[发明专利]内核-套管组合压杆

说明书

技术领域

本发明是一种采用法兰盘式（或内置圆箍式）连接件将Q460强度等级钢材的内核钢管和Q235强度等级钢材的外套钢管连接为整体的内核-套管组合压杆，属于一种由两种不同强度等级钢材组成的组合构件。

背景技术

近几年来，随着钢材材料的不断改进，高强度钢材已经在国内外多个实际工程中得到应用，并获得了很好的效果。高强度钢材的应用能有效地减小构件截面尺寸和结构自重，获得更大的建筑使用空间，同时能够减少焊接、涂层等工作量，降低运输和施工安装成本。然而，对于高强度钢材受压构件而言，构件截面尺寸的减小势必导致其稳定问题更加凸显。

目前改善钢压杆稳定性能的做法主要有两类：1采用组合结构；2加设稳定控制装置。

组合结构是指由两种或两种以上不同材料的构件组合在一起，形成能够共同受力、协同变形的结构。型钢-混凝土组合结构就是典型的通过型钢外包裹混凝土的形式来改善型钢构件稳定性能的组合结构。型钢-混凝土组合结构等组合构件虽然在很大程度上提高了型钢构件的稳定性能及整体结构的承载能力，但因采用混凝土，其自重较大、制作工序繁琐、施工周期较长，不宜应用在大跨空间等要求自重轻以及安装机械化水平较高的结构中。

稳定控制装置是通过对受压构件加设附加装置来改善受压构件屈曲性能的一种组件。目前已有的稳定控制装置主要有预应力撑杆装置、限制力装置、限位螺栓装置、套管装置等。预应力撑杆装置是在钢压杆外围设置若干撑杆或内部设置横隔板，然后利用张紧的预应力拉索通过撑杆或横隔隔板提供给钢压杆有效的侧向弹性支撑作用，从而减小钢压杆计算长度，提高其稳定承载力。限制力装置是由外套筒、内钢管、四周中部布置的板条组成。在压力作用下，外套管、内钢管承受压力，而四周的板条承受拉力，通过设计使板条首先受拉屈服，屈服荷载小于受压杆的屈曲荷载，从而受压杆具有理想弹塑性的轴力-轴向位移曲线，即在杆件中引入人为的延性变形能力从而改善构件脆性破坏性能。限位螺栓装置是在矩形外套钢管上沿轴向布设定位螺栓对内核工字形钢压杆提供侧向支撑，使内核钢杆发生高阶失稳破坏。套管装置是由内核圆钢管与外套圆钢管组成，内核管比外钢管稍长，且两者之间留有间隙。内核管承受轴向压力，发生失稳现象，产生侧向弯曲变形与外套管接触后，外钢管参与受力，为内核杆提供侧向约束。当外核管刚度足够大时，能迫使内核杆在高阶屈曲模态下发生失稳破坏，使得整体构件承载力得到很大的提高。

对预应力撑杆装置而言，内部设置横隔板及预应力索方式的稳定改善效果不显著；而外设撑杆及预应力索形式，使整体杆件外围不平整，不易设置维护材料，不适合用于大跨结构。限制力装置构造复杂，施工难度大，不利于推广应用。限位螺栓装置构造简单明确，属主动控制失稳形式，但因核心钢杆为工字形截面，用于大跨结构时节点处理有难度，外管为矩形钢管，约束能力也逊于相应圆钢管。套管装置为了有效提高外套管抗弯刚度，需要内外管间隙足够大，这使得杆件失稳破坏时，内核管发生较大的轴向变形，影响结构整体刚度，另外对发生的杆件屈曲模态控制也是属于被动控制。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种内核-套管组合压杆。该组合压杆主要由Q460高强钢内核钢管和Q235普通钢外套钢管以及Q235钢材法兰盘（或内置圆箍）等组件构成。外套管和内核钢管之间保留间隙以减轻组合压杆的自重，通过外套管与法兰盘（或内置圆箍）为内核钢管提供有效的侧向约束，迫使其出现预期的类似高阶屈曲模态的失稳形式，能够充分发挥内核钢管Q460强度等级钢材的强度优势,使得组合构件整体稳定承载力提高,其经济性指标（承载力/用钢量）也提高。

为了解决上述技术问题，本发明内核-套管组合压杆主要由两种构造做法以实现其相应的技术方案：

第一种：法兰盘式内核-套管组合压杆