一種低成本防屈曲支撐制造技術

本發(fā)明專利技術公開了一種低成本防屈曲支撐，包括設置于外部的圓鋼管、設置于內(nèi)部的浮石混凝土棒、設置于圓鋼管和浮石混凝土棒之間的聚氨酯材料層、用于封閉端口的封板以及用于與外部整體結構連接的連接板。圓鋼管的長度大于所述浮石混凝土棒的長度，且圓鋼管的底部和浮石混凝土棒的底部平齊。本發(fā)明專利技術被軸向壓縮時，鋼管作為薄壁殼可能發(fā)生的局部失穩(wěn)被浮石混凝土棒約束而不能發(fā)生，同樣原因也杜絕了鋼管整體失穩(wěn)的可能性，結果鋼管支撐獲得了可與抗拉能力相等或相近的抗壓承載能力，從而保證構件在地震造成的拉力?壓力循環(huán)作用下始終保持良好的承載能力和耗能能力。計算表明在地震作用下該支撐能夠大量吸收、耗散地震能，顯示出優(yōu)秀的抗震性能。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術涉及一種用于建筑結構中的支撐構件，特別涉及一種防屈曲支撐，屬于結構工程

技術介紹
鋼支撐是鋼結構中的常用的抗側力構件，在結構中一般按一定傾斜角度成對布置，用于承受地震作用和風荷載。普通鋼支撐在受拉力時可以充分發(fā)揮鋼材的強度和塑性性能，有很高的承載能力和可靠的剛度；但當其受壓力時，常常由于穩(wěn)定承載能力不足而發(fā)生失穩(wěn)，此時承載能力和剛度大大下降，致使往復荷載作用下的滯回曲線不夠飽滿，耗能能力不足，因而抗震能力不理想。高性能聚氨酯是一種性能優(yōu)秀的結構用高分子材料。材料性質試驗表明：該材料的抗拉與抗壓能力基本相同，屈服強度超過20MPa，剪切強度達到25MPa以上；與鋼材和混凝土的粘結強度可達14MPa以上；延伸率可達50～100％；彈性模量在1000MPa量級范圍。同時，該材料還具有重量輕(其密度僅為鋼材的1/7，并可通過配方調整)、抗老化性能好、抗沖擊與抗爆能力強、具備粘滯阻尼的優(yōu)點。該材料施工方便，采用類似于混凝土施工方式，其固化時間僅為7分鐘，且無需專門養(yǎng)護，目前在船舶、海洋等工程領域應用廣泛，在結構工程領域也有光明的應用前景。
技術實現(xiàn)思路
普通鋼支撐因為容易發(fā)生整體失穩(wěn)和局部失穩(wěn)現(xiàn)象，在地震作用下其抗壓穩(wěn)定承載能力常低于抗拉承載能力，導致滯回曲線不飽滿，耗能能力不足。為了解決這一技術問題，本專利技術提供一種由外部圓鋼管、內(nèi)部浮石混凝土棒(預制)和灌注在鋼管和浮石混凝土棒之間的高性能聚氨酯材料共同構成的低成本防屈曲支撐。本專利技術的技術方案如下：一種低成本防屈曲支撐，包括設置于外部的圓鋼管、設置于內(nèi)部的浮石混凝土棒、設置于圓鋼管和浮石混凝土棒之間的聚氨酯材料層、用于封閉端口的封板以及用于與外部整體結構連接的連接板，所述圓鋼管的長度L1大于所述浮石混凝土棒的長度L2，滿足L1＝L2+s1，且圓鋼管的底部和浮石混凝土棒的底部平齊。進一步，所述聚氨酯材料層充滿圓鋼管和浮石混凝土棒之間的間隙，將兩種介質用粘結力可靠地連接在一起。進一步，所述聚氨酯材料層分兩次灌注而成：第一次從底部的封板向上灌注，首次灌注高度L3小于所述浮石混凝土棒的長度L2，且滿足L1＝L3+s2；第二次在第一次的基礎上向上灌注至圓鋼管上端處。進一步，在所述圓鋼管靠近兩端側壁的圓周上設置有定位栓孔，所述定位栓孔中固定有定位栓，定位栓用于控制圓鋼管與浮石混凝土棒之間的間隙尺寸。進一步，在所述封板上設置有通孔，位于下端的封板上的通孔用于澆灌聚氨酯材料時排氣，位于上端的封板上的通孔用作第二次澆灌時的灌注孔。本專利技術的有益效果如下：本專利技術在外部圓鋼管和內(nèi)部浮石混凝土棒之間灌注高性能聚氨酯材料，利用聚氨酯與鋼材和混凝土非常好的粘結強度，將兩種材料可靠連接。本專利技術被軸向壓縮時，鋼管作為薄壁殼可能發(fā)生的局部失穩(wěn)被浮石混凝土棒約束而不能發(fā)生，同樣原因也杜絕了鋼管整體失穩(wěn)的可能性，結果鋼管支撐獲得了可與抗拉能力相等或相近的抗壓承載能力，從而保證構件在地震造成的拉力-壓力循環(huán)作用下始終保持良好的承載能力和耗能能力。計算表明在地震作用下該支撐能夠大量吸收、耗散地震能，顯示出優(yōu)秀的抗震性能。附圖說明圖1為本專利技術的低成本防屈曲支撐的縱向剖面示意圖；圖2為本專利技術中定位栓位置的圓鋼管的縱向剖面示意圖；圖3為本專利技術中定位栓位置的圓鋼管的橫向剖面示意圖；圖4為本專利技術的低成本防屈曲支撐的本體部分的橫向剖面示意圖；圖5為本專利技術的低成本防屈曲支撐的端部俯視圖。圖中：1、圓鋼管；2、浮石混凝土棒；3、聚氨酯材料層；4、封板；5、連接板；6、加勁肋；7、定位栓；8、通孔。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術作進一步詳細說明。本專利技術的一種低成本防屈曲支撐的結構如圖1所示，包括外部圓鋼管1、內(nèi)部浮石混凝土棒2、灌滿圓鋼管1和浮石混凝土棒2之間的高性能聚氨酯材料層3、端部封板4、用于與整體結構連接的端部連接板5、端部連接板加勁肋6。圖4為本專利技術的低成本防屈曲支撐的本體部分的橫向剖面示意圖。聚氨酯材料充滿圓鋼管和浮石混凝土棒之間的間隙，將兩種介質用粘結力可靠地連接在一起；于是在支撐受壓時，鋼管作為薄壁殼可能發(fā)生的局部失穩(wěn)被浮石混凝土棒約束而不能發(fā)生，同時也杜絕了鋼管整體失穩(wěn)的可能性，結果鋼管支撐獲得了可與抗拉能力相等或相近的抗壓承載能力，從而保證構件在地震造成的拉力—壓力循環(huán)作用下始終保持良好的承載能力和剛度。因此，本專利技術擁有在往復荷載作用下飽滿的滯回曲線，具備優(yōu)秀的耗能能力和抗震性能，并且成本低廉、工藝簡單，既能在工廠生產(chǎn)，也能在工地制作。本專利技術采用外部圓鋼管長度為L1、內(nèi)部浮石混凝土棒長度為L2、鋼管和浮石混凝土棒之間的高性能聚氨酯材料的首次灌注長度為L3。L1＝L2+s1，其中的s1為端部聚氨酯材料的厚度，s1優(yōu)選為20mm。L1＝L3+s2，其中的s2為二次灌注聚氨酯材料的厚度(避免上部端板焊接對聚氨酯材料性能的影響)，s2優(yōu)選為150mm。圓鋼管的規(guī)格(外徑D1及鋼管管壁厚度t)按工程需要經(jīng)設計確定。浮石混凝土棒的直徑D2＝D1-2t-20×2，其中20mm為鋼管與浮石混凝土棒之間的間隙，用于灌注聚氨酯材料。制作時，首先將圓鋼管上、下端150mm處，各開4個定位栓圓孔，直徑優(yōu)選為13.5mm，圖2和圖3分別是本專利技術中定位栓位置的圓鋼管的縱向和橫向剖面示意圖。然后將直徑12mm定位栓(每端各4個)伸入鋼管內(nèi)18mm，與圓鋼管壁焊牢。將下部連接板5和連接板加勁肋6在封板4上就位、校準，其中2塊連接板5之間的間距S要考慮焊接在梁柱節(jié)點處的節(jié)點板的厚度加上必要的安裝間隙。然后用角焊縫將封板4與連接板5焊牢，將連接板5與加勁肋6焊牢。將浮石混凝土棒2伸入圓鋼管1，抵住下部封板4，并使用定位栓7控制圓鋼管1與浮石混凝土棒2之間的間隙尺寸。到位以后從上端圓鋼管1與浮石混凝土棒2之間的間隙處灌入聚氨酯，一直到距離圓鋼管上端150mm處。將上部連接板5和連接板加勁肋6在封板4上就位、校準；用角焊縫將封板4與連接板5焊牢，將連接板5與加勁肋6焊牢；然后將封板4與圓鋼管1用角焊縫牢固焊接；最后從上部連接節(jié)點的封板4的開孔處灌入聚氨酯，將剩下的150mm空隙填滿。封板4的寬度、連接板5的尺寸、連接板加勁肋6的尺寸以及各板件的厚度均由設計人員經(jīng)計算確定，原則上連接板5及焊縫的承載能力不小于鋼支撐本身承載能力的1.5倍。本專利技術所用角焊縫焊腳尺寸均由設計人員計算確定。封板4開四個通孔8(直徑可取25mm)，在支撐下端用于澆灌聚氨酯時排氣，在支撐上端用作最后150mm聚氨酯材料澆灌時的灌注孔。綜上所述，本專利技術在外部圓鋼管和內(nèi)部浮石混凝土棒(預制)之間灌注高性能聚氨酯材料，利用聚氨酯與鋼材和混凝土非常好的粘結強度，將兩種介質用粘結力可靠地連接在一起。在支撐受壓時，鋼管作為薄壁殼可能發(fā)生的局部失穩(wěn)(屈曲)被浮石混凝土棒約束而不能發(fā)生，同時也杜絕了鋼管整體失穩(wěn)(屈曲)的可能性，結果該支撐獲得了與抗拉能力相等或相近的抗壓承載能力，從而使支撐在地震作用下，擁有飽滿的滯回曲線、很強的耗能能力，具備優(yōu)越的抗震性能；而且制造成本相對低廉(比較昂貴的防屈曲支撐而言)，工藝簡單(不但可在工廠生產(chǎn)，而且可在工地現(xiàn)場制作)。以上所述僅為本專利技術的較佳實施例而已，并不用以限制本專利技術。凡在本專利技術的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種低成本防屈曲支撐，其特征在于：包括設置于外部的圓鋼管(1)、設置于內(nèi)部的浮石混凝土棒(2)、設置于圓鋼管(1)和浮石混凝土棒(2)之間的聚氨酯材料層(3)、用于封閉端口的封板(4)以及用于與外部整體結構連接的連接板(5)，所述圓鋼管(1)的長度L1大于所述浮石混凝土棒(2)的長度L2，滿足L1＝L2+s1，且圓鋼管(1)的底部和浮石混凝土棒(2)的底部平齊。

【技術特征摘要】
1.一種低成本防屈曲支撐，其特征在于：包括設置于外部的圓鋼管(1)、設置于內(nèi)部的浮石混凝土棒(2)、設置于圓鋼管(1)和浮石混凝土棒(2)之間的聚氨酯材料層(3)、用于封閉端口的封板(4)以及用于與外部整體結構連接的連接板(5)，所述圓鋼管(1)的長度L1大于所述浮石混凝土棒(2)的長度L2，滿足L1＝L2+s1，且圓鋼管(1)的底部和浮石混凝土棒(2)的底部平齊。2.根據(jù)權利要求1所述的低成本防屈曲支撐，其特征在于：所述聚氨酯材料層(3)充滿圓鋼管(1)和浮石混凝土棒(2)之間的間隙，將兩種介質用粘結力可靠地連接在一起。3.根據(jù)權利要求1或2所述的低成本防屈曲支撐，其特征在于：所述聚氨酯材料層(3...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：齊永勝，米旭明，周軍文，李衛(wèi)青，趙風華，吳曉楓，米旭峰，賀蕓，
申請(專利權)人：常州工學院，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇;32