一种碳纤维增强箍筋钢板套箍防屈曲耗能支撑，该支撑由约束屈服段、约束非屈服段、屈曲约束机构、隔离无粘结层、无约束非屈服段、三层碳纤维增强布包裹、碳纤维增强布局部增强、角钢局部增强及端部冷弯薄壁钢板套箍组成。约束屈服段的内核芯材采用钢材，其截面可根据需要选取；屈曲约束机构采用约束螺旋箍筋与外包碳纤维增强材料的双重约束组合，内填纳米碳纤维混凝土采用方形截面；第一次碳纤维增强材料整体约束为三层包裹，在四个角处要进行两层碳纤维布的局部增强；完成局部增强之后，再在外部采用三层碳纤维增强布进行第二次整体的约束增强，并将完成包裹的支撑进行角钢的加固；碳纤维增强箍筋防屈曲耗能的支撑端部，采用铰结或固结的方式，以实现防屈曲耗能支撑与框架结构之间的有效连接。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种防屈曲耗能支撑，其约束机制为内置约束螺旋箍筋、外包碳纤维增强及端部钢板套箍的构件，属于结构工程抗震涉及领域。
技术介绍
利用碳纤维增强复合材料的优点，如:高强度、弹性模量比钢材大及质量轻等特点，达到进一步增强内置约束螺旋箍筋的约束效果，使得防屈曲耗能支撑的破坏始于内核钢材的材料破坏，而其外包的约束机制能基本保持完好。通过三层碳纤维增强复合材料的约束增强，相当于进行了箍筋的加密，实现了对内填纳米碳纤维混凝土再次的环向约束。在防屈曲耗能支撑的两端，用冷弯薄壁型钢板进行套箍增强。这些多重的约束机制，比仅靠螺旋箍筋进行约束的情况在效果上能提升20%?30%左右的量值，大大增强了内填纳米碳纤维混凝土达到峰值应力后的变形能力；为了巩固碳纤维增强复合材料的效果，在内填纳米碳纤维混凝土截面的四个角上，再次采用碳纤维复合材料和角钢的局部加强，以改善可能始于纳米碳纤维混凝土四个角的破坏形态。这种设计，在局部尺寸上支撑截面增加不多，但整个防屈曲耗能支撑的承载能力却有很大的提升空间；纳米碳纤维混凝土与外包碳纤维增强复合材料之间，采用有机粘结材料进行胶粘，制作时要分层进行包裹。如果碳纤维增强布需要搭接，搭接位置应相互错开，并保证搭接长度不小于10mm ;为处理好碳纤维增强复合材料与内填纳米碳纤维混凝土之间的紧密粘接，可将约束方截面的四个角设计成圆弧形，并依照规范按倒角进行处理，转角处构件的表面曲率不小于20mm ;碳纤维增强布材料的三层包裹外部进行四个倒角碳纤维布的局部增强，碳纤维布不宜过厚，采用两层的形式，局部增强完成之后再在外部采用三层碳纤维布进行第二次的整体包裹；包裹工序完成之后，在四个角处采用角钢进行局部增强。通过重重的约束设计，整个防屈曲耗能支撑承载能力在原有基础上有较大的提升，尤其在延性性能上的改善最为明显，耐久性性能良好。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种碳纤维增强箍筋钢板套箍防屈曲耗能支撑由约束屈服段、约束非屈服段、屈曲约束机构、隔离无粘结层、无约束非屈服段、三层碳纤维增强布包裹、两层碳纤维布局部增强、三层碳纤维增强布二次包裹、角钢、钢板套箍所组成。约束屈服段的内核芯材采用钢材，其截面可根据需要选取(如:一字形、十字形、I字形、箱形、槽形等)；屈曲约束机构采用约束螺旋箍筋与外包碳纤维增强材料的双重约束组合，内填纳米碳纤维混凝土采用方形截面，纳米碳纤维混凝土方形截面的四个角设置成圆弧形，以保证外包碳纤维增强材料与纳米碳纤维混凝土的紧密贴合；外包碳纤维增强材料为三层包裹，在四个角处要进行两层碳纤维布的局部增强，并采用有机粘结胶进行胶粘；完成局部增强之后，再在外部采用三层碳纤维增强布进行二次约束，并将完成包裹的试件的四个角处用角钢进行局部增强；碳纤维增强箍筋钢板套箍防屈曲耗能的支撑端部，可采用铰接形式或固接形式的连接方式，以实现防屈曲耗能支撑与框架结构之间的有效连接。所述的碳纤维增强箍筋钢板套箍防屈曲耗能支撑采用约束螺旋箍筋、外包碳纤维增强材料及钢板套箍的组合约束机制，并进行了相应的细部构造设计；内填纳米碳纤维混凝土，其截面外包裹三层碳纤维布(设计了两次约束包裹)，巧妙利用碳纤维布高强度、高模量、轻质量等优良特质，使整个防屈曲耗能支撑的滞洄耗能性能更加稳定、更加强大，显著提升了整个支撑构件在动荷载下的抗屈曲能力；内填纳米碳纤维混凝土截面的四个角设置成圆弧形，这样便于碳纤维增强材料的包裹与粘胶；在内填纳米碳纤维混凝土截面的四个角处，再次用碳纤维增强材料和角钢进行局部上的增强，使约束效果更佳；采用有机粘结胶进行碳纤维增强材料与纳米碳纤维混凝土等材料之间的胶结，保证足够的粘结力。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是碳纤维增强箍筋钢板套箍防屈曲耗能支撑，该支撑由约束屈服段、约束非屈服段、屈曲约束机构、隔离无粘结层、无约束非屈服段、三层碳纤维增强布包裹、碳纤维增强布局部增强、角钢局部增强及端部冷弯薄壁钢板套箍组成；该支撑包括约束螺旋箍筋1、双重外包碳纤维增强布2、内填纳米碳纤维混凝土 3、内核钢芯4、加强端板5、圆形连接孔6、加劲板7、铰接板8、空隙9、隔离无粘结层10、两层碳纤维增强布11、构造纵筋12、钢板套箍14、角钢16 ;双重外包碳纤维增强布2包括三层碳纤维增强布al3、三层碳纤维增强布bl5 ;具体而言，约束螺旋箍筋I的截面为方形圆角结构；三层碳纤维增强布al3包裹在约束螺旋箍筋I的表面；约束螺旋箍筋I的中间设有内核钢芯4，约束螺旋箍筋I与内核钢芯4之间填充有内填纳米碳纤维混凝土 3 ;约束螺旋箍筋I的两端面分别设有两加强端板5 ;铰接板8设置在沿约束螺旋箍筋I的两端面垂直方向上，且与加强端板5相垂直；加劲板7上下连接加强端板5与铰接板8 ;所述铰接板8上设有圆形连接孔6 ;所述内核钢芯4与内填纳米碳纤维混凝土 3的接触处设有隔离无粘结层10。所述加强端板5与约束螺旋箍筋I内的内核钢芯4之间的钢筋衔接处留有空隙9，且端部衔接钢筋与内核钢芯4垂直。所述约束螺旋箍筋1、三层碳纤维增强布al3之间的约束螺旋箍筋I外表面的四个圆角上设有两层碳纤维增强布11 ;两层碳纤维增强布11外部进行三层碳纤维增强布bl5的二次包裹；所述三层碳纤维增强布bl5的外部用角钢16局部增强；所述约束螺旋箍筋I与铰接板8之间沿约束螺旋箍筋I的轴向方向上均匀设有构造纵筋12。所述碳纤维增强箍筋钢板套箍防屈曲耗能支撑的端部，用钢板套箍14进行套箍，并在三层碳纤维增强布bl5和钢板套箍14之间注入有机粘结胶，以实现钢板套箍14在支撑表面上的固定。约束屈服段由内核芯材4构成，采用屈服强度值稳定的钢材，其截面形状为一字形或十字形或I字形或箱形或槽形等；内核钢芯4的工作段长度由内置约束螺旋箍筋I确定，其厚度根据设计的需求选取。约束非屈服段在内填纳米碳纤维混凝土 3与加强端板5之间设置足够的预留空间，其值大小取约束螺旋箍筋长度的I%?3 %。屈曲约束机构由约束螺旋箍筋I和内填纳米碳纤维混凝土 3。约束螺旋箍筋I内置有纳米碳纤维混凝土，由六根构造纵筋12进行绑扎固定。而约束截面所采用的纳米碳纤维混凝土基材设计成方形，并将其四个角设计成圆弧形，便于工作时纳米碳纤维混凝土与碳纤维增强布等材料之间的有效贴合。隔离无粘结层10设置在内核芯材4和内填纳米碳纤维混凝土 3之间，采用钙基润滑脂和聚乙烯薄膜材料。无约束非屈服段由加强端板5和铰接板8组成，两者采用铰接或固接连接方式。在加强端板上开圆形的连接孔6以便与框架结构连接；约束螺旋箍筋I留有保护层厚度，在外部采用三层碳纤维增强布al3进行包裹，并用有机粘结胶进行胶粘；在约束截面的四个角上，用两层碳纤维增强布11进行局部上的增强；用三层碳纤维增强布bl5进行第二次包裹，并用角钢16对四个角再次进行局部增强。三层碳纤维增强布al3与三层碳纤维增强布bl5组成双层包裹的约束结构。与现有技术相比，本专利技术相对于现有技术具有以下特点。采用约束螺旋箍筋、外包双重碳纤维增强材料(进行二次约束包裹)及在约束截面四个角处采用碳纤维增强材料和角钢的约束组合，约束支撑的两端部用冷弯薄壁型钢板进行钢板套箍。为保证内填纳米碳纤维混凝土与三层碳纤维增强材料之间的有效贴合，将内填约束截面的四个角设计圆弧形(弧本文档来自技高网...
【技术保护点】
碳纤维增强箍筋钢板套箍防屈曲耗能支撑，其特征在于：该支撑由约束屈服段、约束非屈服段、屈曲约束机构、隔离无粘结层、无约束非屈服段、三层碳纤维增强布包裹、碳纤维增强布局部增强、角钢局部增强及端部冷弯薄壁钢板套箍组成；该支撑包括约束螺旋箍筋(1)、双重外包碳纤维增强布(2)、内填纳米碳纤维混凝土(3)、内核钢芯(4)、加强端板(5)、圆形连接孔(6)、加劲板(7)、铰接板(8)、空隙(9)、隔离无粘结层(10)、两层碳纤维增强布(11)、构造纵筋(12)、钢板套箍(14)、角钢(16)；双重外包碳纤维增强布(2)包括三层碳纤维增强布a(13)、三层碳纤维增强布b(15)；具体而言，约束螺旋箍筋(1)的截面为方形圆角结构；三层碳纤维增强布a(13)包裹在约束螺旋箍筋(1)的表面；约束螺旋箍筋(1)的中间设有内核钢芯(4)，约束螺旋箍筋(1)与内核钢芯(4)之间填充有内填纳米碳纤维混凝土(3)；约束螺旋箍筋(1)的两端面分别设有两加强端板(5)；铰接板(8)设置在沿约束螺旋箍筋(1)的两端面垂直方向上，且与加强端板(5)相垂直；加劲板(7)上下连接加强端板(5)与铰接板(8)；所述铰接板(8)上设有圆形连接孔(6)；所述内核钢芯(4)与内填纳米碳纤维混凝土(3)的接触处设有隔离无粘结层(10)；所述加强端板(5)与约束螺旋箍筋(1)内的内核钢芯(4)之间的钢筋衔接处留有空隙(9)，且端部衔接钢筋与内核钢芯(4)垂直；所述约束螺旋箍筋(1)、三层碳纤维增强布a(13)之间的约束螺旋箍筋(1)外表面的四个圆角上设有两层碳纤维增强布(11)；两层碳纤维增强布(11)外部进行三层碳纤维增强布b(15)的二次包裹；所述三层碳纤维增强布b(15)的外部用角钢(16)局部增强；所述约束螺旋箍筋(1)与铰接板(8)之间沿约束螺旋箍筋(1)的轴向方向上均匀设有构造纵筋(12)；所述碳纤维增强箍筋钢板套箍防屈曲耗能支撑的端部，用钢板套箍(14)进行套箍，并在三层碳纤维增强布b(15)和钢板套箍(14)之间注入有机粘结胶，以实现钢板套箍(14)在支撑表面上的固定。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：黄民元，
申请(专利权)人：中南林业科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43
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