CN110284655B - 采用卡箍式圆管约束的预应力可恢复钢压杆 - Google Patents

Abstract

本发明采用卡箍式圆管约束的预应力可恢复钢压杆包括：圆形压管、上半圆约束管、下半圆约束管、卡箍、第一加劲耳板、第二加劲耳板、预拉杆、上封口板和下封口板，上半圆约束管套装在圆形压管一段外侧上半圆上，下半圆约束管套装在上述对应段的圆形压管下半圆上，上封口板分别焊接在上半圆约束管的两端，下封口板分别焊接在下半圆约束管的两端，在上半圆约束管一端焊接有两个对称的第一加劲耳板，其另一端上封口板与圆形压管相应端焊接，在下半圆约束管另一端焊接有两个对称的第二加劲耳板，其一端的下封口板与圆形压管相应端焊接，两个预拉杆两端分别锚固在第一加劲耳板和第二加劲耳板之间，在上半圆约束管和下半圆约束管的外侧固定有若干个卡箍。

Description

采用卡箍式圆管约束的预应力可恢复钢压杆

技术领域

本发明属于土木工程领域，涉及一种用于提高网架结构抗坍塌性能的采用卡箍式圆管约束的预应力可恢复钢压杆。

背景技术

网架结构由于受力合理、外形美观、经济性高，已得到工程界的认可，近年来发展十分迅猛。但在网架结构广泛应用的同时，其安全事故也时有发生。其中，由设计阶段结构荷载工况考虑不全面、加工阶段构件质量粗糙和使用阶段荷载超标等原因引起网架杆件承载力不足，进而引发杆件出现过大弯曲变形或破坏，是导致网架结构出现整体垮塌的常见问题。

在受压构件中设置约束构件，通过约束构件限制受压杆件的横向变形，避免低阶屈曲失稳的出现，可提升受压构件的承载力。屈曲约束对受压构件承载力的提升效果已得到验证，且其概念已被运用于结构的中心支撑中。近年来，对网架结构中的部分关键杆件采用屈曲约束技术，已被视为网架结构加固的重要手段。虽然约束构件能有效避免杆件的受压屈曲，但却无法解决杆件因材料屈服引起的刚度突变和承载力的不足。此外，杆件在发生屈服变形后卸载时仍会存在较大的残余变形，由于网架结构是超静定结构，因此杆件残余变形会引起结构产生较大内力，对结构的承载能力和抗坍塌的性能十分不利。

为进一步提高受压杆件的承载力，并控制杆件的残余变形，可将采用了后张预应力技术的约束构件引入网架结构中，对关键杆件进行加固。当杆件承担受压荷载时，首先约束构件可以避免杆件的受压屈曲，提高其承载能力；其次，预拉杆中施加的预张力能替杆件分担部分受压荷载，而预拉杆也能在杆件屈服后继续提高承载刚度，从而进一步增大构件的承载力；最后，预拉杆中的预张力还能减小结构卸载后杆件的残余变形，减低结构的内力。

针对现有网架结构的杆件加固存在的问题，本发明提出一种采用卡箍式圆管约束的预应力可恢复钢压杆，在有效提升杆件受压承载力的同时，还能减小由杆件残余变形引起的结构内力，实现增强网架结构抗坍塌性能的目的。

发明内容

本发明的发明目的是针对已有网架结构的受压杆件承载力不足和易产生残余变形的缺陷，而提供一种可有效提升杆件承载力和控制残余变形的采用卡箍式圆管约束的预应力可恢复钢压杆。

为了完成本申请的发明目的，本申请采用以下技术方案：

本发明的采用卡箍式圆管约束的预应力可恢复钢压杆，它包括：圆形压管、上半圆约束管、下半圆约束管、卡箍、第一加劲耳板、第二加劲耳板、预拉杆、上封口板和下封口板，其中：上半圆约束管套装在圆形压管一段外侧的上半圆上，下半圆约束管套装在上述对应段的圆形压管的下半圆上，上封口板分别焊接在上半圆约束管的两端，下封口板分别焊接在下半圆约束管的两端，在上半圆约束管的一端焊接有两个对称的第一加劲耳板，其另一端的上封口板与圆形压管相应端焊接，在下半圆约束管另一端焊接有两个对称的第二加劲耳板，其一端的下封口板与圆形压管相应端焊接，圆形压管穿过并固定在上半圆约束管、下半圆约束管、上封口板和下封口板所限定的空间内，两个预拉杆的两端分别锚固在上述第一加劲耳板和第二加劲耳板之间，沿着圆形压管的长度方向，在上半圆约束管和下半圆约束管的外侧固定有若干个卡箍。

本发明的采用卡箍式圆管约束的预应力可恢复钢压杆，其中：所述上半圆约束管的一端与下半圆约束管的一端是位于圆形压管长度方向的相同位置处，上半圆约束管的另一端与下半圆约束管的另一端是位于圆形压管长度方向的相同位置处。

本发明的采用卡箍式圆管约束的预应力可恢复钢压杆，其中：所述卡箍与下半圆约束管或上半圆约束管焊接。

本发明的采用卡箍式圆管约束的预应力可恢复钢压杆，其中：所述上封口板和下封口板的形状为半圆环形平板。

本发明的采用卡箍式圆管约束的预应力可恢复钢压杆，其中：所述上半圆约束管和下半圆约束管横截面的形状为半圆环形。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、本申请的方案能有效提高网架杆件屈服后刚度。普通网架杆件当全截面屈服或杆件发生屈曲失稳后其刚度将减小到0，随着丧失承载刚度杆件的增加，网架结构逐渐由超静定结构变成可变体系，从而引起结构整体的坍塌。而本技术方案引入了后张预应力技术，即使在杆件全截面屈服后，预拉杆仍可继续提供轴向刚度，使杆件承载力继续增大，从而有效提高网架结构的抗坍塌能力。

2、本申请的方案能显著提高网架杆件的承载力。普通网架杆件在轴压力作用下易出现屈曲失稳，导致杆件的承载力较小。而本技术方案一方面采用约束构件对压杆进行屈曲约束，避免其出现受压失稳，另一方面通过引入后张预应力技术，当杆件承受压力时，施加在预拉杆中预张力杆件可以承担部分受压荷载，从而进一步提高网架杆件的承载力。

3、本申请的方案有效减小网架杆件的残余变形。普通网架的杆件在发生非线性应变后，卸载时必然会产生一定的残余变形。由于网架是超静定结构，因此杆件的残余变形会引起结构内的其他杆件产生较大内力。而本技术方案由于引入了后张预应力技术，施加了预张力的预拉杆能与发生塑性变形的杆件形成自平衡体系，有效克服杆件的残余变形，避免由此引起的结构内力增大，进而提高网架结构抵抗外荷载的能力。

4、本申请的方案能独立调整网架杆件的刚度和承载力。普通网架杆件的承载力和刚度在确定杆件尺寸后便难以进行较大调整，仅能通过选用不同屈服强度等级的钢材，对承载力与刚度的相对关系进行适度调整。而本技术方案的杆件承载力由压杆本身和施加在预拉杆中的预张力共同决定，杆件屈服后刚度则由预拉杆尺寸决定，因此可以通过调整预张力大小、压杆和预拉杆的几何尺寸对网架杆件的刚度和承载力进行独立调整，能更好的满足结构对杆件刚度和承载力的不同需求。

附图说明

图1为本申请的采用卡箍式圆管约束的预应力可恢复钢压杆的正视图；

图2为图1的A-A剖面图；

图3为图1的B-B剖面图；

图4为图1的纵剖面图；

图5为加劲耳板俯视图；

图6为加劲耳板正视图；

图7为上半圆约束管的侧视图；

图8为下半圆约束管的侧视图；

图9为图7的C-C处的剖面图；

图10为图8的D-D处的剖面图；

图11为在受压状态下，本申请的采用卡箍式圆管约束的预应力可恢复钢压杆的示意图。

图1至图11中，标号1为圆形压管，标号2为上半圆约束管，标号3为下半圆约束管，标号21为上封口板；标号31为下封口板，标号4为卡箍，标号5为第一加劲耳板，标号6为第二加劲耳板，标号7为预拉杆。

具体实施方式

下面结合附图对本申请的技术方案进行详细的说明。

需要特别说明的是：上半圆约束管2的左端与下半圆约束管3的左端是位于圆形压管1长度方向的相同位置处，上半圆约束管2的右端与下半圆约束管3的右端是位于圆形压管1长度方向的相同位置处。

如图1～图4所示，本发明的采用卡箍式圆管约束的预应力可恢复钢压杆包括：圆形压管1、上半圆约束管2、下半圆约束管3、卡箍4、第一加劲耳板5、第二加劲耳板6、预拉杆7、上封口板21和下封口板31，上半圆约束管2套装在圆形压管1一段外侧的上半圆上，上封口板21分别焊接在上半圆约束管2的两端，上半圆约束管2右端的上封口板21与圆形压管1的右侧焊接。下半圆约束管3套装在上述对应段的圆形压管1的下半圆上，下封口板31分别焊接在下半圆约束管3的两端，下半圆约束管3左端的下封口板31与圆形压管1的左侧焊接，上半圆约束管2和下半圆约束管3横截面的形状为半圆环形。上封口板21和下封口板31的形状为半圆环形平板，圆形压管1穿过并固定在上半圆约束管2、下半圆约束管3、上封口板21和下封口板31所限定的空间内，在上半圆约束管2左端焊接有两个对称的第一加劲耳板5，在下半圆约束管3右端焊接有两个对称的第二加劲耳板6，两个预拉杆7的两端分别锚固在上述第一加劲耳板5和第二加劲耳板6之间，沿着圆形压管1的长度方向，在上半圆约束管2和下半圆约束管3的外侧固定有若干个卡箍4，卡箍4与下半圆约束管3焊接。

如图7～图10所示，上封口板21分别焊接在上半圆约束管2的两端，下封口板31分别焊接在下半圆约束管3的两端，构件组装时，上封口板21和下封口板31可用于定位上半圆约束管2、下半圆约束管3和圆形压管1的位置关系，使上半圆约束管2、下半圆约束管3与圆形压管1之间形成间隙，为圆形压管1的横向变形预留一些空间。

采用卡箍式圆管约束的预应力可恢复钢压杆的工作原理如图11所示，当构件未承受外荷载时，圆形压管1会与预拉杆7形成自平衡体系，在预张力的作用下圆形压管1会承担一定的拉力。当构件承担受压外荷载时，通过卡箍4连接的上半圆约束管2和下半圆约束管3会约束圆形压管1的横向屈曲变形，避免圆形压管1出现受压失稳，同时上半圆约束管2在圆形压管1右端的带动下向左运动，下半圆约束管3在圆形压管1左端的带动下向右运动，而第一加劲耳板5和第二加劲耳板6分别受上半圆约束管2和下半圆约束管3的作用产生相互远离的运动趋势，并带动预拉杆7受拉伸长，为本申请的采用卡箍式圆管约束的预应力可恢复钢压杆提供承载力和刚度作出了贡献。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种采用卡箍式圆管约束的预应力可恢复钢压杆，它包括：圆形压管(1)、上半圆约束管(2)、下半圆约束管(3)、卡箍(4)、第一加劲耳板(5)、第二加劲耳板(6)、预拉杆(7)、上封口板(21)和下封口板(31)，其特征在于：上半圆约束管(2)套装在圆形压管(1)一段外侧的上半圆上，下半圆约束管(3)套装在上述对应段的圆形压管(1)的下半圆上，上封口板(21)分别焊接在上半圆约束管(2)的两端，下封口板(31)分别焊接在下半圆约束管(3)的两端，在上半圆约束管(2)的一端焊接有两个对称的第一加劲耳板(5)，其另一端的上封口板(21)与圆形压管(1)相应端焊接，在下半圆约束管(3)另一端焊接有两个对称的第二加劲耳板(6)，其一端的下封口板(31)与圆形压管(1)相应端焊接，圆形压管(1)穿过并固定在上半圆约束管(2)、下半圆约束管(3)、上封口板(21)和下封口板(31)所限定的空间内，两个预拉杆(7)的两端分别锚固在上述第一加劲耳板(5)和第二加劲耳板(6)之间，沿着圆形压管(1)的长度方向，在上半圆约束管(2)和下半圆约束管(3)的外侧固定有若干个卡箍(4)。

2.根据权利要求1所述的采用卡箍式圆管约束的预应力可恢复钢压杆，其特征在于：所述上半圆约束管(2)的一端与下半圆约束管(3)的一端是位于圆形压管(1)长度方向的相同位置处，上半圆约束管(2)的另一端与下半圆约束管(3)的另一端是位于圆形压管(1)长度方向的相同位置处。

3.根据权利要求2所述的采用卡箍式圆管约束的预应力可恢复钢压杆，其特征在于：所述卡箍(4)与下半圆约束管(3)或上半圆约束管(2)焊接。

4.根据权利要求3所述的采用卡箍式圆管约束的预应力可恢复钢压杆，其特征在于：所述上封口板(21)和下封口板(31)的形状为半圆环形平板。

5.根据权利要求4所述的采用卡箍式圆管约束的预应力可恢复钢压杆，其特征在于：所述上半圆约束管(2)和下半圆约束管(3)横截面的形状为半圆环形。

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