发明内容
本申请的目的在于提供一种反支撑吊杆,以解决在管线密集且空间狭小时,施工人员不能直接在其中施工,又需要用到反向支撑固定主龙骨的问题。
为了达到上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种反支撑吊杆,包括轻钢主龙骨(5)、M10镀锌自爆型全丝吊杆(14)、支座(7)和结构板(13),其特征在于:所述的M10镀锌自爆型全丝吊杆(14)包括膨胀螺栓套管(15),在膨胀螺栓套管(15)内设膨胀螺栓头(16),在膨胀螺栓头(16)下端设置膨胀螺栓不锈钢弹簧垫片(18),膨胀螺栓不锈钢弹簧垫片(18)下设置自爆螺母(11),自爆螺母(11)下为全丝吊杆(6),在全丝吊杆(6)上套有外部支撑结构(17),全丝吊杆(6)的下端与支座(7)相固定,所述的支座(7)固定在轻钢主龙骨(5)上。
进一步,所述外部支撑结构(17)包括镀锌钢管套管(10),镀锌钢管套管(10)上端设置不锈钢弹簧垫片(12),镀锌钢管套管(10)的下端通过不锈钢垫片(9)设置不锈钢螺母(8)。
进一步,所述的镀锌钢管套管(10)套在全丝吊杆(6)上,所述镀锌钢管套管(10)的内径为20mm,外径为25.5mm,镀锌钢管套管(10)上部通过不锈钢弹簧垫片(12)与结构板(13)相固定,镀锌钢管套管(10)的下部通不锈钢垫片(9)与不锈钢螺母(8)紧固在一起。
进一步,所述的全丝吊杆(6)在轻钢主龙骨(5)上的布置密度为1根/m2。
进一步,所述镀锌钢管套管(10)的长度L≥500mm。
进一步,所述全丝吊杆(6)的长度大于或等于1500mm,全丝吊杆(6)露出镀锌钢管套管(10)的长度L0=800mm。
另外,本发明还提供一种施工方法,所述方法包括:
步骤一:在结构板(13)底部钻眼,钻眼布置密度为1个/m2;
步骤二:将全丝吊杆(6)先后贯穿不锈钢弹簧垫片(12)、膨胀螺栓不锈钢弹簧垫片(18)、自爆螺母(11)、镀锌钢管套管(10)、不锈钢垫片(9)和不锈钢螺母(8),把M10镀锌自爆型全丝吊杆(14)与外部支撑结构(17)进行装配;
步骤三:把装配好的M10镀锌自爆型全丝吊杆(14)先与结构板(13)上的钻眼进行安装,再把膨胀螺栓套管(15)和膨胀螺栓头(16)插入到结构板(13)的钻眼中;
步骤四:将全丝吊杆(6)与支座(7)进初步固定,采用丁字套筒扳手拧动自爆螺母(11)将M10镀锌自爆型全丝吊杆(14)紧固在结构板(13)之上,通过不锈钢弹簧垫片(12)、膨胀螺栓不锈钢弹簧垫片(18)与自爆螺母(11)之间的静弹性力和轴向拉力,将M10镀锌自爆型全丝吊杆(14)牢牢的固定在结构板(13)的下方;
步骤五:将不锈钢螺母(8)进行向上调节,缩短不锈钢弹簧垫片(12)与不锈钢垫片(9)之间的距离,将镀锌钢管套管(10)紧固在全丝吊杆(6)的上半部分;
步骤六:调节支座(7)上的调节装置,对轻钢主龙骨(5)形成支撑。
本结构和方法具有如下有益效果:
①施工简单易操作,完全能够满足工程上的施工要求;
②镀锌钢管套管(10)只覆盖全丝吊杆(6)的上半部分,很大程度节约材料成本,同时给实施带来了便捷;
③单点打孔,施工面积小,在地下车站的狭小空间和管线密集处仍可方便施工,不会对周边线路产生干扰;
④适应性能好,可以广泛推广使用。
具体实施方式
如图2所示,在结构板(13)底部钻眼,采用M10镀锌自爆型全丝吊杆(14),自爆螺母(11)通过不锈钢弹簧垫片(12)紧固全丝吊杆(6),在全丝吊杆(6)上部设有镀锌钢管套管(10),镀锌钢管套管(10)的内径为20mm,外径为25.5mm,镀锌钢管套管(10)上部与结构板(13)接触部位采用不锈钢弹簧垫片(12),此处采用不锈钢弹簧垫片(12)可以增加接触面平整度、摩擦力及防止螺母松动的作用,由于其为不锈钢耐腐蚀、弹性回复力强,能增加本发明结构的稳定性和耐受力,使用寿命长等方面,起着非常重要的作用,镀锌钢管套管(10)的下部用不锈钢垫片(9)和不锈钢螺母(8)紧固,将镀锌钢管套管(10)固定在结构板(13)的下部。
其中M10镀锌自爆型全丝吊杆(14)包括膨胀螺栓套管(15),膨胀螺栓套管(15)内设膨胀螺栓头(16),膨胀螺栓头(16)下端设置膨胀螺栓不锈钢弹簧垫片(18),膨胀螺栓不锈钢弹簧垫片(18)下设置自爆螺母(11),自爆螺母(11)下为全丝吊杆(6)。
所述外部支撑结构(17)包括镀锌钢管套管(10),镀锌钢管套管(10)上端设置不锈钢弹簧垫片(12),镀锌钢管套管(10)的下端通过不锈钢垫片(9)设置不锈钢螺母(8)。
该结构的原理为:采用镀锌钢管套管(10)在吊顶吊筋上通过螺母与顶部结构板(13)紧固,紧固后在垂直方向会产生一个轴向应力,该轴向应力与全丝吊杆(6)本身连同镀锌钢管套管(10)在水平作用力下看作刚性材料,通过受力计算确定使用该镀锌钢管套管(10)完全能替代现有技术中的反向斜支撑满足工程需求。
结合说明书附图和施工过程,其具体实施方式如下:
步骤一:在结构板(13)底部采用冲击钻进行钻眼,钻眼布置密度按1个/m2;
步骤二:将全丝吊杆(6)先后贯穿不锈钢弹簧垫片(12)、膨胀螺栓不锈钢弹簧垫片(18)、自爆螺母(11)、镀锌钢管套管(10)、不锈钢垫片(9)和不锈钢螺母(8),把M10镀锌自爆型全丝吊杆(14)与外部支撑结构(17)进行装配;
步骤三:把装配好的M10镀锌自爆型全丝吊杆(14)先与结构板(13)上的钻眼进行安装,把膨胀螺栓套管(15)和膨胀螺栓头(16)插入到结构板(13)的钻眼中;
步骤四:将全丝吊杆(6)与支座(7)进初步固定,由于在空间狭小、管线密集的地方,人无法进入该空间内直接对自爆螺母(11)进行紧固,由于丁字套筒扳手可以通过长臂替代人手伸入到该空间内对自爆螺母(11)进行紧固,固采用丁字套筒扳手拧动自爆螺母(11)将M10镀锌自爆型全丝吊杆(14)紧固在结构板(13)之上,通过不锈钢弹簧垫片(12)、膨胀螺栓不锈钢弹簧垫片(18)与自爆螺母(11)之间的静弹性力和轴向拉力,将M10镀锌自爆型全丝吊杆(14)牢牢的固定在结构板(13)的下方;
步骤五:将不锈钢螺母(8)进行向上调节,缩短不锈钢弹簧垫片(12)与不锈钢垫片(9)之间的距离,将镀锌钢管套管(10)紧固在全丝吊杆(6)的上半部分;
步骤六:调节支座(7)上的调节装置,对轻钢主龙骨(5)形成支撑。
本发明的力学原理及实施例如下所述:
当全丝吊杆(6)的长度大于或等于1500mm时,通常会采取增加反向斜支撑的方式以避免吊杆过长失稳现象。
设置反向斜支撑时由于全丝吊杆(6)直径较小,随着长度增加,长细比增大,在轴向压力作用下,如吊顶顶棚在气压变化时产生的向上风压,全丝吊杆(6)容易产生弯曲变形,而且在水平方向也容易产生晃动,不利于整个构架的稳定,比如通常在刮批腻子的时候,对整个平顶就会产生水平和竖直方向上的力,会传递给全丝吊杆(6),导致其发生变形,撤去该力以后,在平顶重力作用下吊筋又恢复原来的垂直,周而复始,会造成该结构破坏。三角形斜支撑有利于增强整体结构在震动荷载下的稳定性。
本发明在全丝吊杆(6)的上部设有外径为25.5mm的镀锌钢管套管(10),用自爆螺母(11)将其紧固在结构板(13)下,通过改变构件受力截面形式,增大其惯性矩,从而增强其稳定性,其验证过程如下:
1、截面示意图:
图5为镀锌钢管套管(10)与吊杆受力分析示意图,图6为镀锌钢管套管(10)的受力分析图。
2、各项参数指标
1)弹性模量E=2.06×105MPa;
2)镀锌钢管套管(10)截面外径D=25.5mm镀锌钢管套管(10)截面内径d=20mm;
3)镀锌钢管套管(10)长度L≥500mm;
4)全丝吊杆(6)直径d0=10mm全丝吊杆(6)露出镀锌钢管套管(10)的长度L0=800mm;
5)抗滑移系数:μ=0.4(镀锌钢管套管(10)紧固轴力F1;镀锌钢管套管(10)与不锈钢垫片(9)之间的最大静摩擦力:fmax);
表1.摩擦面的抗滑移系数μ
表2.全丝吊杆(6)截面及强度参数
3、受力分析及计算
全丝吊杆(6)顶部用膨胀螺栓固定在结构顶板上,镀锌钢管套管(10)用不锈钢螺母(8)紧固在结构板(13)上,为螺母对镀锌钢管套管(10)产生的轴向压力,镀锌钢管套管(10)和不锈钢垫片(9)之间的最大静摩擦力,当fmax≥F1时,镀锌钢管套管(10)和全丝吊杆(6)之间不会有水平方向的位移,二者连接成一个整体,代替原来的反向斜支撑。取该段进行受力分析,确定其强度及稳定性能否代替原来的反向斜支撑。杆端约束情况:顶端固定,底端自由,其中全丝吊杆(6)布置密度为1根/m2。
(1)用扭矩法计算紧固轴力:
F1=0.7×σy×As=0.7×112×58=4547.2N;
fmax=F1×0.40=4547.2×0.40=1818.88N=1.82KN;
σy…全丝吊杆(6)耐力强度分类取12.9,耐力值σy为112N/mm2;
As…全丝吊杆(6)有效截面积,查规范GB/T16823.1-1997《螺纹紧固件应力截面积和承载面积》,公称直径为10的螺纹有效截面积为58mm2;
0.7…扭矩法计算时取耐力的70%;
根据实际施工情况,水平施工荷载F1(其值在20N以内)远小于镀锌钢管套管(10)和不锈钢垫片(9)之间的最大静摩擦力fmax,镀锌钢管套管(10)和不锈钢垫片(9)之间不会产生水平方向的位移,此时,可以将镀锌钢管套管(10)看做一端固定,一端自由的杆件进行计算,由固端情况确定计算长度系数为2,计算长度为2L。
(2)整体临界轴向压力及端部挠度计算:
截面参数:
截面惯性矩:
截面面积:
截面惯性半径:
压杆长细比(柔度):
a、临界轴向压力计算:
当λ=0.29L>λp=105,即L>362mm时,即可确定长细压杆确定杆件临界压力Fr,
根据实际情况L≥500mm,临界轴力(杆件所能承受的最大轴向压力)为:
Fr随长度L的变化关系见:图9,即整体L-Fr曲线图。
根据实际情况,杆件所受到的轴向荷载主要是负风压及自重,其中负风压:
wk=βgzμsμzw0=1.5*(±2.0)*2.0*0.6=±3.6KN/m2
wk……风荷载标准
βgz……阵风系数(1.5)
μs……风荷载体形系数(-0.2-0.2)
μz……风压高度变化系数(2.0)
w0……基本风压(按50年一遇考虑0.6KN/m2)
自重:主要考虑吊顶材料和施工人员自重,轻钢龙骨及铝合金龙骨等金属吊顶是目前比较普遍采用的吊顶材料,其自重一般在0.1-0.25KN/m2之间,施工人员自重一般更小,可以忽略不计,主要考虑负风压的影响。
结合图9分析:杆件的临界轴向压力,即可承受的最大轴向压力随长度的增加而逐渐减小,当其长度最大为1200mm时,对应的临界压力约为4.7KN,仍可以满足轴向荷载的要求。
b、端部挠度计算:
端部弯矩M=F1*L0L0=800mm
端部挠度:
结合整体挠度变化曲线(如图10所示)分析,端部挠度随水平荷载和杆件长度的增大而增大,水平荷载主要是水平施工荷载和施工过程中的偶然碰撞,该荷载在数值上非常小,取在20N之内,由图10知镀锌钢管套管(10)端部的最大挠度约为8.3mm,全丝吊杆(6)露出镀锌钢管套管(10)的长度取800mm,根据三角形比例关系全丝吊杆(6)端部最大变形量W=1200/2000*w=1.7w=1.7*8.3=14.11mm,仍能满足施工安全和变形要求。
(3)镀锌钢管套管(10)临界轴向压力及端部挠度计算:
截面参数:
截面惯性矩:
截面面积:
截面惯性半径:
压杆长细比(柔度):
a、临界轴向压力计算:
当λ=0.25L>λp=105,即L>420mm时,可按照长细压杆确定杆件临界压力Fr,
根据实际情况L≥500mm,
临界轴力(杆件所能承受的最大轴向压力)为:
=6547686413L-2(N)
Fr随长度L的变化关系见:图11,即整体L-Fr曲线图。
根据实际情况,杆件所受到的轴向荷载主要是负风压及自重,其中负风压:
wk=βgzμsμzw0=1.5*(±2.0)*2.0*0.6=±3.6KN/m2
wk……风荷载标准值
βgz……阵风系数(1.5)
μs……风荷载体形系数(-0.2-0.2)
μz……风压高度变化系数(2.0)
w0……基本风压(按50年一遇考虑0.6KN/m2)
自重:主要考虑吊顶材料和施工人员自重,轻钢龙骨及铝合金龙骨等金属吊顶是目前比较普遍采用的吊顶材料,其自重一般在0.1-0.25KN/m2之间,施工人员自重一般更小,可以忽略不计,主要考虑负风压的影响。
结合图11分析:杆件的临界轴向压力,即可承受的最大轴向压力随长度的增加而逐渐减小,当长度最大为1200mm时,对应的临界压力约为4.5KN,仍可以满足轴向荷载的要求。
b、端部挠度计算:
端部挠度:
结合整体挠度变化曲线(见图12)分析,端部挠度随水平荷载和杆件长度的增大而增大,水平荷载主要是水平施工荷载和施工过程中的偶然碰撞,该荷载在数值上非常小,取在20N之内,由图12知镀锌钢管套管(10)端部的最大挠度约为4.3mm,根据三角形比例关系全丝吊杆(6)端部最大变形量W=1200/2000*w=1.7w=1.7*4.3=7.31mm,仍能满足施工安全和变形要求。
虽然上面的例举了一些特定实施例来说明和描述本发明,但并不意味着本发明仅局限于其中的各种细节。相反地,在等价于权利要求书的范畴和范围内可以不偏离本发明精神地在各种细节上做出各种修改。