一种装配式大尺度防屈曲支撑构件的制作方法

本发明属于一种土木工程领域，具体涉及一种装配式大尺度防屈曲支撑构件。

背景技术：

传统的结构抗震方法多为提高自身强度和刚度，利用结构构件自身耗能来耗散地震能量。近年来，利用非结构构件来耗散地震能量逐渐被采用，防屈曲支撑以其优越的抗震性能而被广泛应用。设计良好的防屈曲支撑即可像普通支撑一样提供抗侧刚度以减小结构在地震作用下的位移，又可先于结构构件屈服耗散地震能量。因而，防屈曲支撑被广泛应用于既有建筑加固和新建建筑中。

目前，防屈曲支撑多应用于框架结构的办公楼、学校、住宅和医院等建筑物，这些建筑物的开间进深尺寸较小，支撑长度多集中在3～10米。社会的发展对防屈曲支撑尺寸提出了新的需求，同时特殊工业建筑以及一些生命线工程也迫切需要引入防屈曲支撑这一高耗能技术来保证其性能，这种防屈曲支撑的长度往往大于10米，甚至可能达到40～50米，如天津117大厦安装的防屈曲支撑。因此，大跨度超长尺寸的防屈曲支撑成为社会发展的必然需求。

受制作防屈曲支撑的板材、型钢等限制，大跨度超长尺寸的防屈曲支撑需分段制作，且各段之间采用焊接的形式拼装，这种工艺制作的防屈曲支撑会造成以下问题：1、焊接会产生应力集中，从而使防屈曲支撑内芯焊接部位的应力比名义应力大，这将削弱防屈曲支撑的低周疲劳性能；2、焊接过程中防屈曲支撑内芯受热不均匀，焊缝位置的温度比较高，易造成局部出现塑性变形，冷却后出现残余应力，而残余应力的存在将改变防屈曲支撑内芯的设计强度，进而影响防屈曲支撑的滞回性能；3、防屈曲支撑作为一种轴心受力构件存在，焊接残余应力将降低其受压稳定承载能力。此外，现有防屈曲支撑尚存在屈服部位不明确，设计期望性能与实际工作性能差异较大的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种装配式大尺度防屈曲支撑构件，解决了上述背景技术中大跨度超长尺寸防屈曲支撑的性能等问题，包括大跨度超长尺寸防屈曲支撑焊接拼装产生的应力集中、焊接残余应力和焊接残余变形而引起的防屈曲支撑低周疲劳性能和受压稳定承载力被削弱、内芯设计屈服强度无法保证等问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种装配式大尺度防屈曲支撑构件，包括至少二子防屈曲支撑，和用于连接所述子防屈曲支撑的连接节点；

所述子防屈曲支撑包括一字形内芯和方钢管约束件，所述一字形内芯沿方钢管约束件的对角线设置于方钢管约束件内，所述一字形内芯包括若干内芯单元，所述内芯单元具有由两端向中部宽度逐渐减小的结构；所述内芯单元还包括限位卡，所述限位卡设置于内芯单元两端的最宽处，并沿其宽度方向向外延伸。

在本发明一较佳实施例中，所述子防屈曲支撑的端部盖设有端部盖板或中部盖板，所述端部盖板上开设有十字形孔，所述中部盖板上开设有一字形孔，所述一字形内芯穿过端部盖板或中部盖板，裸露于方钢管约束件的两端。

在本发明一较佳实施例中，所述子防屈曲支撑包括端部子防屈曲支撑；所述端部子防屈曲支撑的一端设端部盖板，另一端设中部盖板，所述一字形内芯于端部盖板处锁接有端部连接件，所述端部连接件插入端部盖板与一字形内芯拼接形成“十”字形。

在本发明一较佳实施例中，所述子防屈曲支撑还包括中部子防屈曲支撑；所述中部子防屈曲支撑的两端均设置为中部盖板。

在本发明一较佳实施例中，所述连接节点包括角钢连接件和角钢约束件；所述角钢连接件数量为四，锁接于相邻两个一字形内芯，并背对背拼接形成截面为“十”字型的内芯；所述角钢约束件数量为二，设置于角钢连接件外围并与方钢管约束件焊接形成一整体。

在本发明一较佳实施例中，所述角钢连接件的两端与中部盖板间留有一定间隙。

在本发明一较佳实施例中，所述限位卡外周包裹有橡胶。

在本发明一较佳实施例中，所述一字形内芯与方钢管约束件间的空隙填充有混凝土。

在本发明一较佳实施例中，所述一字形内芯的两端设有连接部，所述连接部开设有螺栓孔。

在本发明一较佳实施例中，所述一字形内芯与角钢连接件之间通过高强螺栓锁接。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

1.本方案由子防屈曲支撑组成整体支撑，且子防屈曲支撑间的连接节点通过角钢连接件得以加强，保证了轴力的有效传递，可以使得每个子防屈曲支撑均屈服耗能；

2.各耗能部位分段工作，即使某一子防屈曲支撑的内芯发生断裂，整体支撑依然可以继续承受轴力，其余子防屈曲支撑依然可以继续正常工作，耗散能量；

3.耗能内芯间采用螺栓连接，避免了焊接产生的应力集中、焊接残余应力和焊接残余变形带来的不利影响，一字形内芯的设计强度得到保证，且低周疲劳性能得到有效改善；

4.各子防屈曲支撑的一字形内芯是带有多个限位卡的变宽度软钢钢板，屈服部位明确，可产生多波屈曲，子防屈曲支撑和整体支撑构件的耗能能力得到了有效地提高；

5.子防屈曲支撑的一字形内芯受到混凝土的有效约束，内芯的稳定性和受压承载力得到保障；

6.整体支撑构件可分段设计、制作、拼装，方便运输，突破了板材和型钢规格的限制。

附图说明

图1为支撑构件结构示意图。

图2为支撑构件沿方钢管约束件对角线的剖视图。

图3为支撑构件沿方钢管约束件对称轴的剖视图。

图4为图2中s处放大示意图。

图5为图2中各截面示意图；其中图5-1为a-a截面示意图，图5-2为b-b截面示意图，图5-3为c-c截面示意图，图5-4为d-d截面示意图，图5-5为e-e截面示意图。

图6为子防屈曲支撑装配过程示意图。

图7为支撑构件装配过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例具体说明本发明的内容：

实施例1

请查阅图1-5，本实施例的一种装配式大尺度防屈曲支撑构件，包括至少二子防屈曲支撑，和用于连接所述子防屈曲支撑的连接节点；

所述子防屈曲支撑包括一字形内芯1和方钢管约束件2，所述一字形内芯1沿方钢管约束件2的对角线设置于方钢管约束件2内，所述一字形内芯1包括若干内芯单元，所述内芯单元具有由两端向中部宽度逐渐减小的结构，因此在轴向力作用下，子防屈曲支撑可实现分段屈服，且屈服部位可控，从而改善了防屈曲支撑的耗能能力；所述内芯单元还包括限位卡15，所述限位卡15设置于内芯单元两端的最宽处，并沿其宽度方向向外延伸；本实施例的内芯单元上下两侧均设有限位卡15；一字形内芯1在限位卡15处的宽度最大，为避免一字形内芯1由于泊松效应带来的横向变形对约束构件产生过度挤压，一字形内芯1在限位卡15处与方钢管约束件2之间应预留一定的间隙，确定间隙值时应考虑支撑安装的角度、框架的高度以及框架的侧向位移等因素。请查阅图4，在相邻两个限位卡15之间，一字形内芯1的截面宽度逐渐减小，且宽度减小尺寸d1应根据设计需要确定，以避免由于d1数值较大，造成局部变形集中，进而影响疲劳寿命和支撑的极限变形能力。

所述子防屈曲支撑的端部盖设有端部盖板3或中部盖板5，所述端部盖板3上开设有十字形孔，所述中部盖板5上开设有一字形孔，所述一字形内芯1穿过端部盖板3或中部盖板5，裸露于方钢管约束件2的两端。一字形内芯1通过端部盖板3或中部盖板5在子防屈曲支撑内定位，为方便连接，所述一字形内芯1的两端设有连接部，所述连接部开设有螺栓孔，所述连接部裸露于方钢管约束件的两端，端部连接件与连接部拼接形成十字形截面处的螺栓孔方便与外部结构连接，各个构件可单独设计、加工、运输并在现场拼接安装。

在本实施例中，一字形内芯1外包裹无粘结材料后安插在方钢管约束件2内，所述限位卡15外周包裹有橡胶9，以保证在轴力作用下一字形内芯1的变形能力；所述一字形内芯1与方钢管约束件2间的空隙填充有混凝土8，与方钢管约束件2一起为一字形内芯1提供约束，防止一字形内芯1受压失稳，提高内芯构件的抗压承载力。

本实施例的子防屈曲支撑分为端部子防屈曲支撑11和中部子防屈曲支撑13；所述端部子防屈曲支撑11的一端设端部盖板3，另一端设中部盖板5，所述一字形内芯1于端部盖板3处锁接有端部连接件4，所述端部连接件4插入端部盖板3与一字形内芯1拼接形成“十”字形。所述中部子防屈曲支撑13的两端均设置为中部盖板5。

本实施例的连接节点用于连接各子防屈曲支撑，包括角钢连接件7和角钢约束件6；所述角钢连接件7数量为四，通过高强螺栓锁接于相邻两个一字形内芯1，并背对背拼接形成截面为“十”字型内芯；所述角钢约束件6数量为二，设置于角钢连接件7外围并与方钢管约束件2焊接形成一整体。

为确保防屈曲支撑的正常工作，所述角钢连接件7的端部与中部端板间留有一定间隙d2，避免支撑在轴向力作用下产生较大的变形而影响支撑的整体性能。

请查阅图6和图7，本发明的制作工艺如下：

1)制作变宽度一字形内芯1、方钢管约束件2、端部盖板3、端部连接件4、中部盖板5、角钢约束构件以及角钢连接件7。其中，端部盖板3、端部连接件4和中部盖板5由钢板切割而成，方钢管约束件2、角钢约束构件以及角钢连接件7由相应的型钢切割而成。

2)将端部连接件4焊接于一字形内芯1的端部，并将无粘结材料包裹在一字形内芯1上，并在限位卡15处包裹一定宽度和厚度的橡胶9；将经过上述处理的一字形内芯1通过端部盖板3定位在方钢管约束件2中；向方钢管约束件2浇筑混凝土材料8，随后将中部盖板5穿过一字形内芯1后焊接在方钢管约束件2上；如此，第一端部子防屈曲支撑11制作完成；

3)重复步骤2)，制作第二端部子防屈曲支撑11；

4)将无粘结材料包裹在一字形内芯1上，并在限位卡15处包裹一定宽度和厚度的橡胶9；将经过上述处理的一字形内芯1通过中部盖板5定位在方钢管约束件2中；向方钢管约束件2浇筑混凝土材料8，随后将中部盖板5穿过一字形内芯1后焊接在方钢管约束件2上；如此，中部子防屈曲支撑13制作完成；重复本步骤制作需要数量的中部子防屈曲支撑13；

5)子防屈曲支撑之间通过角钢连接件7和高强螺栓装配形成整体，然后将角钢约束件6相互焊接于该连接节点外，并与方钢管约束件2焊接在一起，进而形成完整的防屈曲支撑。

其中，第一和第二端部子防屈曲支撑11对称设置于整体的两端，中部子防屈曲支撑13的数量根据现场情况增减。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。