[发明专利]一种钢管内灌聚氨酯高效支撑

说明书

技术领域

本发明涉及一种结构工程技术领域的抗侧力构件，更具体地说，涉及一种钢管和钢管内部灌注的高性能聚氨酯材料共同构成的高效支撑。

背景技术

钢支撑是钢结构中的主要抗侧力构件之一，广泛应用于支撑钢框架、厂房柱间支撑系统等结构中。钢支撑在结构中一般按一定倾斜角度成对布置，具备很大的承载能力和刚度，常常提供高达75%的结构水平刚度，是地震作用和风荷载的主要承担者。普通钢支撑在受拉力时可以充分发挥钢材的强度和塑性优势，有很高的承载能力和变形能力，并能提供可靠的刚度；但当受压力时，常常由于稳定承载能力不足而发生失稳，此时承载能力和刚度大大下降，致使结构的延性不足，往复荷载作用下的滞回曲线不够饱满，结构变形能力、耗能能力较弱，影响了钢结构抗震优势的发挥。在支撑钢框架结构中，水平荷载较大的情况下，当支撑斜杆相交于框架梁时（例如V形、人字形支撑），会出现受压支撑由于失稳承载能力大大降低无法平衡受拉支撑的竖向分力的情况，此时《建筑结构抗震设计规范》GB50017-2010规定需把与支撑相连的框架梁设计得足够强劲，这使得梁截面明显增大；同时设计方面根据GB50017-2010规定的“强柱弱梁”原则又必然要对与此框架梁相连的柱进行加强，这样不但结构的用钢量大大增加，而且结构刚度会明显增大，从而导致更大的地震反应。宽肢薄壁的钢结构支撑构件在往复荷载作用下，往往会因局部屈曲导致受压行程中的整体失稳现象发生，使得抗压能力大大小于抗拉能力，整体性能最优的管状截面结构同样也有这一缺点。

现有的防屈曲耗能支撑一般有核心单元、约束单元及滑动机制单元组成，具有很好的稳定承载力，在往复荷载作用下具有良好的塑性滞回耗能能力，如中国专利号ZL201020302287.0，授权公告日2010年9月29日，发明创造名称为：一种带横隔板单管双芯屈曲约束支撑，该申请案涉及一种带横隔板单管双芯屈曲约束支撑，包括核心钢支撑、约束钢管、约束钢管与核心钢支撑之间的填充层，约束钢管套在核心钢支撑之外，所述核心钢支撑是两根，每根包括中央的屈服段、两外端部的外伸段及外伸段和屈服段之间的过渡段，所述外伸段上部有用于连接节点板的螺栓孔，所述屈服段的中部焊有与屈服段垂直的横隔板，横隔板在屈服段的外围分布有预留孔洞，横隔板的两侧连接两段约束钢管，所述核心钢支撑的屈服段和过渡段的外表面有光滑脱粘层，所述填充层紧贴约束钢管的内表面，其与光滑脱粘层之间留有缝隙。该申请案虽然提高了结构刚度，增大结构整体耗能能力，但其成本高昂，构成复杂，核心钢支撑需要用特定强度钢板制成，制作工艺复杂，生产条件要求较高；约束钢管本身并不参加受力，仅是起约束核心单元失稳的作用，从受力角度看力学性能未能得到利用。

另外需要指出的是：现有的钢管混凝土轴心受力构件的抗震性能并不理想，混凝土材料的拉、压性能迥异，一般受拉能力仅有受压能力的1/10左右，不能用来承受拉力。如中国专利申请号200710062637.3，公告日为2007年7月18日，发明创造名称为：钢管防屈曲耗能支撑，该申请案涉及一种属于结构工程领域的钢管防屈曲耗能支撑，所述钢管防屈曲耗能支撑由轴力单元、约束单元、隔离单元和连接单元组成；所述轴力单元为圆钢管；所述屈曲约束单元为浇筑于圆钢管内部的混凝土；所述隔离单元设置在圆钢管与混凝土之间；所述连接单元安装于支撑两端，用于连接支撑与框架结构。该申请案的钢管轴力单元具有很高的刚度，能够有效防止支撑发生整体失稳；钢管内所填充的混凝土可以防止钢管轴力单元发生局部失稳及高阶屈曲，但其不足之处在于：该申请案的一种钢管防屈曲耗能支撑在往复荷载作用下，在受拉行程中，混凝土基本不能提供可以利用的抗拉承载力；而在受压行程中，混凝土受压变形的能力也很有限，在应变不大的情况下就会压碎，失去对钢管的有效约束作用，使得钢管良好的塑性变形能力不能充分发挥。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术中普通钢支撑抗压承载力不足，容易发生整体失稳，抗震耗能能力差，而防屈曲耗能支撑造价高昂、制作复杂的不足，提供了一种钢管和钢管内部灌注的高性能聚氨酯材料共同构成的高效支撑，采用本发明提供的技术方案，利用聚氨酯材料和钢材良好的粘结性能使钢管和聚氨酯成为一个共同体，同时聚氨酯可以提供支撑的一部分轴向抗拉、抗压能力，使支撑在往复荷载作用下拥有优秀的滞回性能，抗震耗能能力强，且支撑的制作工艺简单，重量轻、成本低。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：