CN101265729A - 全角钢式防屈曲支撑构件及其加工方法 - Google Patents

Abstract

全角钢式防屈曲支撑构件及其加工方法，它涉及一种防屈曲支撑构件及其加工方法。本发明解决了现有的全钢防屈曲支撑构件存在由于自身结构带来的焊接量大、生产工艺复杂的问题，以及焊接量大导致无法保证加工质量以及实际工程的安装质量等问题。本发明所述两个角钢件(7－1)相对夹在支撑内芯(5)的外侧并固接成一体，所述四个等边角钢件(5－1)肢壁背面相靠并固接形成十字型截面，所述每个等边角钢件(5－1)的两肢壁之间固装有两个加劲肋(6)。本方法的步骤是加工支撑内芯、安装加劲肋、安装外包约束构件。本发明具有焊接量较少、生产工艺简便、力学性能优越且便于分析设计、能确保实际工程的安装质量的优点。

Description

全角钢式防屈曲支撑构件及其加工方法

技术领域

本发明涉及一种防屈曲支撑构件，具体涉及一种主要用于建筑结构工程领域中的抗侧力构件(也是一种耗能减震装置)以及其加工方法。

背景技术

现有的防屈曲支撑构件存在以下不足之处。对于方钢管约束十字形焊接芯板的传统全钢防屈曲支撑形式，其支撑节点板3分别与十字形芯板1的两端面焊接在一起。由于外套方钢管2的截面比支撑节点板3的截面小，因此另外一端的支撑节点板3必须在十字形芯板1***钢管2之后再通过全融透对接焊缝与十字形芯板的另一端面连成一体(参见图1～2)。上述现有的防屈曲支撑构件存在生产制作时焊接量大(十字形芯板1、支撑节点板3均需要焊接而成，支撑节点板3与十字形芯板1的两端面需要焊接)，焊接量大会造成以下两类主要问题：

一、支撑构件的加工质量问题

首先，支撑节点板3以及十字形芯板1各板件之间大量的长线焊接所造成的板件的残余变形，会使十字形芯板1在***钢管2的过程中与钢管内壁发生接触从而产生过大的摩擦力，这种摩擦力甚至会造成十字形芯板1无法穿越钢管，对其加工制作造成一定障碍。另一方面，当支撑节点板3与十字形芯板1的两端面之间进行全融透对接时，局部的热应力会使十字形芯板1与其两端的支撑节点板3之间产生相对的焊接翘曲变形，造成支撑节点板3与十字形芯板1的中心线不重合而产生偏心，这样会对支撑在实际工程中的安装带来施工上的困难。以上所述充分表明，现有的(传统的)全钢防屈曲支撑构件在生产加工方面的缺陷无法保证其成品的加工质量以及实际工程的安装质量。

二、支撑的力学性能缺陷

首先，焊接残余变形所造成的支撑节点板3与十字形芯板1之间的相对偏心会严重降低支撑构件的整体稳定性，而这种由加工随机误差所造成的相对偏心量是研究人员和工程设计人员无法如实考虑的因素，因此无法从设计上确保其具有可靠的稳定承载力；另外，板件之间的焊接所产生的热应力会大大降低十字形芯板1的低周疲劳寿命，当十字形芯板1进入大塑性应变时此类问题尤为突出，会造成十字形芯板1在地震过程中提前发生断裂而不能够充分发挥其耗能能力，而这种焊接所造成的对低周疲劳寿命的影响也是研究人员无法准确估计的。最后，在设计方面，焊接还会显著改变内芯的实际屈服轴力，使得设计屈服轴力与实际屈服轴力不一致，从而可能造成在中震作用下，支撑构件不能够先于结构屈服继而达不到保护主体结构的目的。以上所述充分说明，现有的(传统的)全钢防屈曲支撑构件的力学性能缺陷使工程设计人员无法从设计上确保其具有可靠的稳定性能及低周疲劳性能，同时也无法确保支撑构件能够先于结构屈服，这些因素都会造成此类支撑构件的设计性能与实际性能大相径庭。

综上所述，由于现有的(传统的)全钢防屈曲支撑构件在生产加工和力学性能上的缺陷，人们很难在设计方法甚至实际应用上对现有的全钢防屈曲支撑构件的实际性能提供可靠的技术保障。

发明内容

本发明为了解决现有的全钢防屈曲支撑构件存在由于自身结构带来的焊接量大、生产工艺复杂的问题，以及焊接量大导致无法保证加工质量以及实际工程的安装质量、无法从设计上确保其具有可靠的稳定性能及低周疲劳性能，同时也无法确保支撑构件能够先于结构屈服的问题，进而提供了一种全角钢式防屈曲支撑构件及其加工方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种全角钢式防屈曲支撑构件，它包括支撑内芯、外包约束构件，所述外包约束构件由两个角钢件组成，所述两个角钢件相对夹在支撑内芯的外侧并固接成一体，所述防屈曲支撑构件还包括八个加劲肋，所述支撑内芯由四个等边角钢件组成，所述四个等边角钢件肢壁背面相靠并固接形成十字型截面，所述每个等边角钢件的两肢壁之间固装有两个加劲肋。

所述的全角钢式防屈曲支撑构件的加工方法是按照以下步骤实现的：步骤一、将四个等边角钢件肢壁背面相靠并固接形成十字型截面的支撑内芯；步骤二、将八个加劲肋分别固装在每个等边角钢件的两肢壁之间；步骤三、将两个角钢件相对夹在支撑内芯的外侧并固接成一体；步骤四、完成全角钢式防屈曲支撑构件的加工。

本发明具有以下有益效果：本发明具有焊接量较少、生产工艺简便、力学性能优越且便于分析设计、能确保实际工程的安装质量的优点。本发明的优点具体表现在以下几个方面：一、支撑内芯及外包约束构件直接采用市场上的现成等边角钢一次切割加工而成，取材统一且价格低廉；二、避免了支撑内芯屈服段相邻板件之间的焊接，大大简化了生产工艺，保证了成品的质量，同时又减少了支撑内芯的生产加工缺陷以及力学性能缺陷；三、外包约束构件采用双角钢拼接方式代替传统的方钢管，避免了整体节点弹性段Lc(支撑节点板)与支撑内芯的两端面的对接，减少了焊接所引起的焊接残余变形，支撑构件的施工安装质量以及实际性能都得到可靠保证；四、由于减少了传统生产方式所造成的各种生产加工缺陷以及力学性能缺陷，使得全角钢式防屈曲支撑构件更加便于工程师分析与设计，因此能够保证支撑构件的实际性能与设计性能的一致性；五、支撑内芯以及外包约束构件之间无需设置无粘结材料或设置专门的部件来预留两者之间的间隙，只需要在内芯角钢的肢尖处作简单的机械倒角处理便能够预留间隙，进一步简化了其生产工艺，同时又可以减少内芯与约束构件之间的摩擦力，使得两者分工更加明确。

附图说明

图1是现有的全钢防屈曲支撑构件的结构及其生产加工流程示意图，图2是图1的A-A剖视图，图3是本发明的生产加工流程示意图，图4是支撑内芯其中一根等边角钢件的立体图，图5是外包约束构件中的一个角钢件的立体图，图6是加劲肋的立体图，图7是图3的B-B剖视图，图8是图3的C-C剖视图，图9是图3的D-D剖视图，图10是图3的E-E剖视图，图11是图7的F部放大图，图12是图8的G部放大图，图13是图9的H部放大图，图14是图10的I部放大图，图15是本发明的主视图(没有画出外包约束构件7)，图16是本发明的主视图，图17是本发明的实际工程安装示意图，图18是图17的J-J剖面图。

具体实施方式

具体实施方式一：如图3～14所示，本实施方式所述的全角钢式防屈曲支撑构件，它包括支撑内芯5、外包约束构件7，所述外包约束构件7由两个角钢件7-1组成，所述两个角钢件7-1相对夹在支撑内芯5的外侧并固接成一体，所述防屈曲支撑构件还包括八个加劲肋6，所述支撑内芯5由四个等边角钢件5-1组成，所述四个等边角钢件5-1肢壁背面相靠并固接形成十字型截面，所述每个等边角钢件5-1的两肢壁之间固装有两个加劲肋6。所述八个加劲肋6均沿与四个等边角钢件5-1的两肢壁呈45°方向放置。

上述支撑内芯5中的每个等边角钢件5-1均经由火焰切割一次加工而成，然后在角钢的棱角处作刨边平滑处理，最后在角钢肢尖F处作倒角处理以预留与外包约束构件7之间的间隙(参见图7)。在外包约束构件7的肢尖位置作倒角平滑处理，然后把支撑内芯5定位在外包约束构件7中间，并在外包约束构件7的相邻肢尖H处沿纵向进行焊接，即把双等边角钢7连为一体(参见图9)。

具体实施方式二：如图3～14所示，本实施方式所述四个等边角钢件5-1均由两段支撑节点连接段5-1-1、两段斜面过渡段5-1-2、中间段5-1-3组成，所述两段斜面过渡段5-1-2分别设置在中间段5-1-3的两端与两段支撑节点连接段5-1-1之间并制成一体，所述中间段5-1-3的截面面积小于斜面过渡段5-1-2的截面面积，所述斜面过渡段5-1-2与中间段5-1-3之间的夹角α≤45°。

支撑节点连接段5-1-1是节点弹性段Lc1、斜面过渡段5-1-2是过渡段Ltr1，中间段5-1-3是屈服段Ly1。加工完成后的支撑内芯5沿长度方向分为三个部分，即整体节点弹性段Lc、整体过渡段Ltr以及整体屈服段Ly，其相应的横截面面积分别为Ac、Atr以及Ay，一般令Ac＝2Ay。Lc与Ly之间的过渡段Ltr采用斜直线过渡，并要求坡度小于45度以减缓应力集中。把上述支撑内芯5各个等边角钢之间肢背相靠，并在节点弹性段范围内的相邻角钢肢尖之间沿纵向进行焊接，即在整体节点弹性段区域，把四个原本分开的等边角钢件5-1通过肢尖I处的焊缝连为一体(参见图10)。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：如图3所示，本实施方式所述的全角钢式防屈曲支撑构件的加工方法是按照以下步骤实现的：步骤一、将四个等边角钢件5-1肢壁背面相靠并固接形成十字型截面的支撑内芯5；步骤二、将八个加劲肋6分别固装在每个等边角钢件5-1的两肢壁之间；步骤三、将两个角钢件7-1相对夹在支撑内芯5的外侧并固接成一体；步骤四、完成全角钢式防屈曲支撑构件的加工。

具体实施方式四：如图3、图15～18所示，本实施方式是将本发明安装在实际工程中的一个实施例：支撑内芯5由四根肢背相靠的等边角钢件5-1拼接成为十字形，沿轴线方向分为整体节点弹性段Lc、整体过渡段Ltr以及整体屈服段Ly，沿长度方向一次切割完成；在上述支撑内芯5的屈服段区域内的肢尖位置要作倒角处理。在屈服段区域，相邻角钢的肢尖之间并没有焊接连接接头。在上述支撑内芯5的节点弹性段区域内相邻角钢肢尖之间进行浅度焊接，使该区域的四个角钢通过肢尖处的焊缝连为一个整体。在屈服段Ly端部以及过渡段Lcr的区域，沿与角钢的两肢分别成45度的方向放置加劲肋6，并在加劲肋与角钢之间采用浅度焊接。在外包约束构件7的肢尖位置作倒角处理，然后把支撑内芯5对称放置在外包约束构件7的中间，并在外包约束角钢7的相邻肢尖处沿纵向进行焊接，即把外包约束构件7在相邻肢尖处通过焊缝连为一体。支撑内芯5两端的支撑节点板上钻孔后，再通过连接板件8以及高强螺栓9连接到实际工程框架节点板10处，完成安装。

Claims (3)

1、一种全角钢式防屈曲支撑构件，它包括支撑内芯(5)、外包约束构件(7)，其特征在于所述外包约束构件(7)由两个角钢件(7-1)组成，所述两个角钢件(7-1)相对夹在支撑内芯(5)的外侧并固接成一体，所述防屈曲支撑构件还包括八个加劲肋(6)，所述支撑内芯(5)由四个等边角钢件(5-1)组成，所述四个等边角钢件(5-1)肢壁背面相靠并固接形成十字型截面，所述每个等边角钢件(5-1)的两肢壁之间固装有两个加劲肋(6)。

2、根据权利要求1所述的全角钢式防屈曲支撑构件，其特征在于所述四个等边角钢件(5-1)均由两段支撑节点连接段(5-1-1)、两段斜面过渡段(5-1-2)、中间段(5-1-3)组成，所述两段斜面过渡段(5-1-2)分别设置在中间段(5-1-3)的两端与两段支撑节点连接段(5-1-1)之间并制成一体，所述中间段(5-1-3)的截面面积小于斜面过渡段(5-1-2)的截面面积，所述斜面过渡段(5-1-2)与中间段(5-1-3)之间的夹角α≤45°。

3、一种权利要求1所述的全角钢式防屈曲支撑构件的加工方法，其特征在于它是按照以下步骤实现的：步骤一、将四个等边角钢件(5-1)肢壁背面相靠并固接形成十字型截面的支撑内芯(5)；步骤二、将八个加劲肋(6)分别固装在每个等边角钢件(5-1)的两肢壁之间；步骤三、将两个角钢件(7-1)相对夹在支撑内芯(5)的外侧并固接成一体；步骤四、完成全角钢式防屈曲支撑构件的加工。

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