采用陶粒混凝土的屈曲约束支撑及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑结构技术领域，涉及一种建筑抗震结构，尤其涉及一种采用陶粒混凝土的屈曲约束支撑及其制备方法。

背景技术

传统结构可能缺少必要的抗震设计，同时，在结构遭受地震破坏后，需要进行抗震加固。屈曲约束支撑可以显著的提高结构的侧向刚度和耗能能力，进而提高结构的抗震等级。由于屈曲约束支撑优异的力学性能、较低的造价及简单的安装工艺，其已被广泛应用于新建结构的抗震设计与已有结构的抗震加固中。

传统的屈曲约束支撑通常由三部分组成：核心耗能部分、约束套筒及无黏结脱层材料。其中核心耗能部分主要承受轴力作用，通过在地震作用下改部分发生塑性变形发挥耗能作用；约束套筒主要提供侧向约束；无黏结脱层主要目的为减小摩擦力，避免核心耗能部分因受压膨胀后与约束单元间产生摩擦力而造成轴压力的大量增加。在较为常见的一种屈曲约束支撑中，其结构自重较大，长距离运输成本高，现场安装难度较大。

有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的屈曲约束支撑，以便克服现有屈曲约束支撑存在的上述至少部分缺陷。

发明内容

本发明提供一种采用陶粒混凝土的屈曲约束支撑及其制备方法，可更好的地实现屈曲约束支撑对结构抗震性能的加固作用。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，采用如下技术方案：

一种采用陶粒混凝土的屈曲约束支撑，所述屈曲约束支撑包括：陶粒混凝土、芯板、套筒及无黏结脱层；

所述芯板的中部区域设置于所述套筒内，所述无黏结脱层粘贴于所述芯板与陶粒混凝土接触的表面；

所述陶粒混凝土致密填充于所述芯板与套筒之间形成的空腔内；所述陶粒混凝土支撑采用陶粒为粗骨料的混凝土复合材料，用于承受轴向力。

作为本发明的一种实施方式，所述陶粒混凝土包括至少一第一陶粒混凝土及第二陶粒混凝土；各第一陶粒混凝土轴向设置；

所述第一陶粒混凝土的致密程度高于所述第二陶粒混凝土的致密程度；各第一陶粒混凝土被所述第二陶粒混凝土包围。

作为本发明的一种实施方式，所述芯板与套筒形成的空腔内设有若干轴向设置的钢丝，各钢丝被致密的陶粒混凝土所包围。

作为本发明的一种实施方式，所述芯板为核心屈曲耗能构件。

作为本发明的一种实施方式，所述套筒为空心方钢管，起到侧向约束作用；所述无黏结脱层起到减小摩擦力的作用。

作为本发明的一种实施方式，所述套筒为材质为钢的钢套筒。

作为本发明的一种实施方式，所述无黏结脱层由橡胶膜、防水卷材、聚乙烯膜制成。

根据本发明的另一个方面，采用如下技术方案：一种上述的采用陶粒混凝土的屈曲约束支撑的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

步骤S1：根据待加固结构的加固要求确定屈曲约束支撑的设计承载力标准；

步骤S2：根据屈曲约束支撑的设计承载力指标设计陶粒混凝土配合比、芯板及套筒的尺寸参数；

步骤S3：在芯板与陶粒混凝土接触位置粘贴无黏结脱层；

步骤S4：将芯板和套筒空腔位置致密填充陶粒混凝土，形成完整的屈曲约束支撑构件。

作为本发明的一种实施方式，所述制备方法进一步包括：制备陶粒混凝土步骤，具体包括：根据强度要求确定陶粒强度要求、水泥标号等材料参数及配合比例；制备过程中，首先将陶粒、水泥及石英砂干拌均匀，之后缓慢加入水，并充分搅拌浆体至均匀状态。

作为本发明的一种实施方式，制备陶粒混凝土步骤包括，在所述陶粒混凝土中添加改性剂，防止陶粒发生上浮现象，改性剂包括引气剂、生物胶、泡沫及化学纤维的至少一种。

本发明的有益效果在于：本发明提出的采用陶粒混凝土的屈曲约束支撑及其制备方法，可更好的地实现屈曲约束支撑对结构抗震性能的加固作用。

本发明采用的陶粒混凝土是一种以陶粒为粗骨料的混凝土复合材料，在合理的配合比设计下，其具备高抗压强度及较轻的自重。通过使用陶粒混凝土代替原普通混凝土，在保证屈曲约束支撑的承载能力前提下，缩小同等设计承载力等级构件的重量，方便构件的加工、运输与安装。

在本发明的一种使用场景下，本发明屈曲约束支撑由陶粒混凝土、芯板、外钢套筒及无黏结脱层组成；所述陶粒混凝土以陶粒为粗骨料的混凝土复合材料，起到承受轴向力及耗能作用；所述芯板主要起到耗能作用；所述外钢套筒为空心方钢管，起到侧向约束作用；所述无黏结脱层起到减小摩擦力的作用。本发明提供的结构形式简单，结构具备低重量、高强度、轴向变形能力强、耗能能力强及抗震性能良好等优点。

附图说明

图1为本发明一实施例中屈曲约束支撑的结构示意图。

图2为本发明一实施例中屈曲约束支撑芯板及无黏结脱层的结构示意图。

图3为图1的A-A向剖视图。

图4为本发明一实施例中屈曲约束支撑的结构示意图。

图5为本发明一实施例中屈曲约束支撑芯板及无黏结脱层的结构示意图。

图6为图4的B-B向剖视图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

该部分的描述只针对几个典型的实施例，本发明并不仅局限于实施例描述的范围。相同或相近的现有技术手段与实施例中的一些技术特征进行相互替换也在本发明描述和保护的范围内。

说明书中各个实施例中的步骤的表述只是为了方便说明，本申请的实现方式不受步骤实现的顺序限制。说明书中的“连接”既包含直接连接，也包含间接连接。

请参阅图1，本发明揭示了一种采用陶粒混凝土的屈曲约束支撑，所述屈曲约束支撑包括：陶粒混凝土1、芯板2、套筒3及无黏结脱层4。所述芯板2的中部区域设置于所述套筒3内，所述无黏结脱层4粘贴于所述芯板2与陶粒混凝土1接触的表面。所述陶粒混凝土1致密填充于所述芯板2与套筒3之间形成的空腔内；所述陶粒混凝土1支撑采用陶粒为粗骨料的混凝土复合材料，用于承受轴向力。

在本发明的一实施例中，所述芯板2可以为核心屈曲耗能构件。所述芯板2可以为十字芯板(如图1至图3所示)或H形芯板(如图4至图6所示)等；当然，芯板2也可以为其他形状的结构。

所述套筒3可以为空心方钢管，起到侧向约束作用。在一实施例中，所述套筒3可以为材质为钢的钢套筒。所述套筒3可以由钢板焊接而成，包覆于新型屈曲约束支撑外侧，起到提供侧向约束的作用。

所述无黏结脱层4可以起到减小摩擦力的作用，在一实施例中，所述无黏结脱层由橡胶膜、防水卷材、聚乙烯膜制成。

本发明的设计原理包括：根据结构抗震设计要求确定屈曲约束支撑的设计承载力，进一步确定陶粒混凝土强度等级、芯板规格及外钢套筒尺寸厚度等设计参数。应用过程中，首先焊接芯板，后将无黏结脱层粘贴于芯板与陶粒混凝土接触位置。之后，固定外钢套筒，在外钢套筒与芯板中间空腔内加压注入陶粒混凝土，从而形成一个完整的屈曲约束约束支撑构件。

本发明还揭示一种上述的采用陶粒混凝土的屈曲约束支撑的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

步骤S1：根据待加固结构的加固要求确定屈曲约束支撑的设计承载力标准；

步骤S2：根据屈曲约束支撑的设计承载力指标设计陶粒混凝土1配合比、芯板2及外钢套筒3的尺寸等参数；

步骤S3：在芯板2与陶粒混凝土1接触位置粘贴无黏结脱层4；

步骤S4：将芯板2和外钢套筒3空腔位置致密填充陶粒混凝土1，形成完整的屈曲约束支撑构件。

在本发明的一实施例中，所述制备方法进一步包括：制备陶粒混凝土步骤，具体包括：根据强度要求确定陶粒强度要求、水泥标号等材料参数及配合比例；制备过程中，首先将陶粒、水泥及石英砂干拌均匀，之后缓慢加入水，并充分搅拌浆体至均匀状态。

在一实施例中，制备陶粒混凝土步骤包括，在所述陶粒混凝土中添加改性剂，防止陶粒发生上浮现象，改性剂包括引气剂、生物胶、泡沫及化学纤维的至少一种。

在本发明的另一实施例中，所述陶粒混凝土1包括至少一第一陶粒混凝土及第二陶粒混凝土；各第一陶粒混凝土轴向设置。所述第一陶粒混凝土的致密程度高于所述第二陶粒混凝土的致密程度；各第一陶粒混凝土被所述第二陶粒混凝土包围。在一实施例中，第一陶粒混凝土的致密程度更高，相比第二陶粒混凝土的坚固程度更大；第一陶粒混凝土被第二陶粒混凝土包围，可以在相同成本的情况下，进一步提高整个支撑的承受力。

在本发明的又一实施例中，所述芯板2与套筒3形成的空腔内设有若干轴向设置的钢丝，各钢丝被致密的陶粒混凝土1所包围。由于设置钢丝(当然也可以是其他材质的结构)，可以凝结整个陶粒混凝土1轴向的受力，可以在相同成本的情况下，进一步提高整个支撑的承受力。

综上所述，本发明提出的采用陶粒混凝土的屈曲约束支撑及其制备方法，可更好的地实现屈曲约束支撑对结构抗震性能的加固作用。

本发明采用的陶粒混凝土是一种以陶粒为粗骨料的混凝土复合材料，在合理的配合比设计下，其具备高抗压强度及较轻的自重。通过使用陶粒混凝土代替原普通混凝土，在保证屈曲约束支撑的承载能力前提下，缩小同等设计承载力等级构件的重量，方便构件的加工、运输与安装。

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。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。实施例中所涉及的效果或优点可因多种因素干扰而可能不能在实施例中体现，对于效果或优点的描述不用于对实施例进行限制。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。