CN110821202B - 一种弯曲压杆的加固装置及其加固方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弯曲压杆的加固装置及其加固方法，所述加固装置包括第一U型钢和第二U型钢；第一U型钢包括第一翼缘、第一腹板和第二翼缘，第一翼缘上设置圆孔一，第二翼缘上设置槽孔一；第二U型钢包括第三翼缘、第二腹板和第四翼缘，第三翼缘上有槽孔二，第四翼缘上有圆孔二；圆孔一、槽孔二通过单边螺栓固定，槽孔一、圆孔二通过单边螺栓固定。所述加固方法包含以下步骤：分别开圆孔一、槽孔一、槽孔二、圆孔二，翼缘与弯曲压杆的初始挠度方向平行；搭接，孔、槽重叠；将孔、槽通过单边螺栓固定。本发明无需改变U型钢的尺寸，通过翼缘上的槽孔来“自适应”不同挠度的弯曲压杆，可用相同的U型钢来进行加固，有利于提高工程应用的适应性。

Description

一种弯曲压杆的加固装置及其加固方法

技术领域

本发明属于空间结构加固领域，具体为一种弯曲压杆的加固装置及其加固方法。

背景技术

目前，人们对于大型建筑物无遮挡空间的要求越来越高，原有结构形式很难满足这些要求。而大跨空间结构是目前发展最快的结构类型，作为其核心的空间结构技术的发展状况是代表一个国家建筑科技水平的重要标志之一。

空间结构的破坏通常是关键杆件失稳引起的破坏。以网架结构为例，其关键杆件一般是指跨中某些上弦杆。在强风或者强震作用下，网架跨中上弦杆首先发生弹性屈曲，承载力急剧下降，退出工作，然后部分与其相连接的腹杆和下弦杆也达到失效应变，随着杆件的相继破坏，结构中力的传递路径被破坏，网架的重力无法有效地传递到柱子上，最终网架在重力作用下发生倒塌。

现有的空间结构加固方法有直接在空间结构杆件上焊接钢板或者型钢、在杆件外围粘贴FRP以及粘钢加固法，但各自都有缺点。直接在空间结构杆件上焊接钢板或者型钢，杆件上会产生焊接残余应力，对结构产生不利影响；在杆件外围粘贴FRP，例如CFRP材料，虽然具有高强特性，但是如果用于加固轴向受力杆件，CFRP材料对于杆件的稳定承载力贡献很小；粘钢加固法，首先钢片不容易随杆件变形，不便于施工，其次粘结主要用建筑结构胶，此方法对结构胶的强度要求较高，还要求能承受疲劳荷载和抗老化。并且采用上述方法进行加固后，当轴向压力较大时构件仍会发生屈曲失稳。

申请号为201510423508.7的中国专利公开了一种空间结构关键杆件加固方法，是由钢板和型钢通过单边螺栓组成方形约束部件，当关键杆件为弯曲杆件，且初始挠度不确定时，如采用上述专利提出方法，则会需要多种规格的加固约束部件，从而为约束部件的制作带来困难。如何针对弯曲压杆的初始挠度不确定性，提出自适应加固技术是当前面临的主要问题。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种“自适应”不同挠度的弯曲压杆的加固装置，本发明的另一目的是提供一种施工难度小、成本低的弯曲压杆的加固方法。

技术方案：本发明所述的一种弯曲压杆的加固装置，包括第一U型钢和第二U型钢；第一U型钢包括固定连接的第一翼缘、第一腹板和第二翼缘，第一翼缘上设置圆孔一，第二翼缘上设置槽孔一；第二U型钢包括固定连接的第三翼缘、第二腹板和第四翼缘，第三翼缘上设置槽孔二，第四翼缘上设置圆孔二；所述圆孔一、槽孔二通过单边螺栓固定，槽孔一、圆孔二通过单边螺栓固定，使得第一U型钢和第二U型钢错位搭接形成用于加固弯曲压杆的约束部。

第一翼缘、第二翼缘、第三翼缘、第四翼缘与弯曲压杆的挠度方向平行时，第一腹板与弯曲压杆的中部接触，第二腹板与弯曲压杆的两端接触。第一腹板、第二腹板的宽度大于弯曲压杆的外直径。第一U型钢、第二U型钢尺寸相同。

为了进一步增加弯曲杆件两端局部稳定性，弯曲压杆两端靠近支承处沿弯曲压杆轴向焊接加劲肋。弯曲压杆的每端对称焊接两根加劲肋，加劲肋在约束部的拐角处与弯曲压杆的表面形成的空隙内。加劲肋的长度大于弯曲压杆的截面外径。

为了进一步提高约束部的约束效果，避免其相对弯曲杆件滑动，还可以在弯曲压杆中部设置定位栓，定位栓穿过第一腹板或第二腹板。

也可以使用焊接来代替单边螺栓连接，第一U型钢和第二U型钢错位搭接后，通过焊缝将第三翼缘的尾部焊接在第一翼缘上，第二翼缘的尾部焊接在第四翼缘上。

上述弯曲压杆的加固方法，包含以下步骤：

步骤一，选用两根长度略小于弯曲压杆的第一U型钢、第二U型钢，第一U型钢的第一翼缘上开圆孔一，第二翼缘上开槽孔一，第二U型钢的第三翼缘上开槽孔二，第四翼缘上开圆孔二，第一翼缘、第二翼缘、第三翼缘、第四翼缘与弯曲压杆的初始挠度方向平行；

步骤二，第一U型钢、第二U型钢相对设置，第一翼缘与第三翼缘搭接，第二翼缘与第四翼缘搭接，第一U型钢、第二U型钢的内侧与弯曲压杆的外边缘贴近，将弯曲压杆围绕，同时使得圆孔一与槽孔二重叠，槽孔一与圆孔二重叠；

步骤三，将圆孔一与槽孔二、槽孔一与圆孔二通过单边螺栓固定，形成约束部。

有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：

1、本发明采用第一U型钢、第二U型钢错位搭接形成长方形截面约束部来约束初始挠度不确定的弯曲压杆，对于初始挠度不同、具有相同直径的弯曲压杆，无需改变U型钢的尺寸，通过U型钢翼缘上的槽孔来“自适应”不同挠度的弯曲压杆，可用相同的U型钢来进行加固，极大提高了工程应用的适应性；

2、本发明的加固方法简化了制作流程，使得施工具有“现场自加工”特征，只需根据空间结构需加固相同直径的压杆的最大初始挠度选取符合要求的U型钢，在工程现场根据压杆长度直接切割U型钢，极大降低了制作难度和成本，使得加固过程更容易实现；

3、加固过程仅需要采用单边螺栓进行连接，显著降低了高空施工难度；

4、本发明的加固方法无需对既有结构进行大规模改造，加固方法简单有效，缩短了施工工期，提高了经济效益；

5、本发明的加固过程并未改变在正常使用情况下杆件本身以及整体结构的受力特性，因此不需要重新验算。

附图说明

图1是本发明实施例1的分解示意图；

图2是本发明实施例1的结构示意图；

图3是本发明实施例1的A-A面剖视图；

图4是本发明实施例1的B-B面剖视图；

图5是本发明实施例1加固初始挠度较小的弯曲杆件5的剖视图；

图6是本发明实施例1加固初始挠度较大的弯曲杆件5的剖视图；

图7是本发明实施例2的弯曲杆件1的结构示意图；

图8是本发明实施例2的结构示意图；

图9是本发明实施例2的C-C面剖视图；

图10是本发明实施例2的D-D面剖视图；

图11是本发明实施例3的结构示意图；

具体实施方式

以说明书附图所示的实际方向为上、下、左、右。

实施例1

如图1~6，弯曲压杆5呈弯曲圆杆形状，所用的加固部件为两根长度略小于弯曲压杆5的第一U型钢1和第二U型钢2。第一U型钢1的第一翼缘101上有圆孔一1011，第二翼缘103上有槽孔一1031。第二U型钢2的第三翼缘201上有槽孔二2011，第四翼缘203上有圆孔二2031。第一U型钢1和第二U型钢2完全相同。第一翼缘101、第二翼缘103、第三翼缘201、第四翼缘203与弯曲压杆5的初始挠度方向平行。第一U型钢1和第二U型钢2相对设置，第一翼缘101与第三翼缘201搭接，第二翼缘103与第四翼缘203搭接。第一U型钢1、第二U型钢2的内侧与弯曲压杆5的外边缘贴近，将弯曲压杆5围绕，同时使得圆孔一1011与槽孔二2011重叠，槽孔一1031与圆孔二2031重叠。将重叠的圆孔一1011与槽孔二2011、槽孔一1031与圆孔二2031通过单边螺栓3固定，形成约束部4。第一腹板102、第二腹板202的宽度大于弯曲压杆5的外直径。第一U型钢1、第二U型钢2错位对拼包围弯曲压杆5，在保持第一翼缘101、第二翼缘103、第三翼缘201、第四翼缘203与弯曲压杆5的挠度方向平行时，尽量将第一U型钢1、第二U型钢2平行靠近，第一腹板102与弯曲压杆5的中部接触，第二腹板202与弯曲压杆5的两端接触。

实施例2

如图7~10，本实施例与实施例1不同之处在于，弯曲压杆5两端靠近支承处沿弯曲压杆5轴向焊接加劲肋6，每端对称焊接两根加劲肋6，加劲肋6在约束部4的拐角处与弯曲压杆5的表面形成的空隙内。加劲肋6的长度大于弯曲压杆5的截面外径。在弯曲压杆1中部设置定位栓7，定位栓7穿过第一腹板102或第二腹板202，其他部分与实施例1相同。

实施例3

如图11，本实施例与实施例1不同之处在于，第一U型钢1和第二U型钢2错位搭接后，可通过焊缝8将第三翼缘201的尾部焊接在第一翼缘101上，第二翼缘103的尾部焊接在第四翼缘203上，其他部分与实施例1相同。

Claims (8)

1.一种弯曲压杆的加固装置，其特征在于：包括第一U型钢（1）和第二U型钢（2）；所述第一U型钢（1）包括固定连接的第一翼缘（101）、第一腹板（102）和第二翼缘（103），所述第一翼缘（101）上设置圆孔一（1011），所述第二翼缘（103）上设置槽孔一（1031）；所述第二U型钢（2）包括固定连接的第三翼缘（201）、第二腹板（202）和第四翼缘（203），所述第三翼缘（201）上设置槽孔二（2011），所述第四翼缘（203）上设置圆孔二（2031）；所述圆孔一（1011）、槽孔二（2011）通过单边螺栓固定，槽孔一（1031）、圆孔二（2031）通过单边螺栓（3）固定，使得第一U型钢（1）和第二U型钢（2）错位搭接形成用于加固弯曲压杆（5）的约束部（4）。

2.根据权利要求1所述的一种弯曲压杆的加固装置，其特征在于：所述第一翼缘（101）、第二翼缘（103）、第三翼缘（201）、第四翼缘（203）与弯曲压杆（5）的挠度方向平行时，第一腹板（102）与弯曲压杆（5）的中部接触，第二腹板（202）与弯曲压杆（5）的两端接触。

3.根据权利要求1所述的一种弯曲压杆的加固装置，其特征在于：所述第一腹板（102）、第二腹板（202）的宽度大于弯曲压杆（5）的外直径。

4.根据权利要求1所述的一种弯曲压杆的加固装置，其特征在于：所述弯曲压杆（5）两端靠近支承处沿弯曲压杆（5）轴向焊接加劲肋（6）。

5.根据权利要求4所述的一种弯曲压杆的加固装置，其特征在于：所述弯曲压杆（5）的每端对称焊接两根加劲肋（6），所述加劲肋（6）在约束部（4）的拐角处与弯曲压杆（5）的表面形成的空隙内。

6.根据权利要求4所述的一种弯曲压杆的加固装置，其特征在于：所述加劲肋（6）的长度大于弯曲压杆（5）的截面外径。

7.根据权利要求1所述的一种弯曲压杆的加固装置，其特征在于：所述弯曲压杆（5）中部设置定位栓（7），定位栓（7）穿过第一腹板（102）或第二腹板（202）。

8.一种弯曲压杆的加固方法，其特征在于包含以下步骤：

步骤一，选用两根长度略小于弯曲压杆（5）的第一U型钢（1）、第二U型钢（2），第一U型钢（1）的第一翼缘（101）上开圆孔一（1011），第二翼缘（103）上开槽孔一（1031），第二U型钢（2）的第三翼缘（201）上开槽孔二（2011），第四翼缘（203）上开圆孔二（2031），第一翼缘（101）、第二翼缘（103）、第三翼缘（201）、第四翼缘（203）与弯曲压杆（5）的初始挠度方向平行；

步骤二，第一U型钢（1）、第二U型钢（2）相对设置，第一翼缘（101）与第三翼缘（201）搭接，第二翼缘（103）与第四翼缘（203）搭接，第一U型钢（1）、第二U型钢（2）的内侧与弯曲压杆（5）的外边缘贴近，将弯曲压杆（5）围绕，同时使得圆孔一（1011）与槽孔二（2011）重叠，槽孔一（1031）与圆孔二（2031）重叠；

步骤三，将圆孔一（1011）与槽孔二（2011）、槽孔一（1031）与圆孔二（2031）通过单边螺栓（3）固定，形成约束部（4）。

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