一種免維護鋼-復合材料屈曲約束支撐的裝置及加工工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種免維護鋼-復合材料屈曲約束支撐的裝置及加工工藝，該裝置包括：約束單元、伸縮節(jié)、支撐連接段、支撐內核鋼芯、限位卡、玻璃纖維增強塑料層、聚氨酯泡沫層、無粘結材料層、肋板，該加工工藝采用真空導入一次性整體成型，本發(fā)明通過約束單元設置為一字或十字鋼板，以帶肋GFRP矩形管作為約束單元，通過聚氨酯泡沫條外包玻璃纖維布導入樹脂固化后形成肋板；利用伸縮節(jié)剛度小、柔度大、可設計性的特點，保證了軸力主要有內核鋼芯承受；在支撐內核鋼芯中部位置設置限位卡防止支撐內核鋼芯和約束單元發(fā)生相對錯動，并在支撐內核鋼芯約束全段涂刷無粘結材料以減少與約束單元的摩擦。本發(fā)明的結構簡單，具有密封性、整體性、耐腐性的特點。
【專利說明】一種免維護鋼-復合材料屈曲約束支撐的裝置及加工工藝
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于建筑金屬耗能【技術領域】，尤其涉及一種免維護鋼-復合材料屈曲約束支撐的裝置及加工工藝。
【背景技術】
[0002]防屈曲約束支撐作為一種耗能性能優(yōu)良的金屬耗能裝置，已在建筑結構中得到廣泛運用。國內外的學者對防屈曲約束支撐的不同的構造形式做了研究和探索，開發(fā)出許多性能優(yōu)良的新型防屈曲約束支撐，但存在自重大，耐腐性差等問題。目前防屈曲約束支撐主要分為兩種:(1)混合型，以鋼筋混凝土或鋼管混凝土作約束構件，鋼材作為內芯受力構件；(2)全鋼型，以約束構件和內芯構件均為鋼材；混合型屈曲約束支撐普遍存在整個支撐構件自重大的問題，自重過大可能會導致支撐構件在安裝、使用過程中存在初始撓曲變形，會對支撐性能產生不利影響，且自重大的屈曲約束支撐構件不便于吊裝安裝施工。此外，耐腐性差也是混合型屈曲約束支撐面臨的問題。全鋼型屈曲約束支撐雖然在自重上比混合型減少很多，但用在高聳鋼塔架、橋梁等戶外結構時，其耐腐性差，后期維護成本高的問題十分關出。
[0003]但是現(xiàn)有屈曲約束支撐存在自重大、耐腐性差等缺點，若要將屈曲約束支撐實際應用于高聳鋼塔架結構和橋梁結構上作為耗能裝置，首先應當考慮解決以上問題，

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種免維護鋼-復合材料屈曲約束支撐的裝置及加工工藝，旨在解決現(xiàn)有屈曲約束支撐存在自重大、耐腐性差的問題。
[0005]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種免維護鋼-復合材料屈曲約束支撐的裝置，該免維護鋼-復合材料屈曲約束支撐的裝置包括:約束單元、伸縮節(jié)、支撐連接段、支撐內核鋼芯、限位卡、玻璃纖維增強塑料層、聚氨酯泡沫層、無粘結材料層、肋板；
[0006]約束單元設置在屈曲約束支撐的裝置的中間位置，支撐連接段設置在屈曲約束支撐的裝置的兩側，伸縮節(jié)設置在約束單元和支撐連接段之間，支撐內核鋼芯設置在約束單元的內部，限位卡設置在支撐內核鋼芯的中間位置，聚氨酯泡沫層的外側設置包玻璃纖維增強塑料層，肋板設置在玻璃纖維增強塑料層的里面，無粘結材料層設置在支撐內核鋼芯的表面。
[0007]進一步，肋板采用聚氨酯泡沫層外包玻璃纖維增強塑料層導入樹脂固化制成。
[0008]進一步，聚氨酯泡沫層采用成型泡沫填充而成。
[0009]進一步，支撐內核鋼芯為一字或十字鋼板結構。
[0010]本發(fā)明的另一目的在于提供一種免維護鋼-復合材料屈曲約束支撐的加工工藝，該免維護鋼-復合材料屈曲約束支撐的加工工藝包括以下步驟:
[0011]準備高的硬度和光滑度的木模，在模具邊緣保留15mm，在模具內部增設打蠟的白板；[0012]制作支撐內核鋼芯，清理表面污垢，在支撐內核鋼芯中部一字板上人工涂刷硅膠，外圍裹一層膠帶，在模具內鋪設好玻璃纖維布；
[0013]將支撐內核鋼芯放入模具，把包裹好玻璃纖維布的泡沫條放入支撐內核鋼芯兩側，在整體構件表面再次鋪放玻璃纖維蓋布；
[0014]在玻璃纖維布的表面依次鋪放脫模布、導流布，四周鋪放螺旋纏繞導流管，并與真空泵相連；
[0015]鋪放真空袋，用密封膠帶將包裹好整個構件的真空袋沿周邊密封，密封好后，開始抽真空,夾緊樹脂管對整個體系抽真空；
[0016]將樹脂管插入樹脂桶中，根據(jù)進料順序依次打開夾子，讓樹脂充分浸潤到整個構件中，待樹脂固化完全后，揭去真空袋，拆去模具取出制品，將多余的肋板切割掉，并進行打磨處理。
[0017]進一步，該免維護鋼-復合材料屈曲約束支撐的加工工藝為真空導入一次整體成型加工工藝。
[0018]進一步，支撐內核鋼芯端部用膠水粘貼泡沫預留壓縮空間2?3cm，再次在模具內鋪設好已設計的玻璃纖維布。
[0019]本發(fā)明提供的免維護鋼-復合材料屈曲約束支撐的裝置及加工工藝，通過約束單元設置為一字或十字鋼板，以帶肋GFRP矩形管作為約束單元，通過聚氨酯泡沫條外包玻璃纖維布導入樹脂固化后形成肋板；利用伸縮節(jié)剛度小、柔度大、可設計性的特點，保證了軸力主要有內核鋼芯承受；在支撐內核鋼芯中部位置設置限位卡防止支撐內核鋼芯和約束單元發(fā)生相對錯動，并在支撐內核鋼芯約束全段涂刷無粘結材料以減少與約束單元的摩擦。本發(fā)明的整個支撐構件采用真空導入一次性整體成型，支撐外部被GFRP整體密封包裹具有密封性、整體性、耐腐性的特點。此外，本發(fā)明結構簡單，方法易操作，提高了防屈曲約束支撐的性能，解決了現(xiàn)有屈曲約束支撐存在自重大、耐腐性差的問題，提供了一種高性能的免維護鋼-復合材料屈曲約束支撐的裝置及加工工藝。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明實施例提供的免維護鋼-復合材料屈曲約束支撐的裝置結構示意圖；
[0021]圖2本發(fā)明實施例提供的免維護鋼-復合材料屈曲約束支撐的裝置的側視圖；
[0022]圖3是本發(fā)明實施例提供的約束單元的剖視圖；
[0023]圖中:1、約束單元；2、伸縮節(jié)；3、支撐連接段；4、支撐內核鋼芯；5、限位卡；6、玻璃纖維增強塑料層；7、聚氨酯泡沫層；8、無粘結材料層；9、肋板；
[0024]圖4是本發(fā)明實施例提供的免維護鋼-復合材料屈曲約束支撐的加工工藝的流程圖。
【具體實施方式】
[0025]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。[0026]下面結合附圖及具體實施例對本發(fā)明的應用原理作進一步描述。
[0027]如圖1-圖3所示，本發(fā)明實施例的免維護鋼-復合材料屈曲約束支撐的裝置主要由約束單元1、伸縮節(jié)2、支撐連接段3、支撐內核鋼芯4、限位卡5、玻璃纖維增強塑料層6、聚氨酯泡沫層7、無粘結材料層8、肋板9組成；約束單元I設置在屈曲約束支撐的裝置的中間位置，支撐連接段3設置在屈曲約束支撐的裝置的兩側，伸縮節(jié)2設置在約束單元I和支撐連接段3之間，支撐內核鋼芯4設置在約束單元I的內部，限位卡5設置在支撐內核鋼芯4的中間位置，聚氨酯泡沫層7外包玻璃纖維增強塑料層6導入樹脂固化形成肋板9，無粘結材料層8設置在支撐內核鋼芯4的表面；
[0028]本發(fā)明的支撐內核鋼芯4為一字或十字鋼板，在約束單元I設計以帶肋GFRP矩形管作為約束單元1，約束單元I通過聚氨酯泡沫條，聚氨酯泡沫只起成型作用，并不提供側向剛度，側向約束完全由GFRP承擔，外包玻璃纖維布導入樹脂固化后形成GFRP的肋板9，在約束非屈服過渡段設計GFRP的伸縮節(jié)2，利用伸縮節(jié)2剛度小、柔度大、可設計性的特點，保證軸力主要有支撐內核鋼芯4承受。在支撐內核鋼芯4中部位置設置限位卡5防止支撐內核鋼芯4和GFRP的約束單元I發(fā)生相對錯動，并在組成內核鋼芯4約束全段涂刷無粘結材料以減少與約束單元的摩擦，整個支撐構件采用真空導入一次性整體成型，支撐外部被GFRP整體密封包裹具有密封性、整體性、耐腐性的特點；
[0029]本發(fā)明的基本原理，
[0030]本發(fā)明利用伸縮節(jié)5軸向剛度小、柔度大、可設計性的特點，支撐內核鋼芯4承擔絕大部分軸力，外部GFRP約束機構基本不受軸力，只起到約束作用，支撐在反復荷載作用下時，支撐內核鋼芯4受拉一般會達到截面屈服，在受壓時，支撐內核鋼芯4會繞弱軸發(fā)生彎曲，首先和GFRP的肋板9接觸，GFRP的肋板9限制其側移增大，使其達到一階屈曲模態(tài)，隨著軸壓力繼續(xù)增大，只要GFRP具有足夠多大的剛度限制支撐內核鋼芯4發(fā)生側向變形，支撐內核鋼芯4就會朝高階屈曲模態(tài)發(fā)展直至內核受力單元到達全截面屈服，這樣整個支撐在拉壓情況下均進入屈服以達到耗能，在結構中充當保險絲以保護主體結構的目的；
[0031]如圖4所示，本發(fā)明的免維護鋼-復合材料屈曲約束支撐的加工工藝包括以下步驟:
[0032]SlOl:準備較高的硬度和光滑度的木模，在模具邊緣保留15mm，在模具內部增設打蠟的白板；
[0033]S102:制作支撐內核鋼芯，清理表面污垢，在支撐內核鋼芯中部一字板上人工涂刷硅膠，外圍裹一層膠帶，在模具內鋪設好已設計的玻璃纖維布；
[0034]S103:將支撐內核鋼芯放入模具，把包裹好玻璃纖維布的泡沫條放入支撐內核鋼芯兩側，在整體構件表面再次鋪放玻璃纖維蓋布；
[0035]S104:在玻璃纖維布的表面依次鋪放脫模布、導流布，四周鋪放螺旋纏繞導流管，并與真空泵相連；
[0036]S105:鋪放真空袋，用密封膠帶將包裹好整個構件的真空袋沿周邊密封，密封好后，開始抽真空，夾緊樹脂管對整個體系抽真空；
[0037]S106:將樹脂管插入已配好的樹脂桶中，根據(jù)進料順序依次打開夾子，讓樹脂充分浸潤到整個構件中，待樹脂固化完全后，揭去真空袋，拆去模具取出制品，將多余的GFRP肋板切割掉，并進行打磨處理‘[0038]本發(fā)明的免維護鋼-復合材料屈曲約束支撐的加工工藝具體步驟為:為真空導入一次整體成型加工工藝，具體流程為:首先進行木模制備，具有較高的硬度和光滑度，在模具邊緣保留了 15mm，便于密封條和管路的鋪設，在模具內部增設打蠟的白板，支撐內核鋼芯制作后，在清理表面污垢后，在支撐內核鋼芯中部一字板上人工涂刷硅膠，外圍裹一層膠帶，在支撐內核鋼芯端部用膠水粘貼泡沫預留壓縮空間約2?3cm，在模具內鋪設好已設計的玻璃纖維布，然后將支撐內核鋼芯放入模具，隨后把包裹好玻璃纖維布的泡沫條放入支撐內核鋼芯兩側，在其整體構件表面再次鋪放玻璃纖維蓋布，然后在其玻璃纖維布的表面依次鋪放脫模布、導流布，四周鋪放螺旋纏繞導流管，并與真空泵相連，最后鋪放真空袋，用密封膠帶將包裹好整個構件的真空袋沿其周邊密封，密封好后，開始抽真空，夾緊樹脂管對整個體系抽真空，盡量把整個體系的空氣抽空，檢查氣密性，待抽真空達到一定要求后，將樹脂管插入已配好的樹脂桶中，根據(jù)進料順序依次打開夾子，讓樹脂充分浸潤到整個構件中，待樹脂固化完全后，揭去真空袋，拆去模具取出制品，將多余的GFRP肋板切割掉，并進行打磨處理，此時整個構件加工完畢。
[0039]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種免維護鋼-復合材料屈曲約束支撐的裝置，其特征在于，該免維護鋼-復合材料屈曲約束支撐的裝置包括:約束單元、伸縮節(jié)、支撐連接段、支撐內核鋼芯、限位卡、玻璃纖維增強塑料層、聚氨酯泡沫層、無粘結材料層、肋板； 約束單元設置在屈曲約束支撐的裝置的中間位置，支撐連接段設置在屈曲約束支撐的裝置的兩側，伸縮節(jié)設置在約束單元和支撐連接段之間，支撐內核鋼芯設置在約束單元的內部，限位卡設置在支撐內核鋼芯的中間位置，聚氨酯泡沫層的外側設置包玻璃纖維增強塑料層，肋板設置在玻璃纖維增強塑料層的里面，無粘結材料層設置在支撐內核鋼芯的表面。
2.如權利要求1所述的免維護鋼-復合材料屈曲約束支撐的裝置，其特征在于，肋板采用聚氨酯泡沫層外包玻璃纖維增強塑料層導入樹脂固化制成。
3.如權利要求1所述的免維護鋼-復合材料屈曲約束支撐的裝置，其特征在于，聚氨酯泡沫層采用成型泡沫填充而成。
4.如權利要求1所述的免維護鋼-復合材料屈曲約束支撐的裝置，其特征在于，支撐內核鋼芯為一字或十字鋼板結構。
5.一種免維護鋼-復合材料屈曲約束支撐的加工工藝，其特征在于，該免維護鋼-復合材料屈曲約束支撐的加工工藝包括以下步驟: 準備高的硬度和光滑度的木模，在模具邊緣保留15mm，在模具內部增設打蠟的白板； 制作支撐內核鋼芯，清理表面污垢，在支撐內核鋼芯中部一字板上人工涂刷硅膠，外圍裹一層膠帶，在模具內鋪設好玻璃纖維布； 將支撐內核鋼芯放入模具，把包裹好玻璃纖維布的泡沫條放入支撐內核鋼芯兩側，在整體構件表面再次鋪放玻璃纖維蓋布； 在玻璃纖維布的表面依次鋪放脫模布、導流布，四周鋪放螺旋纏繞導流管，并與真空泵相連； 鋪放真空袋，用密封膠帶將包裹好整個構件的真空袋沿周邊密封，密封好后，開始抽真空，夾緊樹脂管對整個體系抽真空； 將樹脂管插入樹脂桶中，根據(jù)進料順序依次打開夾子，讓樹脂充分浸潤到整個構件中，待樹脂固化完全后，揭去真空袋，拆去模具取出制品，將多余的肋板切割掉，并進行打磨處理。
6.如權利要求5所述的免維護鋼-復合材料屈曲約束支撐的加工工藝,其特征在于,該免維護鋼-復合材料屈曲約束支撐的加工工藝為真空導入一次整體成型加工工藝。
7.如權利要求5所述的免維護鋼-復合材料屈曲約束支撐的加工工藝,其特征在于,支撐內核鋼芯端部用膠水粘貼泡沫預留壓縮空間2?3cm，再次在模具內鋪設好已設計的玻璃纖維布。
【文檔編號】E04B1/98GK103452201SQ201310414088
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月11日 優(yōu)先權日:2013年9月11日
【發(fā)明者】董軍, 彭圣昊, 張立偉, 馮飛, 顧忠興 申請人:南京工業(yè)大學