胶合竹材填充FRP外部包裹钢芯防屈曲耗能支撑，该支撑为一种防屈曲耗能支撑，内填材料为胶合竹材，外部包裹采用FRP材料来进行刚度上的约束；截面选取十字型截面或一字型截面，而外部的约束机制选取胶合竹材与FRP纤维材料的组合方式。设计支撑的截面采用非规则的八边形。在支撑钢内芯与胶合竹材填充材料之间，粘贴聚乙烯材料并外涂硅胶，以保证内核钢芯与胶合竹材填充料之间的无粘结接触。支撑胶合竹材约束的外部采用横向、纵向交错搭接的FRP纤维增强复合材料三层包裹，使得胶合竹材填充料可获得良好的套箍效果。这种端部的设计可防止支撑局部出现的鼓起或纤维达到极限应力而发生的撕裂，造成试件失效。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种防屈曲耗能支撑，内填材料为胶合竹材，外部包裹采用FRP材料(如：玻璃纤维复合材料等)来进行刚度上的约束，属于结构工程抗震涉及领域。
技术介绍
我国竹类资源丰富，用竹材作结构材料具有绿色、环保的优势，实现可持续发展上的创新。通过将胶合竹材作为支撑试件的填充材料，不仅在保证支撑具备足够强度的同时，也可减小支撑自身的质量，完成环保、轻质的支撑设计。采用多层胶合竹材填充作为支撑钢芯的约束，在力学性能上为支撑提供足够的约束刚度，同时支撑的质量也比较轻；为进一步巩固胶合竹材的填充效果，在胶合竹材填充材料的外部采用三层FRP纤维布进行纵向、横向的包裹，以保证外部约束的层层套箍，保障支撑外部的约束力。外包的FRP纤维布，充分利用了纤维材料自身的高强度，轻质量，耐腐蚀的优势性能，实现FRP纤维复合材料与传统材料的组合使用，让支撑具备轻质、高效，便于工业化生产的优势；另外，在支撑端部采用FRP纤维布再次进行局部上的增强，防止可能始于支撑两端的撕裂破坏。局部上设计的增强，使支撑在重量没有增加的情况下，使整个防屈曲耗能支撑的承载能力、抗震延性能获得一定保障。胶合竹材与FRP纤维材料形成的多重约束机制，有效地、系统地实现了胶合竹材填充FRP外部包裹钢 芯防屈曲耗能支撑对减震耗能的需求。
技术实现思路
本技术的目的是设计支撑约束屈服段的内核芯材采用钢材，截面选取十字型截面(或一字型截面)，而外部的约束机制选取胶合竹材与FRP纤维材料的组合方式。设计支撑的截面采用非规则的八边形，即：胶合竹材填充截面的四个角作成倒钝角(或进行圆弧角处理)，使胶合竹材表面能充分与FRP纤维布表面接触，尽量消除角部应力集中的影响，使FRP纤维布缠绕的捆绑效用更有效。在支撑钢内芯与胶合竹材填充材料之间，粘贴聚乙烯材料并外涂硅胶(或采用钙基润滑脂加聚乙烯薄膜作为无粘结材料)，以保证内核钢芯与胶合竹材填充料之间的无粘结接触。支撑胶合竹材约束的外部采用横向、纵向交错搭接的FRP纤维增强复合材料三层包裹，使得胶合竹材填充料可获得良好的套箍效果。在支撑端部约六分点的位置再次采用FRP纤维增强复合材料进行局部增强，以避免端部出现局部应力集中，避免支撑局部上的屈曲失稳。这种端部的设计可防止支撑局部出现的鼓起或纤维达到极限应力而发生的撕裂，造成试件失效。支撑试件的每一层外包纤维增强布，采用有机胶进行胶粘，需通过严格的制作工艺保证胶粘质量。为实现上述目的，本技术采用的技术方案是一种胶合竹材填充FRP外部包裹钢芯防屈曲耗能支撑，该支撑包括第一横向FRP纤维增强复合材料1、FRP纵向包裹2、胶合竹材填充料3、外涂硅胶的聚乙烯材料4、十字型内核钢芯5、加强端板6、胶粘剂7、第二横 向FRP纤维增强复合材料8、FRP端部包裹局部增强9；具体而言，纵向FRP纤维增强复合材料2包裹在第一横向FRP纤维增强复合材料1的外面，再在纵向FRP纤维增强复合材料2包裹在第二横向FRP纤维增强复合材料8；第一横向FRP纤维增强复合材料1包裹在胶合竹材填充料3的外面；FRP端部包裹局部增强9包裹在第二横向FRP纤维增强复合材料8的外面。胶合竹材填充料3和外涂硅胶的聚乙烯材料4组成胶合竹材填充板块，胶合竹材填充料3采用胶粘剂7将每块胶合竹材填充板之间胶粘，以保证填充料整体的作用效果；在十字型内核钢芯5粘贴外涂硅胶的聚乙烯材料4，以保证十字型内核钢芯5与胶合竹材填充料3之间的无粘结接触；加强端板6设置在支撑的两端，支撑的两端采用铰接形式或固接形式的连接方式，以实现防屈曲耗能支撑与框架结构之间的有效连接。在内核钢芯端部连接过渡段的长度和胶合竹材填充料3的搭接长度，根据需要形成三种不同的构造方式：端部不搭接方式、端部部分搭接方式和完全搭接方式。支撑截面的四个角为倒钝角或圆弧角。外涂硅胶的聚乙烯材料4或采用钙基润滑脂加聚乙烯薄膜；胶粘剂7能用浸渍型酚醛树脂代替。十字型内核钢芯5能用一字型内核钢芯10；胶合竹材填充料3沿十字型内核钢芯5或一字型内核钢芯10。所述十字型内核钢芯5或一字型内核钢芯10的周向被各板块的 胶合竹材填充料3层层包裹，各层沿环向顺次交错布置。所述十字型内核钢芯5或一字型内核钢芯10的两端分别与加强端板6连接，两者连接处设有钢连接加强端11。附图说明图1为十字型钢芯胶合竹材填充FRP外部包裹防屈曲耗能支撑俯视图。图2为一字型钢芯胶合竹材填充FRP外部包裹防屈曲耗能支撑俯视图。图3为十字型钢芯胶合竹材填充FRP外部包裹防屈曲耗能支撑主视图。图4为一字型钢芯胶合竹材填充FRP外部包裹防屈曲耗能支撑主视图。图5十字型钢芯胶合竹材填充FRP外部包裹防屈曲耗能支撑A-A截面细部尺寸。图6一字型钢芯胶合竹材填充FRP外部包裹防屈曲耗能支撑A-A截面细部尺寸。图7为图3的B-B截面细部尺寸。图中：1-第一横向FRP纤维增强复合材料；2-FRP纵向包裹；3-胶合竹材填充料；4-外涂硅胶的聚乙烯材料；5-十字型内核钢芯；6-加强端板；7-胶粘剂；8-第二横向FRP纤维增强复合材料；9-FRP端 部包裹局部增强；10-一字型内核钢芯；11-钢连接加强端。具体实施方式胶合竹材填充FRP外部包裹钢芯防屈曲耗能支撑制作的质量要求：型钢内芯进行制作时，必须保证钢板连接的焊接质量，减少焊接残余应力的影响，提高内芯截面的低周疲劳性能。内核钢芯表面的机械加工，须按设计要求控制表面的光洁度，钢材直度和截面扭曲度的误差应不能超过1/1000/m、0.5/m的数值；胶合竹材表面的打磨，可采用平砂轮将胶合竹材表面打出光泽，打磨粗糙度越大越好，打磨纹路应与构件受力的方向垂直，以保证胶合竹材之间，及胶合竹材和FRP纤维布之间的粘结质量；为给钢芯材料的多波屈曲变形创造条件，在内核钢芯粘贴2-3mm聚乙烯材料并涂抹硅胶(或采用钙基润滑脂加聚乙烯薄膜作为无粘结材料)，保证内核钢芯与胶合竹材填充料之间的无粘结接触；FRP纵向、横向的包裹可采用FRP机器缠绕或FRP纤维布粘贴成型的工艺，制作前需用G型木工夹定位进行临时的固定，以保证支撑组件的紧密度。试件的制作工艺流程：胶合竹材加工和胶合竹材之间的粘结工艺1胶合竹材的厚度可根据设计进行选取，采用材料万能切割机进行外形切割，并保证切割工艺的质量。2胶合竹材表面处理：用砂轮机磨胶合竹材的表面，除去表面杂质，然后吹掉胶合竹材表面的碎屑，再用酒精对胶合竹材进行擦拭。 待胶合竹材表面的酒精干燥以后，再用配合好的环氧树脂胶涂胶合竹材表面。3粘贴胶合竹材板：粘贴工艺需保证足够的强度，使胶合竹材之间充分接触，可采用重物法进行加压，压紧使其达到设计的粘结强度，加压时间原则上不能低于3天。FRP纤维包裹施工工艺：FRP纤维横向缠绕成型工艺。1对型钢芯材、胶合竹材填充材料进行整体拼装、定位。2用缠绕机按45/90度的方向，对定位支撑试件进行横向缠绕作业。3缠绕作业根据需要按照不同的起、终点位置，进行来回往复横向缠绕，直到达到所设计的缠绕厚度。4对缠绕后的支撑试件进行固化作业，保证横向缠绕工艺的精致效果。FRP纤维布横向、纵向粘贴成型工艺。1基层处理：进行胶合竹材基层表面的处理，去掉竹材四周表面的局部缺陷，如：缺口、刻痕、裂纹等，用酒精清洗胶合竹材表面。2打磨工艺。用树本文档来自技高网...
【技术保护点】
胶合竹材填充FRP外部包裹钢芯防屈曲耗能支撑，其特征在于：该支撑包括第一横向FRP纤维增强复合材料(1)、纵向FRP纤维增强复合材料(2)、胶合竹材填充料(3)、外涂硅胶的聚乙烯材料(4)、十字型内核钢芯(5)、加强端板(6)、胶粘剂(7)、第二横向FRP纤维增强复合材料(8)、FRP端部包裹局部增强(9)；具体而言，纵向FRP纤维增强复合材料(2)包裹在第一横向FRP纤维增强复合材料(1)的外面，再在纵向FRP纤维增强复合材料(2)包裹在第二横向FRP纤维增强复合材料(8)；第一横向FRP纤维增强复合材料(1)包裹在胶合竹材填充料(3)的外面；FRP端部包裹局部增强(9)包裹在第二横向FRP纤维增强复合材料(8)的外面；胶合竹材填充料(3)和外涂硅胶的聚乙烯材料(4)组成胶合竹材填充板块，胶合竹材填充料(3)采用胶粘剂(7)将每块胶合竹材填充板之间胶粘；在十字型内核钢芯(5)粘贴外涂硅胶的聚乙烯材料(4)，以保证十字型内核钢芯(5)与胶合竹材填充料(3)之间的无粘结接触；加强端板(6)设置在支撑的两端，支撑的两端采用铰接形式或固接形式的连接方式；在内核钢芯端部连接过渡段的长度和胶合竹材填充料(3)的搭接长度，根据需要形成三种不同的构造方式：端部不搭接方式、端部部分搭接方式和完全搭接方式；支撑截面的四个角为倒钝角或圆弧角。...
【技术特征摘要】
1.胶合竹材填充FRP外部包裹钢芯防屈曲耗能支撑，其特征在于：该支撑包括第一横向FRP纤维增强复合材料(1)、纵向FRP纤维增强复合材料(2)、胶合竹材填充料(3)、外涂硅胶的聚乙烯材料(4)、十字型内核钢芯(5)、加强端板(6)、胶粘剂(7)、第二横向FRP纤维增强复合材料(8)、FRP端部包裹局部增强(9)；具体而言，纵向FRP纤维增强复合材料(2)包裹在第一横向FRP纤维增强复合材料(1)的外面，再在纵向FRP纤维增强复合材料(2)包裹在第二横向FRP纤维增强复合材料(8)；第一横向FRP纤维增强复合材料(1)包裹在胶合竹材填充料(3)的外面；FRP端部包裹局部增强(9)包裹在第二横向FRP纤维增强复合材料(8)的外面；胶合竹材填充料(3)和外涂硅胶的聚乙烯材料(4)组成胶合竹材填充板块，胶合竹材填充料(3)采用胶粘剂(7)将每块胶合竹材填充板之间胶粘；在十字型内核钢芯(5)粘贴外涂硅胶的聚乙烯材料(4)，以保证十字型内核钢芯(5)与胶合竹材填充料(3)之间的无粘结接触；加强端板(6)设置在支撑的两端，支撑的两端采用铰接形式或固接形式的连接方式；在内核钢芯端部连接过渡段的长度和胶...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭玉荣，黄民元，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：新型
国别省市：湖南;43
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