CN101942906A - 一种用于圆钢管的屈曲约束加固系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于圆钢管的屈曲约束加固系统，由轴力构件单元、屈曲约束单元和脱粘结单元组成，所述轴力构件单元为工程结构待加固杆件，本发明仅适用于圆钢管杆件，该杆件在实际工程中，受压发生屈曲失稳破坏，强度将会大幅折减，因而亟待加固。所述屈曲约束单元是两半圆钢管拼接而成的外包圆钢管，并由半圆环钢扣件间隔一定距离用螺栓连接。所述脱粘结单元设置在待加固轴力构件与拼接外包圆钢管之间，由脱粘结性能良好且具有一定耐挤压能力的聚合物材料制成。本发明具有结构简单、施工方便、加固效果明显等优点，可广泛适用于钢结构受压圆钢管杆件的设计建造或改造加固，此项技术通过提高控制杆件的承载力，从而达到提升结构整体承载能力，增加结构安全储备的目的。

Description

一种用于圆钢管的屈曲约束加固系统

技术领域

本发明涉及一种钢结构加固系统，特别涉及一种用于圆钢管的屈曲约束加固系统。

背景技术

1、钢结构加固系统概述

钢及钢材是现代结构工程使用最广泛的金属建筑材料，在生产建设中，钢结构经过检测和可靠性鉴定后，认为不满足要求时，就要进行加固处理。当钢结构出现以下一些情况时，就需要进行加固改造：

(a)由于使用条件的变化，荷载增大；

(b)由于设计或施工工作中的缺点，结构或其局部的承载能力达不到设计要求；

(c)由于磨损、锈蚀，结构或节点受到削弱，结构或其局部的承载能力达不到原来的要求；

(d)有时出现结构损伤事故，需要修复，修复工作也带有加固的性质。

传统的钢结构加固方法主要有：增加截面法，减轻荷载法，增加构件、支撑和加劲肋法等。钢结构加固方法的确定主要根据施工方法、现场条件、施工期限和加固效果来加以选择，加固件与原结构要能够工作协调，并且不过多地损伤原结构和产生过大的附加变形。

而最常用的加固方法是增加截面法，这种方法就是在原有结构的杆件上增设新的加固构件，使杆件截面积加大从而提高承载能力和刚度的方法。

但由于增加截面法对焊接施工的过度依赖，这便造成了一系列不可避免的问题：对现有结构负荷状态下进行加固，难以避免仰焊等复杂的施工操作；轻钢结构中的小角钢和圆钢杆件在负荷状态下焊接时，焊缝热影响区的强度急剧下降，将直接影响到加固施工的安全；焊接操作产生的残余应力对结构加固后的使用也将造成安全隐患。

此外，增加截面法对构件的屈曲强度提高效果并不明显，在构件受压时，如要避免屈曲发生，需大量加固材料来增大截面，这也就造成了材料的浪费。

2、屈曲约束加固系统

屈曲约束加固系统是一种新型的钢结构加固技术。它是在传统的钢结构加固技术的基础之上，结合新兴抗震构件——屈曲约束支撑的原理，对工程薄弱杆件进行的一种安全可靠、方便简易的加固措施。

在此对屈曲约束支撑及其工作原理进行介绍。当钢结构构件如钢支撑承受一定的轴压力作用时，支撑不会因应力屈服发生强度破坏，而只会发生杆件屈曲的失稳破坏，由于屈曲破坏强度比屈服强度低很多，这便导致了构件和结构承载力的大幅降低。为克服这个问题，上世纪70年代日本工程界开始引入屈曲约束的研究课题，并随后提出了一种叫屈曲约束支撑的构件，这是在传统钢支撑外增加屈曲约束单元的一种新型支撑。其作用机制为：当钢支撑受压欲发生杆外屈曲时，外包约束单元限制住钢支撑的屈曲变形，使其承载力提升至屈服强度，进而在更大的压力作用下发生强度破坏。这种支撑在承拉和承压时都只发生屈服强度破坏，承载能力相比传统支撑得到大幅提高；且在循环拉压力作用下，屈曲约束支撑的滞回曲线饱满稳定，表现出非常优秀的抗震性能。因此，当今世界范围内屈曲约束支撑得到了大力地推广应用，工程界将其用于各类结构之中，从而提高了结构的承载能力、抗震性能以及结构整体的安全储备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、施工方便、加固效果明显的屈曲约束加固系统。

本发明所提出的屈曲约束加固系统，其工作原理为：在待加固杆件的外部增加屈曲约束单元，约束待加固杆件的屈曲变形，改变其破坏形态，从而达到提高原杆件承载力的目的。

本发明提出的用于圆钢管的屈曲约束加固系统，包括轴力构件单元1、屈曲约束单元2和脱粘结单元3，其中：所述轴力构件单元1为圆钢管的待加固杆件，所述屈曲约束单元2由两个半圆管6拼接而成，轴力构件单元1外包裹有脱粘结单元3，屈曲约束单元2位于脱粘结单元3外，屈曲约束单元2外间隔一定距离设有扣件单元4，扣件单元由两个半圆环钢扣件7通过螺栓5连接而成。

本发明中，所述脱粘结单元3采用海绵胶带。

本发明中，屈曲约束单元2的两半圆管6拼接平面与扣件单元4的两半圆环钢扣件7拼接平面在轴力构件单元1的截面上的投影线互相垂直。

本发明中，所述轴力构件单元1与屈曲约束单元2之间预留一定的间隙，用于提供轴力构件单元1受压发生泊松效应时所需的横向空间。

由于钢结构受压构件屈曲失稳引起强度折减，进而导致钢结构整体承载能力的下降，通过本发明对控制杆件进行加固设计，可以大幅度提高结构整体的承载能力，因此本技术可以广泛用于结构的设计建造；同时，对于一些结构由于功能需求所进行的结构改造，改造过程中的内力重分布将导致结构局部强度或刚度的不足，此项技术可以提高局部杆件的强度以及刚度，从而保证结构在负荷状态下改造工作的安全进行；此外，此技术也可广泛地用于对旧结构的加固，延长结构使用寿命，提高结构的安全储备。

本发明的特点有：无需焊接工艺；节约材料；施工作业简单，高效，无需特种施工人员操作等。

附图说明

图1是圆钢管屈曲约束加固系统各部件的组装示意图。

图2是圆钢管屈曲约束加固系统组装后的结构效果图。

图3是圆钢管屈曲约束加固系统的平面图。

图4是圆钢管屈曲约束加固系统的A-A剖面图。其中：(a)为左视图，(b)为主视图。

图中标号：1为轴力构件单元，2为屈曲约束单元，3为脱粘结单元，4为扣件单元，5为螺栓，6为半圆管，7为半圆环钢扣件。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1：如图1-图4所示，屈曲约束加固系统包括以下三个部分：轴力构件单元1、屈曲约束单元2和脱粘结单元3。轴力构件单元1位于轴心，是工程待加固杆件，在工程中只承受轴向压力作用；屈曲约束单元2环包在轴力构件单元1的周围，一旦轴力构件单元1受压屈曲变形，屈曲约束单元2便会提供一个横向的屈曲约束力，抑制轴力构件单元1的屈曲失稳；脱粘结单元3则夹在轴力构件单元1和屈曲约束单元2之间，起内外两单元间的脱粘结作用，即避免轴力构件单元1与屈曲约束单元2之间产生轴向的相互作用力，而使得屈曲约束单元2只对轴力构件单元1产生横向的屈曲约束作用，且脱粘结效果是影响屈曲约束效果的极大因素。屈曲约束单元2由两个半圆钢管6拼接而成，并由半圆环钢扣件7组成的扣件单元间隔一定距离用螺栓5连接；脱粘结单元3采用的是海绵胶带。

图1显示了圆钢管屈曲约束加固方案的各单元图示，图2显示了各单元组装后的效果图。图示轴力构件单元1为加固对象，即待加固轴力杆件。屈曲约束单元2为拼接而成的外包圆钢管，并由钢扣件单元4固定，屈曲约束单元2的功能是约束轴力构件单元1的横向变形，提高其破坏模态，使得构件承载力大幅增大。脱粘结单元3是聚合物层，起脱粘结和一定的耐挤压作用，使得轴力构件单元1与屈曲约束单元2之间不发生轴力的传递，从而使屈曲约束达到最优效果，本专利中脱粘结单元3使用的是海绵胶带。图3图4从另一种角度(平面图和剖面图)展示了本约束加固方案的构造形式，用于加强本说明书的可理解性。

圆钢管屈曲约束加固法的施工流程包括如下三个主要步骤：

1、按照设计厚度在圆钢管表面包覆一层海绵胶带；

2、安装外包圆钢管和钢扣件，并用螺栓固定；

3、杆件表面涂刷防腐及防火涂料进行防腐、防火处理。

根据加固设计方案，结合各现场实际情况，可对以上步骤选用不同的细节处理方式。

再次说明本圆钢管屈曲约束加固系统的特点：

1、结构简单：加固结构由各单元拼接而成，只需螺栓进行连接，节约材料；

2、施工方便：无焊接操作，施工作业简单，高效，且不需要特种施工人员进行操作；

3、加固效果明显：已经过实际工程的检验，能大幅提高构件或结构承载力。

Claims (4)

1.一种用于圆钢管的屈曲约束加固系统，包括轴力构件单元(1)、屈曲约束单元(2)和脱粘结单元(3)，其特征在于所述轴力构件单元(1)为圆钢管的待加固杆件，所述屈曲约束单元(2)为两个半圆管(6)拼接而成，轴力构件单元(1)外包裹有脱粘结单元(3)，屈曲约束单元(2)位于脱粘结单元(3)外，屈曲约束单元(2)外间隔一定距离设有扣件单元(4)，扣件单元(4)由两个半圆环钢扣件(7)通过螺栓(5)连接而成。

2.根据权利要求1所述的用于圆钢管的曲约束加固系统，其特征在于所述脱粘结单元(3)采用海绵胶带。

3.根据权利要求1所述的用于圆钢管的曲约束加固系统，其特征在于屈曲约束单元(2)的两半圆管(6)拼接平面与扣件单元(4)的两个半圆环钢扣件(7)的拼接平面在轴力构件单元(1)的截面上的投影线互相垂直。

4.根据权利要求1所述的用于圆钢管的曲约束加固系统，其特征在于所述轴力构件单元(1)与屈曲约束单元(2)之间预留一定的间隙，用于提供轴力构件单元(1)受压发生泊松效应时所需的横向空间。

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