阅读说明：本技术 一种颗粒填充方钢管消能减震构件 (Energy dissipation and shock absorption component of particle-filled square steel tube ) 是由 周宏元 吴洁好 王小娟 于 2021-08-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种颗粒填充方钢管消能减能减震构件,该构件包括外部方钢管、颗粒散体填充材料、内部耗能加强单元。本发明实现了消能减震,传统钢结构建筑面对地震荷载作用下,层间发生错动,引起钢管内颗粒散体材料之间、颗粒散体与内部耗能加强单元之间的相互碰撞和摩擦,大大提高了消能减震效率和抗震能力,降低震后加固修复的时间和经济成本。同时颗粒散体填充材料为固体废弃材料,实现了绿色建筑和可持续发展的理念。(The invention discloses a particle-filled square steel tube energy dissipation and energy reduction shock absorption component which comprises an external square steel tube, a particle bulk filling material and an internal energy dissipation strengthening unit. The invention realizes energy dissipation and shock absorption, and the traditional steel structure building faces the action of earthquake load, and the interlamination dislocation occurs to cause mutual collision and friction among granular discrete materials in the steel pipe and between the granular discrete materials and the internal energy consumption strengthening units, thereby greatly improving the energy dissipation and shock absorption efficiency and shock resistance, and reducing the time and economic cost of reinforcement and repair after earthquake. Meanwhile, the granular bulk filling material is a solid waste material, and the concepts of green building and sustainable development are realized.)

一种颗粒填充方钢管消能减震构件

技术领域

本发明涉及一种颗粒填充方钢管消能减震构件，用于提高工程结构抗震性能，属于土木工程技术领域。

背景技术

我国西南地区地震活跃频发，长期受到地震灾害的影响，其中农村地区的经济损失和人员伤亡更为突出。目前工程领域的减、隔震技术已能有效的提高结构的抗震性能，但工程量较大，施工较为复杂、造价较高，不适用于农村这种经济和施工条件较差的地区。基于此设计本发明专利一种颗粒填充方钢管消能减震构件，该构件提高了钢结构建筑的刚度、耗能能力，使其具有很好的消能减震效率，大大提高抗震能力；同时颗粒散体填充材料因地制宜，可采用当地砂石料也可采用固体废弃材料，有效降低制作造价，同时兼具绿色环保的理念。钢结构建筑一般采用工厂预制构件，现场装配施工，施工过程简便，周期较短。

本发明专利在提高抗震能力的同时兼具低造价、简便、短周期的特点。在地震多发的农村地区有推广潜力，具有一定的工程实用价值。

发明内容

本发明针对农村地区钢结构建筑抗震设防，提出一种颗粒填充方钢管消能减震构件。一种颗粒填充方钢管消能减震构件作为钢结构建筑承力构件的一部分，当受到地震荷载作用时，建筑结构发生晃动。层与层之间的相对运动，引起承力柱往复运动，进而引发方钢管内部颗粒填充材料发生相互碰撞和摩擦作用。颗粒材料相互作用的过程，将机械能转为内能耗散部分能量，从而减小建筑结构所受到的地震能量，以提高其抗震性能。方钢管内部耗能加强单元促进颗粒填充材料之间以及颗粒填充材料和耗能加强单元间的相互作用，充分发挥期间协同工作的能力，利用械能转化为内能的特性，以提高消能减震效率，增加建筑结构的抗震能力。

本发明专利的目的通过如下途径实现：

一种颗粒填充方钢管消能减震构件，包括外部方钢管、内部颗粒填充材料、内部耗能加强单元。为了方便施工和环保，采用工厂预制构件，现场装配施工，适用于钢结构建筑。

首先，根据建筑结构设计选用所需方钢管，钢管底部采用钢板封堵焊接施工的方式将其封装。其次，选取方钢管任意两相对内壁，沿该面中线布设定位点，安装耗能增强单元。起始内部耗能增强单元位置距离方钢管顶部25cm，以间距16cm依次向方钢管根部排列，另一侧起始内部耗能增强单元的位置距离方钢管顶部33cm，以间距16cm以此向方钢管根部排列。采用方钢管挖空，内插耗能增强单元，然后焊接的工艺进行加工。然后，将颗粒填充材料从方钢管顶部倒入，每倒入一定量颗粒填充材料，振捣多次，再继续倾倒，直至到达目标填量。最后将方钢管顶部采用相同的钢板封堵焊接工艺进行封装。

上述方案中，方钢管作为结构主要的承力构件，一方面为建筑结构提供竖向承载力，另一方面为颗粒填充材料提供约束。根据建筑结构的设局需求可在方钢管内部添设横隔板以增加内部腔体数量，以更好的提高消能减震效率。

上述方案中，颗粒填充材料作为主要的耗能部分，利用颗粒和颗粒间、颗粒和耗能增强单元间以及颗粒和方钢管间的碰撞和摩擦，将机械能转化为内能，消耗部分地震能量。颗粒填充材料可选择固体颗粒废弃物(废弃混凝土颗粒、废弃砖渣)、当地盛产砂石料。

上述方案中，内部耗能增强单元主要用于增加颗粒填充材料的运动，提高构件的耗能减震能力。内部耗能增强单元的数量，形式可根据抗震设计进行组合。

本发明的有益效果是，将颗粒填充材料(固体颗粒废弃4)和钢结构建筑相结合，对传统钢结构柱内填充颗粒材料，并设置耗能加强单元。在面对地震作用时，利用颗粒散体特性将机械能转化为内能耗散，从而减小建筑结构所受地震作用，大大提高结构抗震性能。并且本发明作为装配式构件，在地震后维修和加固便捷、经济大大降低时间和经济成本。

附图说明

图1一种颗粒填充方钢管消能减震构件效果图

图2一种颗粒填充方钢管消能减震构件透视图

图3一种颗粒填充方钢管消能减震构件的内部耗能增强单元效果图

图1-3中：1为方钢管，2为内部耗能增强单元，3颗粒填充材料(固体废弃颗粒)。

具体实施方式

结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明:

以某建筑结构为例，方钢管为Q235钢材，200mm×200mm正方形截面，壁厚t＝10mm，长度为3m的钢管。内部耗能增强单元选用焊接栓钉，Q235钢，直径为1.6cm，长度为两内壁间距的1/3(60mm)。所述颗粒填充材料为废弃混凝土颗粒，粒径为1.18-2.38mm。

本发明专利一种颗粒填充方钢管消能减震构件，由外部方钢管、颗粒填充材料、内部耗能增强单元构成。

首先，方钢管1底部采用焊接钢板封堵。其次，方钢管1两相对内壁打洞焊接栓钉，焊接栓钉沿内壁中线分布。一侧起始焊接栓钉距方钢管1顶部25cm，紧接着焊接栓钉以等间距16cm依次向方钢管1根部排列，该侧焊接5个焊接栓钉。另一侧起始焊接栓钉距方钢管1顶部33cm，紧接着焊接栓钉以等间距16cm依次向方钢管1根部排列，该侧焊接5个焊接栓钉，两侧共计10个。焊接栓钉长度为两内壁间距的1/3(60mm)。焊接栓钉后的方刚管外壁打磨平整。然后，向方钢管腔体内填充废弃混凝土颗粒3，填充至方钢管高度的1/3(600mm)处进行振捣，然后继续填充至2/3(1200mm)处振捣密实，直至废弃混凝土颗粒填充至距离方钢管顶部20cm处。最后，采用相同的钢板封堵焊接工艺进行封装顶口。

制作完成的颗粒填充方钢管消能减震构件运输至施工现场，根据结构设计，按图施工，安装在相应位置。