一種側面可檢視的全鋼裝配式屈曲約束支撐的制作方法

本發明涉及一種屈曲約束支撐。

背景技術：

普通鋼支撐在往復水平地震作用下容易發生受壓屈曲而導致剛度、承載力和耗能能力的急劇下降，顯著降低結構的延性。屈曲約束支撐為一種應用于建筑工程和橋梁工程的耗能減震構件，利用鋼材的軸向拉壓塑性變形吸收能量，通過在內核的外圍設置約束構件抑制其受壓屈曲，在受壓時也能產生較大的軸向變形，不會發生支撐整體失穩。屈曲約束支撐不僅能夠給結構提供剛度，而且能起到消能減震的作用，從而避免主體結構產生較大的損傷破壞。目前，屈曲約束支撐在國內外得到了廣泛的應用，尤其是對于抗震設防烈度較高的建筑物。

目前，屈曲約束支撐按約束方式的不同主要有三種類型，即鋼與混凝土整體式、全鋼整體式和全鋼裝配式屈曲約束支撐。鋼與混凝土整體式屈曲約束支撐是通過內填混凝土或砂漿的鋼構件對內核進行約束，內核表面需要附加無粘結材料以避免混凝土和內核連成一體。全鋼整體式屈曲約束支撐是通過單個鋼構件或焊接成整體的鋼構件作為內核的約束構件。全鋼裝配式屈曲約束支撐是通過螺栓將約束單元連接起來，形成內核的約束構件。

鋼與混凝土整體式屈曲約束支撐存在以下缺點：(1)需要澆筑混凝土，濕作業工作多，加工精度控制困難，制作周期長，質量不易控制，支撐的自重大；(2)內核表面需要附加無粘結材料，其耐久性較差；(3)內核受壓時填充的混凝土或砂漿容易被壓壞，從而降低約束效果，影響支撐的性能；(4)由于內核耗能段被約束構件完全包圍，地震發生以后很難快速地判斷內芯的變形狀態，不能及時有效地判斷是否需要更換；(5)支撐破壞以后約束構件不能重復使用。

全鋼整體式屈曲約束支撐存在以下缺點：(1)由于內核耗能段被約束構件完全包圍，約束構件只能破壞性地拆解，地震發生以后很難快速地判斷內芯的變形狀態，不能及時有效地判斷是否需要更換；(2)支撐破壞以后約束構件不能重復使用。(3)整體式全鋼約束構件不可避免的存在較多焊接工作，可能會對支撐產生初始殘余變形。

因此，全鋼裝配式屈曲約束支撐具有較多的優點，得到了廣泛的研究。相對而言，全鋼裝配式屈曲約束支撐的缺點是約束構件由離散分布的螺栓連接而成，約束構件的整體剛度會受到一定影響。普通的全鋼裝配式屈曲約束支撐為了保證內核與約束構件之間的間隙，需要設置填充板條，內核被約束構件包圍，所以震后也需要將螺栓拆卸掉才能判斷內核的變形狀態。已有學者在約束構件表面開設觀察窗，通過觀察窗來判斷內芯的變形狀態，但觀察窗并不能沿支撐通長分布，只能觀察局部的內核狀態。

目前應用較廣的支撐內核為一字形，由于支撐端部需要與主體結構相連，內核端部不受約束構件的約束，所以需要在一字形內芯端部垂直焊接加勁肋，以避免內核端部外露段的破壞。眾多試驗研究結果表明，內核常常在加勁肋端部焊縫處發生斷裂，這是由于焊接殘余應力的存在和幾何突變造成的應力集中的影響，加勁肋焊縫端部容易形成薄弱環節而過早發生低周疲勞斷裂，嚴重降低支撐的耗能能力。加勁肋端部焊縫質量的不確定性給支撐的安全性和可靠性帶來了影響。

技術實現要素：

本發明針對現有技術的缺點，提出了一種加勁肋端部焊縫經過圓滑處理，側面可檢視的全鋼型裝配式屈曲約束支撐，能夠有效地提高支撐的低周疲勞性能，充分利用鋼材的塑性變形能力，同時在震后也非常容易通過側面對內芯的狀態進行判斷。

針對目前屈曲約束支撐的發展現狀，本發明需要解決的問題是：(1)不便于震后快速評估內核變形或損傷狀態；(2)加勁肋端部焊縫質量缺陷；(3)無法方便地更換受損的內芯。

本發明需要達到的目的是：(1)屈曲約束支撐在不拆卸的情況下便能對內核的變形狀態進行判斷，以利于震后快速評估是否應該更換；(2)對加勁肋端部焊縫進行處理，使內芯盡量在中部截面發生破壞，提高支撐的低周疲勞性能；(3)采用裝配式的方案，能便利地更換受損內芯。

為此，給出的技術方案概括為：

一種側面可檢視的全鋼型裝配式屈曲約束支撐，其特征在于，包括內核1、端部加勁肋6、兩塊約束面板2、墊圈4、限位槽7、高強螺栓3。

所述內核1為一字形截面鋼板，在內核1中部設置凸起，對內核1端部進行放大，整個內核1一次切割加工完成。

上下兩塊約束面板2，每塊所述約束面板2含有兩排沿縱向分布的螺栓孔，約束面板2端部螺栓孔間距比中間螺栓孔間距小；約束面板2兩端進行開槽，使得端部加勁肋6能以軸向伸入約束構件內部；兩個上下相同的約束面板2通過高強度螺栓3連接。

所述墊圈4為圓環形截面，厚度大于內核1鋼板的厚度，使內核1與約束面板2之間形成間隙。內核1側面與墊圈4之間有間隙，內核1構件受壓時與墊圈4為點接觸。

所述限位槽7與內核1中間凸起相匹配，內核1凸起的表面與限位槽7內表面存在間隙，限位槽7上有螺栓孔，以便于螺桿的穿過。

所述螺栓3為高強度螺栓，高強螺栓由螺母和螺桿組成，螺桿依次穿過上約束面板2、墊圈4(或限位槽7)、下約束面板2，通過施加預緊力使約束構件形成一個整體。

進一步優化技術方案，本發明還包括加勁構件5，所述加勁構件5為焊接在約束面板2上的鋼構件，可以根據實際需要決定是否設置加勁構件，加勁構件是為了提高約束構件的平面外剛度，往往設置加勁構件比改變約束面板厚度的效果更好，加勁構件可以為槽鋼、矩形鋼管、一字形鋼板等。

進一步優化技術方案，本發明還包括加勁肋端部焊縫8結構，所述加勁肋端部焊縫8為角焊縫，焊接加勁肋6端部時應保證連續施焊，焊接完成后應對端部焊縫進行局部打磨圓滑處理，使其與內核1表面圓滑過渡。

本發明關鍵技術點如下：(1)采用圓環形截面的墊圈用于固定內核與約束面板的間隙，可以從支撐側面對內核全長進行觀察，以判斷震后內核的變形或損傷狀態；(2)螺桿依次穿過上約束面板、墊圈(或限位槽)、下約束面板，通過施加預緊力使約束構件形成一個整體，形成可拆卸的裝配式構造；

(3)對加勁肋端部焊縫進行光滑打磨處理，使得焊縫與內核表面圓滑過渡；

(4)減小端部螺栓間距，以保證構件端部不發生破壞。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

(1)應用于工程中，震后不用對支撐進行拆解便可以容易地通過支撐側面觀察內核的變形或損傷狀態，便于震后的性能評估，若內核發生損壞，可及時用新的內核替換，應用方便。

(2)約束構件由兩組約束單元通過高強螺栓連接而成，可以現場裝配，組裝方便，約束構件還可以重復使用；

(3)全部采用鋼材制作，不需要澆筑混凝土，不需要附加無粘結材料，自重較輕，工序簡單，耐久性好，加工精度容易控制，能夠提高生產效率；

(4)加勁肋端部焊縫進行圓滑處理，能夠減小殘余應力和應力集中，盡量避免焊縫根部提前發生破壞，提高了支撐的低周疲勞性能；

(5)內核與約束面板之間的間隙可以通過墊圈的高度靈活調整。

(6)加勁鋼構件可根據需要進行設置，加勁鋼構件的形式靈活，可以為槽鋼、矩形鋼管或一字形鋼板等。

(7)整個支撐經濟性能較好，維護方便，滯回耗能性能好，具有良好的經濟效益和社會效益。

附圖說明

圖1為支撐整體軸側分解圖

圖2為內核平面圖

圖3為約束面板平面圖

圖4為限位槽平面圖

圖5為墊圈平面圖

圖6為內核端部剖面圖

圖7為加勁肋端部焊縫圓滑處理示意圖

圖8為支撐平面示意圖

圖9為支撐整體側面示意圖

圖10為支撐平面局部放大圖

圖11為支撐側面局部放大圖

圖12為支撐整體A-A剖面圖

圖13為支撐整體B-B剖面圖

其中：1-內核、2-約束面板、3-高強螺栓、4-圓環形墊圈、5-加勁構件、6-端部加勁肋、7-限位槽、8-加勁肋端部焊縫。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例對本發明技術方案做進一步介紹。

如圖1所示，本發明提供一種側面可檢視的全鋼型裝配式屈曲約束支撐，由以下部件組成，包括內核1、端部加勁肋6、約束面板2、高強螺栓3、墊圈4、限位槽7、加勁肋端部焊縫8和加勁構件5。

所述內核為一字形截面鋼板，為了避免約束構件沿軸向滑動，在內核中部設置凸起，為了避免內核端部未約束段的破壞，對內核端部進行放大，整個內核一次切割加工完成。

所述約束面板含有兩排沿縱向分布的螺栓孔，約束面板端部螺栓孔間距比中間螺栓孔間距小，這是為了加強約束構件的端部的剛度，避免端部過早發生破壞，孔徑為螺桿直徑加上1mm左右。為了保證端部加勁肋的軸向位移和加勁肋深入約束構件內部的要求，對約束面板兩端進行開槽處理，兩個相同的約束面板通過高強度螺栓連接。

所述加勁構件為焊接在約束面板上的鋼構件，可以根據實際需要決定是否設置加勁構件，加勁構件是為了提高約束構件的平面外剛度，往往設置加勁構件比改變約束面板厚度的效果更好，加勁構件可以為槽鋼、矩形鋼管、一字形鋼板等，附圖中只列舉采用槽鋼時的情況。

所述端部加勁肋需伸入約束面板一定的長度，以避免構件端部發生屈曲破壞。

所述加勁肋端部焊縫為角焊縫，焊接加勁肋端部時應保證連續施焊，焊接完成后應對端部焊縫進行局部打磨圓滑處理，使其與內核表面圓滑過渡，以減小焊接殘余應力和應力集中。

所述墊圈為圓環形截面，厚度大于內核鋼板的厚度，墊圈的作用是保證內核與約束面板有一定的間隙，以使內核在受壓時能夠橫向膨脹。內核側面與墊圈有一定的間隙，內核構件受壓時與墊圈為點接觸，墊圈不會影響對內核構件側面的觀察。同時由于墊圈厚度大于內核的厚度，也可以透過間隙對內核平面進行觀察。

所述螺栓為高強度螺栓，高強螺栓由螺母和螺桿組成，螺桿依次穿過上約束面板、墊圈(或限位槽)、下約束面板，通過施加預緊力使約束構件形成一個整體。

所述限位槽與內核中間凸起相匹配，內核凸起的表面與限位槽內表面有一定間隙，限位槽上有螺栓孔，以便于螺桿的穿過。

通過以上方式完成整個構件的制作，然后安裝在結構中，以達到其抗震耗能的作用。

支撐的制作安裝順序如下：1)制作支撐的各個分部件；2)將端部加勁肋6焊接在內核1上，并對端部焊縫8進行圓滑打磨處理；3)將上下約束面板2設置在內核1兩側，并將墊圈4放置在與螺栓孔相對應的位置；4)將高強螺栓穿過約束面板和墊圈(或限位槽)上的螺栓孔，并施加預緊力；加勁構件可根據需要進行設置。

內核1由塑性變形能力好的鋼材制成，其余構件可采用普通鋼材。

在內核1上下兩側平行設置兩組約束面板2，在約束面板螺栓孔相對應的位置設置圓環形截面墊圈4，高強度螺栓3依次穿過上約束面板2、墊圈4和下約束面板2，使約束構件形成一個整體，上下兩組約束面板2將內核1夾在中間。

限位槽7的凹進部位與內核1中部凸起部分相匹配，約束構件與內核1的相互作用來確保各組件之間較小的相對剛體運動，從而提高支撐的變形能力。

根據需要，可以在約束面板2上焊接合適的加勁構件5，包括槽鋼、矩形鋼管或一字形鋼板等，加勁構件可以提高約束構件平面外的剛度。

端部加勁肋6與內核1通過角焊縫8連接，焊接時應保證在加勁肋端部連續施焊，焊接完成以后對加勁肋端部焊縫8進行光滑打磨處理。

本發明所述一種側面可檢視的全鋼型裝配式屈曲約束支撐，地震發生時，支撐兩端會產生相對軸向變形，軸向力只由內核1承受，通過內核1的塑性變形吸收地震能量。由于內核1與約束構件之間存在間隙，當內核1受壓時會發生微幅多波屈曲，從而對約束面板2和墊圈4產生相互作用力，由于約束面板2的約束存在，支撐不會發生整體失穩。當內核1發生變形時，內核中部凸起點的位移與約束構件的軸向剛體位移一致，從而保證內核與約束構件之間不會有較大的相對剛體位移。內核1在拉壓下均能進入屈服狀態，并且產生較大的軸向變形，具有良好的耗能減震的效果。地震以后可以方便地從支撐側面對內核的狀態進行觀察，以對其進行震后性能評估。