CN110805296A - 一种有效提升含损伤钢梁疲劳性能的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种有效提升含损伤钢梁疲劳性能的装置，包括高强钢片(2)及连接件(3)，高强钢片(2)设置在钢梁(1)受拉翼缘上方和下方，在高强钢片(2)上设置有孔洞，钢梁(1)与高强钢片(2)的连接处设有与孔洞位置对应的开孔，连接件(3)穿过孔洞及开孔将高强钢片(2)固定连接在钢梁(1)的受拉翼缘上。与现有技术相比，本发明适用对含损伤钢梁进行修复加固，可以有效地提升钢梁疲劳性能。

Description

一种有效提升含损伤钢梁疲劳性能的装置
技术领域
本发明涉及土木工程领域，尤其是涉及一种有效提升含损伤钢梁疲劳性能的装置。
背景技术
钢梁在使用过程中，由于承受环境和荷载的共同作用，会产生裂缝等结构缺陷影响疲劳性能。目前加固钢梁的常用方法为在钢梁外部粘结CFRP(碳纤维增强复合材料)，例如中国专利CN109653524A公开了用碳纤维增强复合材料加固的开圆形孔蜂窝梁，开圆形孔蜂窝梁为具有若干加劲肋的工字型钢梁，在每两片加劲肋中间开一个圆形孔，在所有圆形孔边缘的腹板两侧均粘贴圆环形碳纤维增强复合材料。这种情况下钢梁加固效果很大程度上取决于粘结质量，且实际工程中粘结质量会受到环境作用和疲劳荷载的影响而下降。因此，有必要设计一种能够一种有效提升钢梁疲劳性能的加固方案来解决上述问题。
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不会受到环境作用和疲劳荷载的影响而下降的有效提升含损伤钢梁疲劳性能的装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种有效提升含损伤钢梁疲劳性能的装置，包括高强钢片及连接件，
所述高强钢片设置在钢梁受拉翼缘上方和下方，
在高强钢片上设置有孔洞，所述钢梁与所述高强钢片的连接处设有与所述孔洞位置对应的开孔，
所述连接件穿过所述孔洞及开孔将所述高强钢片固定连接在所述钢梁上。
所述高强钢片覆盖住所述钢梁上出现的裂缝上，宽度不小于50mm，不大于钢梁受拉翼缘的宽度；以裂缝为中心，两端至少伸出500mm；厚度为1mm。高强钢片厚度和宽度的增加能够提升含损伤钢梁的疲劳性能。
所述高强钢片屈服强度为900MPa以上，极限强度为1000MPa以上。
所述孔洞，所述孔洞直径为8mm，在钢片中间和两端分布，孔洞到钢片边缘的端距不应小于两倍孔洞直径。通过以上布置，高强钢片可以分担一部分外荷载，降低裂缝远端应力场；同时高强钢片可以提供约束作用，减少裂缝的张开位移，两种共同作用可以降低裂缝尖端的应力强度因子，提升含损伤钢梁的疲劳性能。
所述连接件可采用螺栓、铆钉等形式。
所述连接件优选采用单头螺栓，该单头螺栓的两端均设有螺帽。
所述单头螺栓拧紧后从两侧对所述钢梁及所述高强钢片施加压力。
与现有技术相比，本发明不会受到环境作用和疲劳荷载的影响而下降，通过采用特定结构的高强钢片以及连接件，安装在损伤钢梁的特定位置，从而能够有效提升含损伤钢梁疲劳性能。
附图说明
图1为实施例1中本发明应用时的主视结构示意图；
图2为实施例1中本发明应用时的侧视结构示意图；
图3为实施例1中采用的高强钢片的结构示意图。
图中，1-钢梁、2-高强钢片、3-连接件。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
一种有效提升含损伤钢梁疲劳性能的装置，其结构如图1-2所示，包括高强钢片2及连接件3，使用的高强钢片2设置在钢梁1受拉翼缘上方和下方，并且覆盖住钢梁1上出现的裂缝。本实施例中设置在钢梁1的下翼缘上。在高强钢片2上设置有孔洞，钢梁1与高强钢片2的连接处设有与孔洞位置对应的开孔，连接件3穿过孔洞及开孔将高强钢片2固定连接在钢梁1上。
使用的高强钢片2的结构如图3所示，高强钢片2的宽度小于钢梁1受拉翼缘的宽度；长度以裂缝为中心，两端至少伸出500mm。厚度为1mm。本实施例中高强钢片2屈服强度为900Mpa以上，极限强度为1000MPa以上。
对于本实施例来说，有效提升损伤钢梁疲劳性能的关键技术方案在于如何在高强钢片2上开设尺寸合适及分布合理的孔洞。本实施例中孔洞直径为8mm，在钢片中间和两端分布，孔洞到钢片边缘的端距应不小于两倍孔洞直径。通过以上布置，高强钢片可以分担一部分外荷载，降低裂缝远端应力场；同时高强钢片可以提供约束作用，减少裂缝的张开位移。两种共同作用可以降低裂缝尖端的应力强度因子，提升含损伤钢梁的疲劳性能。
另外，采用的连接件3包括螺栓、铆钉，在本实施例中，采用单头螺栓连接钢梁1和高强钢片2，在单头螺栓的两端均设有螺帽。单头螺栓拧紧后从两侧对钢梁1及高强钢片2施加压力。
钢梁采用上述方法加固后，承受3.5kN-35kN的疲劳加载下，疲劳寿命128668次；而在加固前相同条件下疲劳寿命仅为16700次，说明本发明可以显著提升钢梁疲劳性能。
实施例2
一种有效提升含损伤钢梁疲劳性能的装置，包括高强钢片及连接件，高强钢片设置在钢梁受拉翼缘上方和下方，使用的高强钢片的宽度为60mm，并且小于钢梁受拉翼缘的宽度，覆盖住钢梁上出现的裂缝，以裂缝为中心，两端伸出600mm；厚度为1mm。高强钢片本身的屈服强度为1000MPa，并且通过上述厚度和宽度的增加能够提升含损伤钢梁的疲劳性能。
在高强钢片上设置有直径为8mm孔洞，这些孔洞在钢片中间和两端分布，孔洞到钢片边缘的端距不应小于两倍孔洞直径。通过以上布置，高强钢片可以分担一部分外荷载，降低裂缝远端应力场；同时高强钢片可以提供约束作用，减少裂缝的张开位移，两种共同作用可以降低裂缝尖端的应力强度因子，提升含损伤钢梁的疲劳性能。本实施例中使用的连接件为铆钉，钢梁与高强钢片的连接处设有与孔洞位置对应的开孔，铆钉穿过孔洞及开孔将高强钢片固定连接在钢梁上。
钢梁采用上述方法加固后，承受3.5kN-35kN的疲劳加载下，疲劳寿命能够有将近8倍的提升，这表明本发明可以显著提升钢梁疲劳性能。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语、“上方”、“下方”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
上述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 (9)

1.一种有效提升含损伤钢梁疲劳性能的装置，其特征在于，包括高强钢片(2)及连接件(3)，所述高强钢片(2)设置在钢梁(1)受拉翼缘的上方和下方，在高强钢片(2)上设置有孔洞，所述钢梁(1)与所述高强钢片(2)的连接处设有与所述孔洞位置对应的开孔，所述连接件(3)穿过所述孔洞及开孔将所述高强钢片(2)固定连接在所述钢梁(1)上。
2.根据权利要求1所述的一种有效提升含损伤钢梁疲劳性能的装置，其特征在于，所述孔洞直径为8mm，在钢片上中心和两端分布，孔洞到钢片边缘的端距不小于两倍孔洞直径。
3.根据权利要求1所述的一种有效提升含损伤钢梁疲劳性能的装置，其特征在于，所述高强钢片(2)的宽度不小于50mm，不大于钢梁(1)受拉翼缘的宽度。
4.根据权利要求1所述的一种有效提升含损伤钢梁疲劳性能的装置，其特征在于，所述高强钢片(2)以裂缝为中心，两端至少伸出500mm。
5.根据权利要求1所述的一种有效提升含损伤钢梁疲劳性能的装置，其特征在于，所述高强钢片(2)的厚度为1mm。
6.根据权利要求1所述的一种有效提升含损伤钢梁疲劳性能的装置，其特征在于，所述高强钢片(2)屈服强度为900MPa以上，极限强度为1000MPa以上。
7.根据权利要求1所述的一种有效提升含损伤钢梁疲劳性能的装置，其特征在于，所述连接件(3)采用螺栓或铆钉。
8.根据权利要求1或7所述的一种有效提升含损伤钢梁疲劳性能的装置，其特征在于，所述连接件(3)优选采用单头螺栓，该单头螺栓的两端均设有螺帽。
9.根据权利要求8所述的一种有效提升含损伤钢梁疲劳性能的装置，其特征在于，所述单头螺栓拧紧后从两侧对所述钢梁(1)及所述高强钢片(2)施加压力。
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