CN110952795B - 一种空间结构弯曲压杆的加固结构及加固方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空间结构弯曲压杆的加固结构和加固方法，其加固结构包括：设置在弯曲压杆外周侧的横截面呈长方形的约束部件，约束部件由两个长度小于弯曲压杆长度的不等边角钢对接拼接而成，其中，两个不等边角钢均包括：呈“L”形垂直布置的长肢板和短肢板，两个长肢板相对布置，两个短肢板相对布置，且每个长肢板与每个短肢板一一对应且焊接固定，长肢板内侧和短肢板内侧均与弯曲压杆外壁面抵接。该加固结构和加固方法解决了压杆存在初始弯曲会导致约束部件尺寸繁多，难以匹配的难题。

Description

一种空间结构弯曲压杆的加固结构及加固方法

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，更具体的说是涉及一种空间结构弯曲压杆的加固结构及加固方法。

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。

若果忽略施工质量不合格而引起空间结构的破坏，那么当空间结构跨度较小时，结构的破坏模式主要表现在支座处杆件突然失效引起的强度破坏；当跨度较大时，空间结构的破坏模式通常是由于关键杆件失稳引起的失稳破坏。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。

传统的空间结构加固方法或多或少存在一些问题：

1、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；

2、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；

3、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。

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。

此外，可采用预应力加固法，具体做法是在空间结构的基础上建立一套预应力结构体系，预应力加固法从整体上改变结构的受力情况，通常需要对结构进行重新验算。

同时，中国专利号201510423508.7，公开了空间结构关键杆件加固方法，是由钢板和型钢通过螺栓组成方形约束部件对关键杆进行加固，以防止大跨空间结构在强风或者强震下由于杆件失稳导致的倒塌破坏。但是，当相同的关键杆件承载不同的轴力时，其实质为弯曲杆件，且因为轴力不同也会导致初始挠度不同，且随着荷载变化初始挠度也不确定，如采用上述专利提出方法，约束部件不具有自适应特性，为了能够保证加固效果，且匹配不同的初始挠度弯曲杆件，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，并且也提高了成本。

因此，如何提供一种能够解决加固初始挠度不确定的弯曲压杆时，而需要多种规格的加固约束部件问题，以降低制作难度和成本，同时加固结构和方法简单、施工工期短、无需进行重新验算的空间结构弯曲压杆的加固结构及加固方法，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种能够解决加固初始挠度不确定的弯曲压杆时，而需要多种规格的加固约束部件问题，以降低制作难度和成本，同时加固结构和方法简单、施工工期短、无需进行重新验算的空间结构弯曲压杆的加固结构及加固方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种空间结构弯曲压杆的加固结构，所述弯曲压杆两端均设置有球形铰，包括：设置在所述弯曲压杆外周侧的横截面呈长方形的约束部件，所述约束部件由两个长度小于所述弯曲压杆长度的不等边角钢对接拼接而成，其中，两个所述不等边角钢均包括：呈“L”形垂直布置的长肢板和短肢板，两个所述长肢板相对布置，两个所述短肢板相对布置，且每个所述长肢板与每个所述短肢板一一对应且焊接固定，所述长肢板内侧和所述短肢板内侧均与所述弯曲压杆外壁面抵接。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种空间结构弯曲压杆的加固结构，针对初始挠度不同、具有相同直径的弯曲压杆，无需改变不等边角钢的尺寸，可用相同的一对不等边角钢进行加固，极大提高了工程应用的适应性，可避免加固初始挠度不确定的弯曲压杆时，而需要多种规格的加固约束部件问题，使得制作难度和成本低，同时加固结构简单、施工工期短、无需进行重新验算。

进一步的，所述长肢板所在平面与所述弯曲压杆的挠度方向平行设置，且一个所述短肢板内侧与所述弯曲压杆端部抵接，另一个所述短肢板内侧与所述弯曲压杆中部抵接。

进一步的，所述弯曲压杆横截面为圆形，所述长肢板的宽度大于所述弯曲压杆的最大初始挠度L与所述弯曲压杆的直径L1的和。

进一步的，所述短肢板的宽度大于所述弯曲压杆的直径L1。

进一步的，所述弯曲压杆两端靠近所述球形铰的位置焊接固定有用于防止所述弯曲压杆扭转和局部屈曲的加劲肋，所述加劲肋沿所述弯曲压杆轴向方向设置，且位于所述约束部件顶角与所述弯曲压杆的外圆周所形成的空隙内。

进一步的，所述弯曲压杆中部设置有定位栓，所述短肢板上与所述定位栓相对应的位置开设有定位孔，所述定位栓与所述定位孔插接固定。

进一步的，每个所述长肢板与每个所述短肢板在对接位置通过焊缝焊接固定，所述焊缝位于所述约束部件的外侧。

本发明还提供了一种空间结构弯曲压杆的加固方法，包括如下步骤：

步骤1：选用两根长度小于弯曲压杆长度的不等边角钢，不等边角钢包括呈“L”形垂直连接的长肢板和短肢板；

步骤2：将两个所述长肢板和两个所述短肢板放置在所述弯曲压杆的外周侧，其中，两个所述长肢板相对布置，两个所述短肢板相对布置；

步骤3：将所述长肢板内侧和所述短肢板内侧均与所述弯曲压杆外壁面抵接；

步骤4：每个所述长肢板与每个所述短肢板一一对应且焊接固定。

进一步的，所述步骤3具体为在需要保证所述长肢板所在平面与所述弯曲压杆的挠度方向平行的情况下，将两个短肢板平行靠近，使得一个所述短肢板内侧与所述弯曲压杆端部抵接，另一个所述短肢板内侧与所述弯曲压杆中部抵接。

进一步的，所述步骤1之后还包括：

步骤1-1：在所述弯曲压杆两端靠近所述球形铰的位置焊接固定加劲肋，所述加劲肋沿所述弯曲压杆轴向方向设置，并在所述弯曲压杆中部焊接定位栓；

步骤1-2：在所述短肢板上与所述定位栓相对应的位置开设定位孔；

所述步骤2之后还包括：

步骤2-1：将所述加劲肋位于所述约束部件顶角与所述弯曲压杆的外圆周所形成的空隙内，并且将所述定位栓插接到定位孔中。

本发明的有益效果是：

1、针对初始挠度不确定的弯曲压杆提出了“自适应”加固方法：本发明采用两根不等边角钢对拼形成长方形截面约束部件来约束初始挠度不确定的弯曲压杆，解决了相关专利（申请号：201510423508.7）中如果压杆存在初始弯曲会导致约束部件尺寸繁多，难以匹配的难题。如图12所示，对于初始挠度不同、具有相同直径的弯曲压杆，无需改变不等边角钢的尺寸，可用相同的一对不等边角钢来进行加固，极大提高了工程应用的适应性。

2、该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不等边角钢，在工程现场根据压杆长度直接切割角钢，极大降低了制作难度和成本，使得加固过程更容易实现。

3、加固过程仅需要在两根不等边角钢长肢板、短肢板连接处有两条焊缝或者采用局部焊缝，显著降低了高空施工难度。

4、本发明所述加固结构和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、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

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为待加固弯曲压杆结构示意图（其中，x轴：初始挠度方向；y轴：垂直于初始挠度方向；z轴：空间结构杆件轴向）；

图2是待加固弯曲杆件剖面示意图；

图3是本发明实施例1各部件分解示意图；

图4是本发明实施例1装配完成后的示意图；

图5是图4中A-A剖视图；

图6是图4中B-B剖视图；

图7是本发明实施例2加焊有加劲肋和定位栓的弯曲压杆示意图；

图8是本发明实施例2装配完成后的示意图；

图9是图8中C-C剖视图；

图10是图8中D-D剖视图；

图11是本发明实施例3装配完成后的示意图；

图12是相同不等边角钢加固不同初始挠度下的弯曲压杆对比示意图，其中图12（a）为初始挠度较小的空间结构杆件示意图，图12（b）为初始挠度较大的空间结构杆件示意图。

其中：1-弯曲压杆，2-不等边角钢，2-1-长肢板，2-2-短肢板，2-3-焊缝，3-约束部件，4-球形铰，5-加劲肋，6-定位栓。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了两种空间结构弯曲压杆的加固结构的实施例。

实施例1：

参见图1-6，空间结构弯曲压杆的加固结构，弯曲压杆1两端均设置有球形铰4，包括：设置在弯曲压杆1外周侧的横截面呈长方形的约束部件3，约束部件3由两个长度小于弯曲压杆1长度的不等边角钢2对接拼接而成（不等边角钢2的长度与弯曲压杆1的长度的差值小于弯曲压杆1外直径L1），其中，两个不等边角钢2均包括：呈“L”形垂直布置的长肢板2-1和短肢板2-2，两个长肢板2-1相对布置，两个短肢板2-2相对布置，且每个长肢板2-1与每个短肢板2-2一一对应且焊接固定，即每个长肢板2-1与每个短肢板2-2在对接位置通过焊缝2-3焊接固定，焊缝2-3位于约束部件3的外侧，焊缝2-3可为长条形焊缝或局部焊缝。

长肢板2-1内侧和短肢板2-2内侧均与弯曲压杆1外壁面抵接。

长肢板2-1所在平面与弯曲压杆1的挠度方向平行设置，且一个短肢板2-2内侧与弯曲压杆1端部抵接，另一个短肢板2-2内侧与弯曲压杆1中部抵接。

弯曲压杆1横截面为圆形，长肢板2-1的宽度大于弯曲压杆1的最大初始挠度L与弯曲压杆1的直径L1的和，短肢板2-2的宽度大于弯曲压杆1的直径L1。

实施例2：

参见图7-10，本实施例与实施例1基本相同，相同部分不再叙述，不同之处在于，弯曲压杆1两端靠近球形铰4的位置焊接固定有用于防止弯曲压杆1扭转和局部屈曲的加劲肋5，加劲肋5沿弯曲压杆1轴向方向设置，且位于约束部件3顶角与弯曲压杆1的外圆周所形成的空隙内。弯曲压杆1中部设置有定位栓6，短肢板2-2上与定位栓6相对应的位置开设有定位孔，定位栓6与定位孔插接固定。

本发明还提供两种空间结构弯曲压杆的加固方法的实施例。

实施例1：

一种空间结构弯曲压杆的加固方法，包括如下步骤：

步骤1：选用两根长度小于弯曲压杆1长度的不等边角钢2，不等边角钢2包括呈“L”形垂直连接的长肢板2-1和短肢板2-2；

步骤2：将两个长肢板2-1和两个短肢板2-2放置在弯曲压杆1的外周侧，其中，两个长肢板2-1相对布置，两个短肢板2-2相对布置；

步骤3：将长肢板2-1内侧和短肢板2-2内侧均与弯曲压杆1外壁面抵接，具体的，在需要保证长肢板2-1所在平面与弯曲压杆1的挠度方向平行的情况下，将两个短肢板2-2平行靠近，使得一个短肢板2-2内侧与弯曲压杆1端部抵接，另一个短肢板2-2内侧与弯曲压杆1中部抵接；

步骤4：每个长肢板2-1与每个短肢板2-2一一对应且焊接固定。

实施例2：

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，步骤1之后还包括：

步骤1-1：在弯曲压杆1两端靠近球形铰4的位置焊接固定加劲肋5，加劲肋5沿弯曲压杆1轴向方向设置，并在弯曲压杆1中部焊接定位栓6；

步骤1-2：在短肢板2-2上与定位栓6相对应的位置开设定位孔；

步骤2之后还包括：

步骤2-1：将加劲肋5位于约束部件3顶角与弯曲压杆1的外圆周所形成的空隙内，并且将定位栓6插接到定位孔中。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种空间结构弯曲压杆的加固结构，所述弯曲压杆（1）两端均设置有球形铰（4），其特征在于，包括：设置在所述弯曲压杆（1）外周侧的横截面呈长方形的约束部件（3），所述约束部件（3）由两个长度小于所述弯曲压杆（1）长度的不等边角钢（2）对接拼接而成，其中，两个所述不等边角钢（2）均包括：呈“L”形垂直布置的长肢板（2-1）和短肢板（2-2），两个所述长肢板（2-1）相对布置，两个所述短肢板（2-2）相对布置，且每个所述长肢板（2-1）与每个所述短肢板（2-2）一一对应且焊接固定，所述长肢板（2-1）内侧和所述短肢板（2-2）内侧均与所述弯曲压杆（1）外壁面抵接；

所述长肢板（2-1）所在平面与所述弯曲压杆（1）的挠度方向平行设置，且一个所述短肢板（2-2）内侧与所述弯曲压杆（1）端部抵接，另一个所述短肢板（2-2）内侧与所述弯曲压杆（1）中部抵接；

所述弯曲压杆（1）横截面为圆形，所述长肢板（2-1）的宽度大于所述弯曲压杆（1）的最大初始挠度L与所述弯曲压杆（1）的直径L1的和；

所述短肢板（2-2）的宽度大于所述弯曲压杆（1）的直径L1；

所述弯曲压杆（1）两端靠近所述球形铰（4）的位置焊接固定有用于防止所述弯曲压杆（1）扭转和局部屈曲的加劲肋（5），所述加劲肋（5）沿所述弯曲压杆（1）轴向方向设置，且位于所述约束部件（3）顶角与所述弯曲压杆（1）的外圆周所形成的空隙内；

所述弯曲压杆（1）中部设置有定位栓（6），所述短肢板（2-2）上与所述定位栓（6）相对应的位置开设有定位孔，所述定位栓（6）与所述定位孔插接固定。

2.根据权利要求1所述的一种空间结构弯曲压杆的加固结构，其特征在于，每个所述长肢板（2-1）与每个所述短肢板（2-2）在对接位置通过焊缝（2-3）焊接固定，所述焊缝（2-3）位于所述约束部件（3）的外侧。

3.一种据权利要求1所述的空间结构弯曲压杆的加固方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：选用两根长度小于弯曲压杆（1）长度的不等边角钢（2），不等边角钢（2）包括呈“L”形垂直连接的长肢板（2-1）和短肢板（2-2）；

步骤2：将两个所述长肢板（2-1）和两个所述短肢板（2-2）放置在产生初始挠度的所述弯曲压杆（1）的外周侧，其中，两个所述长肢板（2-1）相对布置，两个所述短肢板（2-2）相对布置；

步骤3：将所述长肢板（2-1）内侧和所述短肢板（2-2）内侧均与所述弯曲压杆（1）外壁面抵接；

步骤4：每个所述长肢板（2-1）与每个所述短肢板（2-2）一一对应且焊接固定。

4.根据权利要求3所述的一种空间结构弯曲压杆的加固方法，其特征在于，所述步骤3具体为在需要保证所述长肢板（2-1）所在平面与所述弯曲压杆（1）的挠度方向平行的情况下，将两个短肢板（2-2）平行靠近，使得一个所述短肢板（2-2）内侧与所述弯曲压杆（1）端部抵接，另一个所述短肢板（2-2）内侧与所述弯曲压杆（1）中部抵接。

5.根据权利要求3所述的一种空间结构弯曲压杆的加固方法，其特征在于，所述步骤1之后还包括：

步骤1-1：在所述弯曲压杆（1）两端靠近所述球形铰（4）的位置焊接固定加劲肋（5），所述加劲肋（5）沿所述弯曲压杆（1）轴向方向设置，并在所述弯曲压杆（1）中部焊接定位栓（6）；

步骤1-2：在所述短肢板（2-2）上与所述定位栓（6）相对应的位置开设定位孔；

所述步骤2之后还包括：

步骤2-1：将所述加劲肋（5）位于所述约束部件（3）顶角与所述弯曲压杆（1）的外圆周所形成的空隙内，并且将所述定位栓（6）插接到定位孔中。

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