一种用于改善桥梁抗震性能的装配式防屈曲支撑装置的制作方法

本发明涉及一种桥梁结构的耗能支撑，具体地，涉及一种用于改善桥梁抗震性能的装配式防屈曲支撑装置。

背景技术：

防屈曲支撑具有饱满的滞回曲线及良好的耗能作用，通过拉压变形有效吸收外部震动能量，被广泛用于土木工程领域以提高建筑物和构筑物的抗震性能。近年来，防屈曲支撑被逐步应用到桥梁工程领域作为减震耗能装置。

目前，传统的防屈曲支撑在内芯与套管筒之间填充混凝土，内芯外表面覆盖无粘结层，混凝土作为约束单元防止内芯受压侧向屈曲失稳，但传统支撑装置主要存在如下问题：混凝土湿作业工作量比较大；混凝土作为约束单元容易被压碎，无法达到约束目的，导致耗能内芯受压时弹性变形小，易发生屈曲失稳，支撑耗能功能退化严重；内芯不易拆卸、更换频率高且维护成本大；内芯非约束外伸段很容易发生端部破坏，不能充分耗能。

技术实现要素：

为了克服已有防屈曲支撑更换内芯不便、约束单元约束能力差、抗震性能不足、混凝土湿作业工作量大等难题，本发明提供了一种耗能性能较好的全钢装配式防屈曲支撑，避免了混凝土湿作业，极大的方便了耗能内芯的更换拆卸，且外约束单元侧向刚度较大，防止内芯的侧向屈曲失稳，充分发挥钢材的耗能能力。该支撑装置安装便利、安装空间小、耗能性能优、耐久性较好，适用于改善桥梁工程结构的抗震性能。

为了实现上述功能，本发明提供的技术方案为：

所述用于改善桥梁抗震性能的装配式防屈曲支撑装置，包括耗能单元，外约束单元，端部连接单元；所述外约束单元具有一个十字型截面的内壁，所述耗能单元为十字型软钢内芯，其材质为Q235钢，被夹持于所述装配式外约束单元的十字型内壁内，十字型软钢内芯两端开设螺栓孔，通过螺栓与端部连接单元相连。

所述外约束单元包括U型钢槽、横隔板、侧向约束板、盖板、垫块、高强螺栓。所述侧向约束板焊接于钢槽内，横隔板沿纵向布置于U型钢槽内以增加约束板的侧向刚度，两块盖板盖于U型钢槽上部形成封闭的外约束部件，将两个上述外约束部件相互成180°并栓接形成外约束单元，实现外约束单元的装配式组装，方便所述十字型软钢内芯的更换拆卸。

所述端部连接单元包括十字型连接件、连接板、耳板、销轴、上部结构锚碇板、下部结构锚碇板，所述连接板一侧焊接十字型连接件，一侧焊接一块耳板，所述上部、下部结构锚碇板上分别焊接两块耳板，两块耳板之间的间隙略大于连接板上的耳板厚度。

进一步的，所述U型钢槽的高厚比应满足局部稳定的要求，长细比应满足整体稳定的要求，具体地，应满足《钢结构设计规范》（GB50017-2017）的相关规定。

作为优选，所述两个外约束部件之间设置垫块，垫块厚度略大于十字型软钢内芯肢厚，保证十字型软钢内芯与外约束单元内壁之间留有空隙。

进一步的，所述十字型软钢内芯与外约束单元内壁之间的空隙内填充无粘结材料层。

作为优选，所述十字型软钢内芯的约束段截面比非约束外伸段截面小，保证地震力作用下十字型软钢内芯非约束外伸段不先于约束段破坏。

作为优选，所述耳板上开设螺栓孔，通过销轴将连接板上的耳板与上部、下部结构锚碇板上的耳板相连，保证了支撑装置端部的自由转动。

作为优选，所述十字型连接件上开设与十字型软钢内芯端部螺栓孔相对应的螺栓孔，同过摩擦型高强螺栓将十字型连接件与十字型软钢内芯端部相连，一方面方便十字型软钢内芯的更换拆卸，另一方面加强了十字型软钢内芯的非约束外伸段，避免了非约束外伸段过早的屈曲破坏。

进一步的，所述十字型连接件端部与U型钢槽端部保持一定的距离，实现地震作用下十字型软钢内芯的自由拉伸及压缩，以达到耗能作用。

作为优选，所述上部结构锚碇板与桥梁下表面相连；所述下部结构锚碇板与桥墩相连。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1)所述横隔板沿纵向以一定间距焊接于所述U型钢槽内，增加了所述外约束单元的侧向约束能力；在地震荷载作用下，所述十字型软钢内芯难以侧向屈曲失稳，充分发挥了内芯的拉压变形，耗散结构受到的地震能量，且降低内芯的更换频率，减小维护成本；

2)装配式的外约束单元采用螺栓连接，极大的便利了震后耗能内芯的更换工作，且装配式外约束单元能够多次利用，降低了工程造价；

3)该装置制作工艺、流程简单，且避免了混凝土湿作业，提高了支撑装置的耐久性。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图对本发明进行更为详细的描述，使其特征、功能、优点更为直观，其中：

图1为本发明用于改善桥梁抗震性能的装配式防屈曲支撑装置的整体示意图；

图2为本发明用于改善桥梁抗震性能的装配式防屈曲支撑装置的结构分解图；

图3为本发明用于改善桥梁抗震性能的装配式防屈曲支撑装置外约束部件的结构分解图；

图4为本发明用于改善桥梁抗震性能的装配式防屈曲支撑装置的主视图；

图5为本发明用于改善桥梁抗震性能的装配式防屈曲支撑装置的剖切面图；

图6为本发明用于改善桥梁抗震性能的装配式防屈曲支撑装置的安装布置示意图；

图中标记分别表示为：101为U型钢槽，102为横隔板，103为侧向约束板，104为盖板，105为垫块，106为高强螺栓，201为十字型软钢内芯，301为十字型连接件，302为连接板，303为耳板，304为销轴，305为上部结构锚碇板，306为下部结构锚碇板，1为装配式防屈曲支撑装置，2为桥梁，3为桥墩。

具体实施方案

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1至6所示，本实例的用于改善桥梁抗震性能的装配式防屈曲支撑装置，包括耗能单元，外约束单元，端部连接单元。耗能单元为十字型软钢内芯201，十字型软钢内芯201的材质为Q235钢；外约束单元包括U型钢槽101、横隔板102、侧向约束板103、盖板104、垫块105、高强螺栓106；端部连接单元包括十字型连接件301、连接板302、耳板303、销轴304、上部结构锚碇板305、下部结构锚碇板306。其中，U型钢槽101内沿纵向焊接两块侧向约束板103，两块侧向约束板103之间的距离大于十字型软钢内芯201的厚度，横隔板102沿纵向布置于U型钢槽101的侧边板及侧向约束板103之间，以增加侧向约束板103的侧向刚度，两块盖板104盖于U型钢槽101上部形成封闭的外约束部件，将两个上述外约束部件相互成180°通过高强螺栓106栓接形成外约束单元，实现外约束单元的装配式组装，方便十字型软钢内芯201的更换拆卸，外约束单元内部形成十字形截面的内壁。十字型软钢内芯201被夹持于外约束单元的十字型截面的内壁内，十字型软钢内芯201两端开设螺栓孔，通过螺栓与端部连接单元相连。连接板302一侧焊接十字型连接件301，另一侧焊接一块耳板303，上部结构锚碇板305、下部结构锚碇板306上均分别焊接两块耳板303，上部结构锚碇板305、下部结构锚碇板306上两块耳板303之间的间隙均略大于连接板302上的耳板303的厚度。

本实施例中，U型钢槽101的高厚比应满足局部稳定的要求，长细比应满足整体稳定的要求，具体地，应满足《钢结构设计规范》（GB50017-2017）的相关规定。

本实施例中，两个外约束部件之间设置垫块105，垫块105厚度略大于十字型软钢内芯201肢厚，保证十字型软钢内芯201与外约束单元内壁之间留有空隙。

进一步的，本实施例中十字型软钢内芯201与外约束单元内壁之间的空隙内填充无粘结材料层202，减小十字型软钢内芯201与侧向约束板103、盖板104之间的摩阻力，实现地震作用下十字型软钢内芯201的拉压变形耗能。

优选的，本实施例中十字型软钢内芯201的约束段截面比非约束外伸段截面小，保证地震力作用下十字型软钢内芯非约束外伸段不先于约束段破坏。

本实施例中，耳板303上开设螺栓孔，通过销轴304将连接板302上的耳板303与上部结构锚碇板305、下部结构锚碇板306上的耳板303相连，保证了支撑装置端部的自由转动。

本实施例中，十字型连接件301上开设与十字型软钢内芯201端部螺栓孔相对应的螺栓孔，同过摩擦型高强螺栓将十字型连接件301与十字型软钢内芯201端部相连，一方面方便十字型软钢内芯201的更换拆卸，另一方面加强了十字型软钢内芯201的非约束外伸段，避免了非约束外伸段过早的屈曲破坏。

进一步的，本实施例中十字型连接件301端部与U型钢槽101端部保持一定的距离，实现地震作用下十字型软钢内芯201的自由拉伸及压缩，以达到耗能作用。

本实施例中，装配式防屈曲支撑1的上部结构锚碇板305与桥梁2下表面相连，下部结构锚碇板306与桥墩3表面相连。

本具体实施例提供的一种用于改善桥梁抗震性能的装配式防屈曲支撑装置，其主要的工作过程如下：

在地震荷载作用下，桥梁2与桥墩3之间发生纵向相对位移，十字型软钢内芯201受到来自桥梁系统的荷载发生变形，由于受到装配式外约束单元的约束，十字型软钢内芯201只能发生轴向的拉压变形，通过软钢的滞回性能耗散地震能量，以提高桥梁的抗震性能。震后，通过拆卸盖板104上的高强螺栓106以及十字型软钢内芯201端部螺栓，可以方便地拆卸更换十字型软钢内芯201，装配式的组装方式有利于震后防屈曲支撑的修复和日常维护。值得注意的是，本实施例中图6给出的装置布置图沿桥梁纵向水平布置，可提高桥梁纵向抗震性能，同样地，若装置沿桥梁横向水平布置，亦可提高桥梁横向抗震性能。

上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。