碳纤维增强冷弯薄壁方钢管防屈曲耗能支撑制造技术

碳纤维增强冷弯薄壁方钢管防屈曲耗能支撑，屈曲约束机构的外包钢管采用冷弯薄壁方钢管截面，冷弯薄壁方钢管的四个角设置成圆弧形，以保证外包碳纤维增强布与方钢管之间的紧密贴合。方钢管内填纳米碳纤维混凝土，这种改性的混凝土将大大提升整个防屈曲耗能支撑的变形能力，耗能减震的效果佳；在冷弯薄壁方钢管与三层碳纤维增强布包裹的约束之间，采用两层碳纤维布进行四个角处的局部增强；外包碳纤维增强布为三层，每一层碳纤维增强材料用有机胶进行胶粘，通过严格的制作工艺保证胶粘的质量；防屈曲耗能支撑的连接方式可采用铰接或固接方式，设置于支撑的两边端部，用以实现支撑构件与组合框架结构之间的衔接。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种防屈曲耗能支撑，其内填纳米碳纤维(Carbon nanofibers)混凝土，外包约束为碳纤维增强材料和冷弯薄壁方钢管的构件，属于结构工程抗震涉及领域。
技术介绍
碳纤维增强复合材料具有高强度、高模量及轻质量等诸多优点，将其应用在冷弯薄壁方钢管的防屈曲耗能支撑结构中，以达到增强外包约束钢管的约束效果，使碳纤维增强钢管防屈曲耗能支撑的破坏是始于内核钢材的材料破坏，而非外部约束钢管的破坏，并在加载的过程中能保持完好。采用纤维增强复合材料的约束机制，能使外包冷弯薄壁方钢管的约束效果在原有的基本上获得约20%?30%左右的提升；为了进一步巩固使用碳纤维增强复合材料的增强效果，在外包冷弯薄壁方钢管的四个角上，再进行两层碳纤维复合材料的局部增强，以改善始于方钢管四个角的破坏形态；在支撑制作处理时，将外包钢管的四个角改为圆弧形，根据设计的弧度按照倒角进行处理，转角处的构件表面曲率不小于20mm规定；为保证外包约束钢管的耐久性，用由环氧富锌底漆、环氧(云铁)中间漆及聚硅氧烷面漆所构成防腐涂层体系进行防腐处理；外包钢管的内填混凝土，采用纳米碳纤维混凝土。将纳米碳纤维掺入内填混凝土中，利用纳米碳纤维强度高、抗疲劳、纤维密度低等优点，所形成新的复合材料将在很大程度上改善混凝土的力学性能，获得更好的承载力及减震能力；方钢管的外包碳纤维复合材料，均采用有机胶粘进行粘接，制作时要分三层完成外部的包裹。
技术实现思路
本专利技术的目的是屈曲约束机构的外包钢管采用冷弯薄壁方钢管截面，冷弯薄壁方钢管的四个角设置成圆弧形，以保证外包碳纤维增强布与冷弯薄壁方钢管之间的紧密贴合。同时，在外包冷弯薄壁方钢管的表面设置防腐的涂层体系；在冷弯薄壁方钢管外部用三层碳纤维布增强材料进行二次约束包裹。同时，在冷弯薄壁方钢管与三层碳纤维布之间，又采用两层碳纤维布对四个角进行局部上的增强，这种设计形成了双环套箍的约束效果；方钢管内填纳米碳纤维混凝土，这种改性的混凝土将大大提升整个防屈曲耗能支撑的变形能力，耗能减震的效果佳；外包碳纤维增强布为三层，每一层碳纤维增强材料采用有机胶进行胶粘，通过严格的制作工艺保证胶粘的质量；防屈曲耗能支撑的连接方式可采用铰接形式，或固接形式，设置于支撑的两边端部，用以实现支撑构件与组合框架结构之间的连接。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是一种碳纤维增强冷弯薄壁方钢管防屈曲耗能支撑，该支撑由约束屈服段、约束非屈服段、屈曲约束机构、隔离无粘结层、无约束非屈服段、三层碳纤维增强布包裹、两层碳纤维布局部增强组成；该支撑包括外包约束冷弯薄壁方钢管1、三层碳纤维增强布2、内填纳米碳纤维混凝土 3、内核钢芯4、加强端板5、圆形连接孔6、加劲板7、铰接板8、空隙9、隔离无粘结层10、两层碳纤维增强布11、角钢12、防腐涂层体系13 ;具体而言，外包约束冷弯薄壁方钢管I的截面为方形圆角结构；三层碳纤维增强布2包裹在外包约束冷弯薄壁方钢管I的外面，在外包约束冷弯薄壁方钢管I与三层碳纤维增强布2之间的四个角处用两层碳纤维增强布11进行局部加强；外包约束冷弯薄壁方钢管I的中间设有内核钢芯4，外包约束冷弯薄壁方钢管I与内核钢芯4之间填充有内填纳米碳纤维混凝土 3 ;外包约束冷弯薄壁方钢管I的两端面分别设有两加强端板5 ;铰接板8设置在沿外包约束冷弯薄壁方钢管I的两端面垂直方向上，且与加强端板5相垂直；加劲板7上下连接加强端板5与铰接板8 ;所述铰接板8上设有圆形连接孔6 ;所述内核钢芯4与内填纳米碳纤维混凝土 3的接触处设有隔离无粘结层10。所述加强端板5与外包约束冷弯薄壁方钢管I内的内核钢芯4之间的钢筋衔接处留有空隙9，且端部衔接钢筋与内核钢芯4垂直。外包约束冷弯薄壁方钢管I的外表面的四个角上设有两层纤维增强布11 ;同时外包约束冷弯薄壁方钢管I与三层碳纤维增强布2之间设有约束钢管表面防腐涂层体系13 ;在外包三层碳纤维增强布2的四个角处，采用角钢12进行局部增强。所述约束屈服段由内核芯材4构成，内核芯材4采用屈服强度值稳定的钢材，其截面形状为一字形或十字形或I字形或箱形或槽形等，内核钢芯4的工作段长度由外包冷弯薄壁约束方钢管I确定，其厚度根据实际情况进行选取。约束非屈服段在内填纳米碳纤维混凝土 3与加强端板5之间设置足够的预留空间，其值大小取外包方钢管长度的1%?3%。屈曲约束机构由外包约束冷弯薄壁方钢管I和内填纳米碳纤维混凝土 3组成。在外包约束冷弯薄壁方钢管I的表面设置约束钢管表面防腐涂层体系13，约束钢管表面防腐涂层体系13由80 μ m环氧富锌底漆加上100 μ m环氧(云铁)中间漆，再加上80 μ m聚娃氧烧面漆所构成。隔离无粘结层10为钙基润滑脂和聚乙烯薄膜材料涂层。无约束非屈服段由加强端板5和铰接板8 (或采用固接连接方式)构成，其穿出外包约束冷弯薄壁方钢管I和内填纳米碳纤维混凝土 3，实现了与外部框架结构的端部连接。在铰接板8上开圆形的连接孔6以便与框架连接。外包约束冷弯薄壁方钢管I外部采用三层碳纤维增强布2进行包裹，并用有机胶进行胶粘；在外包约束冷弯薄壁方钢管I与三层碳纤维增强布2之间的四个角处，用两层碳纤维增强布11进行角端的局部增强；完成好三层碳纤维增强布2的整体包裹之后，采用角钢12对四个角再次进行局部上的增强。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果。对防屈曲耗能支撑的外包约束机制进行改进，提升了冷弯薄壁方钢管的约束刚度，采用多重约束机制进行约束上的增强；内填混凝土采用纳米碳纤维混凝土，与普通混凝土的防屈曲耗能支撑比较，碳纤维增强冷弯薄壁方钢管防屈曲耗能支撑呈现出更优越的力学性能；外包冷弯薄壁方钢管的四个角设置了相应的弧度(弧度按照倒角进行处理，转角处构件的表面曲率不小于20mm)。外包冷弯薄壁方钢管的四个角处，采用两层碳纤维增强布进行进一步的增强。在约束方钢管的表面，需进行由环氧富锌底漆、环氧(云铁)中间漆及聚硅氧烷面漆所构成的防腐处理，以提升防屈曲耗能支撑的耐久性。通过这些制作措施，有效防止防屈曲耗能支撑可能发生的局部失稳及高阶屈曲。碳纤维增强冷弯薄壁方钢管防屈曲耗能支撑，巧妙利用碳纤维增强材料高强度、高模量及轻质量等优良特质，使整个防屈曲耗能支撑滞洄耗能的能力更加稳定、更加强大，显著提升了整个构件在动荷载下的抗屈曲能力；内填混凝土采用纳米碳纤维混凝土材料，这种将一定掺量、一定长度的纳米碳纤维加入混凝土的复合材料，具有多功能的特征，力学性能优越；外包约束冷弯薄壁方钢管的四个角设计为圆弧形，这样便于碳纤维增强材料的包裹与粘胶，并在钢管表面用环氧富锌底漆、环氧(云铁)中间漆及聚硅氧烷面漆进行防腐的处理；外包约束冷弯薄壁方钢管与外包三层碳纤维之间的四个角处，用两层碳纤维增强材料进行局部上的增强，使整个防屈曲耗能支撑的约束效果更好；用有机胶进行钢管与碳纤维增强材料之间的胶结，保证了足够的粘结力，使钢管与碳纤维增强材料共同工作的效果更佳；完成三层碳纤维增强布的整体包裹之后，在四个角处再次采用角钢进行局部上的增强。【附图说明】图1为碳纤维增强冷弯薄壁方钢管防屈曲耗能支撑俯视图。图2为碳纤维增强冷弯薄壁方钢管防屈曲耗能支当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
碳纤维增强冷弯薄壁方钢管防屈曲耗能支撑，其特征在于：该支撑由约束屈服段、约束非屈服段、屈曲约束机构、隔离无粘结层、无约束非屈服段、三层碳纤维增强布包裹、碳纤维布局部增强组成；该支撑包括外包约束冷弯薄壁方钢管(1)、三层碳纤维增强布(2)、内填纳米碳纤维混凝土(3)、内核钢芯(4)、加强端板(5)、圆形连接孔(6)、加劲板(7)、铰接板(8)、空隙(9)、隔离无粘结层(10)、两层碳纤维增强布(11)、角钢(12)、约束钢管表面防腐涂层体系(13)；具体而言，外包约束冷弯薄壁方钢管(1)的截面为方形圆角结构；三层碳纤维增强布(2)包裹在外包约束冷弯薄壁方钢管(1)的外面，在外包约束冷弯薄壁方钢管(1)与三层碳纤维增强布(2)之间的四个角处用两层碳纤维增强布(11)进行局部加强；外包约束冷弯薄壁方钢管(1)的中间设有内核钢芯(4)，外包约束冷弯薄壁方钢管(1)与内核钢芯(4)之间填充有内填纳米碳纤维混凝土(3)；外包约束冷弯薄壁方钢管(1)的两端面分别设有两加强端板(5)；铰接板(8)设置在沿外包约束冷弯薄壁方钢管(1)的两端面垂直方向上，且与加强端板(5)相垂直；加劲板(7)上下连接加强端板(5)与铰接板(8)；所述铰接板(8)上设有圆形连接孔(6)；所述核钢芯(4)与内填纳米碳纤维混凝土(3)的接触处设有隔离无粘结层(10)；所述加强端板(5)与外包约束冷弯薄壁方钢管(1)内的内核钢芯(4)之间的钢筋衔接处留有空隙(9)，且端部衔接钢筋与核钢芯(4)垂直；外包约束冷弯薄壁方钢管(1)的外表面的四个角上设有两层纤维增强布(11)；同时外包约束冷弯薄壁方钢管(1)与三层碳纤维增强布(2)之间设有约束钢管表面防腐涂层体系(13)；在外包三层碳纤维增强布(2)的四个角处，采用角钢(12)进行局部增强。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄民元，
申请(专利权)人：中南林业科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43