CN111794553A - 一种自立管状结构的加固装置及加固效果的计算分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于室外加固技术领域,具体涉及一种自立管状结构的加固装置,包括;加固件,沿自立管件的圆周面设置有多组,且每组所述加固件包括一支撑杆和多个加强杆,相邻的加强杆之间通过连接件螺纹连接;锁紧装置,沿自立管件的长度方向设置有多组,由两个半圆的锁紧抱箍连接组成并固定在自立管件的表面,用于锁紧定位加固件,相邻的锁紧装置之间的间距由加固件的截面、布置方式和加固后的杆件强度需求根据所列方法进行计算确定,克服了现有技术的不足,加固件布设在自立管件周围较小方位内,施工过程中采用全螺栓固定的安装结构,避免了焊接等其他需要专业人员操作的工艺。
Description
技术领域
本发明属于室外加固技术领域,具体涉及一种自立管状结构的加固装置及加固效果的计算分析方法。
背景技术
通信单管塔、电力钢管杆、化工排气烟囱等均为行业中存在大量自立管状结构,结构在户外长期使用受到风荷载、地震荷载、温度等不同的荷载作用,结构的长细比非常大受到横向风荷载进行控制,主体表现为压弯组合,弯矩控制的杆件。
城市快速发展,电力线路大面积上改下,原有的直线杆体变为终端杆体,不平衡的线路张力和裹冰荷载、风荷载导致杆体荷载增大;通信快速布网建设,导致多种制式并存,原有设备保留新设备增加,导致杆体超过原有设计荷载;烟囱由于工艺的需求需要在原有基础上增加对应的高度以提高排气流量压力,同时环保需要增加对应的检测和处理设备导致顶部荷载的增加等情况的发生都导致原有管状结构不能满足现有受力要求,需要对原结构进行对应的加固。
现有处理方法主要有两种:
1、拆除后原地重新建设。这种方式投资大、工期长,需要对现有功能进行一段时间的中断。对于通信行业单管塔长期人们对无线通信的辐射的误解存在较大民扰,很可能拆除后无法再安装。
2、原有结构支撑或者拉线加固。在原有杆体周围采用大开间的斜向支撑进行固定,为保证受力杆体撑点与地面固定的支点之间的连线与地面成30-60度,这样就导致杆体加固后占地面积非常大,影响杆体的周边的环境。有些区域由于实际杆体所处位置面积的限制不能完全实施。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自立管状结构的加固装置,克服了现有技术的不足,施工方便、占地面积小,实用性强。
为解决上述问题,本发明所采取的技术方案如下:
一种自立管状结构的加固装置,包括
基座,用于承载整个装置,所述基座的上方固设有立方体结构的支撑台,且支撑台的上端面中心处设置有竖直方向的自立管件;
加固件,沿自立管件的圆周面周向设置有若干组,且每组所述加固件包括一支撑杆和多个加强杆,相邻的加强杆之间通过连接件螺纹连接;
锁紧装置,沿自立管件的长度方向设置有多组,由两个半圆的锁紧抱箍连接组成并固定在自立管件的表面,用于锁紧定位加固件,相邻的锁紧装置之间的间距与加强杆的长度一致。
进一步,所述锁紧装置包括一底部抱箍、多个中部抱箍和一顶部抱箍,所述底部抱箍沿着其圆周面固设有与加固件对应的下锁紧座,所述顶部抱箍上固设有与下锁紧座对应的上锁紧座,位于最下方和最下方的加强杆分别与下锁紧座和上锁紧座螺纹连接,并通过螺母固定锁死。
进一步,所述中部抱箍沿着其圆周面固设有与加强杆对应的连接座,所述加强杆的外侧设置有环状的固定件,且固定件与连接座固定连接。
进一步,所述固定件采用U型螺栓,所述U型螺栓的两端分别与连接座的两端螺纹连接。
进一步,所述底部抱箍上固设有与支撑杆对应的铰接座,且铰接座位于下锁紧座的下方,所述支撑台的四周固设有L型结构的支撑件,所述支撑杆的两端分别与支撑件和铰接座固定铰接。
进一步,所述连接件包括锥头、连接螺栓、连接锚板、套筒和定位销,所述锥头和连接锚板分别固设在位于上方的加强杆底端和位于下方的加强杆顶端,所述连接螺栓位于锥头内,且其螺纹杆端延伸至锥头外部,所述连接锚板靠近连接螺栓的一侧表面开设有与连接螺栓对应的螺纹孔,所述套筒套设在连接螺栓的外侧,且定位销贯穿套筒的一侧侧壁,延伸至连接螺栓内。
进一步,所述支撑杆和加强杆的横截面为圆形、矩形、多边形其中的一种。
一种自立管状结构加固效果的计算分析方法,根据不同加固件的截面大小、沿自立管件周向布置尺寸和沿自立管件支撑点轴向距离进行计算得到自立管件加固后的系统整体弯矩值。
本发明与现有技术相比较,具有以下有益效果:
1、本发明提供了一种自立管状结构的加固装置,加固件布设在自立管件周围较小方位内,加固的效果根据实际需求调整对应的最上层固定件与杆体的间距或者调整加固件的构件规格实现,施工过程中采用全螺栓固定的安装结构,避免了焊接等其他需要专业人员操作的工艺,结构紧凑。
2、本发明提供了一种自立管状结构的加固装置,加固件连接仅上下两端通过锁紧座固定式连接,其余中间均采用约束加固件稳定弯曲力的U型螺栓连接,连接与加固件可以在杆体轴向方便调整。
3、本发明提供了一种自立管状结构的加固装置,加强杆之间通过锥形件和高强度螺栓螺纹连接在一起,加固件的长度可以实现统一的规格,减少加固件的种类。
4、本发明提供了一种自立管状结构的加固效果的计算分析方法,对于加固杆件不同截面、不同的布置形式都具有广泛的通用性,可用于不同加固方式的强度计算。
附图说明
图1为一种自立管状结构的加固装置的结构示意图。
图2为一种自立管状结构的加固装置中A处的放大示意图。
图3为一种自立管状结构的加固装置中B处的放大示意图。
图4为一种自立管状结构的加固装置中C处的放大示意图。
图5为一种自立管状结构的加固装置中D处的放大示意图。
图6为一种自立管状结构的加固装置中连接件的剖面示意图。
图7为一种自立管状结构中加固装置的俯视图。
图8为加固件截面分类及缺陷系数α的对应查询图。
图中:1、基座;2、自立管件;3、加固件;31、支撑杆;32、加强杆;33、连接件;331、锥头;332、连接螺栓;333、连接锚板;334、套筒;335、定位销;4、锁紧抱箍;41、底部抱箍;411、下锁紧座;412、铰接座;42、中部抱箍;421、连接座;422、固定件;43、顶部抱箍;431、上锁紧座;5、支撑台;51、支撑件。
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。
如图1-6所示,本发明所述一种自立管状结构的加固装置,包括
基座1,用于承载整个装置,基座1的上方固设有立方体结构的支撑台5,且支撑台5的上端面中心处设置有竖直方向的自立管件2;
加固件3,沿自立管件2的圆周面周向设置有若干组,且每组加固件3包括一支撑杆31和多个加强杆32,相邻的加强杆32之间通过连接件33螺纹连接;
锁紧装置,沿自立管件2的长度方向设置有多组,由两个半圆的锁紧抱箍4连接组成并固定在自立管件2的表面,用于锁紧定位加固件3,相邻的锁紧装置之间的间距由加固件3的截面、布置方式和加固后的杆件强度需求根据所列方法进行计算确定。
锁紧装置包括一底部抱箍41、多个中部抱箍42和一顶部抱箍43,底部抱箍41沿着其圆周面固设有与加固件3对应的下锁紧座411,顶部抱箍43上固设有与下锁紧座411对应的上锁紧座431,位于最下方和最下方的加强杆32分别与下锁紧座411和上锁紧座431螺纹连接,并通过螺母固定锁死。
为了加强自立管件2与加强杆32之间的连接,中部抱箍42沿着其圆周面固设有与加强杆32对应的连接座421,加强杆32的外侧设置有环状的固定件422,且固定件422与连接座421固定连接;固定件422采用U型螺栓,U型螺栓的两端分别与连接座421的两端螺纹连接。
底部抱箍41上固设有与支撑杆31对应的铰接座412,且铰接座412位于下锁紧座411的下方,支撑台5的四周固设有L型结构的支撑件51,支撑杆31的两端分别与支撑件51和铰接座412固定铰接;在底部抱箍41满足受力的前提下可以舍弃支撑杆31不与基础连接仅保留加强杆32。
连接件33包括锥头331、连接螺栓332、连接锚板333、套筒334和定位销335,锥头331和连接锚板333分别固设在位于上方的加强杆32底端和位于下方的加强杆32顶端,连接螺栓332位于锥头331内,且其螺纹杆端延伸至锥头331外部,连接锚板333靠近连接螺栓332的一侧表面开设有与连接螺栓332对应的螺纹孔,套筒334套设在连接螺栓332的外侧,且定位销335贯穿套筒334的一侧侧壁,延伸至连接螺栓332内。
支撑杆31和加强杆32的横截面为圆形、矩形、多边形其中的一种。
综上,本发明所述一种自立管状结构的加固装置,安装时,首先根据自立管件2的高度和半径选择合适规格的加固件3和锁紧抱箍4,然后根据选择的加固件3长度选择合适的高度将锁紧抱箍4分别固定在自立管件2的外侧;将支撑件51分别固定到支撑台5的四周侧面上,然后将每组加固件3中的支撑杆31两端分别铰接到支撑件51与底部抱箍41的铰接座412上,铰接处通过螺母固定;将每组加固件3中的多个加强杆32之间通过连接件33螺纹固定连接,然后将连接成一体的加强杆32的两端分别与下锁紧座411和上锁紧座431连接,通过螺母固定锁死;再通过U型螺栓分别将加强杆32固定,U型螺栓的两端再分别与连接座421的两端螺纹连接,从而完成对加固件3的安装,安装过程简单,全螺栓式的固定结构,不需要焊接等操作。
自立管件2加固后的加固效果计算分析方法,根据不同加固件3的截面大小、沿自立管件2周向布置尺寸和沿自立管件2支撑点轴向距离进行计算得到自立管件2加固后的系统整体弯矩值。
具体的计算方法为:
M=η(M0+Mj) (1)
式中:Mo为原杆体抵抗矩,Nmm;
Mj为加固系统抵抗矩,Nmm;
η为整体作用强度修正系数,根据不同的连接形式去0.75-0.95,本发明加固装置为螺栓连接计取0.9。
Mo的计算公式为:
M0=fgWg (2)
式中:fg为原杆体材料设计值,MPa;
Wg为杆体截面抗弯截面模量,mm3。
对于圆形截面
对于正n边形截面
d为杆体截面内壁直径(多边形的内壁内切圆直径),mm;
D为杆体截面外壁直径(多边形的外壁内切圆直径),mm;
Mj的计算公式为:
式中:n为加固件的数量,根;
D为布设加固件中心直径或相当直径,mm,具体见图7;
Fa为加固杆件轴心压力设计值,N。
Fa取决加固件的截面类型、截面面积A、回转半径i、连接件的间隔L和加固杆件使用材料设计值fj,具体计算见式4-7。
φ为轴心受压稳定系数,按照式4进行计算。
α为缺陷系数,具体按照图8根据加固杆件不同的截面进行选取;
L为计算截面处锁紧装置的间隔尺寸,mm。具体尺寸如图1中的L1、L2、……Ln,Ln+1,根据计算截面所在高度计取相邻规定件的距离;
Fyj为加固杆件材料屈服强度,MPa;
i为加固杆件材料截面回转半径,mm
I为加固杆件截面惯性矩,mm4;
A为加固杆件截面面积,mm2;
fj为加固杆件材料设计值,MPa。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (8)
1.一种自立管状结构的加固装置,其特征在于:包括
基座(1),用于承载整个装置,所述基座(1)的上方固设有立方体结构的支撑台(5),且支撑台(5)的上端面中心处设置有竖直方向的自立管件(2);
加固件(3),沿自立管件(2)的圆周面周向设置有若干组,且每组所述加固件(3)包括一支撑杆(31)和多个加强杆(32),相邻的加强杆(32)之间通过连接件(33)螺纹连接;
锁紧装置,沿自立管件(2)的长度方向设置有多组,由两个半圆的锁紧抱箍(4)连接组成并固定在自立管件(2)的表面,用于锁紧定位加固件(3)。
2.根据权利要求1所述的一种自立管状结构的加固装置,其特征在于:所述锁紧装置包括一底部抱箍(41)、多个中部抱箍(42)和一顶部抱箍(43),所述底部抱箍(41)沿着其圆周面固设有与加固件(3)对应的下锁紧座(411),所述顶部抱箍(43)上固设有与下锁紧座(411)对应的上锁紧座(431),位于最下方和最下方的加强杆(32)分别与下锁紧座(411)和上锁紧座(431)螺纹连接,并通过螺母固定锁死。
3.根据权利要求2所述的一种自立管状结构的加固装置,其特征在于:所述中部抱箍(42)沿着其圆周面固设有与加强杆(32)对应的连接座(421),所述加强杆(32)的外侧设置有环状的固定件(422),且固定件(422)与连接座(421)固定连接。
4.根据权利要求3所述的一种自立管状结构的加固装置,其特征在于:所述固定件(422)采用U型螺栓,所述固定件(422)的两端分别与连接座(421)的两端螺纹连接。
5.根据权利要求2所述的一种自立管状结构的加固装置,其特征在于:所述底部抱箍(41)上固设有与支撑杆(31)对应的铰接座(412),且铰接座(412)位于下锁紧座(411)的下方,所述支撑台(5)的四周固设有L型结构的支撑件(51),所述支撑杆(31)的两端分别与支撑件(51)和铰接座(412)固定铰接。
6.根据权利要求1所述的一种自立管状结构的加固装置,其特征在于:所述连接件(33)包括锥头(331)、连接螺栓(332)、连接锚板(333)、套筒(334)和定位销(335),所述锥头(331)和连接锚板(333)分别固设在位于上方的加强杆(32)底端和位于下方的加强杆(32)顶端,所述连接螺栓(332)位于锥头(331)内,且其螺纹杆端延伸至锥头(331)外部,所述连接锚板(333)靠近连接螺栓(332)的一侧表面开设有与连接螺栓(332)对应的螺纹孔,所述套筒(334)套设在连接螺栓(332)的外侧,且定位销(335)贯穿套筒(334)的一侧侧壁,延伸至连接螺栓(332)内。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种自立管状结构的加固装置,其特征在于:所述支撑杆(31)和加强杆(32)的横截面为圆形、矩形、多边形其中的一种。
8.一种自立管状结构加固效果的计算分析方法,其特征在于:根据不同加固件(3)的截面大小、沿自立管件(2)周向布置尺寸和沿自立管件(2)支撑点轴向距离进行计算得到自立管件(2)加固后的系统整体弯矩值。
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