一種泡沫鋁填充雙鋼管復(fù)合構(gòu)件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于土木工程領(lǐng)域，具體涉及一種泡沫鋁填充雙鋼管復(fù)合構(gòu)件。
【背景技術(shù)】
[0002]泡沫鋁是近年發(fā)展起來的一種新型功能材料，具有輕質(zhì)、高比剛度、宏觀多孔、組織不均勻、壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線包含一個(gè)很長的平穩(wěn)段等特點(diǎn)，材料本身的多孔效應(yīng)使得泡沫鋁具有比其基體材料高得多的阻尼性能。隨著相關(guān)研宄的深入，泡沫鋁逐漸被視為一種在減振方面具有重要應(yīng)用潛力的以高能量吸收為特征的輕質(zhì)高阻尼材料。
[0003]另一方面，鋼管結(jié)構(gòu)由于其卓越的性能得到工程界的青睞，但是在多年的研宄與生產(chǎn)應(yīng)用中所體現(xiàn)出來的低阻尼、易屈曲與吸能性能差等缺陷也引起了對(duì)于提高其綜合性能的廣泛思考?，F(xiàn)在普遍認(rèn)可的一種方式就是在鋼管內(nèi)填充混凝土來改善鋼管結(jié)構(gòu)的性能。雖然這一做法對(duì)于抑制鋼管屈曲與發(fā)揮兩種材料強(qiáng)度優(yōu)勢等方面有著顯著的優(yōu)勢，但是由于混凝土是脆性材料，在地震來臨時(shí)整個(gè)構(gòu)件僅有鋼管屈服耗能，因此鋼管混凝土在吸能減振方面仍具有較大的提升空間。另外，混凝土的比重大導(dǎo)致了構(gòu)件整體比重也很大，限制了鋼管混凝土構(gòu)件的應(yīng)用范圍。
[0004]綜合考慮以上各種因素，開發(fā)一種結(jié)合泡沫鋁與鋼管優(yōu)勢的泡沫鋁填充雙鋼管復(fù)合構(gòu)件具有理論與現(xiàn)實(shí)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]技術(shù)問題:針對(duì)鋼管結(jié)構(gòu)低阻尼、易屈曲與吸能性能差的缺陷與現(xiàn)有鋼管混凝土減振性能有待提高的問題，本發(fā)明提供了一種通過填充泡沫鋁提高鋼管耗能減振性能的泡沫鋁填充雙鋼管復(fù)合構(gòu)件，該構(gòu)件與現(xiàn)有的構(gòu)件相比具有較大的比剛度和較好的耗能減振性能。
[0006]技術(shù)方案:本發(fā)明的泡沫鋁填充雙鋼管復(fù)合構(gòu)件為柱狀結(jié)構(gòu)，由外層至內(nèi)層依次為外鋼管、泡沫鋁、內(nèi)鋼管；所述外鋼管與內(nèi)鋼管之間由泡沫鋁填充，內(nèi)層鋼管中心無填充。
[0007]所述外鋼管的管壁厚度不小于內(nèi)鋼管的管壁厚度。
[0008]所述泡沫鋁為開孔或閉孔結(jié)構(gòu)，其中可以充填高性能黏彈性材料。
[0009]在軸向壓力作用下，由于泡沫鋁的彈性模量較小，壓力主要由內(nèi)外鋼管承受，此時(shí)雖然泡沫鋁的受力性能相對(duì)于未受四周約束的情況有所提高，但是與鋼材相比差距仍較大，因而這里泡沫鋁的主要作用是給構(gòu)件中的外鋼管提供側(cè)向支持力改善屈曲性能，同時(shí)分擔(dān)一小部分的壓力。軸向受壓時(shí)鋼管承擔(dān)主要壓力，考慮到薄壁鋼管受壓易屈曲的特性要求內(nèi)外鋼管具有一定的厚度，而且由于外鋼管承受的彎矩更大，要求其厚度在原有的基礎(chǔ)上應(yīng)該進(jìn)一步增大。在地震作用等振動(dòng)作用下，多孔的泡沫鋁發(fā)生變形消耗了大量的地震能量，同時(shí)鋼材屈服也能消耗一部分能量，減振性能得到很大的提高。這兩者中以前者消耗的能量為主。
[0010]有益效果:
[0011]1.本發(fā)明提供了一種構(gòu)造簡單的泡沫鋁填充雙鋼管復(fù)合構(gòu)件，內(nèi)外層鋼管為泡沫鋁提供四周約束，泡沫鋁為內(nèi)外鋼管提供側(cè)向支撐，充分利用了三種材料的特性，在原基礎(chǔ)上極大地提高了鋼管混凝土耗能減振性能。
[0012]2.本發(fā)明構(gòu)件的內(nèi)外鋼管構(gòu)件作為軸向受壓時(shí)的主要承載部分，彌補(bǔ)了泡沫鋁彈性模量小易變形的不足。
[0013]3.本發(fā)明使用泡沫鋁材料極大地減輕了結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，提高了整體的比剛度。
[0014]因?yàn)楸緲?gòu)件輕質(zhì)、大比剛度與優(yōu)良的耗能減振性能，其適用于高烈度區(qū)建筑與結(jié)構(gòu)和高性能結(jié)構(gòu)以及超高層建筑(如千米級(jí)建筑)。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明泡沫鋁填充雙鋼管復(fù)合構(gòu)件的示意圖；
[0016]圖2為本發(fā)明泡沫鋁填充雙鋼管復(fù)合構(gòu)件的截面示意圖。
[0017]圖中:外鋼管1、泡沫鋁2、內(nèi)鋼管3。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0019]本發(fā)明泡沫鋁填充雙鋼管復(fù)合構(gòu)件自外至內(nèi)依次為外鋼管1、泡沫鋁2和內(nèi)鋼管3，構(gòu)件的截面形式可以是圓形等封閉形狀，下面以圓形截面、填充不添加高性能黏彈性材料的泡沫鋁的構(gòu)件為例說明。
[0020]如圖2所示，所述泡沫鋁填充雙鋼管復(fù)合構(gòu)件由內(nèi)外雙鋼管構(gòu)成，內(nèi)外鋼管之間填充有泡沫鋁材料，外鋼管承受更大的彎矩，這就要求外鋼管的厚度較大，在提高自身穩(wěn)定性的同時(shí)也為泡沫鋁提供側(cè)壓力。
[0021]在軸向壓力作用下，所述泡沫鋁填充雙鋼管復(fù)合構(gòu)件的內(nèi)外鋼管對(duì)填充其中的泡沫鋁提供四周約束，使泡沫鋁處于多向受壓狀態(tài)，提高了泡沫鋁的強(qiáng)度；另一方面，泡沫鋁給兩側(cè)的受壓鋼管提供了側(cè)向支撐，同時(shí)保證空心的內(nèi)外鋼管具有相當(dāng)?shù)暮穸龋@樣就避免任何一根鋼管出現(xiàn)屈曲失穩(wěn)的情況，也滿足了常規(guī)情況下抵抗風(fēng)振等外界環(huán)境變化的剛度要求。在遇到地震等強(qiáng)振動(dòng)作用時(shí)，泡沫鋁卓越的變形性能可以消耗大量能量，相對(duì)于單純依靠鋼材屈服耗能減振而言，效果提升明顯。
[0022]比重方面，將相同外徑的鋼管混凝土和本發(fā)明作對(duì)比。取外徑均為1500mm、壁厚15mm的鋼管混凝土和本發(fā)明構(gòu)件，其中鋼管采用Q235鋼，混凝土采用C30。取本發(fā)明構(gòu)件內(nèi)鋼管直徑為1000mm，壁厚15mm，鋼管比重取7.8，混凝土比重取2.5，泡沫鋁比重取0.25。計(jì)算兩者的比重，前者的比重約為2.71，后者比重僅為0.643，兩者相差四倍多，可見本發(fā)明在減輕構(gòu)件比重方面比現(xiàn)有鋼管混凝土構(gòu)件有了很大改進(jìn)。
[0023]性價(jià)比方面，所述泡沫鋁填充雙鋼管復(fù)合構(gòu)件采用在兩層鋼管之間填充泡沫鋁同時(shí)設(shè)置內(nèi)鋼管中心為空心的方式，通過增加外鋼管的壁厚來保證其在較大彎矩作用下的承載力和穩(wěn)定性，極大地節(jié)約了泡沫鋁的用量，經(jīng)濟(jì)可靠。
[0024]本構(gòu)件具體的截面形狀、內(nèi)外鋼管強(qiáng)度、直徑及厚度可以根據(jù)實(shí)際工程需求選??；填充泡沫鋁的孔隙率、開閉孔情況、是否填充高性能黏彈性材料以及填充的高性能黏彈性材料的種類根據(jù)實(shí)際耗能減振需求按已有實(shí)驗(yàn)研宄數(shù)據(jù)選取。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種泡沫鋁填充雙鋼管復(fù)合構(gòu)件，其特征在于該構(gòu)件為柱狀結(jié)構(gòu)，由外層至內(nèi)層依次為外鋼管(I)、泡沫鋁(2 )、內(nèi)鋼管(3 );所述外鋼管(I)與內(nèi)鋼管(3 )之間由泡沫鋁(2 )填充，內(nèi)層鋼管中心無填充。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述泡沫鋁填充雙鋼管復(fù)合構(gòu)件，其特征在于:所述外鋼管(I)的管壁厚度不小于內(nèi)鋼管(3)的管壁厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述泡沫鋁填充雙鋼管復(fù)合構(gòu)件，其特征在于:所述泡沫鋁(2)為開孔或閉孔結(jié)構(gòu)，其中可以充填高性能黏彈性材料。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種泡沫鋁填充雙鋼管復(fù)合構(gòu)件，該構(gòu)件為柱狀結(jié)構(gòu)，由外層至內(nèi)層依次為外鋼管(1)、泡沫鋁(2)、內(nèi)鋼管(3)；所述外鋼管(1)與內(nèi)鋼管(3)之間由泡沫鋁(2)填充，內(nèi)層鋼管中心無填充。所述外鋼管(1)的管壁厚度不小于內(nèi)鋼管(3)的管壁厚度。所述泡沫鋁(2)為開孔或閉孔結(jié)構(gòu)，其中可以充填高性能黏彈性材料。所述內(nèi)外鋼管為泡沫鋁提供四周約束，提高泡沫鋁的強(qiáng)度，而泡沫鋁的加入則彌補(bǔ)了鋼管構(gòu)件阻尼低、吸能性能差的缺陷。所述外鋼管和內(nèi)鋼管主要承擔(dān)軸向作用力，填充其中的泡沫鋁主要用于地震作用及強(qiáng)風(fēng)強(qiáng)振動(dòng)時(shí)吸收能量保護(hù)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明適用于高烈度區(qū)建筑與結(jié)構(gòu)和高性能結(jié)構(gòu)以及超高層建筑(如千米級(jí)建筑)。
【IPC分類】B32B15-04, E04C3-00, B32B1-08
【公開號(hào)】CN104772933
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510089309
【發(fā)明人】李愛群, 陶軒潔, 徐義明, 徐艷紅
【申請(qǐng)人】中國建筑股份有限公司, 中建安裝工程有限公司, 東南大學(xué)
【公開日】2015年7月15日
【申請(qǐng)日】2015年2月27日