專利名稱：“王”字型截面大承載力屈曲約束支撐構件的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種建筑消能減震約束鋼支撐構件，具體涉及一種大承載能力屈曲約束鋼支撐構件。
背景技術：
屈曲約束支撐通過對普通鋼支撐采取約束措施，由芯板，外套筒以及套筒內無粘結材料組成，它可以完全避免芯板受壓屈曲，為效率很高的結構構件；同時屈曲約束支撐在壓力和拉力作用下均屈服，且滯回曲線飽滿，又為性能優越的耗能減震器。目前屈曲約束支撐芯板形式可分為兩大類型第一種類型為開口式截面，例如 “一”，“十”或“H”型，第二種類型為閉口式截面，例如圓鋼管、方鋼管。開口式截面芯板易于制作，可采用平鋼板進行焊接拼接，而閉口式截面要借助專有設備將平鋼板制作成圓管或方管，制作要求高。目前應用最多的是芯板為開口式的屈曲約束支撐。然而常用的開口式屈曲約束支撐存在著各自的問題。由于板厚限制，“一”字型和“十”字型屈曲約束支撐主要用于較小承載力的屈曲約束支撐，這是因為“一”字型和“十”字型截面慣性矩較小，且由于板厚限制，如要增大承載能力，需要加大截面尺寸，從而會影響到建筑功能。“H”型截面的屈曲約束支撐具有較大承載能力，且較“一”字型和“十”字型截面，“H”型截面慣性矩較大。然而“H”型芯板在兩個主軸方向上慣性矩差異較大，繞弱軸方向上需要剛度較大的外加約束套筒。因而發明一種“王”字形芯板截面形式，增大受力截面面積，同時僅增加弱軸方向上的慣性矩。這種“王”字形芯板截面與“H”形相比，在對強軸方向慣性矩影響較小的情況下，增加了弱軸方向的慣性矩，同時又能增大芯板的截面面積，從而提高了屈曲約束支撐的承載力。“王”字形芯板截面屈曲約束支撐將是一種經濟且性能優越的技術，它能減小外套筒的約束剛度，從而減小屈曲約束的外觀尺寸。屈曲約束支撐常用的約束形式是鋼筋混凝土、鋼-混凝土組合截面和鋼管約束形式。本發明在鋼管約束形式上增加約束板件，既提供整體約束剛度，又約束翼緣的局部屈曲。
發明內容
本發明是要提供一種易于制作、承載能力大、節約鋼材的“王”字型截面大承載力屈曲約束支撐構件，用于解決“一”字型“十”字型屈曲約束支撐構件承載力太小，而H型截面屈曲約束支撐構件兩個方向約束剛度需求不一致的問題，還可減小屈曲約束支撐的外觀截面大小。為實現上述目的，本發明的技術方案是一種“王”字型截面大承載力屈曲約束支撐構件，包括芯板腹板、芯板上翼緣、芯板中翼緣、芯板下翼緣、端部腹板加強板、端部上翼緣加強板、端部中翼緣加強板、端部下翼緣加強板、套筒頂板、套筒底板、第一至第四套筒內伸板、套筒外豎向板、套筒內加勁板、無粘結隔離材料層，其特點是芯板腹板與芯板上翼緣、芯板下翼緣和芯板中翼緣通過焊接組成“王”字型截面構件，“王”字型截面構件兩端中間分別焊接有端部腹板加強板，位于端部腹板加強板兩側的芯板上翼緣、芯板中翼緣和芯板下翼緣前端分別焊接有端部上翼緣加強板、端部中翼緣加強板和端部下翼緣加強板，芯板上翼緣上端面上和芯板下翼緣下端面上分別設有套筒頂板和套筒底板，芯板上翼緣下端面、芯板中翼緣上、下端面和芯板下翼緣上端面分別設有第一至第四套筒內伸板，第一套筒內伸板與第二套筒內伸板之間和第三套筒內伸板與第四套筒內伸板之間沿芯板腹板長度方向分別設有若干個套筒內加勁板，兩外側分別設有套筒外豎向板，且套筒外豎向板與第一至第四套筒內伸板以及套筒頂板、套筒底板通過焊接連接成“王”字型截面構件的整體套筒。“王”字型截面構件的整體套筒與“王”字型截面構件之間包裹的區域表面粘貼無粘結隔離材料層。第二套筒內伸板與第三套筒內伸板之間的凈距為芯板中翼緣厚度與二倍無粘結隔離材料層厚度之和；第一套筒內伸板與套筒頂板之間的距離為芯板上翼緣厚度與二倍無粘結隔離材料層厚度之和；第四套筒內伸板與套筒底板之間的距離為芯板下翼緣厚度與二倍無粘結隔離材料層厚度之和；第一至第四套筒內伸板距離芯板腹板凈距為一倍無粘結隔 離材料層厚度。套筒頂板和套筒底板端部分別設有預開縫，用于端部腹板加強板分別穿過套筒頂板和套筒底板，套筒頂板和套筒底板的開縫長度大于端部腹板加強板在軸向拉伸變形過程中的變形長度；端部上翼緣加強板和端部下翼緣加強板的中間與端部腹板加強板相交位置處預開縫，縫寬應比端部腹板加強板厚度大2mm-3mm，便于端部腹板加強板穿過上翼緣加強板和端部下翼緣加強板。芯板上翼緣與端部上翼緣加強板、芯板中翼緣與端部中翼緣加強板、芯板下翼緣與端部下翼緣加強板均采用對接焊縫連接；芯板腹板與芯板上翼緣采用全融透焊縫、半融透焊縫或者角焊縫連接；芯板腹板與芯板下翼緣采用全融透焊縫、半融透焊縫或者角焊縫連接；芯板中翼緣與芯板腹板采用全融透焊縫、半融透焊縫或者角焊縫連接；芯板腹板與端部腹板加強板采用全融透對接焊縫連接；芯板上翼緣與端部上翼緣加強板采用全融透對接焊縫連接；芯板中翼緣與端部中翼緣加強板采用全融透對接焊縫連接；芯板下翼緣與端部下翼緣加強板采用全融透對接焊縫連接。芯板腹板與端部腹板加強板長度之和、芯板上翼緣與端部上翼緣加強板長度之和、芯板中翼緣與端部中翼緣加強板長度之和、芯板下翼緣與端部下翼緣加強板長度之和各自相等。套筒外豎向板與第一至第四套筒內伸板以及套筒頂板、套筒底板長度相等，并小于芯板腹板與端部腹板加強板長度之和，以便芯板在套筒內自由伸縮變形。“王”字型截面構件的整體套筒的端部設置端部封頭板，端部封頭板與整體套筒之間采用角焊縫焊接。本發明相對于現有技術具有以下有益效果
(I)本發明通過設置“王”字型屈曲約束支撐，可提高芯板鋼材的利用效率。對大承載能力的屈曲約束支撐，傳統做法需要較厚的鋼板，本發明通過增加受力芯板的面積，從而可以減小板件的厚度。(2)通過增加芯板兩個主軸方向的慣性矩，從而能夠減小屈曲約束支撐的外觀截面。由于支撐一般都設置在墻體內，支撐外觀截面減小后，可以減小墻體厚度，這將提高建筑的使用面積。(3)由于降低了支撐的外觀截面，同時板件厚度更薄，本發明能夠降低屈曲約束支撐的用鋼量，并降低施工難度，從而更為造價更低，更為經濟。
圖I是“王”字型截面大承載力的截面 圖2是“王”字型截面大承載力屈曲約束支撐芯板三維立體 圖3是“王”字型截面大承載力屈曲約束支撐套筒分解三維立體 圖4是“王”字型截面大承載力屈曲約束支撐整體三維立體圖。
具體實施例方式下面通過實施例結合附圖進一步說明本發明。如圖I至圖4所示，本發明的“王”字型截面大承載力屈曲約束支撐構件，包括芯板腹板I、芯板上翼緣2、芯板中翼緣3、芯板下翼緣4、端部腹板加強板5、端部上翼緣加強板6、端部中翼緣加強板7、端部下翼緣加強板8、套筒頂板9、套筒底板10、第一至第四套筒內伸板11、12、13、14、套筒內加勁板15、端部封頭板16、套筒外豎向板17、無粘結隔離材料層18。芯板腹板I與芯板上翼緣2，芯板下翼緣4，芯板中翼緣3通過焊接組成“王”字型截面構件，“王”字型截面構件兩端中間分別焊接有端部腹板加強板5，位于端部腹板加強板5兩側的芯板上翼緣2、芯板中翼緣3和芯板下翼緣4前端分別焊接有端部上翼緣加強板6、端部中翼緣加強板7和端部下翼緣加強板8，芯板上翼緣2上端面上和芯板下翼緣4下端面上分別焊接套筒頂板9和套筒底板10，芯板上翼緣2下端面、芯板中翼緣3上、下端面和芯板下翼緣4上端面分別設有第一至第四套筒內伸板11、12、13、14，第一套筒內伸板11與第二套筒內伸板12之間和第三套筒內伸板13與第四套筒內伸板14之間沿芯板腹板I長度方向分別設有若干個套筒內加勁板15，兩外側分別設有套筒外豎向板17，且套筒外豎向板17與第一至第四套筒內伸板11、12、13、14以及套筒頂板9、套筒底板10通過焊接連接成“王”字型截面構件的整體套筒。“王”字型截面構件的整體套筒與“王”字型截面構件之間包裹的區域表面粘貼無粘結隔離材料層18。第二套筒內伸板12與第三套筒內伸板13之間的凈距為芯板中翼緣3厚度與二倍無粘結隔離材料層18厚度之和；第一套筒內伸板11與套筒頂板9之間的距離為芯板上翼緣2厚度與二倍無粘結隔離材料層18厚度之和；第四套筒內伸板14與套筒底板10之間的距離為芯板下翼緣4厚度與二倍無粘結隔離材料層18厚度之和；第一至第四套筒內伸板11、12、13、14距離芯板腹板I凈距為一倍無粘結隔離材料層18厚度。套筒頂板9和套筒底板10端部分別設有預開縫，用于端部腹板加強板5分別穿過套筒頂板9和套筒底板10，套筒頂板9和套筒底板10的開縫長度大于端部腹板加強板5在軸向拉伸變形過程中的變形長度；端部上翼緣加強板6和端部下翼緣加強板8的中間與端部腹板加強板5相交位置處預開縫，縫寬應比端部腹板加強板5厚度大2mm-3mm，便于端部腹板加強板5穿過上翼緣加強板6和端部下翼緣加強板8。芯板上翼緣2與端部上翼緣加強板6、芯板中翼緣3與端部中翼緣加強板7、芯板下翼緣3與端部下翼緣加強板8均采用對接焊縫連接；芯板腹板I與芯板上翼緣2采用全融透焊縫、半融透焊縫或者角焊縫連接；芯板腹板2與芯板下翼緣4的采用全融透焊縫、半融透焊縫或者角焊縫連接；芯板中翼緣3與芯板腹板I采用全融透焊縫、半融透焊縫或者角焊縫連接；芯板腹板I與端部腹板加強板5采用全融透對接焊縫連接；芯板上翼緣2與端部上翼緣加強板6采用全融透對接焊縫連接；芯板中翼緣3與端部中翼緣加強板7采用全融透對接焊縫連接；芯板下翼緣4與端部下翼緣加強板8采用全融透對接焊縫連接。端部腹板加強板5軸向受拉屈服承載能力應大于芯板腹板I的軸向受拉極限抗拉承載能力，端部上翼緣加強板6軸向受拉屈服承載能力應大于芯板上翼緣2的軸向受拉極限抗拉承載能力，端部中翼緣加強板7軸向受拉屈服承載能力應大于芯板中翼緣3的軸向受拉極限抗拉承載能力，端部下翼緣加強板8軸向受拉屈服承載能力應大于芯板下翼緣4的軸向受拉極限抗拉承載能力。芯板腹板I與端部腹板加強板5長度之和、芯板上翼緣2與端部上翼緣加強板6·長度之和、芯板中翼緣3與端部中翼緣加強板7長度之和、芯板下翼緣4與端部下翼緣加強板8長度之和各自相等。套筒外豎向板17與第一至第四套筒內伸板11、12、13、14以及套筒頂板9、套筒底板10長度相等，并小于芯板腹板I與端部腹板加強板5長度之和，以便芯板在套筒內自由伸縮變形。“王”字型截面構件的整體套筒的端部設置端部封頭板16，端部封頭板16與整體套筒之間采用剖口焊縫連接。在第一套筒內伸板11和第二套筒內伸板12之間設置與內伸板垂直的套筒內加勁板15，套筒內加勁板高度15為第一套筒內伸板11和第二套筒內伸板12之間的凈距，寬度不應超過內伸板內伸長度。通過角焊縫與第一、二套筒內伸板11、12焊接。芯板腹板I、芯板上翼緣2、芯板中翼緣3、芯板下翼緣4厚度可以相等，也可以不相等。芯板腹板I與端部腹板加強板5厚度應相等。芯板上翼緣2與端部上翼緣加強板6厚度應相等。芯板中翼緣3與端部中翼緣加強板7厚度應相等。芯板下翼緣4與端部下翼緣加強板8厚度應相等。芯板腹板I、芯板上翼緣2、芯板中翼緣3、芯板下翼緣4采用低強度高延性的鋼板。端部腹板加強板5、端部上翼緣加強板6、端部中翼緣加強板7、端部下翼緣加強板8可采用高強度的鋼板。如圖2所示。芯板上翼緣2、中翼緣3、下翼緣4長度相等。芯板上翼緣2與芯板腹板I采用全融透焊縫或者半融透焊縫連接，芯板中翼緣3、芯板下翼緣4與芯板腹板I也采用與芯板上翼緣2相同的連接方法。當焊接變形過大時候，翼緣與腹板也可采用角焊縫或者斷續焊縫進行焊接。端部腹板加強板5與芯板腹板I采用對接焊縫連接，端部上翼緣加強板6與芯板上翼緣2采用對接焊縫連接，端部中翼緣加強板7與芯板中翼緣3采用對接焊縫連接，端部下翼緣加強板8與芯板下翼緣4采用對接焊縫連接。端部加強板的鋼板厚度、鋼板強度與芯板可不一致，但端部加強板的承載力應比相應芯板的承載力高，且滿足芯板達到極限受拉承載力時候，端部加強板應力不超過其屈服應力。
芯板和端部加強板焊接完成后在其表面粘結無粘結隔離材料層18，厚度2-3_。套筒外豎板17與第一至第四套筒內伸板11、12、13、14采用角焊縫連接。套筒內加勁板15與第一至第四套筒內伸板11、12、13、14和套筒外豎板17采用角焊縫連接。端部封頭板16與第一至第四套筒內伸板11、12、13、14和套筒外豎板17采用剖口焊縫連接。套筒外豎板17與第一至第四套筒內伸板11、12、13、14以及端部封頭板16、套筒內加勁板15組裝焊接完畢后與芯板、芯板加強板組裝，將套筒頂板9及套筒底板10與套筒外豎板17采用剖口焊縫連接。本發明提供了一種大承載力屈曲約束支撐，芯板采用“王”字型。在設計中根據屈曲約束支撐的承載力和剛度確定芯板板厚、寬度以及芯板鋼材類型，根據支撐長度以及芯板的極限承載力確定套筒板厚度和大小，并滿足如下公式
權利要求
1.一種“王”字型截面大承載力屈曲約束支撐構件，包括芯板腹板(I)、芯板上翼緣(2 )、芯板中翼緣(3 )、芯板下翼緣(4 )、端部腹板加強板(5 )、端部上翼緣加強板(6 )、端部中翼緣加強板(7)、端部下翼緣加強板(8)、套筒頂板(9)、套筒底板(10)、第一至第四套筒內伸板(11、12、13、14)、套筒內加勁板(15)、端部封頭板(16)、套筒外豎向板(17)、、無粘結隔離材料層(18)，其特征在于所述芯板腹板(I)與芯板上翼緣(2)、芯板下翼緣(4)和芯板中翼緣(3)通過焊接組成“王”字型截面構件，“王”字型截面構件兩端中間分別焊接有端部腹板加強板(5 )，位于端部腹板加強板(5 )兩側的芯板上翼緣(2 )、芯板中翼緣(3 )和芯板下翼緣(4)前端分別焊接有端部上翼緣加強板(6)、端部中翼緣加強板(7)和端部下翼緣加強板(8)，芯板上翼緣(2)上端面上和芯板下翼緣(4)下端面上分別設有套筒頂板(9)和套筒底板(10)，芯板上翼緣(2)下端面、芯板中翼緣(3)上、下端面和芯板下翼緣(4)上端面分別設有第一至第四套筒內伸板(11、12、13、14)，第一套筒內伸板(11)與第二套筒內伸板(12)之間和第三套筒內伸板(13)與第四套筒內伸板(14)之間沿芯板腹板(I)長度方向分別設有若干個套筒內加勁板(15)，兩外側分別設有套筒外豎向板(17)，且套筒外豎向板(17)、套筒內加勁板(15)與第一至第四套筒內伸板(11、12、13、14)以及套筒頂板(9)、套筒底板(10)通過焊接連接成“王”字型截面構件的整體套筒。
2.根據權利要求I所述的“王”字型截面大承載力屈曲約束支撐構件，其特征在于所述“王”字型截面構件的整體套筒與“王”字型截面構件之間包裹的區域表面粘貼無粘結隔尚材料層(18)。
3.根據權利要求I所述的“王”字型截面大承載力屈曲約束支撐構件，其特征在于所述第二套筒內伸板(12)與第三套筒內伸板(13)之間的凈距為芯板中翼緣(3)厚度與二倍無粘結隔離材料層(18)厚度之和；第一套筒內伸板(11)與套筒頂板(9)之間的距離為芯板上翼緣(2)厚度與二倍無粘結隔離材料層(18)厚度之和；第四套筒內伸板(14)與套筒底板(10)之間的距離為芯板下翼緣(4)厚度與二倍無粘結隔離材料層(18)厚度之和；第一至第四套筒內伸板(11、12、13、14)距離芯板腹板(I)凈距為一倍無粘結隔離材料層(18)厚度。
4.根據權利要求I所述的“王”字型截面大承載力屈曲約束支撐構件，其特征在于所述套筒頂板(9)和套筒底板(10)端部分別設有預開縫，用于端部腹板加強板(5)分別穿過套筒頂板(9)和套筒底板(10)，套筒頂板(9)和套筒底板(10)的開縫長度大于端部腹板加強板(5)在軸向拉伸變形過程中的變形長度；所述端部上翼緣加強板(6)和端部下翼緣加強板(8)的中間與端部腹板加強板(5)相交位置處預開縫，縫寬應比端部腹板加強板(5)厚度大2mm-3mm，便于端部腹板加強板(5)穿過上翼緣加強板(6)和端部下翼緣加強板(8)。
5.根據權利要求I所述的“王”字型截面大承載力屈曲約束支撐構件，其特征在于所述芯板上翼緣(2)與端部上翼緣加強板(6)、芯板中翼緣(3)與端部中翼緣加強板(7 )、芯板下翼緣(3)與端部下翼緣加強板(8)均采用對接焊縫連接；芯板腹板(I)與芯板上翼緣(2)采用全融透焊縫、半融透焊縫或者角焊縫連接；芯板腹板(2)與芯板下翼緣(4)的采用全融透焊縫、半融透焊縫或者角焊縫連接；芯板中翼緣(3)與芯板腹板(I)采用全融透焊縫、半融透焊縫或者角焊縫連接；芯板腹板(I)與端部腹板加強板(5)采用全融透對接焊縫連接；芯板上翼緣(2)與端部上翼緣加強板(6)采用全融透對接焊縫連接；芯板中翼緣(3)與端部中翼緣加強板(7)采用全融透對接焊縫連接；芯板下翼緣(4)與端部下翼緣加強板(8)采用全融透對接焊縫連接。
6.根據權利要求I所述的“王”字型截面大承載力屈曲約束支撐構件，其特征在于所述芯板腹板(I)與端部腹板加強板(5)長度之和、芯板上翼緣(2)與端部上翼緣加強板(6)長度之和、芯板中翼緣(3)與端部中翼緣加強板(7)長度之和、芯板下翼緣(4)與端部下翼緣加強板(8)長度之和各自相等。
7.根據權利要求I所述的“王”字型截面大承載力屈曲約束支撐構件，其特征在于所述套筒外豎向板(17)與第一至第四套筒內伸板(11、12、13、14)以及套筒頂板(9)、套筒底板(10)長度相等，并小于芯板腹板(I)與端部腹板加強板(5)長度之和，以便芯板在套筒內自由伸縮變形。
8.根據權利要求I所述的“王”字型截面大承載力屈曲約束支撐構件，其特征在于所述“王”字型截面構件的整體套筒的端部設置端部封頭板(16)，端部封頭板(16)與整體套筒之間采用剖口焊縫連接。
全文摘要
本發明涉及一種“王”字型截面大承載力屈曲約束支撐構件，芯板腹板與芯板上翼緣、芯板下翼緣和芯板中翼緣通過焊接組成“王”字型截面構件，“王”字型截面構件兩端分別焊接有端部腹板加強板、翼緣翼緣加強板，芯板上翼緣上端面上和芯板下翼緣下端面上分別設有套筒頂板和套筒底板，芯板上翼緣下端面、芯板中翼緣上、下端面和芯板下翼緣上端面分別設有第一至第四套筒內伸板，第一套筒內伸板與第二套筒內伸板之間和第三套筒內伸板與第四套筒內伸板之間沿芯板腹板長度方向分別設有若干個套筒內加勁板，兩外側分別設有套筒外豎向板，且套筒外豎向板與第一至第四套筒內伸板以及套筒頂板、套筒底板通過焊接連接成“王”字型截面構件的整體套筒。
文檔編號E04B1/98GK102877569SQ20121041083
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月25日 優先權日2012年10月25日
發明者胡大柱, 丁文勝, 劉紅梁 申請人:上海應用技術學院