專利名稱：鋼管裝配式鋼結構預應力防屈曲支撐的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種新型的支撐結構形式，特別是建筑領域應用的一種鋼管裝配式鋼結構預應力防屈曲支撐。
背景技術：
傳統支撐因其剛度大，在強震作用下拉應力通常超過彈性極限而屈服，產生不可恢復的殘余變形；受壓時則容易受發生壓屈曲。在地震反復作用下，其耗能效果不大，也難以較好的保護主體結構不受破壞。防屈曲支撐構件作為應用于多、高層結構中的抗側力耗能裝置，通過鋼材的彈塑性來耗能，在經歷大震后產生較大的殘余變形.強烈地震使結構產生的過大側向變形及殘余變形是結構破壞倒塌的直接原因。并且傳統防屈曲支撐還具有混凝土外圍約束構件所導致的加工精度控制困難、濕作業工作量大等諸多問題。現有支撐與主體結構大多用受剪螺栓連接，不能充分發揮螺栓的力學性能，螺栓數量較多，現場施工不方便，結構成本較高。最近幾年，國內外學者對裝配式鋼結構預應力防屈曲支撐的研究還很少，并未真正實現鋼結構預應力防屈曲支撐的工業化快速、集成生產。

發明內容
本發明的目的在于克服現有上述缺陷，提供一種新型鋼管裝配式鋼結構預應力防屈曲支撐，該發明能夠實現主體鋼結構和支撐構件的快速、合理安裝。并且在小震下具有很強的承載力、通過提高其初始受拉承載力，減小甚至消除其在大震下的殘余變形，具有很強的耗能能力。為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案:鋼管裝配式鋼結構預應力防屈曲支撐包括內部十字形耗能內芯、外圍鋼管約束構件、預應力索三部分。其特征在于:所述內部十字形耗能內芯為兩塊垂直的十字形條狀鋼板。為使耗能內芯易于進入塑性耗能，削弱耗能內芯板中部，呈圓弧形。十字形耗能內芯一端連有兩塊與之垂直的方形連接板:上連接板、下連接板。三者截面中心對齊焊接在一起。上連接板帶有螺栓孔，由高強螺栓與框架連接在一起；下連接板板面正中有十字形空洞，空洞面積尺寸與十字形耗能內芯相同。耗能內芯另一端構造與此端完全形同。所述外圍鋼管約束構件為方鋼管(或圓鋼管)，底部與下連接板焊接在一起。鋼管內部四角焊有四塊矩形鋼隔板，四塊隔板中間留有十字形空洞，空洞大小與十字形耗能內芯截面相同。隔板間距由計算確定。預應力索兩端與內部十字形耗能內芯的兩端下連接板相連，相連。預應力大小，預應力索數量有計算確定。在工廠將所述內部十字形耗能內芯、外圍鋼管約束構件、預應力索三部分組裝連接在一起。在現場將所述鋼管裝配式鋼結構預應力防屈曲支撐用螺栓與框架相連接。當水平力作用于結構時，所述鋼管裝配式鋼結構預應力防屈曲支撐的水平力分量減小甚至抵消作用于結構的水平力，使結構的層間位移為較小值，滿足規范的要求。有益效果本發明采用施工階段能夠實現快速裝配式并能夠有效抵抗水平側移的一種鋼管裝配式鋼結構預應力防屈曲支撐。這種支撐形式不僅能夠有效地實現鋼結構構件加工的工業化而且能夠極大地提高施工速度并大幅度降低用鋼量。此鋼管裝配式鋼結構預應力防屈曲支撐與主體結構用受拉螺栓連接，可以充分發揮螺栓的力學性能，降低結構成本。將預應力技術引入鋼結構支撐中，在小震作用下此預應力防屈曲支撐構件有很大的抗側剛度；在中震或大震作用下，此預應力防屈曲支撐構件在拉、壓時均能實現全截面充分屈服而不出現支撐構件的整體或局部屈曲破壞，并減小或者消除耗能芯片的殘余變形，使原來通過主體結構梁端塑性鉸的耗能方式轉變為只在防屈曲支撐部件上集中耗能，從而較好地保護了主體結構。此預應力防屈曲支撐構件即具有很強的初始剛度又有很好的耗能效果，通過本身的抗側、耗能來減小構件截面尺寸，降低結構成本。


圖1本發明構件構造2本發明構件平面3本發明構件內部十字形耗能內芯4本發明外部框架約束構件5本發明構件的預應力索圖其中，1-鋼管裝配式鋼結構預應力防屈曲支撐；2_內部十字形耗能內芯；3_外部鋼管約束構件；4_預應力索；5_上連接板；6_下連接板；7_隔板具體實現方式下面結合附圖具體說明所述結構體系的實現方式。如圖1-2所示，本發明為一種鋼管裝配式鋼結構預應力防屈曲支撐，由內部十字形耗能內芯、外圍鋼管約束構件、預應力索三部分構成。內部十字形耗能內芯插入外圍鋼管約束構件中。預應力索對稱布置在耗能內芯兩側，數量由計算確定。為使內部十字形耗能內芯變形耗能，使得內部十字形耗能內芯比外圍鋼管約束構件長一個距離D，D值有計算確定。所述外圍鋼管約束構件底部與下連接板焊接在一起。如圖3所示:所述內部十字形耗能內芯為兩塊垂直的十字形條狀鋼板。十字形耗能內芯的截面寬度與圍鋼管約束構件內徑一樣大。為使耗能內芯易于進入塑性耗能，削弱耗能內芯板中部，呈圓弧形。十字形耗能內芯端部并排連有兩塊與之垂直的方形連接板:上連接板、下連接板。兩板之間的距離由計算確定。上連接板帶有螺栓孔，由高強螺栓與框架連接在一起；下連接板板面正中有十字形空洞，空洞面積尺寸與十字形耗能內芯相同。十字形耗能內芯穿過下連接板，與上連接板頂緊，三者截面中心對齊焊接在一起。十字形耗能內芯兩端構造完全形同。
如圖4所示:所述外圍鋼管約束構件為方鋼管(或圓鋼管)，底部與下連接板焊接在一起。鋼管內部四角焊有四塊矩形鋼隔板，四塊隔板中間留有十字形空洞，空洞大小與十字形耗能內芯截面相同。隔板間距由計算確定。如圖5所示:預應力索兩端與內部十字形耗能內芯的兩端下連接板相連。預應力索的預應力值，數量由計算確定。
權利要求
1.一種管形裝配式鋼結構預應力防屈曲支撐，包括內部十字形耗能內芯(2)、外圍鋼管約束構件(3)、預應力索(4);外圍鋼管約束構件(3)沿著長度方向設置有中間空隙；十字形耗能內芯(2)的截面尺寸與外圍鋼管約束構件(3)中間空隙的截面尺寸相同，內部十字形耗能內芯(2)插入外圍鋼管約束構件(3)的中間空隙中；預應力索(4)對稱布置在內部十字形耗能內芯(2)兩側；為使內部十字形耗能內芯(2)軸向變形耗能，內部十字形耗能內芯(2)的長度大于長度外圍鋼管約束構件(3)的長度；內部十字形耗能內芯(2)的兩端伸出外圍鋼管約束構件(3)外。
2.根據權利要求1所述的一種管形裝配式鋼結構預應力防屈曲支撐，其特征在于:所述內部十字形耗能內芯(2)為兩塊垂直的十字形條狀鋼板；十字形耗能內芯(2)的截面尺寸與外圍鋼管約束構件(3)中間空隙一樣大；十字形耗能內芯(2)中部削弱，沿長度方向呈圓弧形；十字形耗能內芯(2)兩端端部并排連有兩塊與十字形耗能內芯(2)長度方向垂直的方形連接板:即直接與十字形耗能內芯(2)連接的下連接板(6)、與下連接板(6)連接的上連接板(5);上連接板(5)帶有螺栓孔，用于用高強螺栓將防屈曲支撐與框架連接；下連接板(6)板面正中有十字形空洞，空洞面積尺寸與十字形耗能內芯(2)截面尺寸相同；十字形耗能內芯(2)穿過下連接板(6)，與上連接板(5)頂緊，十字形耗能內芯(2)、上連接板(5)、下連接板(6)截面中心對齊焊接在一起；十字形耗能內芯(2)兩端構造完全形同。
3.根據權利要求1所述的一種管形裝配式鋼結構預應力防屈曲支撐，其特征在于:所述外圍鋼管約束構件(3)為方鋼管或圓鋼管，底部與下連接板(5)焊接在一起；鋼管內部四角焊有四塊矩形鋼制的隔板(7)，四塊隔板(7)中間留有十字形空洞，空洞大小與十字形耗能內芯(2)截面相同。
4.根據權利要求1所述的一種管形裝配式鋼結構預應力防屈曲支撐，其特征在于:預應力索(4)兩端與內部十字形耗能內芯(2)的兩端的下連接板(6)相連；預應力索(4)施加預應力。
全文摘要
鋼管裝配式鋼結構預應力防屈曲支撐，屬于建筑施工技術技術領域，其包括內部十字形耗能內芯(2)、外圍鋼管約束構件(3)、預應力索(4)；外圍鋼管約束構件(3)沿著長度方向設置有中間空隙；內部十字形耗能內芯(2)插入外圍鋼管約束構件(3)的中間空隙中；預應力索(4)對稱布置在內部十字形耗能內芯(2)兩側；為使內部十字形耗能內芯(2)軸向變形耗能，內部十字形耗能內芯(2)的長度大于長度外圍鋼管約束構件(3)的長度；內部十字形耗能內芯(2)的兩端伸出外圍鋼管約束構件(3)外。在地震作用下，所述鋼管裝配式鋼結構預應力防屈曲支撐充分耗能，使結構的層間位移為較小值，滿足規范的要求。
文檔編號E04B1/98GK103195186SQ201310125569
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月11日 優先權日2013年4月11日
發明者劉學春, 張愛林, 葉全喜, 曹明 申請人:北京工業大學