等邊角鋼 件肢壁背面相靠并固接形成十字型截面，所述每個等邊角鋼件的兩肢壁之間固 裝有兩個加勁肋。所述的全角鋼式防屈曲支撐構件的加工方法是按照以下步驟實現的步驟 一、將四個等邊角鋼件肢壁背面相靠并固接形成十字型截面的支撐內芯；步驟二、將八個加勁肋分別固裝在每個等邊角鋼件的兩肢壁之間；步驟三、將兩個 角鋼件相對夾在支撐內芯的外側并固接成一體；步驟四、完成全角鋼式防屈曲 支撐構件的加工。本發明具有以下有益效果本發明具有焊接量較少、生產工藝簡便、力學 性能優越且便于分析設計、能確保實際工程的安裝質量的優點。本發明的優點具體表現在以下幾個方面 一、支撐內芯及外包約束構件直接采用市場上的現 成等邊角鋼一次切割加工而成，取材統一且價格低廉；二、避免了支撐內芯屈 服段相鄰板件之間的焊接，大大簡化了生產工藝，保證了成品的質量，同時又 減少了支撐內芯的生產加工缺陷以及力學性能缺陷；三、外包約束構件采用雙 角鋼拼接方式代替傳統的方鋼管，避免了整體節點彈性段Lc (支撐節點板) 與支撐內芯的兩端面的對接，減少了焊接所引起的焊接殘余變形，支撐構件的 施工安裝質量以及實際性能都得到可靠保證；四、由于減少了傳統生產方式所 造成的各種生產加工缺陷以及力學性能缺陷，使得全角鋼式防屈曲支撐構件更 加便于工程師分析與設計，因此能夠保證支撐構件的實際性能與設計性能的一 致性；五、支撐內芯以及外包約束構件之間無需設置無粘結材料或設置專門的 部件來預留兩者之間的間隙，只需要在內芯角鋼的肢尖處作簡單的機械倒角處 理便能夠預留間隙，進一步簡化了其生產工藝，同時又可以減少內芯與約束構 件之間的摩擦力，使得兩者分工更加明確。
圖1是現有的全鋼防屈曲支撐構件的結構及其生產加工流程示意圖，圖2 是圖1的A-A剖視圖，圖3是本發明的生產加工流程示意圖，圖4是支撐內芯 其中一根等邊角鋼件的立體圖，圖5是外包約束構件中的一個角鋼件的立體 圖，圖6是加勁肋的立體圖，圖7是圖3的B-B剖視圖，圖8是圖3的C-C 剖視圖，圖9是圖3的D-D剖視圖，圖10是圖3的E-E剖視圖，圖11是圖7 的F部放大圖，圖12是圖8的G部放大圖，圖13是圖9的H部放大圖，圖 l4是圖10的I部放大圖，圖15是本發明的主視圖(沒有畫出外包約束構件7)， 圖16是本發明的主視圖，圖17是本發明的實際工程安裝示意圖，圖18是圖 17的J-J剖面圖。
具體實施方式
具體實施方式
一如圖3 14所示，本實施方式所述的全角鋼式防屈曲支撐構件，它包括支撐內芯5、外包約束構件7，所述外包約束構件7由兩個角 鋼件7-1組成，所述兩個角鋼件7-1相對夾在支撐內芯5的外側并固接成一體， 所述防屈曲支撐構件還包括八個加勁肋6，所述支撐內芯5由四個等邊角鋼件 5-1組成，所述四個等邊角鋼件5-l肢壁背面相靠并固接形成十字型截面，所 述每個等邊角鋼件5-1的兩肢壁之間固裝有兩個加勁肋6。所述八個加勁肋6 均沿與四個等邊角鋼件5-l的兩肢壁呈45。方向放置。上述支撐內芯5中的每個等邊角鋼件5-1均經由火焰切割一次加工而成， 然后在角鋼的棱角處作刨邊平滑處理，最后在角鋼肢尖F處作倒角處理以預留 與外包約束構件7之間的間隙(參見圖7)。在外包約束構件7的肢尖位置作 倒角平滑處理，然后把支撐內芯5定位在外包約束構件7中間，并在外包約束 構件7的相鄰肢尖H處沿縱向進行焊接，即把雙等邊角鋼7連為一體(參見圖 9)。
具體實施方式
二如圖3 14所示，'本實施方式所述四個等邊角鋼件5-1 均由兩段支撐節點連接段5-1-1、兩段斜面過渡段5-1-2、中間段5-l-3組成， 所述兩段斜面過渡段5-卜2分別設置在中間段5-1-3的兩端與兩段支撐節點連 接段5-1-1之間并制成一體，所述中間段5-1-3的截面面積小于斜面過渡段 5-1-2的截面面積，所述斜面過渡段5-1-2與中間段5-1-3之間的夾角a《45支撐節點連接段5-1-1是節點彈性段Lcl、斜面過渡段5-1-2是過渡段 Ltrl，中間段5-1-3是屈服段Lyl。加工完成后的支撐內芯5沿長度方向分為 三個部分，即整體節點彈性段Lc、整體過渡段Ltr以及整體屈服段Ly，其相 應的橫截面面積分別為Ac、 Atr以及Ay，' 一般令Ac=2Ay。 Lc與Ly之間的過 渡段Ltr采用斜直線過渡，并要求坡度小于45度以減緩應力集中。.把上述支 撐內芯5各個等邊角鋼之間肢背相靠，并在節點彈性段范圍內的相鄰角鋼肢尖 之間沿縱向進行焊接，即在整體節點彈性段區域，把四個原本分開的等邊角鋼 件5-1通過肢尖I處的焊縫連為一體(參見圖10)。其它組成及連接關系與具 體實施方式一相同。
具體實施方式
三如圖3所示，本實施方式所述的全角鋼式防屈曲支撐構 件的加工方法是按照以下步驟實現的步驟一、將四個等邊角鋼件5-l肢壁背 面相靠并固接形成十字型截面的支撐內芯5;步驟二、將八個加勁肋6分別固 裝在每個等邊角鋼件5-1的兩肢壁之間；步驟三、將兩個角鋼件7-1相對夾在 支撐內芯5的外側并固接成一體；步驟四、完成全角鋼式防屈曲支撐構件的加 工。
具體實施方式
四如圖3、圖15 18所示，本實施方式是將本發明安裝 在實際工程中的一個實施例支撐內芯5由四根肢背相靠的等邊角鋼件5-1拼接成為十字形，沿軸線方向分為整體節點彈性段Lc、整體過渡段Ltr以及 整體屈服段Ly，沿長度方向一次切割完成；在上述支撐內芯5的屈服段區域 內的肢尖位置要作倒角處理。在屈服段區域，相鄰角鋼的肢尖之間并沒有焊接 連接接頭。在上述支撐內芯5的節點彈性段區域內相鄰角鋼肢尖之間進行淺度 焊接，使該區域的四個角鋼通過肢尖處的焊縫連為一個整體。在屈服段Ly端 部以及過渡段Lcr的區域，沿與角鋼的兩肢分別成45度的方向放置加勁肋6， 并在加勁肋與角鋼之間采用淺度焊接。在外包約束構件7的肢尖位置作倒角處 理，然后把支撐內芯5對稱放置在外包約束構件7的中間，并在外包約束角鋼 7的相鄰肢尖處沿縱向進行焊接，即把外包約束構件7在相鄰肢尖處通過焊縫 連為一體。支撐內芯5兩端的支撐節點板上鉆孔后，再通過連接板件8以及高 強螺栓9連接到實際工程框架節點板10處，完成安裝。
權利要求
1. 一種全角鋼式防屈曲支撐構件，它包括支撐內芯(5)、外包約束構件(7)，其特征在于所述外包約束構件(7)由兩個角鋼件(7-1)組成，所述兩個角鋼件(7-1)相對夾在支撐內芯(5)的外側并固接成一體，所述防屈曲支撐構件還包括八個加勁肋(6)，所述支撐內芯(5)由四個等邊角鋼件(5-1)組成，所述四個等邊角鋼件(5-1)肢壁背面相靠并固接形成十字型截面，所述每個等邊角鋼件(5-1)的兩肢壁之間固裝有兩個加勁肋(6)。
2、 根據權利要求l所述的全角鋼式防屈曲支撐構件，其特征在于所述四 個等邊角鋼件(5-1)均由兩段支撐節點連接段(5-1-1)、兩段斜面過渡段(5-1-2)、中間段(5-1-3)組成，所述兩段斜面過渡段(5-1-2)分別設置在 中間段(5-1-3)的兩端與兩段支撐節點連接段(5-1-1)之間并制成一體，所 述中間段(5-1-3)的截面面積小于斜面過渡段(5-1-2)的截面面積，所述斜 面過渡段(5-1-2)與中間段(5-1-3)之間的夾角a《45。。
3、 一種權利要求l所述的全角鋼式防屈曲支撐構件的加工方法，其特征 在于它是按照以下步驟實現的步驟一、將四個等邊角鋼件(5-1)肢壁背面 相靠并固接形成十字型截面的支撐內芯(5);步驟二、將八個加勁肋(6)分 別固裝在每個等邊角鋼件(5-1)的兩肢壁之間；步驟三、將兩個角鋼件(7-1)相對夾在支撐內芯(5)的外側并固接成一體；步驟四、完成全角鋼式防屈曲支撐構件的加工。
全文摘要
全角鋼式防屈曲支撐構件及其加工方法，它涉及一種防屈曲支撐構件及其加工方法。本發明解決了現有的全鋼防屈曲支撐構件存在由于自身結構帶來的焊接量大、生產工藝復雜的問題，以及焊接量大導致無法保證加工質量以及實際工程的安裝質量等問題。本發明所述兩個角鋼件(7-1)相對夾在支撐內芯(5)的外側并固接成一體，所述四個等邊角鋼件(5-1)肢壁背面相靠并固接形成十字型截面，所述每個等邊角鋼件(5-1)的兩肢壁之間固裝有兩個加勁肋(6)。本方法的步驟是加工支撐內芯、安裝加勁肋、安裝外包約束構件。本發明具有焊接量較少、生產工藝簡便、力學性能優越且便于分析設計、能確保實際工程的安裝質量的優點。
文檔編號E04B1/98GK101265729SQ200810064500
公開日2008年9月17日 申請日期2008年5月14日 優先權日2008年5月14日
發明者斌 吳, 趙俊賢 申請人:哈爾濱工業大學