一種免維護(hù)鋼-復(fù)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(kāi)了一種免維護(hù)鋼-復(fù)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(nèi)核鋼芯、限位卡、玻璃纖維增強(qiáng)塑料層、聚氨酯泡沫層、無(wú)粘結(jié)材料層、肋板，該加工工藝采用真空導(dǎo)入一次性整體成型，本發(fā)明通過(guò)約束單元設(shè)置為一字或十字鋼板，以帶肋GFRP矩形管作為約束單元，通過(guò)聚氨酯泡沫條外包玻璃纖維布導(dǎo)入樹(shù)脂固化后形成肋板；利用伸縮節(jié)剛度小、柔度大、可設(shè)計(jì)性的特點(diǎn)，保證了軸力主要有內(nèi)核鋼芯承受；在支撐內(nèi)核鋼芯中部位置設(shè)置限位卡防止支撐內(nèi)核鋼芯和約束單元發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)，并在支撐內(nèi)核鋼芯約束全段涂刷無(wú)粘結(jié)材料以減少與約束單元的摩擦。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有密封性、整體性、耐腐性的特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種免維護(hù)鋼-復(fù)合材料屈曲約束支撐的裝置及加工工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于建筑金屬耗能【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種免維護(hù)鋼-復(fù)合材料屈曲約束支撐的裝置及加工工藝。
【背景技術(shù)】
[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(jié)構(gòu)中得到廣泛運(yùn)用。國(guó)內(nèi)外的學(xué)者對(duì)防屈曲約束支撐的不同的構(gòu)造形式做了研究和探索，開(kāi)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(wèn)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(gòu)件，鋼材作為內(nèi)芯受力構(gòu)件；(2)全鋼型，以約束構(gòu)件和內(nèi)芯構(gòu)件均為鋼材；混合型屈曲約束支撐普遍存在整個(gè)支撐構(gòu)件自重大的問(wèn)題，自重過(guò)大可能會(huì)導(dǎo)致支撐構(gòu)件在安裝、使用過(guò)程中存在初始撓曲變形，會(huì)對(duì)支撐性能產(chǎn)生不利影響，且自重大的屈曲約束支撐構(gòu)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(wèn)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(jié)構(gòu)時(shí)，其耐腐性差，后期維護(hù)成本高的問(wèn)題十分關(guān)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(diǎn)，若要將屈曲約束支撐實(shí)際應(yīng)用于高聳鋼塔架結(jié)構(gòu)和橋梁結(jié)構(gòu)上作為耗能裝置，首先應(yīng)當(dāng)考慮解決以上問(wèn)題，

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種免維護(hù)鋼-復(fù)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(wèn)題。
[0005]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種免維護(hù)鋼-復(fù)合材料屈曲約束支撐的裝置，該免維護(hù)鋼-復(fù)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(nèi)核鋼芯、限位卡、玻璃纖維增強(qiáng)塑料層、聚氨酯泡沫層、無(wú)粘結(jié)材料層、肋板；
[0006]約束單元設(shè)置在屈曲約束支撐的裝置的中間位置，支撐連接段設(shè)置在屈曲約束支撐的裝置的兩側(cè)，伸縮節(jié)設(shè)置在約束單元和支撐連接段之間，支撐內(nèi)核鋼芯設(shè)置在約束單元的內(nèi)部，限位卡設(shè)置在支撐內(nèi)核鋼芯的中間位置，聚氨酯泡沫層的外側(cè)設(shè)置包玻璃纖維增強(qiáng)塑料層，肋板設(shè)置在玻璃纖維增強(qiáng)塑料層的里面，無(wú)粘結(jié)材料層設(shè)置在支撐內(nèi)核鋼芯的表面。
[0007]進(jìn)一步，肋板采用聚氨酯泡沫層外包玻璃纖維增強(qiáng)塑料層導(dǎo)入樹(shù)脂固化制成。
[0008]進(jìn)一步，聚氨酯泡沫層采用成型泡沫填充而成。
[0009]進(jìn)一步，支撐內(nèi)核鋼芯為一字或十字鋼板結(jié)構(gòu)。
[0010]本發(fā)明的另一目的在于提供一種免維護(hù)鋼-復(fù)合材料屈曲約束支撐的加工工藝，該免維護(hù)鋼-復(fù)合材料屈曲約束支撐的加工工藝包括以下步驟:
[0011]準(zhǔn)備高的硬度和光滑度的木模，在模具邊緣保留15mm，在模具內(nèi)部增設(shè)打蠟的白板；[0012]制作支撐內(nèi)核鋼芯，清理表面污垢，在支撐內(nèi)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(nèi)鋪設(shè)好玻璃纖維布；
[0013]將支撐內(nèi)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(nèi)核鋼芯兩側(cè)，在整體構(gòu)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(dǎo)流布，四周鋪放螺旋纏繞導(dǎo)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(gè)構(gòu)件的真空袋沿周邊密封，密封好后，開(kāi)始抽真空,夾緊樹(shù)脂管對(duì)整個(gè)體系抽真空；
[0016]將樹(shù)脂管插入樹(shù)脂桶中，根據(jù)進(jìn)料順序依次打開(kāi)夾子，讓樹(shù)脂充分浸潤(rùn)到整個(gè)構(gòu)件中，待樹(shù)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(jìn)行打磨處理。
[0017]進(jìn)一步，該免維護(hù)鋼-復(fù)合材料屈曲約束支撐的加工工藝為真空導(dǎo)入一次整體成型加工工藝。
[0018]進(jìn)一步，支撐內(nèi)核鋼芯端部用膠水粘貼泡沫預(yù)留壓縮空間2?3cm，再次在模具內(nèi)鋪設(shè)好已設(shè)計(jì)的玻璃纖維布。
[0019]本發(fā)明提供的免維護(hù)鋼-復(fù)合材料屈曲約束支撐的裝置及加工工藝，通過(guò)約束單元設(shè)置為一字或十字鋼板，以帶肋GFRP矩形管作為約束單元，通過(guò)聚氨酯泡沫條外包玻璃纖維布導(dǎo)入樹(shù)脂固化后形成肋板；利用伸縮節(jié)剛度小、柔度大、可設(shè)計(jì)性的特點(diǎn)，保證了軸力主要有內(nèi)核鋼芯承受；在支撐內(nèi)核鋼芯中部位置設(shè)置限位卡防止支撐內(nèi)核鋼芯和約束單元發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)，并在支撐內(nèi)核鋼芯約束全段涂刷無(wú)粘結(jié)材料以減少與約束單元的摩擦。本發(fā)明的整個(gè)支撐構(gòu)件采用真空導(dǎo)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(diǎn)。此外，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(wèn)題，提供了一種高性能的免維護(hù)鋼-復(fù)合材料屈曲約束支撐的裝置及加工工藝。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的免維護(hù)鋼-復(fù)合材料屈曲約束支撐的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2本發(fā)明實(shí)施例提供的免維護(hù)鋼-復(fù)合材料屈曲約束支撐的裝置的側(cè)視圖；
[0022]圖3是本發(fā)明實(shí)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(nèi)核鋼芯；5、限位卡；6、玻璃纖維增強(qiáng)塑料層；7、聚氨酯泡沫層；8、無(wú)粘結(jié)材料層；9、肋板；
[0024]圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的免維護(hù)鋼-復(fù)合材料屈曲約束支撐的加工工藝的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)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(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用原理作進(jìn)一步描述。
[0027]如圖1-圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例的免維護(hù)鋼-復(fù)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(nèi)核鋼芯4、限位卡5、玻璃纖維增強(qiáng)塑料層6、聚氨酯泡沫層7、無(wú)粘結(jié)材料層8、肋板9組成；約束單元I設(shè)置在屈曲約束支撐的裝置的中間位置，支撐連接段3設(shè)置在屈曲約束支撐的裝置的兩側(cè)，伸縮節(jié)2設(shè)置在約束單元I和支撐連接段3之間，支撐內(nèi)核鋼芯4設(shè)置在約束單元I的內(nèi)部，限位卡5設(shè)置在支撐內(nèi)核鋼芯4的中間位置，聚氨酯泡沫層7外包玻璃纖維增強(qiáng)塑料層6導(dǎo)入樹(shù)脂固化形成肋板9，無(wú)粘結(jié)材料層8設(shè)置在支撐內(nèi)核鋼芯4的表面；
[0028]本發(fā)明的支撐內(nèi)核鋼芯4為一字或十字鋼板，在約束單元I設(shè)計(jì)以帶肋GFRP矩形管作為約束單元1，約束單元I通過(guò)聚氨酯泡沫條，聚氨酯泡沫只起成型作用，并不提供側(cè)向剛度，側(cè)向約束完全由GFRP承擔(dān)，外包玻璃纖維布導(dǎo)入樹(shù)脂固化后形成GFRP的肋板9，在約束非屈服過(guò)渡段設(shè)計(jì)GFRP的伸縮節(jié)2，利用伸縮節(jié)2剛度小、柔度大、可設(shè)計(jì)性的特點(diǎn)，保證軸力主要有支撐內(nèi)核鋼芯4承受。在支撐內(nèi)核鋼芯4中部位置設(shè)置限位卡5防止支撐內(nèi)核鋼芯4和GFRP的約束單元I發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)，并在組成內(nèi)核鋼芯4約束全段涂刷無(wú)粘結(jié)材料以減少與約束單元的摩擦，整個(gè)支撐構(gòu)件采用真空導(dǎo)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(diǎn)；
[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(shè)計(jì)性的特點(diǎn)，支撐內(nèi)核鋼芯4承擔(dān)絕大部分軸力，外部GFRP約束機(jī)構(gòu)基本不受軸力，只起到約束作用，支撐在反復(fù)荷載作用下時(shí)，支撐內(nèi)核鋼芯4受拉一般會(huì)達(dá)到截面屈服，在受壓時(shí)，支撐內(nèi)核鋼芯4會(huì)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(cè)移增大，使其達(dá)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(nèi)核鋼芯4發(fā)生側(cè)向變形，支撐內(nèi)核鋼芯4就會(huì)朝高階屈曲模態(tài)發(fā)展直至內(nèi)核受力單元到達(dá)全截面屈服，這樣整個(gè)支撐在拉壓情況下均進(jìn)入屈服以達(dá)到耗能，在結(jié)構(gòu)中充當(dāng)保險(xiǎn)絲以保護(hù)主體結(jié)構(gòu)的目的；
[0031]如圖4所示，本發(fā)明的免維護(hù)鋼-復(fù)合材料屈曲約束支撐的加工工藝包括以下步驟:
[0032]SlOl:準(zhǔn)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(nèi)部增設(shè)打蠟的白板；
[0033]S102:制作支撐內(nèi)核鋼芯，清理表面污垢，在支撐內(nèi)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(nèi)鋪設(shè)好已設(shè)計(jì)的玻璃纖維布；
[0034]S103:將支撐內(nèi)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(nèi)核鋼芯兩側(cè)，在整體構(gòu)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(dǎo)流布，四周鋪放螺旋纏繞導(dǎo)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(gè)構(gòu)件的真空袋沿周邊密封，密封好后，開(kāi)始抽真空，夾緊樹(shù)脂管對(duì)整個(gè)體系抽真空；
[0037]S106:將樹(shù)脂管插入已配好的樹(shù)脂桶中，根據(jù)進(jìn)料順序依次打開(kāi)夾子，讓樹(shù)脂充分浸潤(rùn)到整個(gè)構(gòu)件中，待樹(shù)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(jìn)行打磨處理‘[0038]本發(fā)明的免維護(hù)鋼-復(fù)合材料屈曲約束支撐的加工工藝具體步驟為:為真空導(dǎo)入一次整體成型加工工藝，具體流程為:首先進(jìn)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(shè)，在模具內(nèi)部增設(shè)打蠟的白板，支撐內(nèi)核鋼芯制作后，在清理表面污垢后，在支撐內(nèi)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(nèi)核鋼芯端部用膠水粘貼泡沫預(yù)留壓縮空間約2?3cm，在模具內(nèi)鋪設(shè)好已設(shè)計(jì)的玻璃纖維布，然后將支撐內(nèi)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(nèi)核鋼芯兩側(cè)，在其整體構(gòu)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(dǎo)流布，四周鋪放螺旋纏繞導(dǎo)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(gè)構(gòu)件的真空袋沿其周邊密封，密封好后，開(kāi)始抽真空，夾緊樹(shù)脂管對(duì)整個(gè)體系抽真空，盡量把整個(gè)體系的空氣抽空，檢查氣密性，待抽真空達(dá)到一定要求后，將樹(shù)脂管插入已配好的樹(shù)脂桶中，根據(jù)進(jìn)料順序依次打開(kāi)夾子，讓樹(shù)脂充分浸潤(rùn)到整個(gè)構(gòu)件中，待樹(shù)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(jìn)行打磨處理，此時(shí)整個(gè)構(gòu)件加工完畢。
[0039]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)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(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種免維護(hù)鋼-復(fù)合材料屈曲約束支撐的裝置，其特征在于，該免維護(hù)鋼-復(fù)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(nèi)核鋼芯、限位卡、玻璃纖維增強(qiáng)塑料層、聚氨酯泡沫層、無(wú)粘結(jié)材料層、肋板； 約束單元設(shè)置在屈曲約束支撐的裝置的中間位置，支撐連接段設(shè)置在屈曲約束支撐的裝置的兩側(cè)，伸縮節(jié)設(shè)置在約束單元和支撐連接段之間，支撐內(nèi)核鋼芯設(shè)置在約束單元的內(nèi)部，限位卡設(shè)置在支撐內(nèi)核鋼芯的中間位置，聚氨酯泡沫層的外側(cè)設(shè)置包玻璃纖維增強(qiáng)塑料層，肋板設(shè)置在玻璃纖維增強(qiáng)塑料層的里面，無(wú)粘結(jié)材料層設(shè)置在支撐內(nèi)核鋼芯的表面。
2.如權(quán)利要求1所述的免維護(hù)鋼-復(fù)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(qiáng)塑料層導(dǎo)入樹(shù)脂固化制成。
3.如權(quán)利要求1所述的免維護(hù)鋼-復(fù)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(quán)利要求1所述的免維護(hù)鋼-復(fù)合材料屈曲約束支撐的裝置，其特征在于，支撐內(nèi)核鋼芯為一字或十字鋼板結(jié)構(gòu)。
5.一種免維護(hù)鋼-復(fù)合材料屈曲約束支撐的加工工藝，其特征在于，該免維護(hù)鋼-復(fù)合材料屈曲約束支撐的加工工藝包括以下步驟: 準(zhǔn)備高的硬度和光滑度的木模，在模具邊緣保留15mm，在模具內(nèi)部增設(shè)打蠟的白板； 制作支撐內(nèi)核鋼芯，清理表面污垢，在支撐內(nèi)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(nèi)鋪設(shè)好玻璃纖維布； 將支撐內(nèi)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(nèi)核鋼芯兩側(cè)，在整體構(gòu)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(dǎo)流布，四周鋪放螺旋纏繞導(dǎo)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(gè)構(gòu)件的真空袋沿周邊密封，密封好后，開(kāi)始抽真空，夾緊樹(shù)脂管對(duì)整個(gè)體系抽真空； 將樹(shù)脂管插入樹(shù)脂桶中，根據(jù)進(jìn)料順序依次打開(kāi)夾子，讓樹(shù)脂充分浸潤(rùn)到整個(gè)構(gòu)件中，待樹(shù)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(jìn)行打磨處理。
6.如權(quán)利要求5所述的免維護(hù)鋼-復(fù)合材料屈曲約束支撐的加工工藝,其特征在于,該免維護(hù)鋼-復(fù)合材料屈曲約束支撐的加工工藝為真空導(dǎo)入一次整體成型加工工藝。
7.如權(quán)利要求5所述的免維護(hù)鋼-復(fù)合材料屈曲約束支撐的加工工藝,其特征在于,支撐內(nèi)核鋼芯端部用膠水粘貼泡沫預(yù)留壓縮空間2?3cm，再次在模具內(nèi)鋪設(shè)好已設(shè)計(jì)的玻璃纖維布。
【文檔編號(hào)】E04B1/98GK103452201SQ201310414088
【公開(kāi)日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月11日 優(yōu)先權(quán)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(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)