一种双芯板屈曲约束支撑及其制造方法技术领域
本发明涉及建筑工程技术领域，尤其涉及一种双芯板屈曲约束
支撑及其制造方法。
背景技术
屈曲约束支撑是一种具有高承载力的轴向拉压构件和高效的耗
能减震装置，它由芯板材料、约束芯板屈曲的套管和位于芯板和套
管之间的无粘结材料及填充材料组成。这是一种受拉时同普通支撑
而受压时承载力与受拉时相当且具有消能机制的支撑。屈曲约束支
撑仅芯板与其他构件连接，所受的荷载全部由芯板承担，套管和填
充材料仅约束芯板受压屈曲，使芯板在受拉和受压下均能进入屈服，
因此，屈曲约束支撑的滞回性能优良。
屈曲约束支撑一方面可以避免普通支撑拉压承载力差异显著的
缺陷，另一方面具有金属阻尼器的耗能能力，可以在结构中充当“保
险丝”，使得主体结构基本处于弹性范围内。因此，屈曲约束支撑的
应用，可以全面提高传统的支撑框架在中震和大震下的抗震性能。
根据其在结构中的不同功能，屈曲约束支撑可分为承载型和耗能型。
承载型屈曲约束支撑一般只在弹性阶段工作而不屈服，作为弹性二
力杆为结构提供足够的刚度或传递结构内力，而耗能型屈曲约束支
撑则可在弹塑性范围工作，在中、大震下通过拉压屈服耗散地震能
量。
现有的组合钢管混凝土式屈曲约束支撑的芯板材料通常采用一
字芯板或者常见的十字芯板1。
1、对于一字芯板：由于一字芯板的两端分别增加两块加劲肋而
变为十字截面，以满足连接段刚度大于耗能段的构造需求，而位于
矩形钢管的中部的芯板耗能段依旧采用一字截面，这就限制了屈曲
约束支撑整体的承载能力，使屈曲约束支撑仅能满足4000kN以下的
承载力需求。
2、对于十字芯板1：内芯为十字芯板1，外套筒为钢管2灌注
混凝土3的组合结构。图1为现有技术的组合钢管混凝土式屈曲约
束支撑的轴测图，图2为现有技术的组合钢管混凝土式屈曲约束支
撑的十字芯板的轴测图，图3为图1中A-A处剖视图。如图1-3所
示，这种构造导致以下两个方面的问题：
(1)性能方面：十字芯板1的轴线长度方向全尺寸都存在焊接
热影响区，致使钢材材质延性变差；而且十字芯板1的焊缝与钢板
之间容易存在咬边等缺陷，焊缝内部也有夹渣气孔等不足，这些都
导致焊缝金属延性变差；此外，长线焊接存在较大焊接残余应力，
使十字芯板1钢材处于三向受拉状态，容易发生脆性断裂。上述性
能方面的缺陷是导致十字芯板1耗能能力和延性降低的因素。
(2)加工方面：十字芯板1中四条焊缝的长线焊接工作，非常
耗时低效，而且产生较大焊接残余变形，对屈曲约束支撑的组装和
支撑的稳定性都存在较大影响，对加工制作方法也提出了更高的要
求，间接地增加了构件的生产和时间成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双芯板屈曲约束支撑及其制造方法，
以解决现有技术的组合钢管混凝土式屈曲约束支撑存在的加工制造
问题、并弥补性能质量方面的缺陷。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供的一种双芯板屈曲约束支撑，包括一个双芯板、四
个加劲肋板和钢管混凝土约束构件；所述双芯板由两个外形相同的
条状平板通过各自的厚度方向上的侧平面相互贴合地拼接而成，两
个所述条状平板之间设置树脂凝胶；两个所述加劲肋板分别垂直地
设置在所述双芯板的两侧平面的中线上，且与所述双芯板一个端面
平齐；另外两个所述加劲肋板分别垂直地设置在所述双芯板的两侧
平面的中线上，且与所述双芯板的另一个端面平齐；所述钢管混凝
土约束构件为条状构件，套接在所述双芯板的侧壁外。
进一步，所述双芯板的长度大于所述钢管混凝土约束构件的长
度。该技术方案的技术效果在于：钢管混凝土约束构件只为支撑提
供抗弯刚度而不承受轴力，而双芯板通过连接构件与框架结构相连
而承受拉压轴力，故双芯板的长度设计为大于钢管混凝土约束构件
的长度。
进一步，所述双芯板两端的宽度大于其中间的宽度。该技术方
案的技术效果在于：双芯板通过连接构件与框架结构相连而承受拉
压轴力，双芯板的两端宽度大，中间宽度小，保证了双芯板耗能段
的截面面积小于连接段的截面面积，进而保证了双芯板连接段的刚
度大于耗能段的刚度，使屈曲约束支撑在承受拉压作用中耗能段不
会超出被钢管混凝土约束构件约束的范围，同时保证了拉压过程中
双芯板的连接段保持弹性。
进一步，所述钢管混凝土约束构件包括钢管和混凝土，所述混
凝土灌注于所述钢管内；所述混凝土的内部设置有与所述双芯板的
外形相配合的空腔。该技术方案的技术效果在于：钢管和灌注于钢
管内的混凝土组成刚性结构件，用于为双芯板提供抗弯刚度；混凝
土内部的空腔，用于容纳放置双芯板。
进一步，所述双芯板与所述混凝土之间设置有防粘结层。该技
术方案的技术效果在于：防粘结层一方面防止混凝土粘接在双芯板
的表面，另一方面在双芯板的侧壁和混凝土之间增加了非刚性接触
的物质，能够为双芯板预留变形缝。
进一步，所述钢管混凝土约束构件包括两个槽钢约束构件，所
述槽钢约束构件由槽钢和条形的盖板拼装成内有空腔的长条形方管，
其内部灌注混凝土；两个所述槽钢约束构件分别设置在所述双芯板
的厚度方向上的两侧，且两个所述槽钢约束构件的所述盖板远离所
述双芯板。该技术方案的技术效果在于：设置槽钢和盖板的组合结
构，使得混凝土在盖板未装配时能够灌注在槽钢内，避免了混凝土
的振捣施工困难、空腔的形成以及槽钢约束构件的端部膨胀，大大
提高了设备的质量安全水平。
进一步，所述盖板的厚度大于所述槽钢的钢板厚度。该技术方
案的技术效果在于：由于槽钢的截面靠近其形心轴位置，对钢管的
抗弯刚度贡献有限，且只作为模板使用，因此槽钢的厚度可相对较
薄，而远离形心轴的盖板的厚度可相对较大，这种设置方式能够最
充分地发挥钢材对抗弯刚度的贡献，节省用钢量。
进一步，还包括第一限位板、第二限位板、第一封板和第二封
板；所述第一限位板和所述第二限位板均设置在两个所述槽钢约束
构件相对的侧壁之间，并且分别位于所述双芯板宽度方向的外侧；
所述第一封板分别连接两个所述槽钢约束构件，且位于所述第一限
位板远离所述双芯板的一侧；所述第二封板分别连接两个所述槽钢
约束构件，且位于所述第二限位板远离所述双芯板的一侧。该技术
方案的技术效果在于：由于双芯板设置于两个槽钢约束构件的夹缝
之中，在两个槽钢约束构件相对的侧壁之间设置第一限位板和第二
限位板，有利于固定双芯板和两个槽钢约束构件之间的相对位置关
系，确保了双芯板轴向的变形缝，保证了双芯板在轴力下的泊松效
应，使得双芯板能够相对自由变形。同时，第一封板、第二封板和
两个槽钢约束构件紧紧包裹在双芯板的外侧，与第一限位板和第二
限位板配合作用，使得双芯板屈曲约束支撑形成整体的一个设备，
结构紧凑。并且进一步约束了双芯板在强轴方向上的变形。
进一步，还包括两个支撑节点板，所述支撑节点板的厚度等于
所述双芯板的厚度，用于分别连接双芯板屈曲约束支撑与框架结构
的梁柱。该技术方案的技术效果在于：支撑节点板用于连接双芯板
屈曲约束支撑与框架结构的梁柱，其厚度与双芯板的厚度相适配，
能够提高双芯板屈曲约束支撑的整体支撑性能。
本发明还提供一种如权利要求1-9任一项所述的双芯板屈曲约
束支撑的制造方法，包括以下步骤：
制作两个所述条状平板；
将四个所述加劲肋板焊接到两个所述条状平板上；
使用树脂凝胶粘接两个所述条状平板；
制作所述钢管混凝土约束构件，并与所述条状平板、所述加劲
肋板组装成所述双芯板屈曲约束支撑；
根据所述双芯板屈曲约束支撑的尺寸和框架结构梁柱的尺寸制
作两个所述支撑节点板。
本发明的有益效果是：由于双芯板通过两个外形相同的条状平
板拼接而成，提高了芯板的屈服承载力，避免了使用厚板而导致的
强度、塑性、韧性较差、残余应力大、容易开裂的情况；同时，双
芯板利用树脂凝胶拼接，比传统的十字板内芯减少了焊接工作量，
降低了芯板的定位难度和制作难度。双芯板屈曲约束支撑的制造方
法，先焊接加劲肋板，再粘接双芯板，能够在增加双芯板的屈服承
载力的同时，大大降低焊接带来的钢板延展性缺陷。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式的技术方案，下面将对
具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍。作为对比，
附图中还包括了现有技术的图纸。显而易见地，下面描述中的附图
是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付
出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术的组合钢管混凝土式屈曲约束支撑的轴测图；
图2为现有技术的组合钢管混凝土式屈曲约束支撑的十字芯板
的轴测图；
图3为图1中A-A处剖视图；
图4为本发明实施例一提供的双芯板屈曲约束支撑的轴测图；
图5为本发明实施例一、二提供的双芯板屈曲约束支撑的双芯
板和加劲肋版的轴测图；
图6为图4中B-B处剖视图；
图7为本发明实施例二提供的双芯板屈曲约束支撑的轴测图；
图8为本发明实施例二提供的双芯板屈曲约束支撑的爆炸图；
图9为图7中C-C处剖视图；
图10为图7中D-D处剖视图；
图11为本发明提供的双芯板屈曲约束支撑的支撑节点板的主
视图；
图12为图11中E-E向截面图。
附图标记：
1-十字芯板；2-钢管；3-混凝土；
4-双芯板；401-条状平板；5-加劲肋板；
6-槽钢约束构件；7-盖板；8-第一限位板；
9-第二限位板；10-第一封板；11-第二封板；
12-支撑节点板。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，
显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施
例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造
性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、
“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置
关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明
和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的
方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理
解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限
定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是
固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，
也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，
可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可
以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明提供了一种双芯板屈曲约束支撑，其中：图4为本发明
实施例一提供的双芯板屈曲约束支撑的轴测图，图5为本发明实施
例一、二提供的双芯板屈曲约束支撑的双芯板和加劲肋版的轴测图，
图6为图4中B-B处剖视图，图7为本发明实施例二提供的双芯板
屈曲约束支撑的轴测图，图8为本发明实施例二提供的双芯板屈曲
约束支撑的爆炸图，图9为图7中C-C处剖视图，图10为图7中
D-D处剖视图。如图4-10所示，双芯板屈曲约束支撑的主要结构包
括一个双芯板4、四个加劲肋板5和钢管混凝土约束构件。具体地，
双芯板4由两个外形相同的条状平板401通过各自的厚度方向上的
侧平面相互贴合地连接，其连接面之间利用树脂凝胶粘接。两个加
劲肋板5分别垂直地设置在双芯板4的两侧平面的中线上，且与双
芯板4一个端面平齐；另外两个加劲肋板5分别垂直地设置在双芯
板4的两侧平面的中线上，且与双芯板4的另一个端面平齐。另外，
钢管混凝土约束构件为条状构件，套接在双芯板4的侧壁外。在现
有技术中，如图1-3所示，组合钢管混凝土式屈曲约束支撑主要包
括十字芯板1、钢管2和混凝土3。制作组合钢管混凝土式屈曲约束
支撑时，十字芯板1往往屈服承载力不足，而增加十字芯板1的厚
度，容易出现残余应力大、容易开裂等情况。另外，十字芯板1的
轴线长度方向全尺寸都存在焊接热影响区，致使钢材材质延性变差；
而且十字芯板1的焊缝与钢板之间容易存在咬边等缺陷，焊缝内部
也有夹渣气孔等不足，这些都导致焊缝金属延性变差；此外，长线
焊接存在较大焊接残余应力，使十字芯板1钢材处于三向受拉状态，
容易发生脆性断裂。同时，十字芯板1的四条焊缝，在生产制造过
程中增加了构件的生产和时间成本。本发明的双芯板屈曲约束支撑
的双芯板4通过两个外形相同的条状平板401拼接而成，提高了芯
板的屈服承载力，避免了使用厚板而导致的强度、塑性、韧性较差、
残余应力大、容易开裂的情况；同时，双芯板4利用树脂拼接，比
传统的十字板内芯减少了焊接工作量，降低了芯板的定位难度和制
作难度。
进一步地，如图4、7所示，双芯板4的长度大于钢管混凝土约
束构件的长度。由于钢管混凝土约束构件只为支撑提供抗弯刚度而
不承受轴力，而双芯板4通过连接构件与框架结构相连而承受拉压
轴力，故双芯板4的长度设计为大于钢管混凝土约束构件的长度。
进一步地，如图4、5、7、8所示，双芯板4两端的宽度大于其
中间的宽度。由于双芯板屈曲约束支撑通过双芯板4的两端连接被
支撑的结构用于承受抗压轴力，双芯板4的两端宽度大，中间宽度
小，能够保证双芯板4耗能段的截面面积小于连接段的截面面积，
进而实现双芯板4连接段的刚度大于耗能段的刚度，使屈曲约束支
撑在承受拉压作用中耗能段不会超出被钢管混凝土约束构件约束的
范围，同时保证了拉压过程中双芯板4的连接段保持弹性。
实施例一：
如图4、6所示，进一步地，钢管混凝土约束构件包括钢管2
和混凝土3。其中，混凝土3灌注于钢管2内，混凝土3的内部设
置有与双芯板4的外形相配合的空腔。在本实施例中，钢管2和灌
注于钢管2内的混凝土3组成刚性结构件，用于为双芯板4提供抗
弯刚度。而混凝土3内部的空腔，用于容纳、放置双芯板4。
进一步地，双芯板4与混凝土3之间设置有防粘结层(未标注)。
在本实施例中，防粘结层一方面防止混凝土3粘接在双芯板4的表
面，另一方面在双芯板4的侧壁和混凝土3之间增加了非刚性接触
的物质，能够为双芯板4预留变形缝。
实施例二：
如图7、8、9、10所示，进一步地，钢管混凝土约束构件包括
两个槽钢约束构件6。具体地，槽钢约束构件6由槽钢和条形的盖
板7拼装成内有空腔的长条形方管，其内部灌注混凝土3。两个槽
钢约束构件6分别设置在双芯板4的厚度方向上的两侧，且两个槽
钢约束构件6的盖板7远离双芯板4。在本实施例中，设置槽钢和
盖板7的组合结构，使得混凝土3在盖板7未装配时能够灌注在槽
钢内，避免了混凝土3的振捣施工困难、空腔的形成以及槽钢约束
构件6的端部膨胀等问题，大大提高了设备的质量安全水平。
如图9、10所示，进一步地，盖板7的厚度大于槽钢的钢板厚
度。在本实施例中，由于槽钢的截面靠近其形心轴位置，对钢管2
的抗弯刚度贡献有限，且只作为模板使用，因此槽钢的厚度可相对
较薄，而远离形心轴的盖板7的厚度可相对较大，这种设置方式能
够最充分地发挥钢材对抗弯刚度的贡献，节省槽钢的用钢量。
如图7-10所示，进一步地，还包括第一限位板8、第二限位板
9、第一封板10和第二封板11。具体地，第一限位板8和第二限位
板9均设置在两个槽钢约束构件6相对的侧壁之间，并且分别位于
双芯板4宽度方向的外侧。第一封板10位于第一限位板8远离双芯
板4的一侧，并且焊接在两个槽钢约束构件6上；第二封板11位于
第二限位板9远离双芯板4的一侧，并且焊接在两个槽钢约束构件
6上。在本实施例中，由于双芯板4设置于两个槽钢约束构件6的
夹缝之中，在两个槽钢约束构件6相对的侧壁之间设置第一限位板
8和第二限位板9，有利于固定双芯板4和两个槽钢约束构件6之间
的相对位置关系，能够保留双芯板4轴向的变形缝，保证了双芯板
4在轴力下的泊松效应，使得双芯板4能够相对自由变形。而第一
封板10、第二封板11和两个槽钢约束构件6紧紧包裹在双芯板4
的外侧，与第一限位板8和第二限位板9配合作用，使得双芯板屈
曲约束支撑形成整体的一个设备，结构紧凑。并且进一步约束了双
芯板4在强轴方向上的变形。
如图11、12所示，进一步地，还包括两个支撑节点板12，且
支撑节点板12的厚度等于双芯板4的厚度，用于分别连接双芯板屈
曲约束支撑与框架结构。在本实施例中，与双芯板屈曲约束支撑配
合的支撑节点板12的构造能够得到优化：支撑节点板12的厚度为
双芯板4两条条状平板401的厚度之和，支撑节点板12与双芯板4
采用对接焊固定。支撑节点板12厚度的增加使得支撑节点板12开
坡口与框架结构的梁柱相连时，焊缝焊脚尺寸增加，进而减小了为
满足强度而所必需的焊缝长度，也就减小了支撑节点板12的尺寸，
还进一步减少了支撑节点板12与梁柱形成刚域对于框架的影响，受
力情况更加贴近理想模型。
本发明还提供一种上述双芯板屈曲约束支撑的制造方法，其具
体步骤有：
1、先切割、制作两个条状平板401；
2、然后将四个加劲肋板5焊接到两个条状平板401上，两个加
劲肋板5焊接在一个条状平板401同一侧平面的中心线上，另两个
加劲肋板5焊接在另一个条状平板401同一侧平面的中心线上；
3、使用树脂凝胶将两个条状平板401未焊接加劲肋板5的侧平
面贴合地粘接；
4、制作钢管混凝土约束构件，并将钢管混凝土约束构件与条状
平板401、加劲肋板5组装成双芯板屈曲约束支撑；
5、根据双芯板屈曲约束支撑的尺寸和框架结构梁柱的尺寸制作
两个支撑节点板12。
双芯板屈曲约束支撑的安装工序为：将两个支撑节点板12焊接
到框架结构的梁柱上，再吊装双芯板屈曲约束支撑，使双芯板屈曲
约束支撑的两端与两个支撑节点板12焊接固定。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，
而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，
本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记
载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等
同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本
发明各实施例技术方案的范围。