一种三重圆钢管防屈曲抗震支撑制造技术

本实用新型专利技术涉及一种三重圆钢管防屈曲抗震支撑，该抗震支撑由套装在一起的横截面为圆形的轴力管（２）、内约束管（１）及外约束管（３）和分别焊接在轴力管（２）两端的第一连接构件及第二连接构件组成，其特征在于，所述内约束管（１）的一端与第一连接构件焊接，所述外约束管（３）的一端与第二连接构件焊接；所述轴力管（２）外壁的中部设有１～３个周向的等宽的环形槽（６），每一环形槽（６）的横截面积小于等于轴力管（２）管壁横截面积的２０％，一环形槽（６）的宽度乘以其个数的积与轴力管的长度之比０．０２５～０．０７５。本抗震支撑不仅屈服位置可预设，而且滞回耗能作用也得到显著提升。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种建筑结构构件，具体涉及杆状的抗震支撑构件，特别是三重钢管结构的抗震支撑。
技术介绍
杆状支撑构件是建筑物抗震加固和抗震设计中常用的一种建筑结构构件，一般用于梁与柱、柱与柱或建筑物与建筑物之间减震和抗震。从材料力学的角度来看，这种杆状支撑构件是一种二力杆，在地震或风载等动载荷的作用下容易产生屈曲变形而失稳。为了防止杆状支撑构件因屈曲变形而失稳，提高其抗震能力，2005年荻野谷学等公开了一种三重钢管防屈曲耗能支撑(萩野谷学，長尾直治，田口孝，等.三重鋼管座屈拘束ブレ一スの耐震性能に関する研究[A].日本建築学会大会学術講演梗概集[C].近畿：日本建築学会，2005：1011-1012)，其结构如说明书附图中的图1所示。由图1可见，荻野谷学等公开的耗能支撑的主要特征是轴力管由低屈服点钢材的轴力管和普通钢材的轴力管对接构成。荻野谷学等公开的三重钢管防屈曲耗能支撑是基于金属材料在变形过程中的滞回耗能特性设计而成的，巧妙地利用内外约束单元给核心单元提供限制，使整个支持具有良好的滞回耗能，显著提升了整个构件在动载荷下的抗屈曲能力，但是，由图1可见，所述的三重钢管防屈曲耗能支撑明显存在下述不足：1、低屈服点钢材的轴力管和普通钢材的轴力管对接的焊接难度大，而且焊接处的残余应力如果处理不好极易造成屈服位置不确定性，一是给设计带来困难，二是严重影响整个支撑的滞回耗能性能；2、由于低屈服点钢材和普通钢材的抗屈服能力相差甚大，因此无法使整个轴力管全面屈服，其滞回耗能作用明显受限；3、轴力管和内外约束管同时焊接在右端板上，不仅忽视了约束管对普通钢材的轴力管的约束作用，而且造成了整个支撑两头刚度的严重不对称，使得整个支撑的薄弱处转移到无约束的轴力管与左端板的焊接处；4、低屈服点钢材是一种高科技的特种钢材，一些发展中的国家尚不掌握其生产技术，因此严重阻碍了它的推广应用。5、由于三层钢管之间的间隙一般只有1～2mm，轴力管和内外约束管同时焊接在一块端上，无疑增加焊接施工难度。
技术实现思路
鉴于现有技术存在上述不足，本技术所要解决的技术问题是提供一种屈服位置可预设的耗能支撑，该支撑具有滞回耗能作用显著提升的突出优点。本技术解决上述技术问题的方案如下所述：一种三重圆钢管防屈曲抗震支撑，该抗震支撑由套装在一起的横截面为圆形的轴力管、内约束管及外约束管和分别焊接在轴力管两头的第一连接构件及第二连接构件组成，其特征在于，所述内约束管的一端与第一连接构件焊接，所述外约束管的一端与第二连接构件焊接；所述轴力管外壁的中部设有1～3个周向的等宽的环形槽，每一环形槽的横截面积小于等于轴力管管壁横截面积的20％，一环形槽的宽度乘以其个数的积与轴力管的长-->度之比0.025～0.075。为了使轴力管在开设环形槽的位置屈服后，随着载荷的加大能向两头扩展直至达到全截面屈服，以充分发挥材料的效能，上述技术方案所述轴力管的径厚比(直径/壁厚)应小于等于22。现有研究结果显示，三重钢管防屈曲耗能支撑的约束比与轴力管和内外约束管之间的气隙大小直接相关，且其约束比应大于2。基于此，轴力管和内外约束管之间的间隙应保证在1～2mm，内外约束管径厚比可先根据经验预选，然后校验整个支撑的约束比，如果整个支撑的约束比小于2则适当增厚再验算约束比，直至整个支撑的约束比大于2为止。由于本技术所述的技术方案采用在轴力管中部管壁开槽的手段使所述的轴力管在预定的位置削弱，从而实现了整个支撑在地震或风载等动载荷的作用下产生滞回耗能，因此较现有技术具有下述有益效果：1、整个轴力管使用相同的材料且中部设有周向的环形槽，因此，当中部开槽处屈服后，随着载荷的加大能向两头扩展直至达到全面屈服，不仅使整个支撑的滞回耗能作用得到显著提升，而且材料的效能也得到了充分发挥。2、开槽的位置是事先预定的，避免了屈服变形位置的随机性，可确保其实际工作性能与设计期望性能一致，效果具有可预见性。3、削弱位置设在轴力管的中部，便于将内外约束管分别焊接在第一连接构件和第二连接构件上，既避免了因集中焊接在同一连接构件上易造成应力集中，也克服了整个支撑两头刚度的严重不对称以及整个支撑的薄弱处易转移到无约束的普通钢材的轴力管与连接构件焊接处的不足。4、避免了对低屈服点特种钢材的依赖，有利于推广应用。5、不存在低屈服点特种钢材与普通钢材的对接施工，制作方便。附图说明图1为现有三重钢管防屈曲耗能支撑的的结构示意图。图2～6为本技术所述三重圆钢管防屈曲抗震支撑的一个具体实施例的结构示意图，其中，图2为主视图(剖视)，图3为俯视图，图4为左视放大图，图5为图2的A-A剖面放大图，图6为图2中局部I的放大图。图7和图8为本技术三重圆钢管防屈曲抗震支撑另一具体实施例的结构示意图，其中图7为主视图(纵剖)，图8为图7的B-B剖面放大图。图9和图10为本技术所述第一连接构件和第二连接构件的又一具体实施例的结构示意图，其中图9为主视图，图10为左视图。图11和图12为本技术所述三重圆钢管防屈曲抗震支撑应用于梁与柱之间的使用状态图。图13为本技术所述三重圆钢管防屈曲抗震支撑应用于柱与柱之间的使用状态图。图14为本技术所述三重圆钢管防屈曲抗震支撑应用于建筑物与建筑物之间的使用状态图。-->具体实施方式如图2～6所示，本技术所述三重圆钢管防屈曲抗震支撑为一种杆状构件，纵向由两头的无约束非屈服段和中间的屈服段组成，其中屈服段自内向外依次由普通低碳钢钢管制作的内约束管1、轴力管2和外约束管3组成；位于屈服段左头的无约束非屈服段为第一连接构件，位于屈服段右头的无约束非屈服段为第二连接构件，所述的第一连接构件和第二连接构件分别由一端板4和焊接在端板4一侧的连接板5构成。参见图2和图4，所述的连接板5的横断面呈十字形，由普通钢板焊接构成，其四翼上分别设有安装孔；所述的端板4为圆盘状，其中，第一连接构件中的端板4的左侧与一连接板5焊接在一起，右侧自中心向外依次设有套装并焊接内约束管1和轴力管2的凸台；第二连接构件中的端板4的右侧与另一连接板5焊接在一起，左侧自中心向外依次设有套装并焊接轴力管2和外约束管3的凸台。参见图2～6，所述的轴力管2外壁的中部设有一个周向的环形槽6，该环形槽6的轴向宽度与轴力管2的长度之比为0.030；本例中，轴力管2的径厚比等于22，环形槽6的横截面积等于轴力管2管壁的横截面积的20％，由公式R2-(R-h)2R2-r2=20%]]>可计算出环形槽6的深度，公式中R为轴力管2的外径，r为轴力管2的内径，h(见图6)为环形槽6的深度。参见图5，本例中内约束管1、轴力管2和外约束管3三者之间的间隙为1mm，内约束管1和外约束管3的径厚比根据约束比应大于2的原则验算确定。参见图7和图8，本例中，轴力管2的中部设有三个周向的环形槽6，一个环形槽6的宽度乘以3的积与轴力管2的长度之比为0.075；本例中，轴力管2的径厚比等于20，每一个环形槽6的横截面积等于轴力管2管壁的横截面积的16％，由公式[R2-(R-h)2]R2-r2=16%]]>可计算出环形槽6的深度，公式中R为轴力管2的外径，r为轴力管2的内径，h为环形槽6的深度。参见图7，本例中内约束管1、轴力管2和外约束管3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三重圆钢管防屈曲抗震支撑，该抗震支撑由套装在一起的横截面为圆形的轴力管（２）、内约束管（１）及外约束管（３）和分别焊接在轴力管（２）两端的第一连接构件及第二连接构件组成，其特征在于，所述内约束管（１）的一端与第一连接构件焊接，所述外约束管（３）的一端与第二连接构件焊接；所述轴力管（２）外壁的中部设有１～３个周向的等宽的环形槽（６），每一环形槽（６）的横截面积小于等于轴力管（２）管壁横截面积的２０％，一环形槽（６）的宽度乘以其个数的积与轴力管的长度之比０．０２５～０．０７５。

【技术特征摘要】
1.一种三重圆钢管防屈曲抗震支撑，该抗震支撑由套装在一起的横截面为圆形的轴力管(2)、内约束管(1)及外约束管(3)和分别焊接在轴力管(2)两端的第一连接构件及第二连接构件组成，其特征在于，所述内约束管(1)的一端与第一连接构件焊接，所述外约束管(3)的一端与第二连接构件焊接；所述轴力管(2)外壁的中部设有1～3个周向的等宽的环形槽(6)，每一环形槽(6)的横截面...

【专利技术属性】
技术研发人员：周云，邓雪松，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：实用新型
国别省市：81[中国|广州]