CN1074080C - 加强钢梁 - Google Patents

Abstract

一个由一附件加强的钢梁，当它安装到结构上时它能产生一个与梁上承受的载荷反向的力矩。附件包括一个固定在梁的下部的传递构件和一设置在其上的拉伸钢缆。拉伸钢缆压缩传递构件并产生一个向上的力矩，该力矩被传递到梁上。

Description

加强钢梁及加强方法

本发明涉及一种用于建筑和桥梁结构中的加强钢梁及一种加强梁的方法。

建筑物和桥梁通常都是采用钢梁和桁架来建造的，在钢梁上架设楼板或路面。这种钢制的梁和桁梁是在标准型钢中选用的。或者，它们被设计成在压缩和拉伸突缘上具有足够的材料来承受载荷(弯曲)力矩的应力，使得钢梁在最大力矩处的挠曲在允许范围之内。当一个载荷施加到楼板或路面上时，载荷给钢梁造成了一个向下或弯曲力矩，该力矩使钢梁向下弯曲。这个向下的力矩使得梁的顶部受压缩，而底部受拉伸。这个载荷最终可能会使得梁在某一点上断裂。因此，设计者通过采用压缩梁的底部来造成一个反向作用并降低了载荷力矩的弯曲作用，同时这也减少了承载的梁或桁梁的水平剪切力。对载荷(弯曲)力矩施加反向作用还能起到增强梁的抵抗例如地震等的能力。通过加强梁来在梁上造成一个向上的，或反向的力矩以抵抗梁上的载荷造成的向下的力矩可以增加梁的寿命和承载能力。

加强钢梁的方法有许多种。其中之一就是在梁上固设钢板，例如工字梁或T型梁。这增加了梁的强度，然而它也增加了梁的重量。一个建筑物的钢铁用量是其花费最大的部分之一。所以，在建筑结构中多使用钢铁的这种方法会大大增加房屋的造价。

美国专利第4,006,523号中描述了一种给钢梁加预应力的方法，它避免了在梁上附设钢板。该专利采用了在梁的底部固设多个可变长度的传递元件，然后将导杆和钢丝固定在传递元件上。钢丝围绕导杆延伸设置，并将钢丝拉紧以给钢梁提供一个向上的抵抗负载的力矩。但是，在钢丝拉紧之前，先要在钢梁上下都设置支承以压缩钢梁使钢梁上产生一个向上的弯矩。然后将钢丝拉紧并将钢丝、传递元件和导杆都包在混凝土之中以保持钢丝上的拉力。该方法需要专用设备来给钢梁提供向上的弯矩。所以，这种梁不能够在建筑工地得以加强。而且，混凝土大大增加了梁的重量。同样，它也明显增加了建筑物的总重量，并明显地增加了建筑费用。

美国专利第3,427,773号公开了一种不使用混凝土的给钢梁加预应力的方法。根据这种方法，在梁的垂直腹板上固设加强板，再沿着其垂直腹板固定一钢缆或钢筋束。钢缆固定在梁上若干处，因此钢缆沿一折线排列。这种结构需要用额外的钢材来作为加强板。并且，由于加强板是沿梁的垂直腹板延伸，就必须在其上钻孔以使得钢缆能从梁的一端穿到另一端。这种加强系统在将别的梁组装到该被加强的梁上时还会造成干扰。另外，这种方法也大大地增加了梁的重量，且增加了使用的复杂性和费用。

因此，本发明的一个目的是提供一种用于房屋和桥梁建筑中的加强钢梁。

本发明的另一个目的是提供一种不会大幅度增加建筑物重量的加强钢梁。

本发明的另一个目的是提供一种造价较低的加强钢梁。

本发明的又一个目的是提供一种能在建筑工地容易地制造的加强钢梁。

本发明的再一个目的是提供一种在钢梁用到建筑项目之前将其加强的方法。

本发明的还一个目的是提供一种加强现有结构中的钢梁的方法。

为实现上述目的，本发明提供一种用于建筑结构的加强钢梁，包括：钢结构梁；固定在梁上的加强附件，用于向梁传递向上的力矩，该附件包括传递件和设置在传递件上的拉伸件，传递件包括相对于传递件第一端设置的第一加压板和相对于传递件第二端设置的第二加压板，拉伸件固定到加压板上；拉伸件基本上平行于梁的纵轴并位于其下，并且在将传递件连接到梁之后拉紧拉伸件，从而使拉伸件在结构梁中产生向上的力矩。

此外，本发明公开了一种加强用于建筑物的结构钢梁的方法，主要包括：将反向力矩传递件固定到梁上，传递件具有至少一个通孔；钢缆穿过传递件；将钢缆的一端固定到传递件的第一端；在传递件固定到梁上的步骤之后拉伸钢缆；将钢缆的另一端固定到传递件的另一端，以便使钢缆保持在拉伸状态下。

由于本发明的方法没有给梁增加额外的钢材或水泥，它就没有给梁增添所不想有的重量。所以，采用本发明的方法，建筑物的重量可以减轻，梁的承载能力可以提高，或者在不超过允许的挠曲或弯曲限度内其跨度可以加大。此外，由于本发明的拉伸件不是预加应力的，而是在传递构件固定到梁上之后才被拉伸的，故拉伸力可以很容易地根据实际的载荷加以调节，以产生合适的向上的力矩。

下面将结合附图对本发明作进一步的描述，图中：

图1是本发明的一种加强梁的透视图；

图2是这种加强梁的部分剖开的正视图；

图3是沿图2中3-3线所取的剖视图；

图4是这种梁的正视图，它示意地示出了拉伸的钢缆；

图5是本发明加强梁的另一个实施例的正视图；

图6是沿图5中6-6线所取的剖视图；

图7是一个建筑物的屋顶的平面图，它被部分剖开了以暴露出加强梁被装到现有建筑物上的情况；

图8是本发明的加强梁的第三个实施例的正视图；

图9是沿图8中9-9线所取的剖视图；

图10是本发明的加强梁的第四个实施例的正视图；

图11是沿图10中11-11线所取的剖视图。

图1～3中示出了一种加强的钢梁1。梁1由一T形钢梁3构成，采用T形梁的意义在于可以避免在工字梁的下翼缘上积聚尘土和污物。虽然这里采用的是T形梁，但是应该明白工字梁也一样可以用。梁3具有一主体5和一上翼缘7。当一由箭头L所示的载荷施加到梁3上时，它造成了一个向下或弯曲力矩M。力矩M使得梁3弯曲并使得上翼缘7受压缩而主体5的自由端11受拉伸。为了克服力矩M，将一个附件A固设在主体5上以在梁3上造成一个向上的，或称反向的力矩CM。

附件A包括一个焊接在主体5的自由端11上的钢管9。虽然图中所示的钢管9具有圆形截面，但是它也可以是任何其它形式的截面。管9基本上与翼缘7以及梁3的纵向轴线平行。管9沿其整个长度都焊接在梁3上，这样，在受载时梁3和管9将作为一个整体起作用。管9比梁3稍微短一些，这样可以给一个建筑物的框架结构留出一间隙，或者给钢铁工业中标准的框架连接留出一空间，或者为拉伸钢梁留出一间隙，这将在下面描述。

管9装有一个或多个高强度的拉伸的杆或钢缆13，它位于管子的质心上。钢缆13平行于梁3的纵向轴线设置。在管9的两端各设有一支承板15，它们盖住了管9的整个端部。钢缆13比管9要长，并从支承板15上的孔17中穿出。钢缆的端头由位于支承板15外表面的锁紧装置19a和19b定位。锁紧装置19a和19b可以是螺母或楔形块，它们将拉伸状态下的钢缆锁紧定位。

参见图4，反向力矩CM是这样产生的，即将钢缆13的一端用锁紧装置19a固定在一块板15上，钢缆13的另一端在穿过板15上的孔17和锁紧装置19b后接到一液压缸J上。利用液压缸J，将钢缆13拉紧直到其达到一个预定的拉伸力，该拉伸力等于力矩M在自由端11上形成的全部或部分拉伸力。拉伸杆或钢缆13上的应力大小由处于负载状态下的梁上的载荷力矩来计算决定的。然后，用锁紧装置19b将液压缸拉住的钢缆13的端头锁紧定位。钢缆13的拉伸可以在梁1装到结构件上之前或之后进行。显然，也可以采用一个铰盘代替液压缸来拉伸钢缆13。

锁紧装置19a和19b将钢缆13锁紧在其拉伸状态。由于锁紧装置19a和19b位于板15之外，两块板15被拉互相靠近。这样，管9被压缩了，支承板15将拉伸杆或钢缆13上的压缩力均匀地传递到管9上，在管9上产生了一个向上的力矩CM。由于管9和梁3共同起作用，力矩CM会被传递到梁3上以抵抗要加到梁上的载荷。这就使得建成的结构可以承受更大的负载，减少建造楼板所需的梁的数量，或者增大梁的跨度。

图5-6示出了本发明的另一个实施例的加强梁100。如下面所要描述的，本实施例对于提高现有结构中所用的钢梁的结构整体性和承载能力有着重要的意义。这种对反向力矩附件A的改变可以用来增加钢梁的承载能力，它还可以用来改善建筑物的抗地震能力。

这种加强梁100由一工字梁103构成，工字梁有一腹板105，一上翼缘107和一下翼缘108。当载荷L加到梁103上时，上翼缘107受压缩，而下翼缘108受拉伸。附件A′固设于下翼缘108上以造成一个反向力矩CM。

附件A′包括支承块109，它焊接在下翼缘108的靠近端部的地方。支承块109为钢块或组装的钢焊件，它们被焊接在下翼缘108上。支承块109具有一纵向通孔117。支承块109用来装设一根或多根拉伸杆或钢缆113，拉伸杆或钢缆与梁103的纵同轴线平行。拉伸杆或钢缆113要长到能使其两端头114穿过并从孔117中伸出。钢缆113通过螺母或楔形块119a和119b固紧定位，其方法与钢缆13固紧的方法一样。

与拉伸钢缆13一样，也采用一个液压缸将拉伸杆或钢缆拉伸到预定的张力，然后将拉伸杆或钢缆用支承在支承块109外表面的锁紧装置119a和119b锁紧在拉伸状态以在梁103上产生一个反向力矩CM。

由于本实施例中没有像管9那样的几乎沿梁103的整个长度延伸的管子，所以本实施例可用来给已经安装在现有建筑物上的钢梁造成一个反向力矩。所需要的只是在天花板(平顶)C上开两个口0以使得梁的端部暴露出来(见图7)。这样，可以将支承块109焊接到梁上，再将要锁定到支承块109上的钢缆沿梁的底部拉过来。将钢缆的一端用一螺母或楔块119a锁定在一个支承块的外端，钢缆的另一端连接到用来拉伸钢缆113的一个液压缸上。在钢缆适度地被拉伸后，就将钢缆113的该另一端固定到一螺母或楔块119b上。

图8～9示出了本发明的第三个实施例。在该实施例中，采用一个反向力矩附件A＂来加强梁200。采用加强梁200可以增大标准的精轧钢型材(例如工字形梁103)的承载能力和跨度。

反向力矩附件A＂包括一朝上翻转的T形型材209，它具有一主体210和一翼缘211。T形型材209焊接在钢梁103的翼缘108上并使得其主体210与梁的腹板105处于一条线上，或者说使其成为腹板105的延伸。最好在T形型材的整个长度上都焊接以使得在载荷下T形型材209与梁103共同起作用。T形型材209的翼缘211平行于翼缘108。T形型材209差不多沿梁的翼缘108的整个长度延伸。T形型材209的端头与梁103的端头有一段足够的距离，以给梁与其它框架构件联接留下空间。

带有孔217的压缩支承板215设置在T形型材209的端部并把T形型材的整个端部盖住。支承板215最好焊接在梁的拉伸翼缘108上。在位于梁的翼缘108与T形型材的翼缘211之间的主体210两侧装有一个或多个高度拉伸的杆或钢缆213。拉伸杆或钢缆213穿过支承板上的孔217，并且在它们被拉紧后用锁紧楔块或螺母219相对于支承板锁定。这样，钢缆213就造成了一个压力使得两支承板215相对互相拉紧。支承板将由拉紧的钢缆213造成的压力传递到T形型材209上并由此传到梁103上，且产生了一个与加在梁103上的载荷造成的向下(或称弯曲)力矩M反向的向上力矩CM。

图10～11示出了本发明的第四个实施例。图中示出了附件A被设置在重型组装板式桁梁303上以减轻材料重量并增加板式桁梁303的跨度。板式桁梁303具有一腹板305，一上翼缘307，一下翼缘308以及多个垂直固定在腹板305上的构件306。构件306差不多沿腹板305的全长延伸，但与翼缘307和308留有一间隙。

反向力矩附件A包括一开口的箱子309，其侧板310从底板311向上延伸。侧板310可以与底板311为一整体，也可以是分离件再焊接成一整体。侧板310焊接到梁的翼缘308上并与其侧边齐平。支承板315位于箱子309的两端并将其端部完全盖住。板315上具有通孔317。一个或多个高度拉伸的杆或钢缆313(图11中所示为三束钢缆)沿箱子309内部的整个长度延伸，并穿出支承板上的孔317。用液压缸将拉伸杆或钢缆313拉伸到一预定的拉力，再用锁紧楔块或螺母319将其锁定在支承板上，其方法与前面所描述的为钢缆13所用的方法相同。这种方法会给拉伸翼缘308带来一个预加的压缩力以抵抗载荷力矩M。

通过设计和制造带有反向力矩附件的标准的T形钢梁，管件，或其它梁的型材，一个现有的梁可以承重更大的载荷，或者在允许的挠曲限度内具有更长的跨度。使用本发明，设计者能够减少通常建造一座建筑物或桥梁所需的重量和材料用量，并由此提高了结构钢件的效率以及降低了项目的费用。

在不脱离本发明的精神和保护范围内，可以对本发明的最佳实施例作出许许多多种改变。而本发明的范围则由权利要求所决定。

Claims (11)

1．一种用于建筑结构的加强钢梁，包括：

钢结构梁；固定在所述梁上的加强附件，用于向所述梁传递向上的力矩，该附件包括传递件和设置在所述传递件上的拉伸件，所述传递件包括相对于所述传递件第一端设置的第一加压板和相对于所述传递件第二端设置的第二加压板，所述拉伸件固定到所述加压板上；所述拉伸件平行于所述梁的纵轴并位于其下，并且在将所述传递件连接到所述梁之后拉紧所述拉伸件，从而使所述拉伸件在所述结构梁中产生所述向上的力矩。

2．如权利要求1所述的加强钢梁，其特征在于，所述拉伸件包括至少一根拉伸钢缆或杆。

3．如权利要求1所述的加强钢梁，其特征在于，所述传递件包括第一和第二传递构件，都具有至少一个纵向通孔，所述拉伸件延伸通过所述通孔；所述构件均大大小于所述梁的长度，所述传递构件间隔开并靠近所述梁的端部固定到梁上。

4．如权利要求3所述的加强梁，其特征在于，第一和第二传递构件都为T形件。

5．如权利要求1所述的加强梁，其特征在于，所述拉伸件的端部延伸穿过所述第一和第二加压板并由拉伸锁定件紧固到加压板上。

6．如权利要求1所述的加强梁，其特征在于，所述传递件包括一个中空的管件，它沿所述梁的整个长度延伸，所述拉伸件延伸穿过所述管件。

7．如权利要求1所述的加强梁，其特征在于，所述传递件为矩形。

8．一种加强用于建筑物的结构钢梁的方法，主要包括：

将反向力矩传递件固定到所述梁上，所述传递件具有至少一个通孔；

钢缆穿过所述传递件；

将所述钢缆的一端固定到所述传递件的第一端；

在所述传递件固定到所述梁上的步骤之后拉伸所述钢缆；

将所述钢缆的另一端固定到所述传递件的另一端，以便使所述钢缆保持在拉伸状态下。

9．如权利要求8所述的方法，其特征在于，固定所述钢缆的步骤包括相对于所述传递件的所述端部设置加压板，使所述钢缆穿过所述加压板，相对于所述加压板的外表面锁紧所述钢缆。

10．如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述传递件具有第一和第二构件，所述第一和第二传递构件大大小于所述梁的长度，为了加强现有结构的一部分的梁，所述方法包括在将传递件固定到所述梁上之前，暴露出至少所述梁的端部的第一步。

11．如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述穿过和固定的步骤包括沿所述梁的未暴露部分导引所述钢缆的步骤。

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