钢管束屈曲约束构件及耗能节点的制作方法

1.本实用新型涉及结构工程技术领域，特别是涉及一种钢管束屈曲约束构件及耗能节点。


背景技术：

2.传统的支撑类钢构件可在受拉时屈服并消能，但在受压时会发生屈曲失稳，受压承载力低，无法屈服消能，抗震性能差。而屈曲约束构件则是一种受压下能够不发生屈曲失稳的轴心受力构件，屈曲约束构件在主受力部件的周围设置约束部件，使主受力部件在受压时不致屈曲失稳，从而达到全截面塑性屈服。在水平地震往复作用下，屈曲约束构件的主受力部件不仅在轴心受拉作用时能够屈服，在受压时也能屈服，从而有效消耗地震输入至工程结构中的能量，减小工程结构的水平侧移变形，起到有效减震防灾的功效。
3.一般而言，主受力部件通常沿轴向分为消能段、转换段和安装段。消能段是轴心拉压力作用下全截面产生屈服的区段，常见截面多为长方形、十字形、工字形等薄壁截面。安装段是将支撑与工程结构连接的区段，其受力应处于弹性阶段，安装段设置在支撑的两端，用于将支撑与工程结构连接起来，安装段主要承受轴心力，并传递到消能段，安装段应尽量采用铰接以减小弯矩作用，防止消能段偏心受力。转换段是消能段与工程结构连接之前的一个过渡，转换段既要避免像消能段那样屈服，又要防止屈曲失稳，并转换到安装段而脱离约束。
4.现有的屈曲约束构件，多采用薄壁钢板充当消能段，薄壁钢板在厚度方向及其正交方向的尺寸、刚度及稳定性相差悬殊，导致约束构造复杂，约束可靠性不易保证，在轴向动态压应变较大时容易发生局部高阶屈曲失稳，耗能性能得不到保证；另一方面，薄壁钢板作为核心消能构件，约束其屈曲的外部部件往往截面较大，占用较大空间，限制了其应用范围。


技术实现要素：

5.基于此，有必要提供一种钢管束屈曲约束构件及耗能节点，旨在解决现有技术约束可靠性差，抗屈曲性能差，耗能性能无法保证，占用空间大，应用范围受限的问题。
6.一方面，本技术提供一种钢管束屈曲约束构件，其包括：
7.至少两个屈曲约束单元构件，至少两个所述屈曲约束单元构件并排布置而配合构成束状结构，且至少两个所述屈曲约束单元构件呈规律设置，各所述屈曲约束单元构件均包括位于内部的屈曲耗能件，以及套装于所述屈曲耗能件外部的约束件，所述屈曲耗能件的两端分别对应伸出所述约束件的两端而形成第一连接段和第二连接段；以及
8.第一安装板组和第二安装板组，所述第一安装板组与所述第一连接段连接，所述第二安装板组与所述第二连接段连接。
9.上述方案的钢管束屈曲约束构件由至少两个屈曲约束单元构件呈束状并排设置构成，且至少两个屈曲约束单元构件呈规律布置；其中，每个屈曲约束单元构件均包括位于
内部的屈曲耗能件以及套装在屈曲耗能件外部的约束件组成，且因为屈曲耗能件的两端分别伸出约束件的两端而能够形成第一连接段和第二连接段，使得安装时第一连接段能够与第一安装板组连接固定，第二连接段能够与第二安装板组连接固定，最终通过第一安装板组和第二安装板组组装固定到工程结构上。相较于现有的薄壁钢板构造的屈曲约束构件而言，本技术方案中中段的束状的屈曲约束单元构件的各向尺寸均匀，消除了不同方向的刚度及稳定性差异，局部稳定承载力和整体防屈曲能力高，在大轴向压应变及强震下的工作可靠性高，能实现微、小型化结构，占用空间小，且安装方便，适用于工程减震和加固。
10.下面对本技术的技术方案作进一步的说明：
11.在其中一个实施例中，所述屈曲耗能件设置为实心低碳钢棒；所述约束件设置为钢管。
12.在其中一个实施例中，所述实心低碳钢棒的外周壁与所述钢管的内管壁之间间隔形成环形的安全间隙。
13.在其中一个实施例中，任意相邻的两个所述钢管之间间隔设置。
14.在其中一个实施例中，任意相邻两个所述钢管之间通过焊接连接。
15.在其中一个实施例中，所述钢管束屈曲约束构件还包括箍套件，所述箍套件套装于处于最外层的所有所述钢管的外部。
16.在其中一个实施例中，所述第一安装板组和所述第二安装板组均包括安装节点板，所述第一连接段和所述第二连接段分别与对应的所述安装节点板连接固定。
17.在其中一个实施例中，所述安装节点板开设有阵列布置的多个安装孔。
18.在其中一个实施例中，所述第一安装板组和所述第二安装板组均包括转换节点板和安装节点板，所述第一连接段和所述第二连接段分别与对应的所述转换节点板垂直连接，所述转换节点板与所述安装节点板垂直连接；所述安装节点板开设有阵列布置的多个安装孔。
19.此外，本技术还提供一种耗能节点，其包括如上所述的钢管束屈曲约束构件。
附图说明
20.构成本技术的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
21.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，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。
22.图1为本实用新型一实施例所述的耗能节点的结构示意图；
23.图2为图1中一实施例所述的钢管束屈曲约束构件的结构示意图；
24.图3为图2中a
‑
a处的剖面结构图；
25.图4为图1中另一实施例所述的钢管束屈曲约束构件的结构示意图；
26.图5为图4中b
‑
b处的剖面结构图；
27.图6为图4中c
‑
c处的剖面结构图。
28.附图标记说明：
29.100、耗能节点；10、钢柱；11、钢牛腿；20、钢梁；30、节点板；40、钢管束屈曲约束构件；41、屈曲约束单元构件；411、屈曲耗能件；412、约束件；413、第一连接段；414、第二连接段；42、第一安装板组；43、第二安装板组；44、安装间隙；45、安装节点板；46、转换节点板。
具体实施方式
30.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
31.如图1所示，本技术实施例提供一种耗能节点100，其包括竖向延伸设置的钢柱10，横向延伸设置的钢梁20，以及连接在钢柱10与钢梁20之间的钢管束屈曲约束构件40。该耗能节点100不仅能够实现现场全螺栓连接的梁柱刚接效果，同时还具备极佳的屈曲耗能能力，防震抗震性能优良。
32.具体而言，钢柱10的侧向凸出设置有钢牛腿11，钢牛腿11与钢梁20之间间隔一定距离布置，且两者之间设置一块节点板30，节点板例如可以是钢板。节点板30与钢梁20通过刚强螺栓螺接，且节点板30同时与钢牛腿11通过高强螺栓螺接，保证连接强度与可靠性。
33.此外，在该耗能节点100中，钢管束屈曲约束构件40设置为两个，并分别布置在钢梁20与钢牛腿11衔接处的上下两侧。两个钢管束屈曲约束构件40分别与钢梁20以及钢牛腿11均通过螺栓组件紧固连接，从而实现全螺栓刚接结构。该连接方式结构简单，装拆方便，连接强度与刚度高。
34.请继续参阅图2和图4，为本技术实施例展示的一种钢管束屈曲约束构件40，其包括：至少两个屈曲约束单元构件41、第一安装板组42和第二安装板组43。
35.至少两个所述屈曲约束单元构件41并排布置而配合构成束状结构，且至少两个所述屈曲约束单元构件41呈规律设置，例如本实施例中，屈曲约束单元构件41的数量为七个，其中六个呈六边形布置，第七个布置在六边形中央。各所述屈曲约束单元构件41均包括位于内部的屈曲耗能件411，以及套装于所述屈曲耗能件411外部的约束件412，所述屈曲耗能件411的两端分别对应伸出所述约束件412的两端而形成第一连接段413和第二连接段414；所述第一安装板组42与所述第一连接段413连接，所述第二安装板组43与所述第二连接段414连接。
36.综上实施本实施例技术方案将具有如下有益效果：上述方案的钢管束屈曲约束构件40由至少两个屈曲约束单元构件41呈束状并排设置构成，且至少两个屈曲约束单元构件41呈规律布置；其中，每个屈曲约束单元构件41均包括位于内部的屈曲耗能件411以及套装在屈曲耗能件411外部的约束件412组成，且因为屈曲耗能件411的两端分别伸出约束件412的两端而能够形成第一连接段413和第二连接段414，使得安装时第一连接段413能够与第一安装板组42连接固定，第二连接段414能够与第二安装板组43连接固定，最终通过第一安装板组42和第二安装板组43组装固定到工程结构上。相较于现有的薄壁钢板构造的屈曲约束构件而言，本技术方案中中段的束状的屈曲约束单元构件41的各向尺寸均匀，消除了不同方向的刚度及稳定性差异，局部稳定承载力和整体防屈曲能力高，在大轴向压应变及强
震下的工作可靠性高，能实现微、小型化结构，占用空间小，且安装方便，适用于工程减震和加固。
37.请继续参阅图3和图5，在本实施例中，所述屈曲耗能件411设置为实心低碳钢棒；所述约束件412设置为钢管。实心低碳钢棒与钢管套接的结构规整且简单，两者套装后形成消能段，充当钢管束屈曲约束构件40的核心部件，其截面各向尺寸均匀，能够有效消除不同方向的刚度及稳定性差异，局部稳定承载力和整体防屈曲能力高。并且实心低碳钢棒与钢管套接后的截面尺寸小，可占用安装空间少，可实现钢管束屈曲约束构件40的小型化、甚至微型化设计，大幅提升了其应用范围。钢管对实心低碳钢棒的整体稳定性进行约束。
38.当然了，有必要说明的是，在其它的实施例中，屈曲耗能件411也可以设置为其它结构形状与材料的柱状部件，约束件412也可以设置为其它结构形状与材料的环状部件。
39.进一步地，所述实心低碳钢棒的外周壁与所述钢管的内管壁之间间隔形成环形的安全间隙44。由于钢管作为约束件412，其主要作用在于防止主受力部件(也即实心低碳钢棒)发生屈曲失稳，因而多设在主受力部件的外围。由于在实心低碳钢棒与钢管之间形成有环形的安全间隙44，即实心低碳钢棒不与钢管接触，从而避免实心低碳钢棒通过粘接、摩擦或机械作用向钢管传递轴力，保证实心低碳钢棒屈曲耗能而钢管不发生屈曲。
40.请继续参阅图2和图4，在呈束状布置的各钢管中，根据实际需要可以有如下两种连接方式，其一是任意相邻的两个所述钢管之间间隔设置。也即钢管与钢管之间发生接触，以避免震动冲击力在径向方向传递于不同钢管之间。其二，任意相邻两个所述钢管之间通过焊接连接。此时各屈曲约束单元构件41可连接形成一个整体，使得钢管束屈曲约束构件40的整体性更好，整体结构强度与刚度更高。
41.当然了，各钢管除了采用焊接方式相互连接固定以外，在另一些实施例中，所述钢管束屈曲约束构件40还包括箍套件(未示出)，所述箍套件套装于处于最外层的所有所述钢管的外部。如此，箍套件也能够将各屈曲约束单元构件41套接为一个整体，从而使钢管束屈曲约束构件40具备良好的整体性与结构力学性能。
42.此外，为了降低设计制造成本，第一安装板组42和第二安装板组43的结构组成和形状等参数完全相同。例如，在一些实施例中，所述第一安装板组42和所述第二安装板组43均包括安装节点板45，所述第一连接段413和所述第二连接段414分别与对应的所述安装节点板45连接固定。较佳地，第一连接段413和第二连接段414均与对应的安装节点板45焊接固定，其中安装节点板45为矩形板，且安装节点板45的长度方向平行于实心低碳钢棒的轴向，如此第一连接段413和第二连接段414能够与对应的安装节点板45获得更大的连接面积，从而提升焊接强度。
43.进一步地，在上述实施例的基础上所述安装节点板45开设有阵列布置的多个安装孔。安装节点板45从而能够通过螺栓与钢梁20以及钢牛腿11螺接固定。并且，同时设置多个安装孔可大大提高螺接点位数量，从而提升连接强度与可靠性，并减轻单个螺栓的受力，避免螺栓发生断裂。
44.请继续参阅图4至图6，或者，在另一些实施例中，所述第一安装板组42和所述第二安装板组43均包括转换节点板46和安装节点板45，所述第一连接段413和所述第二连接段414分别与对应的所述转换节点板46垂直连接，所述转换节点板46与所述安装节点板45垂直连接；所述安装节点板45开设有阵列布置的多个安装孔。
45.与上述仅采用安装节点板45的实施例不同之处在于，本实施例中还增加了一块转换节点板46，转换节点板46与实心低碳钢棒的端部焊接，而后再与安装节点板45的端面焊接，此时转换节点板46与安装节点板45形成l型结构布置。所能获得的技术效果与上述实施例相同，在此不进行赘述。
46.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
47.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
48.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
49.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
50.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
51.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
52.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。