CN104053845A - 支撑构件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种压弯刚性辅助支撑构件，能够除去加工工时高的焊接，利用棒钢和钢管等容易从市场获得的成品来作为轴力构件和刚性辅助构件，并且能够通过螺纹以干燥方式而容易地将轴力构件和刚性辅助构件连接。在轴力构件(2)的端部形成用于与接头(6)螺合的螺纹部，在不具有挡圈(4)的一侧的刚性辅助管3的端部侧，将用于抑制轴力构件(2)的弯颈的套筒(5)接合于轴力构件(2)的外表面，将不具有套筒(5)的一侧的轴力构件(2)的端部穿插至挡圈(4)的内周面而使其与挡圈(4)接合，由此，经由挡圈(4)将轴力构件(2)与刚性辅助管(3)结合。

Description

支撑构件
技术领域
本发明涉及具有设置在建筑结构物中且在发生地震时吸收地震能量的轴力构件、和对上述轴力构件的刚性进行辅助的刚性辅助管的支撑构件。
背景技术
以往，关于具有设置在建筑结构物中且在发生地震时吸收地震能量的轴力构件、和对上述轴力构件进行刚性辅助的刚性辅助管的压弯刚性辅助支撑构件，为了使轴力构件所吸收的地震能量增大，提出有用于防止轴力构件的整体压弯而发挥稳定的压缩/拉伸塑性变形的发明。
例如在专利文献1中，公开有如下构成的结构部件：在钢管构件的外侧还配置有钢管构件，外侧的钢管构件通过将多种钢管构件沿轴向连接而构成，并且通过端板(end plate)将轴向的端部的钢管构件的端面封堵。另外，在专利文献2中公开有通过在钢管构件中填充砂浆(mortar)而防止整体压弯的支撑件。
专利文献1:日本特开平06－346510号公报
专利文献2:日本特开平07－229204号公报
发明内容
但是，在专利文献1所公开的发明中，将外侧的钢管构件彼此焊接，并且在钢管构件与端板之间也采用基于焊接的固定方法，因此产生了焊接这样的加工工时，在由钢管构件构成的轴力构件的轴截面积比较小的情况下，存在无法降低每根支撑件的加工成本的问题。
另外，在专利文献2所公开的发明中，由于在对压弯进行刚性辅助的钢管中填充砂浆，所以存在每根支撑件的重量变重的问题。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种压弯刚性辅助支撑构件，能够除去加工负担大的焊接作业，利用像棒钢或钢管等这样容易从市场上获得的成品来作为轴力构件和刚性辅助构件，并且能够通过螺纹以干燥方式而容易地将轴力构件和刚性辅助构件连接。
本发明为了实现所述目的，其特征在于以如下方式构成本发明的支撑构件。
即，本发明的支撑构件的一形态的特征在于，具有：轴力构件，其呈中央实心截面的棒状，经由其两端的接头而设置在建筑结构物之间，承受轴向的力；刚性辅助管，其呈管状，使所述轴力构件贯穿于该刚性辅助管的内部而对所述轴力构件的刚性进行辅助，挡圈，其与上述刚性辅助管的端部和位于上述刚性辅助管内侧的上述轴力构件双方螺合，将上述刚性辅助管的端部与上述刚性辅助管内侧的轴力构件之间固定；以及套筒，其介入于未螺合上述挡圈的一侧的上述刚性辅助管的端部与上述刚性辅助管内侧的上述轴力构件之间，与上述轴力构件的外周和上述刚性辅助管的内周的任一方螺合，并在与另一方之间形成间隙。
本发明的支撑构件的另一形态的特征在于，在上述挡圈的轴向的端部，一体地形成有与上述刚性辅助管的端面接触的向外的凸缘。
本发明的支撑构件的再另一形态的特征在于，将上述套筒螺合于上述轴力构件的外周，在上述套筒的外周与上述刚性辅助管之间形成上述间隙，使上述间隙、即上述刚性辅助管的内径与上述套筒的外径的差为d，使上述刚性辅助管与上述套筒重合的部分的轴向长度为L时，则使d/L≦0.85°。
因此，适用了本发明的支撑构件通过具有上述的结构，均没有焊接的加工工时，因此能够谋求减少整体制造工时并缩短工期。其结果是，通过本发明能够提供廉价的支撑件。
另外，由于不会产生在刚性辅助管中填充砂浆等的作业，所以能够相对抑制每根支撑件的重量。
另外，在制造支撑件时，能够以干燥方式将轴力构件和刚性辅助构件组装，所以容易进行支撑件的制造及管理。
附图说明
图1是适用了本发明的支撑构件的将长度方向中央部省略的局部剖视图。
图2是图1的挡圈的立体图。
图3是表示图1的轴力构件端部的外螺纹、其外周的套筒、和其外周的刚性辅助管的各自的一部分的配置的立体图。
图4是表示图1的轴力构件端部的外螺纹、其外周的带凸缘的挡圈、和外螺纹外周的轴力构件的各自的一部分的配置的立体图。
图5是表示图1所示的支撑构件的整体、和将其设置在压缩/拉伸试验机上的状态的主视图。
图6是表示图5的试验结果的应力应变曲线图。
具体实施方式
以下，详细说明本发明的实施方式。
图1是示意性地表示本发明的实施方式的支撑构件1的图。此外，在该图中，为了易于理解U形夹的构造，将左右两端的U形夹6、7以绕轴力构件2的中心轴线彼此旋转90度后的状态图示出。这种支撑构件1的、粗度相对于轴向长度的比小，即该支撑构件1较细，因此，若在图中准确地表示支撑构件的构造，则成为难以理解的图。因此，在图1中，将粗度相对于轴向长度的比表示得较大。因此各部分的大小关系不限定于图示的情况。
在图1中，支撑构件1具有：由中央实心截面的钢棒构成的轴力构件2；覆盖该轴力构件2的外表面且与该轴力构件2同轴地配置的由钢管构成的刚性辅助管3；与刚性辅助管3的一端部内表面螺合的挡圈(retaining ring)4；以及位于刚性辅助管3的另一端部内侧且与轴力构件2的外周螺合的套筒5。
在轴力构件2的外周，在钢棒的套筒5侧的端部切出有右旋螺纹2a，而且在挡圈4侧的端部切出有左旋螺纹2b，呈彼此相反的螺纹。上述两端只要是相反螺纹，则可以是任一方为右旋螺纹。而且，在轴力构件2的两端，螺合有用于将该轴力构件2相对于建筑结构物连接的作为接头的U形夹6、7。
在刚性辅助管3的挡圈4侧的内周切出有内螺纹(右旋螺纹)，而且在套筒5侧的内周未切出螺纹。挡圈4与刚性辅助管3的端部内表面和位于刚性辅助管3内侧的轴力构件2的外表面双方螺合，从而将刚性辅助管3的端部与刚性辅助管3内侧的轴力构件2之间固定。另外，在该挡圈4的、U形夹7侧的端部外周，一体地设有向外的凸缘4a，该凸缘4a的一方的面与刚性辅助管3的一方的端面抵接。
另外，套筒5也由钢管构成，且介入于未螺合挡圈4的一侧的刚性辅助管3的端部与刚性辅助管3内侧的轴力构件2之间，在套筒5的内表面上切出有内螺纹而与轴力构件2的外周螺合，并且套筒5的外表面以圆筒面在与刚性辅助管3之间形成有间隙8。使该间隙8、即上述刚性辅助管3的内径与套筒5的外径的差为d，使刚性辅助管3与套筒5重合的部分的轴向长度为L时，则使d/L≦0.85°。此外，在图1中关于间隙8表示成“d/2”是因为，在图1的套筒5的上下与刚性辅助管3之间形成有间隙8，这些上下两方的间隙的合计、即直径差的尺寸为“d”，因此在表示一方的间隙的图示的情况下，表示成其1/2。
因此，在发生地震时建筑结构物变形而对轴力构件2作用有轴向的拉伸/压缩力的情况下，轴力构件2通过刚性辅助管3而被辅助刚性，因此在该范围内难以产生整体压弯，从而在轴力构件2的大范围(与轴向长度的范围相同)内产生拉伸/压缩塑性变形，能够充分吸收地震能量。
在本实施方式中未特别规定轴力构件2的强度，但通常在抗震支撑件中使用的轴力构件的屈服强度为100N/mm2，因此在本实施方式中，也优选使用具有该程度的强度的构件。
使刚性辅助管3的内径与上述套筒5的外径的差d除以套筒5与刚性辅助管3重合的部分的长度L而得的值为0.85°(即0.0149rad)以下，具有如下这样的技术意义。
刚性辅助管3的内径与套筒5的外径的差意味着刚性辅助管3与套筒5的间隙8的最大值。在由于某些理由而在轴力构件2中产生弯曲时，其弯曲的最大角度限定于套筒5在该间隙8整体范围内能够倾斜的范围。若使上述间隙为d、使套筒5与刚性辅助管3重合的部分的长度为L、使最大倾斜角度为θ，则
d/L＝tanθ≒θ
即，若该θ较大，则轴力构件2容易产生弯曲，本发明人等进行实验的结果表明，若θ超过0.85°(即0.0149rad)，则轴力构件2容易产生弯颈(neck bending)。因此，在本发明中期望使上述θ为0.85°(即0.0149rad)以下。
另外，支撑构件1能够通过螺纹将轴力构件2、挡圈4、套筒5和刚性辅助管3组装，并且U形夹6、7也能够通过螺纹进行组装。通过这些螺纹能够容易地改变长度的调整，因此也能够消除施工误差。特别是，使轴力构件2的两端的螺纹槽如上所述地为相反螺纹，因此通过轴力构件2的旋转容易进行长度的调节。此外，当然也可以使其他部件旋转而进行上述调整。
特别是，轴力构件2、刚性辅助管3、套筒5仅通过在市场销售的钢棒和钢管上切出螺纹就能够加工完成，挡圈也相同，因此容易获得材料且容易进行加工，并且上述装配和组装也如上所述地为干燥方式，因此容易进行支撑构件1的管理。
图5是供用于确认图1所示的实施方式的支撑构件1的性能的试验的、试验体的图，该试验体与图1的支撑构件1相同，因此在图5中也使用与图1相同的部件名称和附图标记。
在此，轴力构件2使用外径44.2mm、长度2300mm、强度600N/mm2级的钢棒，刚性辅助管3使用外径105.0mm、厚度18.0mm、长度2073mm、强度400N/mm2级的钢管，另外，挡圈4具有490N/mm2的强度，是外径105.0mm的带有凸缘4a的钢管形状，且在内表面加工有M48的内螺纹，在外表面加工有M75的外螺纹。另外，套筒管5是具有490N/mm2级的强度的钢管形状，外径为62.6mm，长度为478mm，与刚性辅助管3的重合部分的长度L为428mm，且在内表面加工有M48的内螺纹。另外，U形夹6、7使用强度为880N/mm2级的部件。
由上述内容可知刚性辅助管3的内径为(105.0－2×18.0)＝69.0mm，因此刚性辅助管3与套筒管5的外径的差d为(69.0－62.6)＝6.4mm，从而d/L为(6.4/428)＝0.0149rad即0.85°。
该支撑构件1的组装步骤如下。首先，将轴力构件2的一端穿插并螺合于套筒5。接着，在刚性辅助管3的一端的内部螺合挡圈4。然后，在刚性辅助管3的未安装挡圈4的一侧，将上述轴力构件2从未安装套筒5的一侧开始插入，在挡圈4侧将轴力构件2旋入并使其贯穿挡圈4。最后，在轴力构件2的两端部螺合U形夹6、7而进行固定。
图5(a)表示用于确认本发明的实施方式的支撑构件1的性能的试验状况。在图5(a)中，分别固定于轴力构件2两端的U形夹6、7分别通过U形夹销6a、7a而与固定于地板侧的受力夹具9及固定在支承于天花板侧的试验机11上的施力夹具12结合。因此，通过使试验机11在平面内反复上下移动，对轴力构件2作用轴向的拉伸力及压缩力。
此外，图5(b)是为了易于理解支撑构件1的上部的U形夹6与施力夹具12的结合状态而将图5(a)的上半部分绕轴力构件2的中心轴线旋转90度而示出的图。
图6是表示用于确认本发明的实施方式的支撑构件1的性能的试验的结果的应力应变曲线图，是如下情况：沿图5中的铅垂方向施加规定的位移，并如后所述地不断改变该位移。在图6中，纵轴为在轴力构件2中产生的应力(由试验机施加的载荷除以轴力构件2的截面而得到的计算值)，将压缩方向表示为正方向(上方向)。另外，横轴为设在U形夹6、7上的记号A与记号B的距离伸长量除以最初的长度而得到的测定值，将压缩应变增大的方向表示为正方向(右方向)。
图6是关于试验体(即支撑构件1)的结果。首先，通过试验机11的动作使施力夹具12在图5中向下侧移动，对轴力构件2施加压缩力。从原点开始弹性变形，在压缩屈服后，稍微进行加工硬化且产生塑性变形。最终，在到达规定位移Ｃ后，试验机11的施力夹具12在图5中向上侧移动，对轴力构件2施加拉伸力。在到达规定位移D后，向规定位移E返回。
进而，试验机11的施力夹具12在图5中向下侧移动，因此对轴力构件2施加压缩力而塑性变形加剧。最终，在到达规定位移E后，试验机11的施力夹具12在图5中向上侧移动，向规定位移F返回。
以下，同样地使试验机11的施力夹具12反复上下移动，因此在轴力构件2中描绘具有图示那样的包辛格效应的滞后曲线。
在该试验中，能够承受位移为最初长度的1.25％的压缩/拉伸变形。
以上的试验结果表明，对轴力构件2的反复施力次数多，吸收了充分的能量，因此本发明的实施方式的效果显著。
此外，以上说明的图1的支撑构件1将套筒5螺合于轴力构件2的外周，在套筒5与刚性辅助管3之间形成有间隙8。但是，间隙8也可以形成在套筒5与轴力构件2之间。即，也能够为，将套筒5与刚性辅助管3的内表面螺合，在套筒5的内表面和该套筒5所包覆的轴力构件2的外表面部分上不形成螺纹槽，并在套筒5与轴力构件2之间形成间隙8。在该情况下，套筒5的长度中的进入到刚性辅助管3内侧的部分的长度相当于图1的长度L。因此，若使套筒5的轴向上的U形夹6侧的端面与刚性辅助管3的轴向上的U形夹6侧的端面对齐，则图1中的长度L与套筒5的长度一致。在这样的情况下，也发挥与图1所记载的实施方式相同的作用效果。
附图标记说明
1    支撑构件
2    轴力构件
3    刚性辅助管
4    挡圈
4a   凸缘
5    套筒
6、7 接头(U形夹)
8    间隙
9    受力夹具
11   试验机
12   施力夹具

Claims (3)

1.一种支撑构件，其特征在于，具有：
轴力构件，其呈中央实心截面的棒状，经由其两端的接头而设置在建筑结构物之间，承受轴向的力；
刚性辅助管，其呈管状，使所述轴力构件贯穿于该刚性辅助管的内部而对所述轴力构件的刚性进行辅助，
挡圈，其与所述刚性辅助管的端部和位于所述刚性辅助管内侧的所述轴力构件双方螺合，将所述刚性辅助管的端部与所述刚性辅助管内侧的轴力构件之间固定；以及
套筒，其介入于未螺合所述挡圈的一侧的所述刚性辅助管的端部与所述刚性辅助管内侧的所述轴力构件之间，与所述轴力构件的外周和所述刚性辅助管的内周的任一方螺合，并在与另一方之间形成间隙。
2.如权利要求1所述的支撑构件，其特征在于，
在所述挡圈的轴向的端部，一体地形成有与所述刚性辅助管的端面接触的向外的凸缘。
3.如权利要求1或2所述的支撑构件，其特征在于，
将所述套筒螺合于所述轴力构件的外周，在所述套筒的外表面与所述刚性辅助管的内表面之间形成所述间隙，
使所述间隙、即所述刚性辅助管的内径与所述套筒的外径的差为d，使所述刚性辅助管与所述套筒重合的部分的轴向长度为L时，
使d/L≦0.85°。
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