专利名称：角钢无屈曲消能支撑的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种建筑结构构件，特别涉及一种无屈曲消能支撑。
背景技术：
众所周知，现代的建筑结构都要考虑结构的抗震，尤其是建于地震区的建筑，此外结构的设计还需要考虑抗风性能。钢结构由于良好的材料性能，被广泛用于许多土木工程中。随着经济的发展和城市化进程的加快，高层建筑物的数量在不断地增加，而其中又以钢结构和钢与混凝土组合结构增加的比例最大。现有钢结构系统大多采用抗弯钢框架体系、支撑框架结构以及双重结构体系，而其中以抗弯框架体系最为常用。但是对于抗弯框架体系的高层建筑而言，由于建筑的高度增加而使其结构相对变柔，结构的变形往往超过规范规定的侧移限值，因此结构就需要提高整体的刚度。另外，在大地震的作用下，结构会产生过大的非线性变形，往往造成震后结构修复困难或者修复成本过高，因而不符合经济要求。支撑框架结构具有较好的经济性，但是由于传统的支撑钢结构体系在支撑受压时会产生屈曲，故往往需要加大支撑的断面以符合设计需求，从而又降低了其经济性，即便如此，仍然不能保证在强震动下避免屈曲的发生。有鉴于此，国外一些研究者开发出一种受压时没有屈曲发生的构件，称为屈曲约束支撑(Buckling-Restrained Braces)或者无屈曲消能支撑，把它们作为阻尼器使用在高层建筑结构中。目前，无屈曲消能支撑已在日本、美国、加拿大等国家得到了广泛应用，但在国内尚未发现有关研究资料。
普通的支撑在承受轴向压力达到一定极限的时候就会发生屈曲现象，当屈曲发生后，支撑就失去了承载能力。无屈曲消能支撑能够在承受轴向压力时不发生屈曲，而是与受拉一样发生屈服，从而能够大量吸收输入整个体系的能量，因此可以用作为一个阻尼装置。
无屈曲消能支撑一般由以下三个基本部分组成轴力构件单元，屈曲约束单元和连接单元。轴力构件单元位于轴心，屈曲约束单元环包在它的周围，连接单元在轴力构件单元的二端。
当轴力构件单元受压时，由于受到外部的屈曲约束单元的约束，使轴力构件单元不会发生屈曲。当压力达到其屈服荷载时，轴力构件单元会发生屈服从而耗散输入体系的能量。无屈曲消能支撑一般是以轴心支撑的形式连接在钢结构框架的梁柱节点上的，它主要用作为结构的抗水平力(风或地震)构件。在水平荷载作用下，只要支撑不发生屈曲，它就可以吸收输入系统的能量，起到了结构的阻尼器的作用，从而达到提高结构刚度、控制结构侧移的目的。
1993年日本钢结构年会论文集第I册上登载的论文《带有双钢管支撑的钢框架的水平加载试验》(Horizontally loading test of the steel frame bracedwith double-tube members)中披露了一种无屈曲消能支撑，其结构和安装见图1和图2。图中所示的双钢管消能支撑22由圆钢管轴力构件13、屈曲约束内管19、半球壳支撑端部14和连接端板15所组成，其一端连接在钢结构的柱20和梁21的节点上，其另一端连接在该钢框架的另一节点或者梁上。该双钢管消能支撑22的最外围是圆钢管轴力构件13，它承受着轴力荷载，其钢管内腔中设有同样由圆钢管构成的屈曲约束内管19(见图2中C-C)，该屈曲约束内管19从内部对圆钢管轴力构件13形成了约束，以防止圆钢管轴力构件13在承载到一定极限时发生屈曲；圆钢管轴力构件13的二端部固定连接有球冠状的半球壳支撑端部14，上面焊接有断面为十字状的连接端板15(见图2中B-B)该半球壳支撑端部14和连接端板15构成了所述双钢管消能支撑22的连接单元，以便与钢框架连接。连接时由钢框架的节点上延伸出由二相互垂直的钢板构成的节点连接板16，若干连接缀板17通过螺栓18将该节点连接板16和连接端板15连接起来(见图2中A-A)。上述双钢管消能支撑22存在着三个主要缺点1、端部的连接单元结构太复杂，其由半球壳支撑端部14和连接端板15二部分组成，它们的复杂形状大大增加了制造的难度，同时对连接安装精度的要求也很高，因此不利于制造和安装。
2、该双钢管消能支撑22的连接总共需要8个连接缀板17和至少16个连接螺栓18，耗费了大量的连接材料。
3、其结构的用材不够合理。它是利用内部的管径较小的钢管作为屈曲约束单元，去约束外部的管径较大的钢管轴力构件的屈曲，这就必须通过加厚内管的管壁厚度才能达到目的，因此材料的浪费比较大。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种结构合理、降低耗材、安装方便、制造容易的角钢无屈曲消能支撑。
本实用新型解决其技术问题的技术方案是一种角钢无屈曲消能支撑，包括有轴力构件单元、屈曲约束单元，此外它还包括有间隙阻隔单元，所述轴力构件单元由角钢构成，该角钢的二端部伸出所述屈曲约束单元的外面并作为连接件开设有连接通孔，所述屈曲约束单元为园钢管，所述间隙阻隔单元设置在轴力构件单元中各角钢之间，且由耐挤压材料制成。
本实用新型所述的角钢无屈曲消能支撑的轴力构件单元可由四根角钢组成，它们的角边相互背向设置以在横截面上构成十字状，若干短钢条间隔地焊接在各角钢的角边边缘处，从而将各角钢连接起来并形成各角钢角边之间的均匀间隙，作为阻隔单元的硬橡胶填置在该间隙中；所述的角钢无屈曲消能支撑还可包括有填充单元和脱粘单元，该脱粘单元为聚乙烯薄膜且紧贴地包裹在角钢的表面，该填充单元为混凝土或水泥砂桨充满在角钢与园钢管之间。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是，将轴力构件单元的角钢的延伸部位直接作为连接单元，只需通过钢板构成的十字形连接板即可连接到钢结构的框架上去，节省了大量连接缀板，简化了连接单元的复杂结构，不仅方便了连接安装而且也简化了制造工艺，同时还节约了大量材料；此外，本实用新型利用外部的圆钢管作为屈曲约束单元，内部的角钢作为轴力构件单元，提高了结构的合理性。
图1是公知双圆管消能支撑的结构和安装示意图。
图2是图1中A-A、B-B、C-C处的剖面图。
图3是本实用新型结构和外观示意图。
图4是图3中D-D处剖面图。
图5是图3中E-E处剖面图。
图6是本实用新型安装示意图。
图7是图6中F-F处剖面图。
图8是本实用新型另一种实施例的剖面图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。
首先参阅图3本实用新型的示意图和图4、图5各剖面图。图示的角钢无屈曲消能支撑由轴力构件单元1、屈曲约束单元2和间隙阻隔单元3组成。所述轴力构件单元1是由四根角钢构成，各角钢的角边相互背向设置，以在横截面上构成十字状，各角边之间留有均匀的间隙(见图5)；在位于各角钢的角边之间，间隔地设有若干短连接件5，该短连接件5为小钢条，焊接在角钢的角边边缘处，从而将各角钢连接起来并固定住各角钢角边之间的间隙；在该间隙中设置有耐挤压材料制成的间隙阻隔单元3，该耐挤压材料可以是硬橡胶；由上述设置方式构成的轴力构件单元1和间隙阻隔单元3一起被置入圆钢管构成的屈曲约束单元2(见图5)；上述轴力构件单元1的角钢的二端部伸出屈曲约束单元2的圆钢管的端头之外，并在该角钢伸出的端部的角边上开设有若干连接通孔4，以备连接用(见图4)。
再参阅图6本实用新型的安装示意图，所述角钢无屈曲消能支撑两端分别连接在建筑钢结构框架的梁柱节点上，也可一端连接在节点上，另一端连接在梁上。在节点上设有并伸出钢板焊成的断面为十字状的连接板6，其厚度与上述轴力构件单元1各角钢角边之间的间隙相应，连接板6上还开有位置与上述角钢上的连接通孔4相对应的螺栓孔，螺栓7穿入该螺栓孔和连接通孔4从而把所述角钢无屈曲消能支撑安装固定在建筑钢结构上，其安装部位的剖面图见图7。
图8表示了本实用新型的另一种实施例的结构剖面图。所述角钢无屈曲消能支撑在具有图3所示实施例的所有技术特征的基础上，紧贴在轴力构件单元8的角钢的表面包裹有脱粘单元11，该脱粘单元11由厚度为0.8～1mm的聚乙烯薄膜所构成，其价格低廉而同样能起到隔断脱粘作用，使角钢在受压时能自由伸缩滑动并发生变形。此外，在轴力构件单元8的角钢与屈曲约束单元9的圆钢管之间充满了填充单元12，该填充单元12为混凝土或水泥砂浆材料，其大大增加了屈曲约束单元9的圆钢管对轴力构件单元8的角钢的约束作用，提高了所述角钢无屈曲消能支撑的承载能力。
在制造时，首先将各角钢位置间距调整好，在其中间放入间隙阻隔单元10的硬橡胶，然后用小钢条有间距地将各角钢角边的边缘焊固，完成轴力构件单元8的制作；与此同时，以同类角钢为模板将混凝土或水泥砂浆浇注成填充单元12的预制件；然后将该预制件放入角钢，最后整体置入屈曲约束单元9的圆钢管中。
本实用新型所述角钢无屈曲消能支撑利用圆钢管作为外部的屈曲约束单元，角钢作为内部的轴力构件单元，不仅充分地利用了等边角钢和圆钢管的截面在几何上的对称性，使结构更趋于合理，有利于节约用材，而且圆钢管的外形也使整个支撑构件的外观显得轻盈简洁，能适用于更多场合。此外，本实用新型将角钢的延伸部位直接作为连接单元，简化了结构，从而方便了制造和安装，降低了耗材。
权利要求1.一种角钢无屈曲消能支撑，包括有轴力构件单元、屈曲约束单元，其特征在于它还包括有间隙阻隔单元，所述轴力构件单元由角钢构成，该角钢的二端部伸出所述屈曲约束单元的外面并作为连接件开设有连接通孔，所述屈曲约束单元为园钢管，所述间隙阻隔单元设置在轴力构件单元中各角钢之间，且由耐挤压材料制成。
2.根据权利要求1所述的角钢无屈曲消能支撑，其特征在于组成所述轴力构件单元的角钢为四根，它们的角边相互背向设置以在横截面上构成十字状，各角边之间留有填置阻隔单元耐挤压材料的均匀的间隙。
3.根据权利要求1或2所述的角钢无屈曲消能支撑，其特征在于在所述各角钢的角边之间间隔地设有若干短连接件，该短连接件将各角钢连接起来并固定住各角钢角边之间的间隙。
4.根据权利要求3所述的角钢无屈曲消能支撑，其特征在于所述短连接件为钢条且焊接在角钢的角边边缘处。
5.根据权利要求1或2所述的角钢无屈曲消能支撑，其特征在于所述耐挤压材料为硬橡胶。
6.根据权利要求1或2所述的角钢无屈曲消能支撑，其特征在于它还包括有填充单元和脱粘单元，该脱粘单元紧贴并包裹在角钢的表面，该填充单元充满在角钢与园钢管之间。
7.根据权利要求6所述的角钢无屈曲消能支撑，其特征在于所述填充单元为混凝土或水泥砂浆。
8.根据权利要求6所述的角钢无屈曲消能支撑，其特征在于所述脱粘单元为聚乙烯薄膜。
专利摘要本实用新型公开了一种角钢无屈曲消能支撑，包括有轴力构件单元、屈曲约束单元，它还包括有间隙阻隔单元，所述轴力构件单元由角钢构成，该角钢的二端部伸出所述屈曲约束单元的外面并作为连接件开设有连接通孔，所述屈曲约束单元为圆钢管，所述间隙阻隔单元设置在轴力构件单元中各角钢之间，且由耐挤压材料制成。本实用新型具有结构合理、降低耗材、安装方便、制造容易的优点，可广泛用于新建高层建筑的钢结构或已有建筑的加固中，以达到抗震抗风、提高结构刚度、控制侧移的目的。
文档编号E04B1/24GK2753823SQ200420109969
公开日2006年1月25日 申请日期2004年12月9日 优先权日2004年12月9日
发明者谢强 申请人:谢强