專利名稱：一種帶套管單桿方鋼管支撐及其構(gòu)造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋼支撐技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種帶套管單桿方鋼管支撐及其構(gòu)造方法。
背景技術(shù)：
近年來，單桿鋼支撐作為多層或高層建筑特別廠房中的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)構(gòu)件在工程中得到了廣泛的應(yīng)用。但是，普通單桿鋼支撐有于易發(fā)生受壓屈曲現(xiàn)象，受壓承載力低，屈曲后抗側(cè)剛度衰減快，屈曲后平面外變形大，導(dǎo)致支撐受拉性能與受壓性能差異突出，實(shí)際建筑中需要沿每個(gè)設(shè)計(jì)方向均需布設(shè)多個(gè)受拉支撐，彌補(bǔ)水平荷載反向后原受拉支撐變?yōu)槭軌褐魏蟮膭偠扰c承載力，導(dǎo)致支撐數(shù)量較多。另外，普通單桿支撐受壓屈曲后平面外變形大，屈曲部位在往復(fù)拉壓作用下支撐易發(fā)生斷裂導(dǎo)致支撐完全退出工作，影響了結(jié)構(gòu)整體的抗震性能發(fā)揮。如何提高單桿支撐的受壓屈曲承載力，延緩支撐屈曲后的斷裂，充分發(fā)揮鋼支撐的功效，以改善帶支撐結(jié)構(gòu)的綜合抗震性能特別提高建筑抗地震倒塌能力成為一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題?，F(xiàn)有的改善單桿鋼支撐的方案中，有增大支撐截面，從而減小單桿支撐的長細(xì)比， 提高支撐受壓時(shí)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(tài)時(shí)的剛度與承載力；材料用量增加；支撐長細(xì)比小后支撐的塑性變形能力降低，斷裂會提早發(fā)生?，F(xiàn)有的改善單桿鋼支撐的方案中還有一種采用防屈曲鋼支撐(或屈曲約束支撐) 的技術(shù)。其存在問題是構(gòu)造復(fù)雜，端部需要復(fù)雜的連接構(gòu)造；支撐本身造價(jià)高；往復(fù)拉壓作用下支撐的極限變形能力有限，斷裂發(fā)生早?，F(xiàn)有的改善普通單桿支撐受壓性能的方法有增加桿件截面但是，面積增加同時(shí)提高了支撐承載力，造成結(jié)構(gòu)剛度明顯增加、受拉狀態(tài)時(shí)材料的性能不能充分發(fā)揮，有抗震設(shè)計(jì)要求時(shí)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)吸收更多的地震能量。采用放屈曲支撐，通過加強(qiáng)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(gòu)造復(fù)雜，造價(jià)是普通單桿支撐造價(jià)的幾倍甚至十幾倍，重要建筑使用效益明顯，但對普通建筑造價(jià)難以接受。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種帶套管單桿方鋼管支撐及其構(gòu)造方法，解決了普通單桿鋼支撐的受壓剛度與受壓屈曲承載力低、拉壓往復(fù)作用下斷裂變形早的問題，并確保了支撐的變形能力。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種帶套管單桿方鋼管支撐，包括水平軸向?qū)ΨQ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(kuò)口狀端板3，擴(kuò)口狀端板3的大口端在方鋼管支撐1外部，擴(kuò)口狀端板3的小口端的上下表面分別固定有一塊加強(qiáng)板4，在方鋼管支撐1外表面還套有與其同軸的套管2。
所述的帶套管單桿方鋼管支撐的制作方法，其步驟如下步驟1 按照設(shè)計(jì)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于方鋼管支撐1橫向跨度的兩塊擴(kuò)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，并對套管2兩端開槽，然后防銹處理其內(nèi)外表面；步驟4 選取四塊能嵌入方鋼管支撐1內(nèi)的加強(qiáng)板4 ；步驟5 在方鋼管支撐1兩端沿軸向其內(nèi)部嵌入式開槽，槽口大小要大于加強(qiáng)板4 大小，將方鋼管支撐1每一端用兩塊加強(qiáng)板4沿其槽口軸向置入方鋼管支撐1的內(nèi)部槽端， 并分別在內(nèi)部槽端將加強(qiáng)板4同方鋼管支撐1焊接固定，保持每一端的兩塊加強(qiáng)板4上下相對留有空隙；步驟6 對方鋼管支撐1的內(nèi)外表面、加強(qiáng)板4以及兩塊擴(kuò)口狀端板3進(jìn)行防銹防腐處理；步驟7 將一塊擴(kuò)口狀端板3分別卡入方鋼管支撐1 一端槽口并且卡入的端部嵌入對應(yīng)的兩塊加強(qiáng)板4上下相對留有空隙中，隨后通過焊接方式將方鋼管支撐1同該擴(kuò)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，然后將另一塊擴(kuò)口狀端板3分別卡入方鋼管支撐1另一端槽口并且卡入的端部嵌入對應(yīng)的兩塊加強(qiáng)板 4上下相對留有空隙中，隨后通過焊接方式將方鋼管支撐1同該另一塊擴(kuò)口狀端板3焊接在一起；步驟9 對擴(kuò)口狀端板3的端部以及方鋼管支撐1的端部除銹后完成防銹防腐處理。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(yù)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于方鋼管支撐1橫向跨度的兩塊擴(kuò)口狀端板3時(shí)，還要保證擴(kuò)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于方鋼管支撐1的極限抗拉承載力，屈服與屈曲限制在方鋼管支撐1內(nèi)，且允許擴(kuò)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(nèi)的加強(qiáng)板4時(shí)，還要滿足加強(qiáng)板4的橫截面面積以及與方鋼管支撐1之間焊縫的強(qiáng)度要能防止破壞發(fā)生在擴(kuò)口狀端板3與方鋼管支撐1的交界區(qū)。本發(fā)明的帶套管單桿方鋼管支撐，適用于鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)、鋼框架、底框結(jié)構(gòu)等；可以作為結(jié)構(gòu)抗側(cè)元件提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度與抗剪承載力，由于存在外圍套管，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(dāng)?shù)卣鹆^續(xù)增大時(shí)，支撐出現(xiàn)屈服和塑性變形，以消耗輸入結(jié)構(gòu)的地震能量。由于芯材按照特定變形需求設(shè)計(jì)，能在到達(dá)設(shè)計(jì)變形之前穩(wěn)定工作，不會發(fā)生斷裂，從而約束結(jié)構(gòu)的層間位移，同時(shí)，受拉支撐的存在能與周圍梁柱形成幾何不變體系，防止結(jié)構(gòu)過早形成層屈服機(jī)制而發(fā)生倒塌。提高結(jié)構(gòu)的抗倒塌能力。


圖1是本發(fā)明的帶套管單桿方鋼管支撐的主視圖。圖2是本發(fā)明的帶套管單桿方鋼管支撐的俯視圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更詳細(xì)的說明。如圖1、圖2所示，帶套管單桿方鋼管支撐，包括水平軸向?qū)ΨQ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(kuò)口狀端板3，擴(kuò)口狀端板3的大口端在方鋼管支撐1外部，擴(kuò)口狀端板3的小口端的上下表面分別固定有一塊加強(qiáng)板4，在方鋼管支撐1外表面還套有與其同軸的套管2。所述的帶套管單桿方鋼管支撐的制作方法，其步驟如下步驟1 按照設(shè)計(jì)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于方鋼管支撐1橫向跨度的兩塊擴(kuò)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，并對套管2兩端開槽，然后防銹處理其內(nèi)外表面；步驟4 選取四塊能嵌入方鋼管支撐1內(nèi)的加強(qiáng)板4 ；步驟5 在方鋼管支撐1兩端沿軸向其內(nèi)部嵌入式開槽，槽口大小要大于加強(qiáng)板4 大小，將方鋼管支撐1每一端用兩塊加強(qiáng)板4沿其槽口軸向置入方鋼管支撐1的內(nèi)部槽端， 并分別在內(nèi)部槽端將加強(qiáng)板4同方鋼管支撐1焊接固定，保持每一端的兩塊加強(qiáng)板4上下相對留有空隙；步驟6 對方鋼管支撐1的內(nèi)外表面、加強(qiáng)板4以及兩塊擴(kuò)口狀端板3進(jìn)行防銹防腐處理；步驟7 將一塊擴(kuò)口狀端板3分別卡入方鋼管支撐1 一端槽口并且卡入的端部嵌入對應(yīng)的兩塊加強(qiáng)板4上下相對留有空隙中，隨后通過焊接方式將方鋼管支撐1同該擴(kuò)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，然后將另一塊擴(kuò)口狀端板3分別卡入方鋼管支撐1另一端槽口并且卡入的端部嵌入對應(yīng)的兩塊加強(qiáng)板 4上下相對留有空隙中，隨后通過焊接方式將方鋼管支撐1同該另一塊擴(kuò)口狀端板3焊接在一起；步驟9 對擴(kuò)口狀端板3的端部以及方鋼管支撐1的端部除銹后完成防銹防腐處理。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(yù)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于方鋼管支撐1 橫向跨度的兩塊擴(kuò)口狀端板3時(shí)，還要保證擴(kuò)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于方鋼管支撐1的極限抗拉承載力，屈服與屈曲限制在方鋼管支撐1內(nèi)，且允許擴(kuò)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(nèi)的加強(qiáng)板4時(shí)，還要滿足加強(qiáng)板4的橫截面面積以及與方鋼管支撐1之間焊縫的強(qiáng)度要能防止破壞發(fā)生在擴(kuò)口狀端板3與方鋼管支撐1的交界區(qū)。
權(quán)利要求
1.一種帶套管單桿方鋼管支撐，包括水平軸向?qū)ΨQ的條狀方鋼管支撐(1)，其特征在于，方鋼管支撐(1)兩端部分別各自嵌入一塊擴(kuò)口狀端板(3)，擴(kuò)口狀端板(3)的大口端在方鋼管支撐(1)外部，擴(kuò)口狀端板(3)的小口端的上下表面分別固定有一塊加強(qiáng)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(jù)權(quán)利要求1所述的帶套管單桿方鋼管支撐的制作方法，其特征在于，其步驟如下步驟1 按照設(shè)計(jì)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于方鋼管支撐(1)橫向跨度的兩塊擴(kuò)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)，并對套管( 兩端開槽，然后防銹處理其內(nèi)外表面；步驟4 選取四塊能嵌入方鋼管支撐(1)內(nèi)的加強(qiáng)板；步驟5 在方鋼管支撐(1)兩端沿軸向其內(nèi)部嵌入式開槽，槽口大小要大于加強(qiáng)板(4) 大小，將方鋼管支撐(1)每一端用兩塊加強(qiáng)板(4)沿其槽口軸向置入方鋼管支撐(1)的內(nèi)部槽端，并分別在內(nèi)部槽端將加強(qiáng)板(4)同方鋼管支撐(1)焊接固定，保持每一端的兩塊加強(qiáng)板(4)上下相對留有空隙；步驟6 對方鋼管支撐(1)的內(nèi)外表面、加強(qiáng)板以及兩塊擴(kuò)口狀端板(3)進(jìn)行防銹防腐處理；步驟7 將一塊擴(kuò)口狀端板C3)分別卡入方鋼管支撐(1) 一端槽口并且卡入的端部嵌入對應(yīng)的兩塊加強(qiáng)板(4)上下相對留有空隙中，隨后通過焊接方式將方鋼管支撐(1)同該擴(kuò)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，然后將另一塊擴(kuò)口狀端板C3)分別卡入方鋼管支撐(1)另一端槽口并且卡入的端部嵌入對應(yīng)的兩塊加強(qiáng)板(4)上下相對留有空隙中，隨后通過焊接方式將方鋼管支撐(1)同該另一塊擴(kuò)口狀端板( 焊接在一起；步驟9:對擴(kuò)口狀端板(3)的端部以及方鋼管支撐(1)的端部除銹后完成防銹防腐處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶套管單桿方鋼管支撐的制作方法，其特征在于，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(yù)定的抗斷裂塑性變形能力限制。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的帶套管單桿方鋼管支撐的制作方法，其特征在于，所述的選取其橫向跨度要大于方鋼管支撐(1)橫向跨度的兩塊擴(kuò)口狀端板(3)時(shí)，還要保證擴(kuò)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于方鋼管支撐(1)的極限抗拉承載力，屈服與屈曲限制在方鋼管支撐(1)內(nèi)，且允許擴(kuò)口狀端板 (3)平面外受彎屈服。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的帶套管單桿方鋼管支撐的制作方法，其特征在于，所述的選取四塊能嵌入方鋼管支撐(1)內(nèi)的加強(qiáng)板(4)時(shí)，還要滿足加強(qiáng)板(4)的橫截面面積以及與方鋼管支撐(1)之間焊縫的強(qiáng)度要能防止破壞發(fā)生在擴(kuò)口狀端板( 與方鋼管支撐(1)的交界區(qū)。
全文摘要
一種帶套管單桿方鋼管支撐及其制作方法，包括水平軸向?qū)ΨQ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(kuò)口狀端板，擴(kuò)口狀端板的大口端在方鋼管支撐外部，擴(kuò)口狀端板的小口端的上下表面分別固定有一塊加強(qiáng)板，在方鋼管支撐外表面還套有與其同軸的套管；本發(fā)明解決了普通單桿鋼支撐的受壓剛度與受壓屈曲承載力低、拉壓往復(fù)作用下斷裂變形早的問題，并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(yōu)先權(quán)日2011年7月21日
發(fā)明者劉慶志, 趙作周, 錢稼茹 申請人:清華大學(xué)