一種帶套管單杆方鋼管支撐及其構造方法

2023-06-17 06:27:06 1

專利名稱：一種帶套管單杆方鋼管支撐及其構造方法
技術領域：
本發明屬於鋼支撐技術領域，具體涉及一種帶套管單杆方鋼管支撐及其構造方法。
背景技術：
近年來，單杆鋼支撐作為多層或高層建築特別廠房中的抗側力結構構件在工程中得到了廣泛的應用。但是，普通單杆鋼支撐有於易發生受壓屈曲現象，受壓承載力低，屈曲後抗側剛度衰減快，屈曲後平面外變形大，導致支撐受拉性能與受壓性能差異突出，實際建築中需要沿每個設計方向均需布設多個受拉支撐，彌補水平荷載反向後原受拉支撐變為受壓支撐後的剛度與承載力，導致支撐數量較多。另外，普通單杆支撐受壓屈曲後平面外變形大，屈曲部位在往復拉壓作用下支撐易發生斷裂導致支撐完全退出工作，影響了結構整體的抗震性能發揮。如何提高單杆支撐的受壓屈曲承載力，延緩支撐屈曲後的斷裂，充分發揮鋼支撐的功效，以改善帶支撐結構的綜合抗震性能特別提高建築抗地震倒塌能力成為一個關鍵技術問題。現有的改善單杆鋼支撐的方案中，有增大支撐截面，從而減小單杆支撐的長細比， 提高支撐受壓時的剛度與承載力。其存在的問題是增大了支撐截面尺寸，提高了支撐的抗壓承載力，但更增加了支撐受拉狀態時的剛度與承載力；材料用量增加；支撐長細比小後支撐的塑性變形能力降低，斷裂會提早發生。現有的改善單杆鋼支撐的方案中還有一種採用防屈曲鋼支撐(或屈曲約束支撐) 的技術。其存在問題是構造複雜，端部需要複雜的連接構造；支撐本身造價高；往復拉壓作用下支撐的極限變形能力有限，斷裂發生早。現有的改善普通單杆支撐受壓性能的方法有增加杆件截面但是，面積增加同時提高了支撐承載力，造成結構剛度明顯增加、受拉狀態時材料的性能不能充分發揮，有抗震設計要求時導致結構吸收更多的地震能量。採用放屈曲支撐，通過加強外圍的約束，保證材料拉壓性能一致，但是，這種防屈曲支撐的連接構造複雜，造價是普通單杆支撐造價的幾倍甚至十幾倍，重要建築使用效益明顯，但對普通建築造價難以接受。

發明內容
為了克服上述現有技術存在的不足，本發明的目的在於提供一種帶套管單杆方鋼管支撐及其構造方法，解決了普通單杆鋼支撐的受壓剛度與受壓屈曲承載力低、拉壓往復作用下斷裂變形早的問題，並確保了支撐的變形能力。為了達到上述目的，本發明所採用的技術方案是一種帶套管單杆方鋼管支撐，包括水平軸向對稱的條狀方鋼管支撐1，方鋼管支撐 1兩端部分別各自嵌入一塊擴口狀端板3，擴口狀端板3的大口端在方鋼管支撐1外部，擴口狀端板3的小口端的上下表面分別固定有一塊加強板4，在方鋼管支撐1外表面還套有與其同軸的套管2。
所述的帶套管單杆方鋼管支撐的製作方法，其步驟如下步驟1 按照設計承載力與變形要求確定方鋼管支撐1的長度與截面尺寸；步驟2 選取其橫向跨度要大於方鋼管支撐1橫向跨度的兩塊擴口狀端板3 ；步驟3 選取能套在方鋼管支撐1的外表面的套管2，並對套管2兩端開槽，然後防鏽處理其內外表面；步驟4 選取四塊能嵌入方鋼管支撐1內的加強板4 ；步驟5 在方鋼管支撐1兩端沿軸向其內部嵌入式開槽，槽口大小要大於加強板4 大小，將方鋼管支撐1每一端用兩塊加強板4沿其槽口軸向置入方鋼管支撐1的內部槽端， 並分別在內部槽端將加強板4同方鋼管支撐1焊接固定，保持每一端的兩塊加強板4上下相對留有空隙；步驟6 對方鋼管支撐1的內外表面、加強板4以及兩塊擴口狀端板3進行防鏽防腐處理；步驟7 將一塊擴口狀端板3分別卡入方鋼管支撐1 一端槽口並且卡入的端部嵌入對應的兩塊加強板4上下相對留有空隙中，隨後通過焊接方式將方鋼管支撐1同該擴口狀端板3焊接在一起；步驟8 從方鋼管支撐1的另一端將套管2套在方鋼管支撐1外表面，然後將另一塊擴口狀端板3分別卡入方鋼管支撐1另一端槽口並且卡入的端部嵌入對應的兩塊加強板 4上下相對留有空隙中，隨後通過焊接方式將方鋼管支撐1同該另一塊擴口狀端板3焊接在一起；步驟9 對擴口狀端板3的端部以及方鋼管支撐1的端部除鏽後完成防鏽防腐處理。所述的確定方鋼管支撐1的長度與截面尺寸，還要遵循方鋼管支撐1截面的寬厚比不能超過預定的抗斷裂塑性變形能力限制。所述的選取其橫向跨度要大於方鋼管支撐1橫向跨度的兩塊擴口狀端板3時，還要保證擴口狀端板3的承載力以及其與方鋼管支撐1之間連接焊縫的承載力不低於方鋼管支撐1的極限抗拉承載力，屈服與屈曲限制在方鋼管支撐1內，且允許擴口狀端板3平面外受彎屈服。所述的選取四塊能嵌入方鋼管支撐1內的加強板4時，還要滿足加強板4的橫截面面積以及與方鋼管支撐1之間焊縫的強度要能防止破壞發生在擴口狀端板3與方鋼管支撐1的交界區。本發明的帶套管單杆方鋼管支撐，適用於鋼筋混凝土框架結構、鋼框架、底框結構等；可以作為結構抗側元件提高結構的抗側剛度與抗剪承載力，由於存在外圍套管，可以提高支撐的受壓屈曲承載力，基本消除普通支撐的受壓性能缺陷。當地震力繼續增大時，支撐出現屈服和塑性變形，以消耗輸入結構的地震能量。由於芯材按照特定變形需求設計，能在到達設計變形之前穩定工作，不會發生斷裂，從而約束結構的層間位移，同時，受拉支撐的存在能與周圍梁柱形成幾何不變體系，防止結構過早形成層屈服機制而發生倒塌。提高結構的抗倒塌能力。


圖1是本發明的帶套管單杆方鋼管支撐的主視圖。圖2是本發明的帶套管單杆方鋼管支撐的俯視圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作更詳細的說明。如圖1、圖2所示，帶套管單杆方鋼管支撐，包括水平軸向對稱的條狀方鋼管支撐 1，方鋼管支撐1兩端部分別各自嵌入一塊擴口狀端板3，擴口狀端板3的大口端在方鋼管支撐1外部，擴口狀端板3的小口端的上下表面分別固定有一塊加強板4，在方鋼管支撐1外表面還套有與其同軸的套管2。所述的帶套管單杆方鋼管支撐的製作方法，其步驟如下步驟1 按照設計承載力與變形要求確定方鋼管支撐1的長度與截面尺寸；步驟2 選取其橫向跨度要大於方鋼管支撐1橫向跨度的兩塊擴口狀端板3 ；步驟3 選取能套在方鋼管支撐1的外表面的套管2，並對套管2兩端開槽，然後防鏽處理其內外表面；步驟4 選取四塊能嵌入方鋼管支撐1內的加強板4 ；步驟5 在方鋼管支撐1兩端沿軸向其內部嵌入式開槽，槽口大小要大於加強板4 大小，將方鋼管支撐1每一端用兩塊加強板4沿其槽口軸向置入方鋼管支撐1的內部槽端， 並分別在內部槽端將加強板4同方鋼管支撐1焊接固定，保持每一端的兩塊加強板4上下相對留有空隙；步驟6 對方鋼管支撐1的內外表面、加強板4以及兩塊擴口狀端板3進行防鏽防腐處理；步驟7 將一塊擴口狀端板3分別卡入方鋼管支撐1 一端槽口並且卡入的端部嵌入對應的兩塊加強板4上下相對留有空隙中，隨後通過焊接方式將方鋼管支撐1同該擴口狀端板3焊接在一起；步驟8 從方鋼管支撐1的另一端將套管2套在方鋼管支撐1外表面，然後將另一塊擴口狀端板3分別卡入方鋼管支撐1另一端槽口並且卡入的端部嵌入對應的兩塊加強板 4上下相對留有空隙中，隨後通過焊接方式將方鋼管支撐1同該另一塊擴口狀端板3焊接在一起；步驟9 對擴口狀端板3的端部以及方鋼管支撐1的端部除鏽後完成防鏽防腐處理。所述的確定方鋼管支撐1的長度與截面尺寸，還要遵循方鋼管支撐1截面的寬厚比不能超過預定的抗斷裂塑性變形能力限制。所述的選取其橫向跨度要大於方鋼管支撐1 橫向跨度的兩塊擴口狀端板3時，還要保證擴口狀端板3的承載力以及其與方鋼管支撐1 之間連接焊縫的承載力不低於方鋼管支撐1的極限抗拉承載力，屈服與屈曲限制在方鋼管支撐1內，且允許擴口狀端板3平面外受彎屈服。所述的選取四塊能嵌入方鋼管支撐1內的加強板4時，還要滿足加強板4的橫截面面積以及與方鋼管支撐1之間焊縫的強度要能防止破壞發生在擴口狀端板3與方鋼管支撐1的交界區。
權利要求
1.一種帶套管單杆方鋼管支撐，包括水平軸向對稱的條狀方鋼管支撐(1)，其特徵在於，方鋼管支撐(1)兩端部分別各自嵌入一塊擴口狀端板(3)，擴口狀端板(3)的大口端在方鋼管支撐(1)外部，擴口狀端板(3)的小口端的上下表面分別固定有一塊加強板，在方鋼管支撐(1)外表面還套有與其同軸的套管O)。
2.根據權利要求1所述的帶套管單杆方鋼管支撐的製作方法，其特徵在於，其步驟如下步驟1 按照設計承載力與變形要求確定方鋼管支撐(1)的長度與截面尺寸；步驟2 選取其橫向跨度要大於方鋼管支撐(1)橫向跨度的兩塊擴口狀端板(3)；步驟3 選取能套在方鋼管支撐(1)的外表面的套管O)，並對套管( 兩端開槽，然後防鏽處理其內外表面；步驟4 選取四塊能嵌入方鋼管支撐(1)內的加強板；步驟5 在方鋼管支撐(1)兩端沿軸向其內部嵌入式開槽，槽口大小要大於加強板(4) 大小，將方鋼管支撐(1)每一端用兩塊加強板(4)沿其槽口軸向置入方鋼管支撐(1)的內部槽端，並分別在內部槽端將加強板(4)同方鋼管支撐(1)焊接固定，保持每一端的兩塊加強板(4)上下相對留有空隙；步驟6 對方鋼管支撐(1)的內外表面、加強板以及兩塊擴口狀端板(3)進行防鏽防腐處理；步驟7 將一塊擴口狀端板C3)分別卡入方鋼管支撐(1) 一端槽口並且卡入的端部嵌入對應的兩塊加強板(4)上下相對留有空隙中，隨後通過焊接方式將方鋼管支撐(1)同該擴口狀端板C3)焊接在一起；步驟8 從方鋼管支撐(1)的另一端將套管( 套在方鋼管支撐1外表面，然後將另一塊擴口狀端板C3)分別卡入方鋼管支撐(1)另一端槽口並且卡入的端部嵌入對應的兩塊加強板(4)上下相對留有空隙中，隨後通過焊接方式將方鋼管支撐(1)同該另一塊擴口狀端板( 焊接在一起；步驟9:對擴口狀端板(3)的端部以及方鋼管支撐(1)的端部除鏽後完成防鏽防腐處理。
3.根據權利要求2所述的帶套管單杆方鋼管支撐的製作方法，其特徵在於，所述的確定方鋼管支撐(1)的長度與截面尺寸，還要遵循方鋼管支撐(1)截面的寬厚比不能超過預定的抗斷裂塑性變形能力限制。
4.根據權利要求2或權利要求3所述的帶套管單杆方鋼管支撐的製作方法，其特徵在於，所述的選取其橫向跨度要大於方鋼管支撐(1)橫向跨度的兩塊擴口狀端板(3)時，還要保證擴口狀端板(3)的承載力以及其與方鋼管支撐(1)之間連接焊縫的承載力不低於方鋼管支撐(1)的極限抗拉承載力，屈服與屈曲限制在方鋼管支撐(1)內，且允許擴口狀端板 (3)平面外受彎屈服。
5.根據權利要求2或權利要求3所述的帶套管單杆方鋼管支撐的製作方法，其特徵在於，所述的選取四塊能嵌入方鋼管支撐(1)內的加強板(4)時，還要滿足加強板(4)的橫截面面積以及與方鋼管支撐(1)之間焊縫的強度要能防止破壞發生在擴口狀端板( 與方鋼管支撐(1)的交界區。
全文摘要
一種帶套管單杆方鋼管支撐及其製作方法，包括水平軸向對稱的條狀方鋼管支撐，在方鋼管支撐兩端部分別各自嵌入一塊擴口狀端板，擴口狀端板的大口端在方鋼管支撐外部，擴口狀端板的小口端的上下表面分別固定有一塊加強板，在方鋼管支撐外表面還套有與其同軸的套管；本發明解決了普通單杆鋼支撐的受壓剛度與受壓屈曲承載力低、拉壓往復作用下斷裂變形早的問題，並確保了支撐的變形能力。
文檔編號E04G21/00GK102296721SQ20111020599
公開日2011年12月28日 申請日期2011年7月21日 優先權日2011年7月21日
發明者劉慶志, 趙作周, 錢稼茹 申請人:清華大學