CN112681798A - 一种端板连接节点加固结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种端板连接节点加固结构及其施工方法，包括两个加固单元；两个加固单元对称设置在既有端板连接节点的两侧；每个加固单元包括H型钢构件、两个加劲肋板及两个连接缀板；H型钢构件固定设置在既有结构柱的侧边，H型钢构件的顶端与既有结构梁底部顶紧设置；加劲肋板对称设置在既有结构梁的两侧，连接缀板的上端与加劲肋板固定连接，下端与H型钢构件固定连接；通过设置H型钢构件，有效提高既有连接节点的转动刚度，确保了既有结构梁与既有结构梁之间的竖向力传递；通过设置加劲肋板，保证了既有结构梁传递竖向集中荷载时腹板的局部稳定性，通过连接缀板将H型钢构件与加劲肋板连接，有效提高了既有端板连接节点的抗剪及抗弯承载力。

Description

一种端板连接节点加固结构及其施工方法

技术领域

本发明属于既有钢结构端板连接梁柱节点加固技术领域，特别涉及一种端板连接节点加固结构及其施工方法。

背景技术

近年来，钢结构的规模和数量逐年增加，连接节点在钢结构中占有很重要的地位，其特性对结构的整体性、荷载传递及抗震耗能起着至关重要的作用；与传统的钢结构连接节点相比，以摩擦型高强螺栓及连接板，将梁柱或梁梁拼接在一起的端板节点，具有构造简单、施工便捷、承载性能高、耗能性能强等方面的优点，使得端板连接已经成为门式刚架和多层钢框架中应用最广泛的节点形式；在建造过程中由于施工不当等因素以及服役期间腐蚀环境的作用，使既有钢结构中端板连接节点的承载性能不满足使用要求或者不满足鉴定性评价标准，对整体结构的安全性构成了严重的威胁。为解决连接节点在使用过程中存在的实际问题，对其节点需进行必要的加固，以提高节点的刚度和承载力，增强结构的整体性、抗震性能以及可靠性。

如附图1-2所示，现有的端板连接节点的加固方法，主要采用侧面角焊缝加固及围焊加固为主；通过对端板和原结构构件翼缘的焊接，形成在同一接头处摩擦型高强螺栓连接与贴角焊缝连接两种方式并用的连接节点，但上述方法存在诸多问题：其中，由于两种连接形式刚度差异较大，荷载传递与分配规律复杂；另外，采用栓焊并用连接对节点进行加固时，规范明确要求其施工顺序应先高强螺栓紧固，后实施焊接。

然而既有钢结构端板连接节点的摩擦型高强螺栓受诸多因素影响，预紧力往往会产生较大损失，预紧力的变化造成节点受力不均匀，导致连接节点的高强螺栓出现松弛、断裂及脱落的现象，上述问题虽然通过更换高强螺栓来实现构件翼缘和端板之间的二次紧固，再采用贴角焊缝方式对端板进行焊接，但更换高强螺栓需对原结构连接节点进行支撑并卸载，因结构梁下大多有设备，连接节点位置一般较高，不但影响正常的生产和生活，而且存在施工难度大，经济性差等问题。

同时，现有加固方法在工程应用中具有一定的局限性，针对施工过程中安装误差大，造成连接板件之间未对齐、螺栓孔错位及螺栓缺失，以及电焊扩孔等问题，该类节点已经无法通过更换高强螺栓来实现对原结构节点连接板件之间的二次紧固；尤其因施工不当造成的连接板间隙过大的节点，或者因使用过程中高强螺栓紧固失效造成连接板件间发生相对变形造成间隙过大的节点，该类节点不仅无法实现高强螺栓的紧固，而且连接板件之间的焊接也很难实现。

综上所述，针对既有钢结构中的端板连接节点，亟待提出一种传力明确、施工便捷、适用性广且经济、高效的加固方法，以有效解决现有加固方法存在的上述缺陷。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种端板连接节点加固结构及其施工方法，以解决现有的钢结构端板连接节点加固结构，存在荷载传递与分配规律复杂，施工难度较大的技术问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明提供了一种端板连接节点加固结构，包括两个加固单元；两个加固单元对称设置在既有端板连接节点的两侧；既有端板连接节点包括既有结构柱及既有结构梁，既有结构梁水平设置在既有结构柱的顶端；

其中，每个加固单元包括H型钢构件、两个加劲肋板及两个连接缀板；H型钢构件固定设置在既有结构柱的侧边，H型钢构件的顶端与既有结构梁底部顶紧设置；两个加劲肋板对称设置在既有结构梁的两侧，且位于H型钢构件的上方；两个连接缀板对称设置在H型钢构件的两侧，连接缀板的上端与加劲肋板固定连接，下端与H型钢构件固定连接。

进一步的，既有结构柱为H型钢柱，既有结构梁为H型钢梁；H型钢构件的腹板与既有结构梁的腹板垂直，H型钢构件的两翼缘分别与既有结构柱的翼缘焊接固定，H型钢构件的顶端与既有结构梁的下翼缘底部顶紧设置。

进一步的，两个加劲肋板对称设置在既有结构梁的腹板两侧，加劲肋板的上端与既有结构梁的上翼缘焊接固定，下端与既有结构梁的下翼缘焊接固定，加劲肋板的一侧边与既有结构梁的腹板垂直焊接固定，加劲肋板的另一侧边与连接缀板连接。

进一步的，加劲肋板的边缘外伸既有结构梁的翼缘设置，伸出宽度为60-100mm。

进一步的，加劲肋板靠近既有结构梁的腹板一侧设置切角，并预留过焊孔。

进一步的，连接缀板的上端中部设置有肋板卡槽，加劲肋板的另一侧边固定卡设在肋板卡槽中；连接缀板的下端两侧分别与H型钢构件的翼缘焊接固定。

进一步的，加劲肋板的两侧面分别与连接缀板的肋板卡槽焊接固定。

进一步的，加劲肋板与H型钢构件的腹板位于同一竖直平面内。

进一步的，既有端板连接节点、H型钢构件、加劲肋板及连接缀板的表面均设置有防腐/防火涂层。

本发明还提供了一种端板连接节点加固结构的施工方法，包括以下步骤：

将H型钢构件与固定设置在既有结构柱的两侧，并将H型钢构件的顶端与既有结构梁的底部顶紧设置；

在既有结构梁的两侧分别设置加劲肋板；

利用连接缀板将H型钢构件与加劲肋板固定连接在一起。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供了一种端板连接节点加固结构及其施工方法，通过在既有结构柱与既有结构梁之间设置H型钢构件，有效提高了既有连接节点的转动刚度，确保了既有结构梁与既有结构梁之间的竖向力传递；通过在既有结构梁的两侧设置加劲肋板，保证了既有结构梁传递竖向集中荷载时腹板的局部稳定性，为既有结构梁柱之间提供拉结条件；通过连接缀板将H型钢构件与加劲肋板连接，确保了既有结构梁柱之间的有效拉结，有效提高了既有端板连接节点的抗剪及抗弯承载力；加固过程无需更换既有连接节点之间的高强螺栓，施工难度小，荷载传递及分配规律明确，稳定可靠，安全性较高。

进一步的，通过将加劲肋板的边缘外伸既有结构梁的翼缘设置，为连接缀板提供了足够的拉结空间；通过设置加劲肋板，确保了既有结构的竖向集中荷载能够稳定传递至H型钢构件中。

进一步的，通过在加劲肋板靠近既有结构梁腹板的一侧设置切角，并预留过焊孔，有效避免了交叉焊缝造成的应力集中。

进一步的，通过在连接缀板的上端设置肋板卡槽，加劲肋板固定卡设在肋板卡槽中，实现了加劲肋板与连接缀板的可靠连接，提高了连接缀板拉结固定的有效性。

进一步的，将加劲肋板与H型钢构件的腹板同平面设置，确保了既有结构梁与既有结构梁之间的竖向力传递。

进一步的，通过在加固构件的表面设置防腐/防火涂料，提高了加固结构的防腐/防火性能，确保了加固后连接节点及构件的耐久性。

综上所述，本发明所述的端板连接节点加固结构及其施工方法，加固构造简单、传力路径明确，施工方便、投入成本较低、可靠性好，可以实现便捷、经济、有效的加固目标；适用范围广，可应用于无法进行高强螺栓更换及二次紧固的端板连接节点，以及由于连接板件间隙过大无法进行施焊的端板连接梁柱节点，弥补了现有加固方法在工程实际应用中的局限性；在不影响正常的生产和生活，不占用额外空间，且不改变结构的功能特性的前提下，可在结构负载作用下对既有钢结构端板连接的梁柱节点进行加固处理，无需对原受损节点进行卸载并做其他额外的处理；加固效果好且实用价值高，在经济性和实用性方面具有明显优势，不受场地和条件的限制，并且施工所需工期短，所需施工空间小，能有效提高既有钢结构端板连接梁柱节点的承载力和抗震性能；具有可操作性和推广性，可带来显著经济与社会效益。

附图说明

图1为现有的端板连接节点的侧面角焊缝加固结构图；

图2为现有的端板连接节点的围焊加固结构图；

图3为本发明所述的端板连接节点加固结构的正视图；

图4为本发明所述的端板连接节点加固结构的轴测图；

图5为本发明所述的端板连接节点加固结构的横剖图；

图6为本发明所述的端板连接节点加固结构中H型钢构件的连接结构的正视图；

图7为本发明所述的端板连接节点加固结构中H型钢构件的连接结构的轴测图；

图8为本发明所述的端板连接节点加固结构中H型钢构件的连接结构的横剖图；

图9为本发明所述的端板连接节点加固结构中加劲肋板的连接结构的正视图；

图10为本发明所述的端板连接节点加固结构中加劲肋板的连接结构的轴测图；

图11为本发明所述的端板连接节点加固结构中加劲肋板的连接结构的横剖图。

其中，1既有结构柱，2既有结构梁，3第一节点连接板，4第二节点连接板，5高强螺栓，6H型钢构件，7加劲肋板，8连接缀板。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题，技术方案及有益效果更加清楚明白，以下具体实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如附图3-11所示，本发明提供了一种端板连接节点加固结构，包括两个加固单元，两个加固单元对称设置在既有端板连接节点的两侧；所述既有端板连接节点包括既有结构柱1、既有结构梁2、第一节点连接板3、第二节点连接板4及若干高强螺栓5；既有结构梁2水平设置在既有结构柱1的顶端，既有结构柱1采用H型钢柱，既有结构梁2采用H型钢梁；第一节点连接板3及第二节点连接板4设置在既有结构梁2与既有结构柱1之间，第一节点连接板3与既有结构梁2的下翼缘固定连接，第一节点连接板3的下表面与第二节点连接板4的上表面紧贴设置，第二节点连接板4的下表面与既有结构柱1的顶端焊接固定；节点区域，既有结构梁2的下翼缘、第一节点连接板3及第二节点连接板4上均匀设置若干螺栓孔，高强螺栓5依次贯穿第一节点连接板3及第二节点连接板4上的螺栓孔，将既有结构梁2、第一节点连接板3及第二节点连接板4固定连接在一起；优选的，高强螺栓5采用摩擦型高强螺栓。

每个加固单元包括H型钢构件6、两个加劲肋板7及两个连接缀板8；H型钢构件6固定设置在既有结构柱1的侧边，H型钢构件6的腹板与既有结构梁2的腹板垂直；H型钢构件6的两翼缘分别与既有结构柱1的翼缘焊接固定，H型钢构件6的顶端与既有结构梁1的下翼缘底部顶紧设置；两个加劲肋板7对称设置在既有结构梁2的两侧，且位于H型钢构件6的上方；优选的，加劲肋板7与H型钢构件6的腹板位于同一竖直平面；加劲肋板7的上端与既有结构梁2的上翼缘焊接固定，下端与既有结构梁2的下翼缘焊接固定，加劲肋板7的一侧边与既有结构梁2的腹板垂直焊接固定，加劲肋板7的另一侧边与连接缀板8固定；优选的，加劲肋板7的边缘外伸出既有结构梁2的翼缘设置，伸出宽度为60-100mm。

加劲肋板7靠近既有结构梁2的腹板一侧采用切角处理，并预留过焊孔，避免了交叉焊缝造成的应力集中，确保了接头的性能和焊接质量。

两个连接缀板8对称设置在H型钢构件6的两侧，连接缀板8的上端与加劲肋板7固定连接，下端与H型钢构件6固定连接；优选的，连接缀板8的上端中部设置有肋板卡槽，加劲肋板7的外伸端固定卡设在肋板卡槽中，加劲肋板7的上端两侧面分别与连接缀板8的肋板卡槽焊接固定；连接缀板8的下端两侧分别与H型钢构件6的翼缘焊接固定。

既有端板连接节点、H型钢构件6、加劲肋板7及连接缀板8的表面均设置有防腐/防火涂层，防腐/防火涂层不得低于设计标准要求，并确保新设涂层与既有端板连接节点表面的旧涂层界面结合完好。

本发明所述端板连接节点加固结构及其施工方法，能够对既有钢结构端板连接节点进行补充加固；本发明所述的加固结构，针对端板连接梁柱节点中，无法通过更换高强螺栓来实现对节点连接板之间的二次紧固，尤其因施工不当造成的连接板间隙过大的节点，或者因使用过程中高强螺栓紧固失效造成连接板件间发生相对变形造成间隙过大的端板连接梁柱节点，提供了在既有结构在负载作用下，不影响正常的生产和生活，不占用额外空间，且不改变结构的功能特性的加固方法；本发明通过增设H型钢构件、加劲肋板及连接缀板与既有结构梁柱的焊接，实现了节点轴力、剪力及弯矩的有效传递，有效提高了既有钢结构端板连接节点承载力和抗震性能。

本发明还提供了一种端板连接节点加固结构的施工方法，包括以下步骤：

将H型钢构件6与固定设置在既有结构柱1的两侧，并将H型钢构件6的顶端与既有结构梁2的底部顶紧设置；在既有结构梁2的两侧分别设置加劲肋板7；利用连接缀板8将H型钢构件6与加劲肋板7固定连接在一起；

具体施工过程如下：

步骤1、通过摩擦型高强螺栓5将既有结构梁2下翼缘处的第一节点连接板3、既有结构柱1顶部的第二节点连接板4紧固连接，形成既有端板连接节点；对既有端板连接节点进行尺寸测量并放样，结合现场施工的实际情况，确定H型钢构件6的尺寸；采用人工或机械打磨方法，剔除既有端板连接节点处的原有防腐/防火涂层，即剔除施焊部位及其周边范围的原有防腐/防火涂层，以使钢材表面露出金属光泽，为加固结构与既有结构构件的焊接提供条件；将H型钢构件6的腹板与既有结构梁2的腹板垂直放置，并使H型钢构件6的上端与既有结构梁2的下翼缘底部刨平顶紧，采用角焊缝焊接，对H型钢构件6及既有结构柱1的翼缘进行焊接；通过H型钢构件6将既有结构柱1与既有结构梁2连接在一起，之间实现竖向荷载的传递。

步骤2、在既有结构梁2的腹板两侧对称设置加劲肋板7，加劲肋板7正对H型钢构件6的腹板设置，且垂直既有结构梁2的腹板；将加劲肋板7的上端、下端及侧边分别与既有结构梁2的上翼缘、下翼缘及腹板之间采用角焊缝焊接固定；加劲肋板7的高度根据现场连接位置处既有结构梁2的腹板实测高度确定；加劲肋板7的宽度外伸处既有结构梁2的上下翼缘边缘设置，优选的，伸出宽度为60-100mm；为了避免交叉焊缝造成的应力集中，对加劲肋板7靠近既有结构梁2的腹板一侧进行切角处理，并留置过焊孔；通过设置加劲肋板解决了既有结构梁传递竖向荷载至H型钢构件的腹板时的局部承压问题；通过将加劲肋板外伸既有结构梁的上下翼缘设置，为通过连接缀板将既有结构梁与H型钢构件的连接提供条件。

步骤3、根据加劲肋板的高度和厚度，对连接缀板的上端进行开槽；现场施工时，垂直交叉安装，并进行临时固定；采用角焊缝将加劲肋板与连接缀板焊接固定在一起，采用角焊缝将连接缀板的两端与H型钢构件的翼缘焊接固定在一起；

步骤4、对上述中的所有的角焊缝进行外管质量检验及内部探伤检测，满足相应规范和技术标准要求后，对既有端板连接节点、H型钢构件6、加劲肋板7及连接缀板8的表面进行防腐/防火涂层涂装；涂层要求不得低于原设计的标准，应有可靠的技术措施保证新、旧涂层界面结合完好，完成后即可投入使用。

本发明所述的端板连接节点加固结构，通过在既有端板连接节点处增设H型钢构件、加劲肋板及连接缀板，施工完成后检测焊接质量，设置防腐/防火涂料涂层；其中，在既有结构柱的顶端两侧增设H型钢构件6，H型钢构件6的腹板与既有结构梁2的腹板垂直，且与既有结构梁2的下翼缘刨平顶紧设置；H型钢构件6的两翼缘与既有结构柱1的翼缘采用角焊缝焊接固定；在既有结构梁2的腹板两侧增设加劲肋板7，加劲肋板7位于H型钢构件6的上方，且正对H型钢构件6的腹板位置设置；加劲肋板7与既有结构梁2的上翼缘、下翼缘及腹板之间采用角焊缝焊接固定；连接缀板8的上端中心设置肋板卡槽，连接缀板8通过肋板卡槽垂直插设在加劲肋板7上；连接缀板8与加劲肋板7及H型钢构件6的翼缘之间均采用角焊缝焊接固定；确保焊接质量满足相应规范和技术标准的要求后，涂装防腐和防火涂料，完成后即可投入使用。

在既有端板连接节点中，节点连接板两侧的高强螺栓承担弯矩作用，靠近节点连接板中心的高强螺栓主要承受剪力为主；当弯矩作用时，既有端板连接节点中，以两侧的第一排高强螺栓的中心距为力臂，以节点连接板的中心为中性轴，将既有端板连接节点的弯矩转换为平面的既有结构柱两侧的第一及二排高强螺栓的一对力偶；本发明中通过设置连接缀板、加劲肋板及H型钢构件，使既有结构梁及既有结构柱在既有端板连接节点外侧被有效的拉结在一起；通过设置连接缀板，以连接缀板的横向抗剪面积来代替既有端板连接节点中的高强螺栓，承担整个节点的剪力；按本发明所述的加固结构，对既有端板连接节点进行加固后，由于钢结构平面内，同侧设置在连接缀板的中心距大于既有端板连接节点两侧的第一排高强螺栓的中心距，因此，加固后节点的连接缀板优先承担弯矩作用，直接将节点弯矩分配传递至既有结构梁柱构件上，不仅代替了既有节点连接处的弯矩传递；同时，增加了既有端板连接节点的转动刚度。

上述实施例仅仅是能够实现本发明技术方案的实施方式之一，本发明所要求保护的范围并不仅仅受本实施例的限制，还包括在本发明所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化、替换及其他实施方式。

Claims (10)

1.一种端板连接节点加固结构，其特征在于，包括两个加固单元；两个加固单元对称设置在既有端板连接节点的两侧；既有端板连接节点包括既有结构柱(1)及既有结构梁(2)，既有结构梁(2)水平设置在既有结构柱(1)的顶端；

其中，每个加固单元包括H型钢构件(6)、两个加劲肋板(7)及两个连接缀板(8)；H型钢构件(6)固定设置在既有结构柱(1)的侧边，H型钢构件(6)的顶端与既有结构梁(2)底部顶紧设置；两个加劲肋板(7)对称设置在既有结构梁(2)的两侧，且位于H型钢构件(6)的上方；两个连接缀板(8)对称设置在H型钢构件(6)的两侧，连接缀板(8)的上端与加劲肋板(7)固定连接，下端与H型钢构件(6)固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种端板连接节点加固结构，其特征在于，既有结构柱(1)为H型钢柱，既有结构梁(2)为H型钢梁；H型钢构件(6)的腹板与既有结构梁(2)的腹板垂直，H型钢构件(6)的两翼缘分别与既有结构柱(1)的翼缘焊接固定，H型钢构件(6)的顶端与既有结构梁(1)的下翼缘底部顶紧设置。

3.根据权利要求2所述的一种端板连接节点加固结构，其特征在于，两个加劲肋板(7)对称设置在既有结构梁(2)的腹板两侧，加劲肋板(7)的上端与既有结构梁(2)的上翼缘焊接固定，下端与既有结构梁(2)的下翼缘焊接固定，加劲肋板(7)的一侧边与既有结构梁(2)的腹板垂直焊接固定，加劲肋板(7)的另一侧边与连接缀板(8)连接。

4.根据权利要求3所述的一种端板连接节点加固结构，其特征在于，加劲肋板(7)的边缘外伸既有结构梁(2)的翼缘设置，伸出宽度为60-100mm。

5.根据权利要求3所述的一种端板连接节点加固结构，其特征在于，加劲肋板(7)靠近既有结构梁(2)的腹板一侧设置切角，并预留过焊孔。

6.根据权利要求3所述的一种端板连接节点加固结构，其特征在于，连接缀板(8)的上端中部设置有肋板卡槽，加劲肋板(7)的另一侧边固定卡设在肋板卡槽中；连接缀板(8)的下端两侧分别与H型钢构件(6)的翼缘焊接固定。

7.根据权利要求6所述的一种端板连接节点加固结构，其特征在于，加劲肋板(7)的两侧面分别与连接缀板(8)的肋板卡槽焊接固定。

8.根据权利要求1所述的一种端板连接节点加固结构，其特征在于，加劲肋板(7)与H型钢构件(6)的腹板位于同一竖直平面内。

9.根据权利要求1所述的一种端板连接节点加固结构，其特征在于，既有端板连接节点、H型钢构件(6)、加劲肋板(7)及连接缀板(8)的表面均设置有防腐/防火涂层。

10.如权利要求1-9任意一项所述的一种端板连接节点加固结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

将H型钢构件(6)与固定设置在既有结构柱(1)的两侧，并将H型钢构件(6)的顶端与既有结构梁(2)的底部顶紧设置；

在既有结构梁(2)的两侧分别设置加劲肋板(7)；

利用连接缀板(8)将H型钢构件(6)与加劲肋板(7)固定连接在一起。

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