一种含隔离钢管的钢管混凝土防屈曲支撑及制作工艺的制作方法【技术领域】的防屈曲支撑构件，具体涉及一种含隔离钢管的钢管混凝土防屈曲支撑及制作工艺。[0002]防屈曲支撑是一种兼具金属阻尼器和普通支撑功能双重作用的新型支撑。在小震作用下，可以为结构提供足够的侧向刚度，在中震或大震作用下，支撑内芯通过拉压屈服耗散地震能量，可有效地减轻梁、柱等主体结构的损伤。它主要由两个基本部分组成:一是用以承担全部支撑轴向力的钢内芯；二是为钢内芯提供侧撑与约束、防止其在受压时失稳的外包约束构件。钢内芯与外包约束构件之间用无粘结材料或空隙相隔离，以确保内芯独自承担轴向力。[0003]由于性能稳定，在过去几十年里，特别是美国北岭地震、日本阪神地震后，防屈曲支撑在日本、美国等国家及我国台湾地区都得到了广泛的应用。[0004]防屈曲支撑的内芯主要有一字形、十字形两种。按外围约束构件材料的不同，防屈曲支撑可以分为三类，即钢管混凝土防屈曲支撑、钢筋混凝土防屈曲支撑和全钢防屈曲支撑。[0005]对于长度较长的防屈曲支撑，整体失稳是其主要的失效模式，已有的技术中均存在不足。对于全钢防屈曲支撑，其外围约束钢构件内部与内芯尺寸接近，其惯性矩较小，约束效率较低，为避免整体失稳需加大外围约束构件的用钢量，成本较高；对于钢管混凝土防屈曲支撑，外围约束构件用钢量较小时即可达到良好的约束效果，保证支撑的整体稳定性，但也存在以下缺点:(I)支撑内芯与混凝土直接接触，二者之间摩擦力过大，影响支撑力学性能，并且内芯弯曲时与混凝土局部接触挤压，容易使混凝土受压开裂；(2)内芯与约束的混凝土之间应留有间隙，以满足内芯受压时泊松变形的需要，此间隙应严格控制其精度，以保证支撑有良好的性能，但在浇筑混凝土时，间隙的精度难以控制，且均匀性差，从而影响其性能，此外，这类支撑制作过程复杂，加工成本较高，不利于实现工业化批量生产；(3)此类支撑的内芯表面应有一层松软材料，在浇筑混凝土时容易造成局部破坏并难以检查及调整更换。[0006]因此，开发一种约束效率高、间隙可控、结构简单、制作方便的新型防屈曲支撑，对于减小结构在地震下的振动响应，防止结构主体构件破坏具有重要的实际意义。

[0007]为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种含隔离钢管的钢管混凝土防屈曲支撑，解决已有钢管混凝土防屈曲支撑性能不稳定、间隙难控制、生产成本高、难以批量化生产等问题。本发明还提供了一种含隔离钢管的钢管混凝土防屈曲支撑的制作工艺。
[0008]为达到上述目的，本发明的技术方案如下:一种含隔离钢管的钢管混凝土防屈曲支撑，用于在强震下耗散震动能量，有效地减轻建筑物的梁、柱等主体结构的损伤，所述钢管混凝土防屈曲支撑包括由内而外依次设置的内芯，隔离钢管，混凝土及外围约束钢管，所述隔离钢管与所述内芯同轴，所述隔离钢管内侧的各面与所述内芯之间留有间隙；所述外围约束钢管和所述隔离钢管同轴；所述外围约束钢管与所述隔离钢管之间填充混凝土。
[0009]优选的，所述隔离钢管内侧的各面与所述内芯之间的间隙为0.5_5mm。
[0010]优选的，所述内芯包括一字形截面内芯、十字形截面内芯或H形截面内芯。
[0011]优选的，采用所述一字形截面内芯时，所述隔离钢管截面为空心矩形，所述空心矩形采用型钢或由四块钢板通过螺栓或焊接组成。
[0012]优选的，采用所述十字形截面内芯时，所述隔离钢管截面为空心十字形，所述隔离钢管由四个角钢和四块钢板通过螺栓或焊接连接组成，所述角钢采用热轧角钢、冷弯薄壁角钢或钢板弯折成型，四个所述角钢肢背相对形成空心十字形，所述角钢之间用钢板相连。
[0013]优选的，采用所述H形截面内芯时，所述隔离钢管截面为空心H形，所述隔离钢管由两个槽钢、两块薄钢板以及四块钢板通过螺栓或焊接连接组成，所述槽钢采用热轧槽钢、冷弯薄壁槽钢或用钢板弯折成型，两个所述槽钢与两块所述薄钢板空心H字形，所述槽钢与所述薄钢之间采用钢板相连。
[0014]优选的，所述外围约束钢管为矩形或圆形钢管，所述钢管由型钢组成或由钢板焊接形成。
[0015]优选的，所述的混凝土为高强度混凝土或轻骨料混凝土。
[0016]一种用于制备钢管混凝土防屈曲支撑的制作工艺，包括以下步骤:
[0017](I)、采用型钢或钢板中的一种或数种将内芯装配成型；
[0018](2)、在内芯装配成型后，根据内芯截面形式采用型钢或钢板中的一种或数种将隔离钢管装配成型；
[0019](3)、将在内芯基础上装配成型后的内芯与隔离钢管组合结构与外围约束钢管组合并定位；
[0020](4)在外围约束钢管的一端安置由两块含切口的钢板拼接组成的盖板，盖板拼接后中心形成与内芯截面形式相匹配的切口，切口内边缘与矩形隔离钢管外边缘焊接连接，盖板的外边缘与外围约束钢管的外边缘焊接连接；
[0021](5)从外围约束钢管的另一端向矩形隔离钢管与外围约束钢管之间的空隙中灌入高强混凝土；
[0022](6)待高强混凝土灌满后，用另一盖板将外围约束钢管的充填端封住，另一盖板的外边缘与外围约束钢管的外边缘焊接连接，另一盖板的切口内边缘与矩形隔离钢管外边缘焊接连接。
[0023]采用以上技术方案的有益效果是:含隔离钢管的钢管混凝土防屈曲支撑，其外包约束由隔离钢管、混凝土和外围约束构件协同提供，在达到相同抗弯刚度时，比全钢防屈曲支撑的用钢量大大减小；在轴压作用下，隔离钢管与内芯直接接触，避免了传统形式中约束混凝土与内芯接触，而受局部挤压开裂的问题；隔离钢管和外围约束钢管之间浇筑混凝土，避免了传统钢管混凝土支撑中在内芯外直接浇筑混凝土的做法，使间隙更容易控制，且精度和均匀性更容易保证。本发明提出的一种含隔离钢管的钢管混凝土防屈曲支撑结构简单，易于加工，生产效率高，可以实现工业化批量生产。


[0024]为了更清楚地说明本发明实施例技术中的技术方案，下面将对实施例技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1为本发明的一种含隔离钢管的钢管混凝土防屈曲支撑具体实施方案一的三维示意图；
[0026]图2为本发明的一种含隔离钢管的钢管混凝土防屈曲支撑具体实施方案一的A-A截面示意图；
[0027]图3为本发明的一种含隔离钢管的钢管混凝土防屈曲支撑具体实施方案一的B-B截面示意图；
[0028]图4为本发明的一种含隔离钢管的钢管混凝土防屈曲支撑具体实施方案一的一字形内芯制作流程图；
[0029]图5为本发明的一种含隔离钢管的钢管混凝土防屈曲支撑具体实施方案一的一字形内芯A处放大图；
[0030]图6为本发明的一种含隔离钢管的钢管混凝土防屈曲支撑具体实施方案一的一字形内芯C-C剖面图；
[0031]图7为本发明的一种含隔离钢管的钢管混凝土防屈曲支撑具体实施方案一的矩形隔离钢管组装流程图；
[0032]图8为本发明的一种含隔离钢管的钢管混凝土防屈曲支撑具体实施方案一的矩形隔离钢管D-D剖面图；
[0033]图9为本发明的一种含隔离钢管的钢管混凝土防屈曲支撑具体实施方案一的矩形隔离钢管E-E剖面图；
[0034]图10为本发明的一种含隔离钢管的钢管混凝土防屈曲支撑具体实施方案一的矩形隔离钢管的斜边槽形套详图；
[0035]图11为本发明的一种含隔离钢管的钢管混凝土防屈曲支撑具体实施方案一的盖板装配图；
[0036]图12为本发明的一种含隔离钢管的钢管混凝土防屈曲支撑具体实施方案二的三维示意图；
[0037]图13为本发明的一种含隔离钢管的钢管混凝土防屈曲支撑具体实施方案二的A-A截面示意图；
[0038]图14为本发明的一种含隔离钢管的钢管混凝土防屈曲支撑具体实施方案二的B-B截面示意图；
[0039]图15为本发明的一种含隔离钢管的钢管混凝土防屈曲支撑具体实施方案二的十字形内芯制作流程图；
[0040]图16为本发明的一种含隔离钢管的钢管混凝土防屈曲支撑具体实施方案二十字形内芯C-C剖面图；
[0041]图17为本发明的一种含隔离钢管的钢管混凝土防屈曲支撑的具体实施方案二十字形内芯D-D剖面图；[0042]图18为本发明的一种含隔离钢管的钢管混凝土防屈曲支撑具体实施方案二隔离钢管组装流程图；
[0043]图19为本发明的一种含隔离钢管的钢管混凝土防屈曲支撑具体实施方案二隔离钢管E-E剖面图；
[0044]图20为本发明的一种含隔离钢管的钢管混凝土防屈曲支撑具体实施方案二隔离钢管F-F剖面图；
[0045]图21为本发明的一种含隔离钢管的钢管混凝土防屈曲支撑具体实施方案二隔离钢管的多边形套详图；
[0046]图22为本发明的一种含隔离钢管的钢管混凝土防屈曲支撑具体实施方案二盖板装配图；
[0047]图23为本发明的一种含隔离钢管的钢管混凝土防屈曲支撑具体实施方案三的三维示意图；
[0048]图24为本发明的一种含隔离钢管的钢管混凝土防屈曲支撑具体实施方案三的A-A截面示意图；
[0049]图25为本发明的一种含隔离钢管的钢管混凝土防屈曲支撑具体实施方案三的B-B截面示意图；
[0050]图26为本发明的一种含隔离钢管的钢管混凝土防屈曲支撑具体实施方案三的H形内芯制作流程图；
[0051]图27为本发明的一种含隔离钢管的钢管混凝土防屈曲支撑具体实施方案三的H形内芯C-C剖面图；
[0052]图28为本发明的一种含隔离钢管的钢管混凝土防屈曲支撑具体实施方案三的H形内芯D-D剖面图；
[0053]图29为本发明的一种含隔离钢管的钢管混凝土防屈曲支撑具体实施方案三隔离钢管组装流程图；
[0054]图30为本发明的一种含隔离钢管的钢管混凝土防屈曲支撑具体实施方案三隔离钢管E-E剖面图；
[0055]图31为本发明的一种含隔离钢管的钢管混凝土防屈曲支撑具体实施方案三隔离钢管F-F剖面图；
[0056]图32为本发明的一种含隔离钢管的钢管混凝土防屈曲支撑具体实施方案三隔离钢管的带封板的槽形套详图；
[0057]图33为本发明的一种含隔离钢管的钢管混凝土防屈曲支撑具体实施方案三盖板装配图；
[0058]图中数字所表示的相应部件名称:
[0059]1-1、一字形内芯 1-1-1、一字形芯板 1-1-2、变截面端板1-1-3、变截面肋板 1-2、十字形内芯 1-2-1、一字形宽芯板1-2-2、一字形窄芯板 1-2-3、变截面宽端板1-2-4、变截面窄端板 1-2-5、加强连接件 1_3、H形内芯1-3-1、长H型钢 1_3_2、短H型钢 1-3-3、变截面加强板1-3-4、一字加强连接板 2、隔离钢管 2_1_1、薄钢板 2-1-2、垫板 2-1-3、斜边槽形套 2-l-3a、2-l-3b、2-l-3c、2-l-3d、平钢板 2-1-4、钢板条 2-2-1、冷弯薄壁角钢2-2-2、钢垫板 2-2-3、多边形套 2_2_3a、Z字形钢板，2-2-3b、L形钢板 2-3-1、冷弯薄壁槽钢 2-3-2、一字形薄钢板 2_3_3、薄钢垫板2-3-4、厚钢垫块 2-3-5、槽形套 2-3-5a、冷弯薄壁槽钢板 2_3_5b、槽型封板3、混凝土 4、外围约束钢管 5、盖板 5-1-1、5-2-1、含T形切口的钢板 5_3_1、含E形切口的钢板。

[0060]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0061]一种含隔离钢管的钢管混凝土防屈曲支撑，用于在强震下耗散震动能量，有效地减轻建筑物的梁、柱等主体结构的损伤，钢管混凝土防屈曲支撑包括由内而外依次设置的内芯，隔离钢管，混凝土及外围约束钢管，隔离钢管与内芯同轴，隔离钢管内侧的各面与内芯之间留有间隙；外围约束钢管和隔离钢管同轴；外围约束钢管与隔离钢管之间填充混凝土。在内芯与隔离钢管装配时，隔离钢管内侧的各面与内芯之间的间隙为0.5-5mm。内芯可选用一字形截面内芯或十字形截面内芯或H形截面内芯。
[0062]由于现有的混凝土防屈曲支撑是内芯与混凝土直接浇筑成型，在浇筑混凝土时，内芯与混凝土之间间隙的精度难以控制，且均匀性差。采用本发明所公开的含隔离钢管的钢管混凝土防屈曲支撑，利用隔离钢管来实现内芯与外围约束之间的间隙加工，由于隔离钢管和内芯都采用钢材结构，与现有的浇注方式相比，在装配时更容易的保证混凝土防屈曲支撑所必须的间隙要求，同时在浇注可以直接在隔离钢管与外围约束钢管之间进行混凝土浇筑而不用考虑间隙加工的问题，降低了生产工艺难度，简化了生产工艺步骤。
[0063]下面对具体的实施方式分别进行描述。
[0064]一
[0065]参见图1至图11。本实施例包括4部分构件，由内而外依次为一字形内芯1-1，矩形隔离钢管2，混凝土 3，外围约束钢管4，此4部分构件同轴，如图1至图3所示。矩形隔离钢管2的内侧各面与一字形内芯1-1之间留有间隙，间隙可选用范围为0.5-5_，本实施例中选用0.5_作为加工要求；外围约束钢管4的截面为矩形，和矩形隔离钢管2之间填充高强度混凝土 3。
[0066]如图4所不,一字形内芯1-1包括一块一字形芯板1-1-1，其两端扩大截面；两块变截面端板1-1-2和四块变截面肋板1-1-3，上述部件均先由火焰切割钢板，而后刨边加工而成。如图5所示，先将一字形芯板1-1-1和变截面端板1-1-2对接焊接，焊接前均进行倒角处理。如图6所示。然后将经倒角处理的变截面肋板1-1-3垂直焊接到一字形芯板1-1-1和变截面端板1-1-2上。
[0067]如图7至图9所示，矩形隔离钢管2由两块薄钢板2-1-1，两块垫板2-1-2，四个斜边槽形套2-1-3和四块钢板条2-1-4组成。先将薄钢板2-1-1端部切一个长方形缺口，将其定位在一字形芯板1-1-1中间，然后在一字形芯板1-1-1两侧对称放置垫板2-1-2，继而通过18对螺栓将两块薄钢板2-1-1和两块垫板2-1-2连接成一整体，再将钢板条2-1-4与薄钢板2-1-1焊接，最后将四个斜边槽形套2-1-3焊接于两块薄钢板2-1-1的四个长方形缺口处。如图10所示，斜边槽形套2-1-3用四块平钢板2-l-3a，2_l_3b，2_l_3c，2-l_3d焊接而成，其斜面坡度和变截面肋板1-1-3的坡度相同。
[0068]外围约束钢管4采用方钢管型钢制作。
[0069]一字型内芯钢管混凝土防屈曲支撑的制作工艺如下:将一字形内芯1-1，矩形隔离钢管2，外围约束钢管4组合并定位。在外围约束钢管4的一端安置盖板5。盖板5含十字形切口，由两块含T形切口的钢板5-1-1拼接组成，十字形切口内边缘与矩形隔离钢管2外边缘焊接，盖板5的外边缘与外围约束钢管4的外边缘焊接，如图11所示。然后，从另一端向矩形隔离钢管2与外围约束钢管4之间的空隙中灌入高强混凝土 3，待灌满后，用盖板5将该端封住，其外边缘与外围约束钢管4的外边缘焊接，十字形切口内边缘与矩形隔离钢管2外边缘焊接。
[0070]二
[0071]本发明的二参见图12至图22。本实施例包括4部分构件，如图12至图14所示，由内而外依次为十字形内芯1-2，隔离钢管2，混凝土 3，外围约束钢管4，此4部分构件同轴。隔离钢管2为空心十字形，其内侧各面与十字形内芯1-2之间留有间隙，间隙可选用范围为0.5-5mm，本实施例中选用3mm作为加工要求；外围约束钢管4的截面为矩形，和隔离钢管2之间填充混凝土 3。
[0072]如图15所示.十字形内芯1-2由一块一字形宽芯板1-2-1、两块一字形窄芯板1-2-2，两块变截面宽端板1-2-3、四块变截面窄端板1-2-4，和八块加强连接件1-2-5组成，其中，一字形宽芯板1-2-1和一字形窄芯板1-2-2均在两端扩大截面，加强连接件1-2-5由角钢切割而成，在端部截面扩大。如图16所不,板件1-2-1,1-2-2,1-2-3,1-2-4,1-2-5均由火焰切割钢板，而后刨边加工成型。先将两块一字形窄芯板1-2-2垂直焊接至一字形宽芯板1-2-1中线，形成十字形截面。然后将一字形宽芯板1-2-1和两块变截面宽端板1-2-3对接焊接。再将四块变截面窄端板1-2-4与两块一字形窄芯板1-2-2对接焊接，并与两块变截面宽端板1-2-3垂直焊接。，如图17所示，最后将八块加强连接件1-2-5分别焊接到一字形宽芯板1-2-1, —字形窄芯板1-2-2,变截面宽端板1-2-3,变截面窄端板1_2_4上。
[0073]如图18至图20所示。隔离钢管2由四个冷弯薄壁角钢2_2_1，四块钢垫板2_2_2和八个多边形套2-2-3组成。将四个冷弯薄壁角钢2-2-1肢背对肢背放置，每两个冷弯薄壁角钢2-2-1肢尖之间放置一块钢垫板2-2-2，继而通过螺栓将冷弯薄壁角钢2-2-1和钢垫板2-2-2连接成一个整体，最后将八个多边形套2-2-3焊接于冷弯薄壁角钢2-2-1端部。如图21所示，多边形套2-2-3由两块钢板2-2-3a和2_2_3b焊接而成，其中一块为Z字形钢板2-2-3a，一块为L形钢板2-2-3b。
[0074]外围约束钢管4采用方钢管型钢制作。
[0075]十字型内芯钢管混凝土防屈曲支撑的制作工艺如下:将十字形内芯1-2，隔离钢管2，外围约束钢管4组合并定位。在外围约束钢管4的一端安置盖板5。盖板5含十字形切口，由两块含T形切口的钢板5-2-1拼接组成，十字形切口内边缘与隔离钢管2外边缘焊接，盖板5的外边缘与外围约束钢管4的外边缘焊接，如图22所示。然后，从另一端向隔离钢管2与外围约束钢管4之间的空隙中灌入普通混凝土 3，待灌满后，用盖板5将该端封住，其外边缘与外围约束钢管4的外边缘焊接，十字形切口内边缘与隔离钢管2外边缘焊接。
[0076]三[0077]本发明的三参见图23至图33。本实施例包括4部分构件，如图23至图25所示，由内而外依次为H形内芯1-3，隔离钢管2，混凝土 3，外围约束钢管4，此4部分构件同轴。隔离钢管2为空心H形，其内侧各面与H形内芯1-3之间留有间隙，间隙可选用范围为0.5-5_，本实施例中选用5mm作为加工要求；外围约束钢管4的截面为矩形，和隔离钢管2之间填充混凝土 3。
[0078]如图26所示，H形内芯1-3由一根长H型钢1_3_1、两根短H型钢1_3_2，八块变截面加强板1-3-3，和四块一字加强连接板1-3-4组成，其中，长H型钢1-3-1与短H型钢1-3-2相比腹板高度相同，翼缘宽度稍大，且长H型钢1-3-1翼缘在一端经切削，与短H型钢相连接部分翼缘宽度相同。各板件均由火焰切割，而后刨边加工成型。如图28所示，先将两根短H型钢1-3-2经切削一端与长H型钢1-3-1对接焊接，再将八块变截面加强版1-3-3焊接到短H型钢1-3-2和长H型钢1-3-1的翼缘上，最后再将四块一字加强板1-3-4焊接到短H型钢1-3-2和长H型钢1-3-1的腹板上。
[0079]如图29至图31所示，隔离钢管由2由两个冷弯薄壁槽钢2_3_1，两块一字形薄钢板2-3-2、四块薄钢垫板2-3-3，四块厚钢垫块2-3-4和四个带封口的槽形套2_3_5组成。将两个冷弯薄壁槽钢2-3-1背对背放置，两块一字形薄钢板2-3-2分别放在两个冷弯薄壁槽钢2-3-1腿外侧，槽钢2-3-1和薄板2-3-2之间分别放置四个长钢垫板2_3_3，并通过螺栓连接成一个整体，最后将四个带封口的槽形套2-3-5与四块短钢垫块2-3-4通过螺栓与薄钢板2-3-2两端相连。如图32所示，带封口的槽形套2-3-5由一个冷弯薄壁槽钢板2_3_5a和槽型封板2-3-5b焊接而成。
[0080]外围约束钢管4采用方钢管型钢制作。
[0081]H形型内芯钢管混凝土防屈曲支撑的制作工艺如下:将H形内芯1-3，隔离钢管2，外围约束钢管4组合并定位。在外围约束钢管4的一端安置盖板5。盖板5含H形切口，由两块含E形切口的钢板5-3-1拼接组成，H形切口内边缘与隔离钢管2外边缘焊接，盖板5的外边缘与外围约束钢管4的外边缘焊接，如图33所示。然后，从另一端向隔离钢管2与外围约束钢管4之间的空隙中灌入普通混凝土 3，待灌满后，用盖板5将该端封住，其外边缘与外围约束钢管4的外边缘焊接，H形切口内边缘与隔离钢管2外边缘焊接。
[0082]采用以上技术方案的有益效果是:一种含隔离钢管的钢管混凝土防屈曲支撑，其外包约束由隔离钢管、混凝土和外围约束构件协同提供，在达到相同抗弯刚度时，比全钢防屈曲支撑的用钢量大大减小；在轴压作用下，隔离钢管与内芯直接接触，避免了传统形式中约束混凝土与内芯接触，而受局部挤压开裂的问题；隔离钢管和外围约束钢管之间浇筑混凝土，避免了传统钢管混凝土支撑中在内芯外直接浇筑混凝土的做法，使间隙更容易控制，且精度和均匀性更容易保证。本发明提出的一种含隔离钢管的钢管混凝土防屈曲支撑结构简单，易于加工，生产效率高，可以实现工业化批量生产。
[0083]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。