CN106223211B - 一种角度可调式预压钢结构疲劳加固构件 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种角度可调式预压钢结构疲劳加固构件，由一对通过蝶形铰连接的定制而成的钢加固片、两个螺杆和一个有内螺纹的可对旋钢套筒组成。所述的两个螺杆一端均铰接在两个加固片的外边中央露出的钢杆上，其自由端均预制了外螺纹，且自由端由带内螺纹的可对旋套筒连接。通过旋转套筒调节加固构件的开合角度。在加固过程中，按照待加固区域的角度旋转套筒使加固构件达到匹配角度，使用钢结构粘结剂粘结加固构件和钢构件；在粘结剂固定凝结之后，进一步通过旋转套筒实现角度的二次调节，适当调大角度可以对钝角钢结构实现有预压效果的疲劳损伤加固。本构件满足不同角度下的疲劳加固，操作使用方便，适用范围广泛和便于推广使用。

Description

一种角度可调式预压钢结构疲劳加固构件

技术领域

本发明涉及一种角度可调式钢结构疲劳加固构件，具体涉及一种适用于对不同角度的钢构件焊缝区疲劳损伤加固（修复）的加固构件。

背景技术

由于钢构件在焊缝区的残余应力等缺陷集中且易受多种力和变形的耦合疲劳作用，导致其易发生疲劳损伤产生裂纹，从而可能导致结构（构件）力学作用失效。

对于钢结构的疲劳损伤修复，工程中常采用在缺陷部位加固的措施，来改善缺陷处的受力状态。传统的加固方法是用钢材进行加固，通过焊接、螺栓连接、铆接或者粘结的方法将钢板与原构件连接。传统加固方法往往会带来许多新的问题，如：焊接加固易导致①使热塑区材质变脆、断裂韧性降低；②会存在裂纹、气孔、夹渣、未焊透等新缺陷，成为新的断裂源；③残余应力，和其他因素结合在一起，可能导致开裂；④材料的塑性变形就很难发展；焊接使结构形成连续的整体，一旦裂缝开展，就可能一断到底。螺栓连接或铆接方法会造成①开孔会削弱截面，形成新的应力集中区；②质量不易控制，动荷载作用下易发生松动；③应力松弛、滑移变形；④铆接温度过高，易引起局部钢材硬化，降低补强的效果。粘钢补强技术则需要借助机械设备进行加压、工艺复杂，且施工质量不易保证。而处于多条焊缝交汇区的疲劳损伤的修复由于多焊缝造成局部的脆弱性，其疲劳加固（修复）现有的方法更加难以实现。

现有的利用加固片对钢结构进行加固的方法，均难以适用于多种角度的疲劳加固要求。而工程上有很多情况下的钢构件疲劳损伤区域均为非正交连接，例如在桥梁工程上的正交异性钢桥面板的顶板与纵肋的连接，故而需要提出一种可调节角度、适用于不同情况下的加固构件，且在加固后，能满足疲劳性能良好的要求。

发明内容

技术问题：本发明提供一种能够满足不同角度的疲劳损伤加固、且在加固后提高钢构件焊缝区抵抗变形引起的疲劳损伤的性能，不会显著增加构件荷载，施工方便，且对原构件损坏小的角度可调式预压钢结构疲劳加固构件。

技术方案：本发明的角度可调式预压钢结构疲劳加固构件，包括通过蝶形铰连接内侧端面的上加固片和下加固片、连接所述上加固片和下加固片外侧端面的连接杆，所述连接杆包括两根螺杆和连接所述两根螺杆的套筒，所述连接杆的长度能够通过调节两根螺杆的相对距离来调整。

进一步的，本发明中，两根螺杆与套筒通过螺纹连接和调节距离。

进一步的，本发明中，上加固片和下加固片上均设置有加劲肋。

进一步的，本发明中，上加固片和下加固片外侧端面均设置有内置加筋钢杆，所述螺杆连接在内置加筋钢杆上。

进一步的，本发明中，上加固片和下加固片均为钢板或钢材与碳纤维增强复合材料混合制作而成。

本发明构件为一种角度可调式预压钢结构疲劳加固构件，适用于不同角度的钢构件的疲劳损伤进行加固（修复），由一对通过蝶形铰连接两个定制的钢加固片、两个螺杆和一个有内螺纹的可对旋钢套筒组成。所述的两个螺杆一端均已铰接在两个加固片的外边中央露出的钢杆上，两者的自由端在一定长度上均预制了外螺纹，两自由端由带内螺纹的可对旋套筒连接。在连接完毕后，通过旋转套筒可调节螺杆的相对距离，进而控制加固片的开合角度。在对钢构件进行疲劳损伤加固过程中，只需按照待加固区域的角度旋转套筒使加固构件达到匹配角度，在加固过程中使用钢结构粘结剂粘结加固构件和钢构件；在粘结剂固定凝结之后，进一步通过旋转套筒实现角度的二次调节，以减少在加固凝结阶段粘结剂收缩对加固性能可能带来的负面作用，以保证在整个加固周期内达到角度始终协调匹配的优良效果。且对钝角钢结构的加固过程中适当调大角度可以对钢结构实现有预压效果的疲劳损伤加固。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

（1）本发明提出的特制加固构件，具有新颖的角度可控可调的特点。现有的利用加固片对钢结构进行加固的方法，角度均不可调，难以适用于不同角度下钢构件的疲劳加固要求。而工程上的需要进行加固的钢构件连接的角度为非正交连接的非常常见且多有不同（例如在桥梁工程上的正交异性钢桥面板的顶板与纵肋的连接），故而需要提出一种可调节角度、适用于不同情况下的加固构件。本发明的角度可调的优点满足了对不同角度的钢构件疲劳损伤加固的目的，适用范围广泛，易于推广使用，且可以重复利用。

（2）本发明提出的特制加固构件的角度的匹配在整个加固时期内均可得到满足，即：在加固前，调节到匹配与待加固钢结构的角度进行粘结，在加固时期（粘结剂固定凝结之后），仍可进一步通过旋转套筒实现角度的二次调节，以减少在加固凝结阶段粘结剂收缩对加固性能可能带来的负面作用，以保证在整个加固周期内达到角度始终协调匹配的优良效果。此即为现有加固方法所不具备的可多次调试的功能。且对钝角钢结构的加固过程中适当调大角度可以对钢结构实现有预压效果的疲劳损伤加固。

（3）本发明提出的特制加固构件通过外部钢杆连接，实现角度可调和刚度保证的双重优势。使加固后的整体构件可以参与构件共同受力，在有效保证构件整体刚度的同时，减少钢材承受的应力，使加固后的钢构件有良好的抗疲劳损伤性能。

（4）加固构件构造简单，易于组装，适合批量生产。

附图说明

图1：调节好角度之后的加固构件；

图2：上加固片；

图3：下加固片；

图4：连接杆整体；

图5：连接杆的螺杆；

图6：未咬合的带内螺旋的套筒组件I和II；

图7：给钢构件加固后的整体示意图。

图中有：1-上加固片；2-下加固片；3-蝶形铰；4-内置加筋钢杆；5-螺杆；6-套筒；7-上加固片基质；8-下加固片基质；9-外螺纹；10-套筒组件I；11-套筒组件I内螺纹；12-套筒组件II；13-套筒组件II内螺纹。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本发明作进一步的说明。

本发明的角度可调式预压钢结构疲劳加固构件，由一对通过蝶形铰3连接两个定制的上加固片1和下加固片2、两个螺杆5和一个有内螺纹的可对旋钢套筒6组成。所述的两个螺杆5一端均已铰接在两个加固片的外边中央露出的钢杆上，两者的自由端在一定长度上均预制了外螺纹9，两自由端由带套筒组件I内螺纹11和套筒组件II13的可对旋套筒6连接。在连接完毕后，通过旋转套筒6可调节螺杆5的相对距离，进而控制上加固片1和下加固片2的开合角度。在对钢构件进行疲劳损伤加固过程中，角度的匹配性能在整个加固时期内均得到实现，在加固前，将构件调节到与待加固钢结构匹配的角度后，使用钢结构粘结剂粘结加固构件和钢构件，固定之后待粘结剂凝结；在加固时期，仍进一步通过旋转套筒6实现角度的二次调节，以减弱在加固凝结阶段粘结剂收缩对加固性能可能带来的负面作用，以保证在整个加固周期内达到角度始终协调匹配的优良效果。且在对钝角钢结构的加固过程中适当调大角度可以对钢结构实现有预压效果的疲劳损伤加固。本发明的加固构件满足不同角度的钢构件疲劳损伤区的疲劳加固，使得原结构疲劳性能提高，构件和待加固构件作用紧密，操作使用方便，适用范围广泛和便于推广和使用。

连接杆整体是由套筒整体6和两个螺杆5螺旋固定而成，套筒整体6由带内螺纹的套筒组件I和套筒组件II咬合组成（套筒组件I和套筒组件II咬合后可以自由对旋，具体构造见附图所示：10-套筒组件I；11-套筒组件I内螺纹；12-套筒组件II；13-套筒组件II内螺纹。通过蝶形铰3连接的上加固片1和下加固片2，二者只负责各自加固片面内面外的刚度，对构件的整体刚度不起主要作用。构件的整体刚度由螺栓连接后的连接杆提供，以保证加固后的构件在受到面外变形和作用力时提供足够的抵抗力。构件若为钢材制作而成，根据待加固钢结构和钢加固构件的钢材要求，可以选择粘结或者焊接两种方式进行加固。

本发明采用的技术方案克服了传统钢构件焊缝区疲劳损伤加固的负面效应，旨在利用该加固构件可调节角度和刚性的外杆支撑的特点，借助粘结剂的粘结性能使加固后的已损结构受到加固构件的约束，给损伤后的结构局部在受力过程中提供新的可靠的传力途径，在约束易损构件的同时，对其变形也有明显抑制作用，缓解已损局部的疲劳裂纹的进一步扩展。该特制加固构件通过外部钢杆连接，实现角度可调和刚度保证的双重优势。使加固后的整体构件可以参与构件共同受力，在有效保证构件整体刚度的同时，减少钢材承受的应力。

安装后的整体加固构件的整体刚度主要由套筒6控制的钢连接杆5提供，同时为了增加整体构件的性能，所制作的两片加固片1和2均应达到一定的刚度要求（厚度不宜小于10mm）。

上述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种角度可调式预压钢结构疲劳加固构件，其特征在于，该构件包括通过蝶形铰（3）连接内侧端面的上加固片（1）和下加固片（2）、连接所述上加固片（1）和下加固片（2）外侧端面的连接杆，所述连接杆包括两根螺杆（5）和连接所述两根螺杆（5）的套筒（6），所述连接杆的长度能够通过调节两根螺杆（5）的相对距离来调整。

2.根据权利要求1所述的一种角度可调式预压钢结构疲劳加固构件，其特征在于，所述两根螺杆（5）与套筒（6）通过螺纹连接和调节距离。

3.根据权利要求1所述的一种角度可调式预压钢结构疲劳加固构件，其特征在于，所述上加固片（1）和下加固片（2）上均设置有加劲肋。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种角度可调式预压钢结构疲劳加固构件，其特征在于，所述上加固片（1）和下加固片（2）外侧端面均设置有内置加筋钢杆（4），所述螺杆（5）连接在内置加筋钢杆（4）上。

5.根据权利要求1、2或3所述的一种角度可调式预压钢结构疲劳加固构件，其特征在于，所述上加固片（1）和下加固片（2）均为钢板或钢材与碳纤维增强复合材料混合制作而成。