一种耗能段可更换的组合钢管支撑的制作方法

[0001]
本发明涉及建筑结构抗震防灾技术领域，特别是涉及一种耗能段可更换的组合钢管支撑。


背景技术：

[0002]
传统支撑在地震等偶然荷载作用下易发生屈曲现象，极易造成支撑本身或连接的破坏或失效，且支撑屈服后滞回性能变差，结构的抗震性能降低。近年来，防屈曲耗能支撑在日本、美国等国家以及我国台湾地区应用较多。防屈曲耗能支撑是一种在受压状态下不发生屈曲的支撑，与传统支撑相比，具有更稳定的力学性能，更好的滞回耗能能力。目前，我国的防屈曲耗能支撑产品以国外产品为主，造价很高，工程应用难以推广。


技术实现要素：

[0003]
本发明的目的是提供一种耗能段可更换的组合钢管支撑，以解决上述现有技术存在的问题，该支撑采用塑性较好的低屈服点钢作为屈曲耗能段，不但性能稳定，而且加工简单，造价低；在经过地震等偶然荷载作用变形后可随时更换，能够减少修复费用，节省时间，提升效率。
[0004]
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种耗能段可更换的组合钢管支撑，包括节点板、端板、弹性支撑段、屈曲耗能段、法兰连接和加劲肋板，所述弹性支撑段包括外钢管和内填细骨料混凝土，所述外钢管的内腔设置有内钢管，所述外钢管与内钢管之间通过所述加劲肋板焊接在一起；所述屈曲耗能段包括屈曲耗能钢管，所述屈曲耗能钢管的两端焊接有所述法兰盘，法兰盘与内钢管端部焊接的法兰盘之间通过高强螺栓进行连接；两根所述外钢管的另一端均连接有所述端板，所述节点板与所述端板通过焊缝连接；所述屈曲耗能钢管由软钢或q235钢制成。
[0005]
优选地，所述外钢管和内钢管之间通过6块加劲肋板焊接在一起，6块加劲肋板周向均匀分布，相邻两加劲肋板之间的圆心角为60
°
；所述加劲肋板焊接在外钢管的内侧与内钢管的外侧。
[0006]
优选地，所述内钢管的直径与所述屈曲耗能钢管的直径相同，所述内钢管的一端伸出所述外钢管并焊接法兰盘。
[0007]
优选地，所述法兰盘为一外径大于屈曲耗能钢管的圆钢板，所述法兰盘上预留有螺栓孔洞。
[0008]
优选地，所述节点板为十字形节点板，十字形节点板由4块矩形钢板互相垂直焊接形成，每个矩形钢板上开有6个螺栓孔洞，所述节点板和端板的钢材一致。
[0009]
优选地，所述端板的直径大于所述外钢管的直径；所述外钢管采用屈服强度为420mpa或460mpa的高强度钢制成。
[0010]
优选地，所述端板的另一侧通过十字加劲肋与所述弹性支撑段的外钢管固定；所述十字加劲肋由4块同样尺寸的肋板互相垂直焊接形成并焊接在外钢管内侧。
[0011]
优选地，所述外钢管内的空隙部分填充有细骨料混凝土，所述细骨料混凝土与内钢管之间留有缝隙，以避免混凝土受压。
[0012]
本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
[0013]
1、该支撑中的耗能钢管可随时更换，大大提升了构件震后恢复能力，减少高昂的维修费用，同时能够提高维修效率；
[0014]
2、使用塑性良好的软钢或q235钢作为耗能段大大增加了能量耗散；
[0015]
3、弹性支撑段内混凝土的填充，可以有效增加构件的抗弯刚度。
[0016]
4、该结构构造简单，造价较低，经济实用，能够批量生产。
附图说明
[0017]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]
图1为耗能段可更换的组合钢管支撑正立面图；
[0019]
图2为耗能段可更换的组合钢管支撑弹性支撑段剖切图；
[0020]
图3为内钢管与耗能钢管法兰连接大样图；
[0021]
图中：1－节点板；2－外钢管；3－屈曲耗能钢管；4－法兰连接；4-1－法兰盘；4-2－高强螺栓；5－加劲肋板；6－端板；7－内钢管；8－十字加劲肋；9－细骨料混凝土。
具体实施方式
[0022]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0023]
本发明的目的是提供一种耗能段可更换的组合钢管支撑，以解决上述现有技术存在的问题，该支撑采用塑性较好的低屈服点钢作为屈曲耗能段，不但性能稳定，而且加工简单，造价低；在经过地震等偶然荷载作用变形后可随时更换，能够减少修复费用，节省时间，提升效率。
[0024]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0025]
如图1-3所示，本实施例提供一种耗能段可更换的组合钢管支撑，该结构主要由节点板连接、两端的弹性支撑段、中部的屈曲耗能段、法兰连接4和加劲肋板5组成。节点板连接由带螺栓孔的十字形的节点板1与弹性支撑段钢管端部的端板6通过焊缝连接，端板6另一侧由十字加劲肋8与钢管焊接形成，可以有效防止端板局部受弯。两端的弹性支撑段由外钢管2和内钢管7组成，内钢管7主要起连接弹性支撑段和耗能支撑段的作用，两钢管之间通过6块加劲肋板5焊接在一起，6块加劲肋板5位于同心圆内，相邻的加劲肋板5之间的圆心角为60
°
，加劲肋板5焊接在外钢管2的内侧，内钢管7的外侧。外钢管2采用高强度钢，如q460钢，保证在荷载作用下基本处于弹性阶段，不会发生屈曲。弹性支撑段圆钢管内空隙部分填
充细骨料混凝土9，以提升构件的抗弯刚度。耗能屈曲钢管3是直径较小壁厚较厚的钢管，该钢管为强度较低的软钢或q235钢，塑性较好，能承受较大变形，在地震荷载作用下，能表现出良好的滞回耗能能力，不易发生屈曲。屈曲耗能钢管3两端焊接法兰盘4-1做成法兰连接4，通过高强螺栓4-2与弹性支撑段内钢管7连接。使用法兰连接4的目的是让屈曲耗能钢管3在经过地震等偶然荷载作用变形后可随时更换，不仅能减少结构修复费用，还能节省时间，提升效率。法兰盘4-1为一外径大于屈曲耗能钢管3的圆钢板，其上预留有高强螺栓孔洞。
[0026]
本发明的部分组件安装尺寸及其他考虑如下：
[0027]
1、耗能支撑段内钢管采用软钢或q235钢，弹性支撑段钢管采用高强钢如q460，保证在荷载作用下耗能钢管发生变形或屈曲破坏，弹性支撑段钢管基本处于弹性阶段，不会发生屈曲破坏。在经过地震等荷载作用后，变形后的耗能支撑段钢管可以及时更换。耗能支撑段钢管的长径比控制在6以内为宜，径厚比控制在10以内为宜。
[0028]
2、十字形的节点板1与端板6之间通过焊缝连接，在端板6另一侧，端板6与弹性支撑段外钢管2之间的连接采用十字加劲肋8加固，可以有效防止端板局部受弯。十字形的节点板1由4块矩形钢板互相垂直焊接形成，每个矩形钢板上开有6个螺栓孔洞。节点板1和端板6的钢材保持一致，焊缝的宽度应由计算得出，圆形的端板6直径稍大于外钢管2直径。
[0029]
3、弹性支撑段内钢管7内空隙部分填充细骨料混凝土9，可以有效增加弹性支撑段构件的抗弯刚度，混凝土与内钢管7之间应留缝隙，避免混凝土受压。
[0030]
4、焊接处由于焊缝受拉容易开裂，故法兰盘4-1与钢管焊接时的热影响不可忽略，对法兰连接处受到热影响的20-40mm范围外的钢管进行切削，使钢管壁厚适当减小2-4mm。
[0031]
5、法兰连接4由法兰盘4-1和高强螺栓4-2组成，满足连接处强度和刚度的要求。屈曲耗能钢管3和法兰盘4-1通过焊缝连接。
[0032]
6、弹性支撑段内、外钢管之间通过6块加劲肋板5焊接在一起，加劲肋板5的长度应根据承载力对焊缝的要求而确定。(加劲肋板5的块数应根据强度计算确定，可适当增加，如8块或12块，但加劲肋板5应沿圆周均匀分布且位于同心圆内)。
[0033]
7、弹性支撑段内钢管7无需较长，长度为加劲肋板5长度加10-20cm即可，目的主要起连接弹性支撑段和耗能屈曲段的作用，内钢管7一端焊接一个小的圆端板，圆端板的另一端焊接法兰板，法兰板应预留有高强螺栓孔。
[0034]
本发明的施工方法包括以下步骤：
[0035]
第一步：端板6一侧通过焊接与带螺栓孔的十字形的节点板1连接，另一侧通过十字加劲肋8与弹性支撑段外钢管固定。
[0036]
第二步：弹性支撑段内、外钢管之间通过6块加劲肋板5焊接在一起，加劲肋板6的长度应根据承载力对焊缝的要求而确定。
[0037]
第三步：混凝土的填充，弹性支撑段空隙内填充混凝土，以提升构件的抗弯刚度。混凝土与内钢管7之间应留缝隙，避免混凝土受压。
[0038]
第四步：可更换的屈曲耗能钢管3，由直径较小的屈曲耗能钢管3及两端的法兰连接4组成，法兰盘4-1与屈曲耗能钢管3通过焊缝连接。法兰盘4-1上预留有螺栓孔，使屈曲耗能钢管3与弹性支撑段通过高强螺栓4-2连接形成整体。
[0039]
第五步：将弹性支撑段、耗能支撑段使用高强螺栓4-2连接。
[0040]
具体地，本实施例中，节点板1由4块带有螺栓孔的钢板互相垂直焊接形成。弹性支
撑段外钢管2可采用屈服强度为420mpa或460mp的高强度钢材制作，保证在偶然荷载作用下钢管基本处于弹性阶段，达不到屈服强度。屈曲耗能钢管3为一根直径较小壁厚较厚的钢管，钢材采用强度较低的软钢或q235钢，两端做成法兰连接4，焊接处由于焊缝受拉容易开裂，故法兰盘4-1与钢管焊接时的热影响不可忽略，对法兰连接处受到热影响的20-40mm范围外的钢管进行切削，使钢管壁厚适当减小2-4mm。法兰连接4由法兰盘4-1和高强螺栓4-2组成，主要用于连接屈曲耗能段和弹性支撑段，钢管与法兰盘4-1之间焊缝连接，法兰盘4-1上预留有螺栓孔。加劲肋板5为一钢板，端板6为一较厚的圆钢板，直径比外钢管2稍大，用来连接节点板1和外钢管2。内钢管7为一直径与屈曲耗能钢管3相同的钢管，十字加劲肋8由4块同样尺寸的肋板组成，焊接在外钢管2内侧，其作用是防止端板6的局部受弯，十字加劲肋8之间的夹角为90
°
。混凝土为细骨料混凝土9，主要用来增加构件的抗弯刚度，与内钢管7之间应预留缝隙，避免在荷载作用下混凝土受压。
[0041]
需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0042]
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。