專利名稱：內(nèi)核-套管組合壓桿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種采用法蘭盤(pán)式(或內(nèi)置圓箍式)連接件將Q460強(qiáng)度等級(jí)鋼材的內(nèi)核鋼管和Q235強(qiáng)度等級(jí)鋼材的外套鋼管連接為整體的內(nèi)核-套管組合壓桿，屬于一種由兩種不同強(qiáng)度等級(jí)鋼材組成的組合構(gòu)件。
背景技術(shù)：
近幾年來(lái)，隨著鋼材材料的不斷改進(jìn)，高強(qiáng)度鋼材已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外多個(gè)實(shí)際工程中得到應(yīng)用，并獲得了很好的效果。高強(qiáng)度鋼材的應(yīng)用能有效地減小構(gòu)件截面尺寸和結(jié)構(gòu)自重，獲得更大的建筑使用空間，同時(shí)能夠減少焊接、涂層等工作量，降低運(yùn)輸和施工安裝成本。然而，對(duì)于高強(qiáng)度鋼材受壓構(gòu)件而言，構(gòu)件截面尺寸的減小勢(shì)必導(dǎo)致其穩(wěn)定問(wèn)題更加凸
顯。·目前改善鋼壓桿穩(wěn)定性能的做法主要有兩類1采用組合結(jié)構(gòu)；2加設(shè)穩(wěn)定控制裝置。組合結(jié)構(gòu)是指由兩種或兩種以上不同材料的構(gòu)件組合在一起，形成能夠共同受力、協(xié)同變形的結(jié)構(gòu)。型鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)就是典型的通過(guò)型鋼外包裹混凝土的形式來(lái)改善型鋼構(gòu)件穩(wěn)定性能的組合結(jié)構(gòu)。型鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)等組合構(gòu)件雖然在很大程度上提高了型鋼構(gòu)件的穩(wěn)定性能及整體結(jié)構(gòu)的承載能力，但因采用混凝土，其自重較大、制作工序繁瑣、施工周期較長(zhǎng)，不宜應(yīng)用在大跨空間等要求自重輕以及安裝機(jī)械化水平較高的結(jié)構(gòu)中。穩(wěn)定控制裝置是通過(guò)對(duì)受壓構(gòu)件加設(shè)附加裝置來(lái)改善受壓構(gòu)件屈曲性能的一種組件。目前已有的穩(wěn)定控制裝置主要有預(yù)應(yīng)力撐桿裝置、限制力裝置、限位螺栓裝置、套管裝置等。預(yù)應(yīng)力撐桿裝置是在鋼壓桿外圍設(shè)置若干撐桿或內(nèi)部設(shè)置橫隔板，然后利用張緊的預(yù)應(yīng)力拉索通過(guò)撐桿或橫隔隔板提供給鋼壓桿有效的側(cè)向彈性支撐作用，從而減小鋼壓桿計(jì)算長(zhǎng)度，提高其穩(wěn)定承載力。限制力裝置是由外套筒、內(nèi)鋼管、四周中部布置的板條組成。在壓力作用下，外套管、內(nèi)鋼管承受壓力，而四周的板條承受拉力，通過(guò)設(shè)計(jì)使板條首先受拉屈服，屈服荷載小于受壓桿的屈曲荷載，從而受壓桿具有理想彈塑性的軸力-軸向位移曲線，即在桿件中引入人為的延性變形能力從而改善構(gòu)件脆性破壞性能。限位螺栓裝置是在矩形外套鋼管上沿軸向布設(shè)定位螺栓對(duì)內(nèi)核工字形鋼壓桿提供側(cè)向支撐，使內(nèi)核鋼桿發(fā)生高階失穩(wěn)破壞。套管裝置是由內(nèi)核圓鋼管與外套圓鋼管組成，內(nèi)核管比外鋼管稍長(zhǎng)，且兩者之間留有間隙。內(nèi)核管承受軸向壓力，發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象，產(chǎn)生側(cè)向彎曲變形與外套管接觸后，外鋼管參與受力，為內(nèi)核桿提供側(cè)向約束。當(dāng)外核管剛度足夠大時(shí)，能迫使內(nèi)核桿在高階屈曲模態(tài)下發(fā)生失穩(wěn)破壞，使得整體構(gòu)件承載力得到很大的提高。對(duì)預(yù)應(yīng)力撐桿裝置而言，內(nèi)部設(shè)置橫隔板及預(yù)應(yīng)力索方式的穩(wěn)定改善效果不顯著；而外設(shè)撐桿及預(yù)應(yīng)力索形式，使整體桿件外圍不平整，不易設(shè)置維護(hù)材料，不適合用于大跨結(jié)構(gòu)。限制力裝置構(gòu)造復(fù)雜，施工難度大，不利于推廣應(yīng)用。限位螺栓裝置構(gòu)造簡(jiǎn)單明確，屬主動(dòng)控制失穩(wěn)形式，但因核心鋼桿為工字形截面，用于大跨結(jié)構(gòu)時(shí)節(jié)點(diǎn)處理有難度，外管為矩形鋼管，約束能力也遜于相應(yīng)圓鋼管。套管裝置為了有效提高外套管抗彎剛度，需要內(nèi)外管間隙足夠大，這使得桿件失穩(wěn)破壞時(shí)，內(nèi)核管發(fā)生較大的軸向變形，影響結(jié)構(gòu)整體剛度，另外對(duì)發(fā)生的桿件屈曲模態(tài)控制也是屬于被動(dòng)控制。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供一種內(nèi)核-套管組合壓桿。該組合壓桿主要由Q460高強(qiáng)鋼內(nèi)核鋼管和Q235普通鋼外套鋼管以及Q235鋼材法蘭盤(pán)(或內(nèi)置圓箍)等組件構(gòu)成。外套管和內(nèi)核鋼管之間保留間隙以減輕組合壓桿的自重，通過(guò)外套管與法蘭盤(pán)(或內(nèi)置圓箍)為內(nèi)核鋼管提供有效的側(cè)向約束，迫使其出現(xiàn)預(yù)期的類似高階屈曲模態(tài)的失穩(wěn)形式，能夠充分發(fā)揮內(nèi)核鋼管Q460強(qiáng)度等級(jí)鋼材的強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)，使得組合構(gòu)件整體穩(wěn)定承載力提高，其經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)(承載力/用鋼量)也提高。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明內(nèi)核-套管組合壓桿主要由兩種構(gòu)造做法以實(shí)現(xiàn)·其相應(yīng)的技術(shù)方案第一種法蘭盤(pán)式內(nèi)核-套管組合壓桿該類法蘭盤(pán)式內(nèi)核-套管組合壓桿包括Q460強(qiáng)度等級(jí)鋼材的內(nèi)核鋼管、Q235強(qiáng)度等級(jí)鋼材的外套管、法蘭圓盤(pán)、連接螺栓、橡膠圓環(huán)塊和橡膠墊片。外套管不參與受壓僅起到約束作用，外套管的數(shù)量一般為4個(gè)(如果內(nèi)核鋼管長(zhǎng)細(xì)比小于80，可減少為2個(gè)；如果內(nèi)核鋼管長(zhǎng)細(xì)比大于150，則可以增加為6個(gè))。上下端兩個(gè)外套管僅在一端焊接法蘭圓盤(pán)，中部?jī)蓚€(gè)外套管則在兩端均焊接法蘭圓盤(pán)；法蘭圓盤(pán)的內(nèi)徑為內(nèi)核鋼管的外徑，套管外側(cè)法蘭盤(pán)上沿周邊等間距布設(shè)四個(gè)螺栓孔。內(nèi)核鋼管為主要抗壓構(gòu)件，其中部焊接一個(gè)法蘭圓盤(pán)，其外徑與外套管法蘭盤(pán)外徑一致。內(nèi)核鋼管和外套管之間以及外套管之間均通過(guò)法蘭圓盤(pán)和高強(qiáng)螺栓連接為整體。各法蘭圓盤(pán)之間通過(guò)添加橡膠圓墊片起到密封作用。在外套管兩端頭和內(nèi)核鋼管相應(yīng)位置填充橡膠圓環(huán)塊以起到密封和固定內(nèi)核鋼管的作用。外套管和內(nèi)核鋼管之間保留間隙，使得組合構(gòu)件的自重較輕，并且內(nèi)核鋼管可以自由地發(fā)生軸向變形，起到主要抵抗軸向壓力的作用。第二種內(nèi)置圓箍式內(nèi)核-套管組合壓桿該類內(nèi)置圓箍式內(nèi)核-套管組合壓桿包括Q460強(qiáng)度等級(jí)鋼材的內(nèi)核鋼管、Q235強(qiáng)度等級(jí)鋼材的外套管、圓箍盤(pán)、橡膠圓環(huán)塊和橡膠墊片。其中Q460強(qiáng)度等級(jí)鋼材的內(nèi)核鋼管為主要受壓構(gòu)件，其中部以及上、下1/4長(zhǎng)度位置各焊接一個(gè)圓箍盤(pán)，該類圓箍盤(pán)的外徑稍小于外套管內(nèi)徑，以便套入外套管。在內(nèi)核鋼管離下端50 200mm位置焊接一個(gè)圓環(huán)盤(pán)，該圓環(huán)盤(pán)的外徑大于外套管外徑15 25mm。外套管焊接于內(nèi)核鋼管的下部圓環(huán)盤(pán)上而與內(nèi)核鋼管連接為整體。外套鋼管和內(nèi)核鋼管之間保留間隙，使得組合構(gòu)件的自重較輕，并且內(nèi)核鋼管可以自由地發(fā)生軸向變形，起到抵抗軸向壓力的作用。外套鋼管上部端頭和內(nèi)核鋼管相應(yīng)位置處填充橡膠圓環(huán)塊以起到密封和固定內(nèi)核鋼管的作用。外套管和內(nèi)核鋼管之間保留間隙8的計(jì)算公式如下
權(quán)利要求
1.內(nèi)核-套管組合壓桿，其特征在于包括以下兩種構(gòu)造 第一種法蘭盤(pán)式內(nèi)核-套管組合壓桿 該類法蘭盤(pán)式內(nèi)核-套管組合壓桿包括Q460強(qiáng)度等級(jí)鋼材的內(nèi)核鋼管以下簡(jiǎn)稱內(nèi)核鋼管、Q235強(qiáng)度等級(jí)鋼材的外套管以下簡(jiǎn)稱外套管、法蘭圓盤(pán)、連接螺栓、橡膠圓環(huán)塊和橡膠墊片；外套管的數(shù)量為2-6個(gè)；上下端兩個(gè)外套管僅在一端焊接法蘭圓盤(pán)，中部?jī)蓚€(gè)外套管則在兩端均焊接法蘭圓盤(pán)；法蘭圓盤(pán)的內(nèi)徑為內(nèi)核鋼管的外徑，套管外側(cè)法蘭盤(pán)上沿周邊等間距布設(shè)螺栓孔；內(nèi)核鋼管中部焊接一個(gè)法蘭圓盤(pán)，其外徑與外套管法蘭盤(pán)外徑一致；內(nèi)核鋼管和外套管之間以及外套管之間均通過(guò)法蘭圓盤(pán)和螺栓連接為整體；各法蘭圓盤(pán)之間通過(guò)添加橡膠圓墊片起到密封作用；在外套管兩端頭和內(nèi)核鋼管相應(yīng)位置填充橡膠圓環(huán)塊；外套管和內(nèi)核鋼管之間保留間隙； 第二種內(nèi)置圓箍式內(nèi)核-套管組合壓桿 該類內(nèi)置圓箍式內(nèi)核-套管組合壓桿包括Q460強(qiáng)度等級(jí)鋼材的內(nèi)核鋼管以下簡(jiǎn)稱內(nèi)核鋼管、Q235強(qiáng)度等級(jí)鋼材的外套管以下簡(jiǎn)稱外套管、圓箍盤(pán)、橡膠圓環(huán)塊和橡膠墊片；其中Q460強(qiáng)度等級(jí)鋼材的內(nèi)核鋼管中部以及上、下1/4長(zhǎng)度位置各焊接一個(gè)圓箍盤(pán)，該類圓箍盤(pán)的外徑小于外套管內(nèi)徑，以便套入外套管；在內(nèi)核鋼管離下端50 200mm位置焊接一個(gè)圓環(huán)盤(pán)，該圓環(huán)盤(pán)的外徑大于外套管外徑15 25mm ;外套管焊接于內(nèi)核鋼管的下部圓環(huán)盤(pán)上而與內(nèi)核鋼管連接為整體；外套鋼管和內(nèi)核鋼管之間保留間隙，外套鋼管上部端頭和內(nèi)核鋼管相應(yīng)位置處填充橡膠圓環(huán)塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的內(nèi)核-套管組合壓桿，其特征在于外套管和內(nèi)核鋼管之間保留間隙δ的計(jì)算公式如下
全文摘要
本發(fā)明提供一種內(nèi)核-套管組合壓桿，屬于建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域。該組合壓桿主要由Q460高強(qiáng)鋼內(nèi)核鋼管和Q235普通鋼外套鋼管以及Q235鋼材法蘭盤(pán)(或內(nèi)置圓箍)等組件構(gòu)成。外套管和內(nèi)核鋼管之間保留間隙以減輕組合壓桿的自重，通過(guò)外套管與法蘭盤(pán)(或內(nèi)置圓箍)為內(nèi)核鋼管提供有效的側(cè)向約束，迫使其出現(xiàn)預(yù)期的類似高階屈曲模態(tài)的失穩(wěn)形式，能夠充分發(fā)揮內(nèi)核鋼管Q460強(qiáng)度等級(jí)鋼材的強(qiáng)度優(yōu)勢(shì),使得組合構(gòu)件整體穩(wěn)定承載力提高,其經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)(承載力/用鋼量)也提高。
文檔編號(hào)E04C3/32GK102787695SQ201210258808
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月24日
發(fā)明者侯西明, 白正仙, 陳鳴飛 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)