专利名称：一种带横隔板双层套管十字形屈曲约束支撑的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种建筑结构构件，尤其涉及一种运用在工程抗震领域中的建筑结构支撑构件。
(二)
背景技术：
近年来，随着社会经济的迅速发展，城市化进程的日益加快，各种各样各样造型复杂、 功能独特的建筑不断涌现。虽然现代工程技术的发展，特别是高层建筑结构的设计建造技术 的发展，使这些建筑方案得以实现；但是近年来的大震震害也表明，虽然这样的建筑在地震 过程中主体结构没有受到明显的破坏，但是由于主体结构偏柔，导致结构变形过大，从而造 成非结构构件及相关服务设施的严重破坏，损失巨大；而且由于这样的结构往往都会产生非
线性变形，造成震后修复困难或成本过高，不满足经济要求。
为了减小地震作用下这类结构的变形，人们往往会在结构中增设一些钢支撑构件，以提 高结构的整体刚度。但传统的钢支撑构件在强震作用受压时会产生屈曲的现象，故往往将支 撑构件断面加大以符合设计要求，但仍难以保证在强震下不发生屈曲失稳。有鉴于此，近来 在日本、美国以及我国台湾地区的一些研究学者研制了一种受压时不会发生屈曲失稳的轴力 构件，在我国台湾地区称之为挫屈拘束支撑(BucklingRestrained Braces,简称BRB)，在美 国和日本则称之为无粘结支撑(Unbonded Braces,简称UBB)。考虑到这种构件在材料屈服后 具有很强的耗能能力，在实际工程中可将其作为耗能支撑使用。目前，这种构件在日本、美 国以及我国台湾地区已得到了广泛应用；在国内，尚处于研究的起步阶段，工程应用较少。
屈曲约束支撑是一种在受拉与受压时均能达到屈服而不发生屈曲失稳的轴力构件，与传 统中心支撑相比具有更稳定的力学性能。经适当设计，含有屈曲约束支撑的框架不但可以增 加整体刚度、提高结构延性，而且由于其受压时不会屈曲的特性可以充分发挥钢材的滞回消 能能力，因此，这种构件同时具备了中心支撑和位移型阻尼器的功能，在工程抗震领域具有 重要的应用价值。
一般而言，屈曲约束支撑是由三个部分所组成，即核心钢支撑、外套约束钢管及滑动机 制。核心钢支撑，又称为主受力单元，是构件中主要的受力元件；外套约束钢管又称为侧向 支撑单元，负责提供约束机制，以防止核心钢支撑受轴压时发生整体或局部屈曲。另外， 为避免核心钢支撑因受压膨胀后与外套约束钢管间产生握裹或摩擦力而造成轴压力的大量增
加，必须在核心钢支撑与外套约束钢管间设置一种滑动机制，目前，这种滑动机制主要由核 心钢支撑与外套约束钢管之间填充的脱粘结材料提供。
图l为一种常见的屈曲约束支撑的结构透视图。图中所示的屈曲约束支撑由钢板构成的 核心钢支撑l、外套约束钢管2、脱粘结材料3、混凝土或砂浆构成的填充材料4组成。其中， 核心钢支撑l直接承受轴力荷载，由特定强度的钢板组成；外套约束钢管2和填充材料4一起 构成外套约束钢管，对核心钢支撑l形成约束，以防止轴向压力达到一定程度时核心钢支撑 l发生屈曲失稳；脱粘结材料3，由特殊的化学材料构成，可以隔断核心钢支撑l和填充材料 4，使核心钢支撑l在受压时能自由伸縮变形。上述现有屈曲约束支撑存在四个主要缺点；
1、 核心钢支撑l需要由特定强度钢板构成，材料选择范围受限制，加工制造的难度大， 成本高，不利于在工程中推广使用。
2、 脱粘结材料3，既要保证核心钢支撑l的轴向自由滑动，又要使核心钢支撑l横向膨胀 不受约束，同时还要严格控制其厚度，不能太厚又不能太薄，因此，必须需采用特殊的化学 材料。这样，就增加构件的制造难度和成本，同时造成了屈曲约束支撑对脱粘结材料的过渡 依赖。
3、 采用混凝土或砂浆作为填充材料4，灌注操作比较困难。实际工程中，屈曲约束支撑 的长度较大， 一般均在4米以上。此时，既要保证混凝土或砂浆灌注密实，又要保证外套约 束钢管2和核心钢支撑1的相对位置不能偏移，是比较困难的。
4、 吨位较大的构件，由于其自身截面较大，自重往往会达到800 900公斤，甚至几 吨，不便于运输及工程现场安装。
发明内容
为了克服现有屈曲约束支撑的上述不足，解决材料选择范围有限、制造和安装繁琐且成 本高的问题，本发明提供了一种带横隔板双层套管十字形屈曲约束支撑。 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是
这种带横隔板双层套管十字形屈曲约束支撑，包括核心钢支撑1和外套约束钢管2，其特 征在于
上述核心钢支撑l的横截面为十字形，沿其轴向，核心钢支撑的中部主体为宽度较小的 屈服段103，两外端头部为宽度较大的外伸段101，外伸段与屈服段之间是过渡段102，在屈 服段l03的中部位置上焊接有径向的横隔板8，在横隔板上设有预留孔洞10。
上述外套约束钢管2分为两段，分别套在核心钢支撑l外侧，并位于横隔板8两侧。 在外套约束钢管2与核心钢支撑1之间，位于核心钢支撑的屈服段103和过渡段102外侧，
还套有横截面也为十字形的内套钢管9，内套钢管9与外套约束钢管2之间填有填充材料4，内 套钢管9和外套约束钢管2的两外端分别与一个封堵钢板11连接，内套钢管9和外套约束钢管 2的两内端分别与横隔板8连接。
在上述两个封堵钢板l 1的其中 一个上面开有灌注孔洞12 。
紧贴核心钢支撑的屈服段103和过渡段102的表面包裹有脱粘结材料，在脱粘结材料与内 套钢管9之间有缝隙6，缝隙6中填充可压縮材料。
上述核心钢支撑的过渡段102可为斜面、双曲面、两折面或三折面。
上述核心钢支撑的外伸段101上可开有螺栓孔7。
上述外套约束钢管2的横截面可为矩形或圆形。
上述外套约束钢管2可以是整体形或由两个槽形钢板经拼合螺栓l 3拼接而成。 上述填充材料4可以是CGM无收縮灌浆料、混凝土或砂浆材料。
上述脱粘结材料可以是聚四氟乙烯薄膜或聚氯乙烯薄膜、聚乙烯薄膜或油脂脱模剂。 上述可压縮材料可以是发泡聚苯乙烯或挤塑聚苯乙烯。 上述核心钢支撑l的材料可为Q235B钢材。上述核心钢支撑1的外伸段由螺栓5与连接板17连接，连接板17的外端与柱14与梁15之间 的节点板16连接在一起。
与现有屈曲约束支撑相比，本发明的有益效果是
本发明采用普通的Q235B钢材作为核心钢支撑的材料，以及取消使用特殊的脱粘结材 料，从而使得成本大幅度节约，与传统屈曲约束支撑相比，更利于在实际工程中推广使用； 加工制造工艺流程简单明了，适于批量化工业流水线作业，安装程序简单，对于吨位较大的 构件，外套约束钢管2可由两半凹形钢板拼接而成，这样内套钢管9及核心钢支撑1可在工厂 组装，外套约束钢管2可在工程现场原位安装，然后原位灌注填充材料4，既方便了长途运输 又提高了现场安装精度；内套钢管9保证了核心钢支撑1与外套约束钢管2的脱离，外套约束 钢管2及填充材料4保证了本发明的刚度要求，紧贴包裹在核心钢支撑1表面的脱粘结材料， 可减小核心钢支撑1高阶屈曲时与内套钢管9的接触摩擦；在脱粘结材料与内套钢管9之间设 置缝隙6，可有效地解决核心钢支撑受压时横向膨胀受限的问题，即保证了支撑构件具有传 统屈曲约束支撑的力学性能特征，又消除了对脱粘结材料过渡依赖的弊端，同时，缝隙6中 填充可压縮材料，即便于制造，又节约成本；在核心钢支撑中央对称轴处设置横隔板8，首 先是为核心钢支撑l提供了侧向支撑，既避免了核心钢支撑出现低阶屈曲的可能性，又保证 了屈曲外套约束钢管与核心钢支撑的相对位置，使外套约束钢管及填充材料的现场原位安装
成为可能。
(四)
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 图l是常见的屈曲约束支撑的结构示意图。 图2是本发明的结构和外观示意图。 图3是本发明核心钢支撑的结构示意图。 图4是图2的A—A剖面示意图。 图5是图2的B—B剖面示意图。 图6是图2的C一C剖面示意图。 图7是图2的D—D剖面示意图。 图8是图2中I处的放大示意图。 图9是图4中II处的放大示意图。 图10是本发明的核心钢支撑的外伸段的示意图。 图11是本发明另 一种实施例的A—A剖面示意图。 图12是本发明另一种实施例的B—B剖面示意图。 图13是本发明另一种实施例的C一C剖面示意图。 图14是本发明的安装示意图。 图15是图14的E聆剖面示意图。
图中1-核心钢支撑，101-外伸段，102-过渡段，103-屈服段。
2-外套约束钢管，3-脱粘结材料，4-填充材料，5-螺栓，6-缝隙，7-螺栓孔，8-横隔 板，9-内套钢管，10-预留孔洞，11-封堵钢板，12-灌注孔洞，13-拼合螺栓，14-柱，15-梁，16-节点板，17-连接板。
(五)
具体实施例方式
参见图2，这种带横隔板双层套管十字形屈曲约束支撑，包括核心钢支撑l和外套约束钢 管2。上述外套约束钢管2分为两段，分别套在核心钢支撑l外侧，并位于横隔板8两侧。
参见图3-7，上述核心钢支撑的横截面为十字形，沿其轴向，核心钢支撑的中部主体为 宽度较小的屈服段103，两外端头部为宽度较大的外伸段101，外伸段与屈服段之间是过渡段 102，在屈服段103的中部位置上焊接有径向的横隔板8，在横隔板上设有预留孔洞IO。
在外套约束钢管2与核心钢支撑1之间，位于核心钢支撑的屈服段103和过渡段102外侧， 还套有横截面也为十字形的内套钢管9，内套钢管9与外套约束钢管2之间填有填充材料4，内
套钢管9和外套约束钢管2的两外端分别与一个封堵钢板11连接，内套钢管9和外套约束钢管 2的两内端分别与横隔板8连接。
在上述两个封堵钢板l 1的其中 一个上面开有灌注孔洞12 。
参见图8、图9，紧贴核心钢支撑的屈服段103和过渡段102的表面包裹有脱粘结材料，在 脱粘结材料与内套钢管9之间有缝隙6，缝隙6中填充可压縮材料。
上述核心钢支撑的过渡段102可为斜面、双曲面、两折面或三折面。 参见图IO，上述核心钢支撑的外伸段101上可开有螺栓孔7。
参见图11-13，上述外套约束钢管2可以是整体形或由两个槽形钢板经拼合螺栓13拼接而成。
上述外套约束钢管2的横截面可为矩形或圆形。 上述填充材料4可以是CGM无收縮灌浆料、混凝土或砂浆材料。
上述脱粘结材料可以是聚四氟乙烯薄膜或聚氯乙烯薄膜、聚乙烯薄膜或油脂脱模剂。 上述可压縮材料可以是发泡聚苯乙烯或挤塑聚苯乙烯。 上述核心钢支撑l的材料可为Q235B钢材。
制造时，首先根据实际工程对支撑强度和刚度的要求，按Q235B钢材的材料性能指标确 定核心钢支撑各段的长度及断面尺寸，根据各段的长度及断面尺寸加工制作核心钢支撑；其 次，在核心钢支撑屈服段103的纵向对称轴处焊接横隔板8;第三步，在核心钢支撑的屈服段 103和过渡段102的表面紧贴包裹一层聚四氟乙烯薄膜；第四步，按设计预留缝隙6的尺寸在 聚四氟乙烯薄膜表面再包裹一层泡沫聚苯乙烯；第五步，紧贴泡沫聚苯乙烯表面安装内套钢 管9，内套钢管9与横隔板8通过焊接或螺栓连接；第六步，安装固定外套约束钢管2，用封堵 钢板11连接内套钢管9和外套约束钢管2;最后，通过灌注孔洞12在内套钢管9和外套约束钢 管2之间注入CGM无收縮灌浆料，完成整个屈曲约束支撑的制作。
参见图14、图15，上述核心钢支撑1的外伸段由螺栓5与连接板17连接，连接板17的外端 与柱14与梁15之间的节点板16连接在一起。安装时，根据结构需要在梁15与柱14的交接处或 梁15的中点处设置安装连接用的节点板16，然后通过连接板17和螺栓5将支撑构件节点板16 连接，完成安装。
权利要求
1.一种带横隔板双层套管十字形屈曲约束支撑，包括核心钢支撑(1)和外套约束钢管(2)，其特征在于上述核心钢支撑(1)的横截面为十字形，沿其轴向，核心钢支撑的中部主体为宽度较小的屈服段(103)，两外端头部为宽度较大的外伸段(101)，外伸段与屈服段之间是过渡段(102)，在屈服段(103)的中部位置上焊接有径向的横隔板(8)，在横隔板上设有预留孔洞(10)；上述外套约束钢管(2)分为两段，分别套在核心钢支撑(1)外侧，并位于横隔板(8)两侧；在外套约束钢管(2)与核心钢支撑(1)之间，位于核心钢支撑的屈服段(103)和过渡段(102)外侧，还套有横截面也为十字形的内套钢管(9)，内套钢管(9)与外套约束钢管(2)之间填有填充材料(4)，内套钢管(9)和外套约束钢管(2)的两外端分别与一个封堵钢板(11)连接，内套钢管(9)和外套约束钢管(2)的两内端分别与横隔板(8)连接；在上述两个封堵钢板(11)的其中一个上面开有灌注孔洞(12)；紧贴核心钢支撑的屈服段(103)和过渡段(102)的表面包裹有脱粘结材料，在脱粘结材料与内套钢管(9)之间有缝隙(6)，缝隙(6)中填充可压缩材料。
全文摘要
一种带横隔板双层套管十字形屈曲约束支撑，其核心钢支撑的横截面为十字形，核心钢支撑的中部主体为宽度较小的屈服段，两外端头部为外伸段，外伸段与屈服段之间是过渡段，在屈服段的中部焊有横隔板；外套约束钢管分别位于横隔板两侧；在外套约束钢管与核心钢支撑之间，还套有横截面也为十字形的内套钢管，内套钢管与外套约束钢管之间填有填充材料，紧贴核心钢支撑的屈服段和过渡段的表面包裹有脱粘结材料，在脱粘结材料与内套钢管之间有缝隙，缝隙中填充可压缩材料。本发明具有结构简单、造价低廉、适于流水线加工的优点，可广泛用于高层建筑物、高耸构筑物、公路铁路桥梁等，以提高结构刚度，增大结构整体耗能能力，达到防震减灾的目的。
文档编号E04B1/98GK101105054SQ20071020103
公开日2008年1月16日 申请日期2007年7月10日 优先权日2007年7月10日
发明者刘康安, 程绍革, 罗开海, 黄冬生 申请人:中国建筑科学研究院;南京丹普科技工程有限公司;建研抗震工程技术有限公司