CN110158983B - 一种自平衡式钢托换装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自平衡式钢托换装置，包括不等边翼缘工字型钢(1)、设置在不等边翼缘工字型钢(1)内侧的第一连接钢板(2)、设置在不等边翼缘工字型钢(1)外侧的第二连接钢板(3)、焊接在不等边翼缘工字型钢上翼缘(12)的受压钢板(4)以及焊接在上述构件间的加劲肋(5)，所述第一连接钢板(2)一侧设置有连接螺杆(7)，所述第二连接钢板(3)之间设置有对拉螺杆(6)。与现有技术相比，本发明适用于不同荷载的柱托换、施工方便、可拆卸、可重复使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种托换装置，尤其是涉及一种自平衡式钢托换装置。
背景技术
随着现代社会的不断发展，人们对既有建筑物的使用功能要求不断改变，从而催生出建筑物顶升、移位等实际工程问题。结构托换是建筑物顶升、移位工程中的重要环节，它直接影响建筑物顶升、移位的成功与否。我国目前应用最为广泛的托换节点是四面包裹式柱托换，该托换节点是在托换柱四周浇筑托换梁，依靠托换梁与托换柱接触界面间的摩擦力来实现力的传递，该托换方法的优点是施工难度小、构件简单、适用范围广。但对于较大的托换荷载，因净空要求的限制，四面包裹式托换节点无法使用。同时四面包裹式托换节点还存在以下问题：(1)需要现场浇筑混凝土，容易产生噪音污染；(2)使用完成后需进行切割，产生建筑垃圾；(3)混凝土构件自重较大，增加下部移位轨道的造价。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种自平衡式钢托换装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种自平衡式钢托换装置，包括对称设置在托换柱两侧的两组托换构件，以及设置在托换构件下的千斤顶，每组托换构件包括不等边翼缘工字型钢、设置在不等边翼缘工字型钢上翼缘与托换柱相接触的受压钢板、设置在不等边翼缘工字型钢内侧的第一连接钢板，以及设置在不等边翼缘工字型钢外侧的第二连接钢板，所述第一连接钢板上设置有连接螺杆，所述两组托换构件的连接螺杆通过螺杆套筒相连接，所述两组托换构件的第二连接钢板之间设置有对拉螺杆。
进一步的，所述第二连接钢板顶部设置对拉螺杆，通过拧紧对拉螺杆对托换装置与托换柱接触界面间施加预应力，提高接触界面间的抗剪承载力，同时为结构托换增加一道安全防线。
进一步的，所述不等边翼缘工字型钢包括腹板、以及与腹板相垂直的上翼缘和下翼缘，所述上翼缘与受压钢板相焊接，所述下翼缘的宽度大于上翼缘，且外伸部分设置在托换柱外侧，外伸部分的宽度不小于150mm，目的是增加千斤顶与托换界面间的距离，从而确保受压钢板与托换柱间的摩擦系数能满足设计要求。所述腹板、上翼缘和下翼缘的厚度不小于10mm，保证不等边翼缘工字型钢的刚度。
进一步的，所述受压钢板厚度不小于10mm，保证受压钢板的刚度，从而实现托换装置与托换柱接触面间压力的均匀传递，宽度不小于200mm，以免托换柱在接触面压力作用下发生局部受压破坏。
进一步的，所述受压钢板与托换柱接触面一侧进行粗糙化处理，摩擦系数μ不小于h/a，其中h为对拉螺杆与连接螺杆形心轴之间的高度，a为千斤顶形心与托换柱之间的距离。
更进一步的，粗糙化处理方法可采用喷硬质石英砂、抛丸等。
进一步的，所述第一连接钢板顶部开设有将对拉螺杆穿过的螺栓孔，所述螺栓孔的直径比对拉螺杆的直径大2～3mm，所述第一连接钢板底部设置有用于与连接螺杆匹配的内部攻螺纹。
进一步的，所述受压钢板在对拉螺杆穿过位置开设螺栓孔，孔位、直径与第一连接钢板螺栓孔相同。
进一步的，所述连接螺杆与托换载荷的关系为：
其中，N为托换柱的竖向轴力，a为千斤顶形心与托换柱之间的距离，h为对拉螺杆与连接螺杆形心轴之间的高度，n为连接螺杆的数量，d为连接螺杆的直径。
进一步的，所述连接螺杆直径不小于16mm，每组托换构件的数量不少于2根。
进一步的，所述连接螺杆的高度在0～H/3之间，H为托换构件的高度，目的是为了减小对拉螺杆与连接螺杆形心轴间的高度，从而确保受压钢板与托换柱间的摩擦系数能满足设计要求。同时连接螺杆设置位置不应过高，防止在托换荷载作用下，脱换装置底部与托换柱脱开距离过大，导致托换装置外伸段翘起，引发托换装置的失稳倒塌。
进一步的，所述对拉螺杆高度为2H/3～3H/4，其中H为托换构件的高度，目的是为了减小对拉螺杆与连接螺杆形心轴间的高度，从而确保受压钢板与托换柱间的摩擦系数能满足设计要求，成功实现柱的托换。
进一步的，所述对拉螺杆的直径不小于16mm，数量不少于2根。
进一步的，所述对拉螺杆与连接螺杆形心轴之间的高度h不大于400mm。
进一步的，所述螺杆套筒内部攻螺纹，所述螺杆套筒内径与连接螺杆外径相匹配。螺杆套筒可以有效连接两个托换装置，使其与托换柱形成整体。同时螺杆套筒能够调节两个钢托换装置之间的距离，以免在托换荷载作用下，脱换装置底部与托换柱脱开距离过大，导致托换装置外伸段翘起，引发托换装置的失稳倒塌。
进一步的，所述受压钢板与不等边翼缘工字型钢之间等距设置加劲肋，所述加劲肋的厚度不小于8mm，所述相邻两个加劲肋的间距为100～300mm，以避免受压钢板在上翼缘压力作用下发生端部翘曲，设置加劲肋同时可以使受压钢板的界面压力分布更加均匀。
进一步的，所述不等边翼缘工字型钢与第二连接钢板之间还焊接有加劲肋，形成局部空腔箱体，以免钢托换装置外伸部分在千斤顶作用下发生局部屈曲。
进一步的，所述不等边翼缘工字型钢外侧焊接第二连接钢板，第二连接钢板在对拉螺杆穿过位置开设螺栓孔，孔位、直径应与第一连接钢板、受压钢板螺栓孔相同。
一种自平衡式钢托换装置的制作和使用方法，步骤如下：
步骤一：按照设计要求制作不等边翼缘工字型钢；
步骤二：根据设计要求在不等边翼缘工字型钢上翼缘两侧焊接加劲肋；
步骤三：根据设计要求制作第一连接钢板、受压钢板，并在连接螺杆、对拉螺杆穿过位置开设螺栓孔；
步骤四：焊接第一连接钢板、受压钢板，使其与不等边翼缘工字型钢形成整体；
步骤五：根据设计要求制作第二连接钢板，并在对拉螺杆穿过位置开设螺栓孔；
步骤六：焊接第二连接钢板，制作加劲肋并进行焊接，形成整体钢托换装置；
步骤七：安装连接螺杆，并连接螺杆套筒；
步骤八：安装对拉螺杆，并拧紧螺母，施加预应力；
步骤九：调节螺杆套筒和连接螺杆，使不等边翼缘工字型钢下翼缘与托换柱处于临界接触状态；
步骤十：在不等边翼缘工字型钢外侧安装千斤顶，切割托换柱，进行建筑物的顶升、移位等操作。
本发明的原理为：在柱顶托换荷载和千斤顶顶升力作用下，钢托换装置处于下拉上压的受弯状态，弯矩为M1，托换装置底部拉力由连接螺杆承担、托换装置顶部压力由受压钢板平衡。弯矩M1与连接螺杆拉力T和受压钢板压力P所组成的力偶M2达到平衡。此时托换装置处于稳定状态，并在受压钢板与托换柱界面产生压力，进而对托换柱产生竖直向上的摩擦力μp，也即托换节点的抗剪承载力，当受压钢板与托换柱接触界面间的摩擦系数满足一定条件时，该托换节点即能在柱顶托换荷载作用下达到一种自平衡状态。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)当受压钢板与托换柱接触面间的摩擦系数满足一定条件时，钢托换装置与托换柱接触截面的抗剪承载力可根据托换荷载的变化进行自平衡，因而本发明可适用于不同荷载的结构托换。
(2)本托换装置全为钢构件，应此安装简便，无施工现场湿作业，绿色环保。
(3)钢托换装置采用对拉螺杆、连接螺杆进行安装连接，因此可拆卸，且可重复使用。
附图说明
图1是本发明的剖面图；
图2是图1的A-A剖面图；
图3是本发明中单个托换构件的立面图；
图4是图3的B-B剖面图；
图5是图3的C-C剖面图；
图6是托换节点的整体受力示意图；
图7是本发明中单个托换构件的受力示意图。
图中标号所示：
1-不等边翼缘工字型钢；11-腹板；12-上翼缘；13-下翼缘；2-第一连接钢板；3-第二连接钢板；4-受压钢板；5-加劲肋；6-对拉螺杆；7-连接螺杆；8-螺杆套筒；9-空腔箱体。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1～2所示，一种自平衡式钢托换装置，包括对称设置在托换柱两侧的两组托换构件，以及设置在托换构件下的千斤顶，如图3～5所示，每组托换构件包括不等边翼缘工字型钢1、设置在不等边翼缘工字型钢1内侧的第一连接钢板2、设置在不等边翼缘工字型钢1外侧的第二连接钢板3、焊接在不等边翼缘工字型钢上翼缘12的受压钢板4以及焊接与上述构件间的加劲肋5。第一连接钢板2一侧设置有连接螺杆7，第二连接钢板3之间设置有对拉螺杆6。
本发明的原理为：在柱顶托换荷载和千斤顶顶升力作用下，钢托换装置处于下拉上压的受弯状态，弯矩为M1(图6)，托换装置底部拉力由连接螺杆7承担、托换装置顶部压力由受压钢板4平衡。弯矩M1与连接螺杆7拉力T和受压钢板4压力P所组成的力偶M2达到平衡(图7)。此时托换装置处于稳定状态，并在受压钢板4与托换柱界面产生压力，进而对托换柱产生竖直向上的摩擦力μp，也即托换节点的抗剪承载力，当受压钢板4与托换柱接触界面间的摩擦系数满足一定条件时，该托换节点即能在柱顶托换荷载作用下达到一种自平衡状态。
不等边翼缘工字型钢上翼缘12、腹板11、下翼缘13厚度不小于10mm，以免构件在外力作用下发生局部屈曲。不等边翼缘工字型钢1内侧焊接第一连接钢板2，第一连接钢板2底部内侧攻螺纹、顶部开设螺栓孔，以便能与连接螺杆7、对拉螺杆6连接。
不等边翼缘工字型钢上翼缘12与托换柱接触面一侧设置受压钢板4，受压钢板4顶部开设螺栓孔。受压钢板4厚度不应小于10mm，用以保证受压钢板4的刚度，同时保证托换装置与托换柱接触面间压力的均匀传递。受压钢板4宽度应根据受力确定，且不应小于200mm，以免托换柱在接触面压力作用下发生局部受压破坏。
受压钢板4与混凝土接触面一侧应进行粗糙化处理，粗糙处理方法可采用喷硬质石英砂、抛丸等，粗糙化处理后的受压钢板4与混凝土接触面间的摩擦系数μ不小于h/a，其中h为对拉螺杆6与连接螺杆7形心轴之间的高度，a为千斤顶形心与托换柱之间的距离。
不等边翼缘工字型钢上翼缘12与受压钢板4之间应等间距设置加劲肋5，厚度不小于8mm，间距宜为100～300mm，以避免受压钢板4在不等边翼缘工字型钢上翼缘12压力作用下发生端部翘曲，设置加劲肋5同时可以使受压钢板4的界面压力分布更加均匀。
连接螺杆7直径、根数根据受力要求确定，连接螺杆7直径、数量与托换荷载、托换装置尺寸之间的关系式为：其中N为托换柱的竖向轴力，a为千斤顶形心与托换柱之间的距离，h为对拉螺杆6与连接螺杆7形心轴之间的高度，n为连接螺杆7的数量，d为连接螺杆7的直径。同时连接螺杆7直径不应小于16mm，每个托换构件中连接螺杆7的数量不少于两根。
不等边翼缘工字型钢1外侧焊接第二连接钢板3，第二连接钢板3顶部开设螺栓孔并设置对拉螺杆6，通过拧紧对拉螺杆6对托换装置与托换柱接触界面间施加预应力，提高接触界面间的抗剪承载力，同时为结构托换增加一道安全防线。对拉螺杆6直径、根数应根据受力要求确定，且直径不小于16mm，数量不少于两根。
连接螺杆7高度应设置在0～H/3之间，对拉螺杆6高度应设置在2H/3～3H/4范围内，H为钢托换装置高度，对拉螺杆6与连接螺杆7形心轴之间的高度h不应大于400mm。目的是为了减小对拉螺杆6与连接螺杆7形心轴间的高度，从而确保受压钢板4与托换柱间的摩擦系数能满足设计要求。
连接螺杆7设置位置不应过高，防止在托换荷载作用下，脱换装置底部与托换柱脱开距离过大，导致托换装置外伸段翘起，引发托换装置的失稳倒塌。对拉螺杆6设置高度不应超过受压钢板4范围，以减小对拉螺杆6的预应力损失。
不等边翼缘工字型钢下翼缘13宽度大于上翼缘12，且外伸部分应设置在钢托换装置外侧，外伸宽度不宜小于150mm，目的是增加千斤顶与托换界面间的距离，从而确保受压钢板4与托换柱间的摩擦系数能满足设计要求。
不等边翼缘工字型钢下翼缘13与第二连接钢板3之间应焊接加劲肋5，形成局部空腔箱体9，以免钢托换装置外伸部分在千斤顶作用下发生局部屈曲。
连接螺杆7之间设置螺杆套筒8，螺杆套筒8内部应攻螺纹，螺杆套筒8内径应与连接螺杆7外径相匹配。螺杆套筒8可以有效连接两个托换装置，使其与托换柱形成整体。同时螺杆套筒8能够调节两个钢托换装置之间的距离，以免在托换荷载作用下，脱换装置底部与托换柱脱开距离过大，导致托换装置外伸段翘起，引发托换装置的失稳倒塌。
一种自平衡式钢托换装置的制作使用方法，步骤如下：
步骤一：按照设计要求制作不等边翼缘工字型钢1；
步骤二：根据设计要求在不等边翼缘工字型钢上翼缘12两侧焊接加劲肋5；
步骤三：根据设计要求制作第一连接钢板2、受压钢板4，并在连接螺杆7、对拉螺杆6穿过位置开设螺栓孔；
步骤四：焊接第一连接钢板2、受压钢板4，使其与不等边翼缘工字型钢1形成整体；
步骤五：根据设计要求制作第二连接钢板3，并在对拉螺杆6穿过位置开设螺栓孔；
步骤六：焊接第二连接钢板3，制作加劲肋5并进行焊接，形成整体钢托换装置；
步骤七：安装连接螺杆7，并连接螺杆套筒8；
步骤八：安装对拉螺杆6，并拧紧螺母，施加预应力；
步骤九：调节螺杆套筒8和连接螺杆7，使不等边翼缘工字型钢下翼缘13与托换柱处于临界接触状态；
步骤十：在不等边翼缘工字型钢1外侧安装千斤顶，切割托换柱，进行建筑物的顶升、移位等操作。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种自平衡式钢托换装置，其特征在于，包括对称设置在托换柱两侧的两组托换构件，以及设置在托换构件下的千斤顶，每组托换构件包括不等边翼缘工字型钢（1）、设置在不等边翼缘工字型钢（1）上与托换柱侧面相接触的受压钢板（4）、设置在不等边翼缘工字型钢（1）内侧的第一连接钢板（2），以及设置在不等边翼缘工字型钢（1）外侧的第二连接钢板（3），所述第一连接钢板（2）上设置有连接螺杆（7），所述两组托换构件的连接螺杆（7）通过螺杆套筒（8）相连接，所述两组托换构件的第二连接钢板（3）之间设置有对拉螺杆（6）；
所述不等边翼缘工字型钢（1）包括腹板（11）、以及与腹板（11）相垂直的上翼缘（12）和下翼缘（13），所述上翼缘（12）与受压钢板（4）相焊接，所述下翼缘（13）的宽度大于上翼缘（12），且外伸部分设置在托换柱外侧，外伸部分的宽度不小于150mm，所述腹板（11）、上翼缘（12）和下翼缘（13）的厚度不小于10mm；
所述受压钢板（4）与托换柱接触面一侧进行粗糙化处理，摩擦系数μ不小于h/a，其中h为对拉螺杆（6）与连接螺杆（7）形心轴之间的高度，a为千斤顶形心与托换柱之间的距离；
所述连接螺杆（7）与托换载荷的关系为：
Nπd2=2Na/h，
其中，N为托换柱的竖向轴力，a为千斤顶形心与托换柱之间的距离，h为对拉螺杆（6）与连接螺杆（7）形心轴之间的高度，n为连接螺杆（7）的数量，d为连接螺杆（7）的直径；
所述对拉螺杆（6）高度为2H/3~3H/4，其中H为托换构件的高度，所述对拉螺杆（6）的直径不小于16mm，数量不少于2根。
2.根据权利要求1所述的一种自平衡式钢托换装置，其特征在于，所述受压钢板（4）厚度不小于10mm，宽度不小于200mm。
3.根据权利要求1所述的一种自平衡式钢托换装置，其特征在于，所述第一连接钢板（2）顶部开设有将对拉螺杆（6）穿过的螺栓孔，所述螺栓孔的直径比对拉螺杆（6）的直径大2~3mm，所述第一连接钢板（2）底部设置有用于与连接螺杆（7）匹配的内部攻螺纹。
4.根据权利要求1所述的一种自平衡式钢托换装置，其特征在于，所述连接螺杆（7）直径不小于16mm，每组托换构件的数量不少于2根，所述连接螺杆（7）的高度在0~H/3之间，H为托换构件的高度。
5.根据权利要求1所述的一种自平衡式钢托换装置，其特征在于，所述受压钢板（4）与不等边翼缘工字型钢（1）之间等距设置加劲肋（5），所述加劲肋（5）的厚度不小于8mm，相邻两个所述加劲肋（5）的间距为100~300mm。
6.根据权利要求1所述的一种自平衡式钢托换装置，其特征在于，所述对拉螺杆（6）与连接螺杆（7）形心轴之间的高度h不大于400mm。
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