CN202627327U - 加腋双铰直线拱梁 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种加腋双铰直线拱梁，以解决普通双铰直线拱梁在荷载作用下产生水平推力而引起背景技术中所述的安全隐患问题。它包括人字钢梁、钢筋混凝土柱，所述钢筋混凝土柱中设有螺栓孔，所述螺栓孔中预埋有螺栓，所述人字钢梁与钢筋混凝土柱通过螺栓铰接连接，所述人字钢梁的跨中下部设有加腋板件，所述人字钢梁和加腋板件通过连接件刚接连接，所述加腋板件的底面水平，所述加腋板件的顶部为人字形。本实用新型的人字钢梁采用H型钢，取材容易，制作简单，避免了大片钢板裁割和长焊缝的加工量，缩短施工周期；人字钢梁的斜坡上翼缘又能很好的配合压型板屋面坡度。由于拱梁重量较小，一般可用轻型吊车起吊安装，应用范围很广。

Description

加腋双铰直线拱梁

技术领域

 本实用新型涉及一种人字钢梁和钢筋混凝土柱铰接组成的双铰直线拱梁，具体地说是一种加腋双铰直线拱梁。

背景技术

  由于经济发展和国内建材供应情况的变化，我国工业建筑和公共民用建筑中，钢筋混凝土结构一统天下的局面近20年来迅速变化，取而代之的是钢结构。其中门式刚架在工业厂房结构中广泛应用，这是由于人字型钢梁两端与钢柱顶刚接形成的门式刚架有受力明确，构造简单，安装方便，施工周期短，便于拆除改造等优点，所以很快代替了沿用几十年的钢筋混凝土排架结构。同时，大量工程中因使用要求经常遇到混凝土柱顶架设人字钢梁这样的混合结构形式，如多层、高层钢筋混凝土结构顶层的大空间房屋（大型会议室、展厅、多功能厅等）就常采用这种形式，但其计算和构造做法还不是很明确。若人字钢梁两端与混凝土柱顶做成刚接，不但构造复杂，而且由于是两种不同的材质，受力复杂、变形也不协调，一般常用的做法是普通人字钢梁两端与柱顶预埋螺栓铰接连接，形成普通双铰直线拱梁，这样的普通双铰直线拱梁在竖向荷载作用下，会产生水平推力，由于压型板屋面坡度比较平缓，而越平缓水平推力就越大，虽然屋面荷载较小，推力有限，但若不考虑此推力，则其下端的钢筋混凝土柱显然存在安全隐患，若考虑此水平推力，对结构抗震不利，同时混凝土柱截面高度和配筋都需要加大，而且人字钢梁与钢筋混凝土柱顶连接用的螺栓承受较大的剪力，这对螺栓来说，是其力学性能的弱项，即容易发生变形甚至剪切破坏。而目前有些设计，仅简单选用国家标准图集中相同跨度门式刚架柱顶以上的钢梁做这类结构的屋面梁，两端和混凝土柱顶铰接连接，这样的设计很不合理，存在安全隐患。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种加腋双铰直线拱梁，以解决普通双铰直线拱梁在荷载作用下产生水平推力而引起背景技术中所述的安全隐患问题。

本实用新型技术方案如下：

一种加腋双铰直线拱梁，包括人字钢梁、钢筋混凝土柱，所述钢筋混凝土柱中设有螺栓孔，所述螺栓孔中预埋有螺栓，所述人字钢梁与钢筋混凝土柱通过螺栓铰接连接，所述人字钢梁的跨中下部设有加腋板件，所述人字钢梁和加腋板件通过连接件刚接连接，所述加腋板件的底面水平，所述加腋板件的顶部为人字形。

本实用新型另一种实施方式的技术方案如下：

一种加腋双铰直线拱梁，包括人字钢梁、钢筋混凝土柱，所述钢筋混凝土柱中设有螺栓孔，所述螺栓孔中预埋有螺栓，所述人字钢梁与钢筋混凝土柱通过螺栓铰接连接，所述人字钢梁包括左钢梁和右钢梁，所述左钢梁和右钢梁之间设有加腋板件，所述左钢梁和右钢梁分别通过连接件与加腋板件刚接连接，所述加腋板件的底面水平，所述加腋板件的顶部为人字形。

本实用新型消除了普通双铰直线拱梁在荷载作用下产生的水平推力，避免螺栓的剪切破坏，使支承拱梁的混凝土柱弯矩大大减少，节约成本，同时使结构和构件传力途径简捷，受力明确，抗震有利，节点构造简单。并将铰接连接的螺栓孔设置成椭圆孔，避免螺栓因钢梁变形产生次应力而承受剪力，发生剪切破换，避免了受力构件因材质不同、受力后变形不同而在连接节点处产生较大的次应力，避免结构或构件局部破坏或节点连接破坏。

本实用新型的人字钢梁采用H型钢，取材容易，制作简单，避免了大片钢板裁割和长焊缝的加工量，缩短施工周期；人字钢梁的斜坡上翼缘又能很好的配合压型板屋面坡度。由于拱梁重量较小，一般可用轻型吊车起吊安装，跨度可大可小，应用范围很广。

下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

图1为现有普通双铰直线拱梁的静力计算简图；

图2为加腋双铰直线拱梁的简化静力计算简图；

图3为加腋双铰直线拱梁第一种实施方式的结构示意图；

图4为加腋双铰直线拱梁第二种实施方式的结构示意图；

图5为加腋双铰直线拱梁与混凝土柱顶连接的螺栓孔的平面图。

具体实施方式

图3为加腋双铰直线拱梁第一种实施方式，适合于跨度小于21米时用，它包括人字钢梁1、钢筋混凝土柱5，钢筋混凝土柱5中设有螺栓孔4，螺栓孔4中预埋有螺栓6，人字钢梁1与钢筋混凝土柱5通过螺栓6铰接连接，人字钢梁1的跨中下部设有加腋板件2，人字钢梁1和加腋板件2通过连接件3刚接连接，加腋板件2的底面水平，加腋板件2的顶部为人字形。

本实施方式中人字钢梁1和加腋板件2在屋脊处通过连接件3刚接连接组成直线拱梁，是对人字钢梁1跨中下部（即普通双铰直线拱的拱顶下侧）加腋形成，即在人字钢梁1跨中下部加设一适当长度（此长度由结构力学公式计算确定）的腋，该腋由立板和水平板焊接形成，腋的立板厚度同人字钢梁1的腹板厚，高度按同跨度的直线简支钢梁的梁高选定，腋的水平板宽度和厚度同人字钢梁1的下翼缘板，这样的拱梁不按普通双铰直线拱计算，而按直线简支梁计算其弯矩和剪力，并确定梁断面尺寸，同时注意梁跨中连接一定要稳妥可靠，达到等强度连接。

图4为加腋双铰直线拱梁第二种实施方式，适合于跨度大于等于21米时用，它包括人字钢梁1、钢筋混凝土柱5，钢筋混凝土柱5中设有螺栓孔4，螺栓孔4中预埋有螺栓6，人字钢梁1与钢筋混凝土柱5通过螺栓6铰接连接，人字钢梁1包括左钢梁11和右钢梁12，左钢梁11和右钢梁12之间设有加腋板件2，左钢梁11和右钢梁12分别通过连接件3与加腋板件2刚接连接，加腋板件2的底面水平，加腋板件2的顶部为人字形。

本实施方式中，跨度很大时可在梁的两个变截面处各设一个连接点，这样受力合理，经济适用，则该直线拱梁的跨中区段可制作成底平上斜式的变截面工字型梁段，该变截面工字型梁段的长度、高度以及各构件的厚度可根据拱梁的受力情况按结构力学对应公式计算得出。

加腋部分是由三块钢板焊接形成变截面的工字型梁段组成或由两块钢板焊接形成变截面的T型梁段再与人字钢梁的下翼缘焊接组成，人字钢梁与加腋部分刚性连接，共同承担荷载产生的全部弯矩。

图5为加腋双铰直线拱梁与混凝土柱顶连接用的椭圆形螺栓孔的平面图，两种实施方式的螺栓孔（4）都为椭圆形螺栓孔，椭圆孔的尺寸可以按常规计算方法计算得出，但一般按构造取两半圆圆心之间的间距为5~10mm就可以。 

以结构承受均布荷载为例，图1为现有普通双铰直线拱梁的静力计算简图，其计算公式为：R=ql/2,H=5ql/32f,Mmax=9ql2/512=0.14x(ql2/8),其中：R为竖向支座反力，H为水平支座反力，Mmax为双铰直线拱梁跨中最大弯矩，q为均布荷载值，l为梁跨度，f为拱梁的拱高。

以结构承受均布荷载为例，图2为加腋双铰直线拱梁的简化静力计算简图，其计算公式为：R=ql/2,H=0,Mmax=ql2/8，其中：R为竖向支座反力，H为水平支座反力，Mmax为直线简支梁跨中最大弯矩，q为均布荷载值，l为梁跨度。

如图1至图2所示，普通双铰直线拱梁的弯矩值只有简支直线梁的14%，但同时产生水平力H，且f越小，H越大，而简支直线梁的H=0。由于支承人字拱梁的混凝土柱呈悬臂状态，承担此水平力H很不利，例如10m高的柱，10KN的推力，就会给柱下端节点处产生100KN.M的弯矩，再与风荷载及地震作用叠加，弯矩就会更大，又因为屋盖很轻，即柱的轴力N值相对很小，必然形成大偏心柱，导致结构的技术经济性很差。

本实用新型加腋双铰直线拱梁为垂直加腋，加腋双铰直线拱梁虽然在外形上仍和普通双铰直线拱梁相似，但其计算时可以不考虑按普通双铰直线拱计算产生的水平推力，因为当受力后，加腋人字拱梁自身承担了全部弯矩，梁两端只向下传递竖向力。由于计算是基于弹性理论，而应力应变是同时存在的，当加腋人字拱梁受力后，多少会产生一点变形，较小的水平推力是客观存在的，而这点次应力一般可以不计算，但如果跨度很大或梁下还有悬挂吊车等较大荷载时，则可以把加腋双铰直线拱梁两端套在柱顶预埋螺栓上的螺栓孔作成椭圆状，以便释放这些次应力，将这部分次应力转换给梁，使梁受力稍有增加，来解除混凝土柱顶的水平推力。

Claims (3)

1.一种加腋双铰直线拱梁，包括人字钢梁、钢筋混凝土柱，所述钢筋混凝土柱中设有螺栓孔，所述螺栓孔中预埋有螺栓，所述人字钢梁与钢筋混凝土柱通过螺栓铰接连接，其特征在于：所述人字钢梁（1）的跨中下部设有加腋板件（2），所述人字钢梁（1）和加腋板件（2）通过连接件（3）刚接连接，所述加腋板件（2）的底面水平，所述加腋板件（2）的顶部为人字形。

2.一种加腋双铰直线拱梁，包括人字钢梁、钢筋混凝土柱，所述钢筋混凝土柱中设有螺栓孔，所述螺栓孔中预埋有螺栓，所述人字钢梁与钢筋混凝土柱通过螺栓铰接连接，其特征在于：所述人字钢梁（1）包括左钢梁（11）和右钢梁（12），所述左钢梁（11）和右钢梁（12）之间设有加腋板件（2），所述左钢梁（11）和右钢梁（12）分别通过连接件（3）与加腋板件（2）刚接连接，所述加腋板件（2）的底面水平，所述加腋板件（2）的顶部为人字形。

3.根据权利要求1或2所述的加腋双铰直线拱梁，其特征在于：所述螺栓孔（4）为椭圆形。

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