CN113175234A - 一种粘接式角钢塔加固结构及加固方法 - Google Patents

一种粘接式角钢塔加固结构及加固方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种粘接式角钢塔加固结构及加固方法。本发明包括第一加固型材以及第二加固型材,第一加固型材用于加固每节角钢塔塔柱外侧或内侧,且与斜材、横材无连接处,第二加固型材用于加固连接每节角钢塔塔柱对接处的连接件、每节角钢塔塔柱与斜材或横材连接处,第一加固型材和第二加固型材胶接于待维修的相应部分,加固结构还包括夹持配件,夹持配件可拆卸地对第一加固型材与其待加固区域以及第二加固型材与其待加固区域进行夹紧。本发明加固方案中没有栓接、铆接等连接方式,可在不损坏原塔结构的前提下提高角钢塔承载力。提高了施工效率和便利性,降低施工风险。角钢塔加固后保持原有截面形式,使得角钢塔简洁美观,同时增加的风阻面积较小。

Description

一种粘接式角钢塔加固结构及加固方法
技术领域
本发明涉及钢结构塔加固技术领域,尤其涉及一种粘接式角钢塔加固结构及加固方法。
背景技术
现有的老旧角钢塔由于原始强度设计裕度不足,很容易发生倒塌事故,为此需要进行加固处理。目前角钢塔的加固方法主要有两种。其一是通过增加辅材或横隔面等方式,改变截面计算图形,从而改变角钢塔部分结构的受力方式,达到加固效果。这种方法施工难度大,应用较少。其二是通过在原塔材上附加加固装置,组合成新的截面形式,实现对角钢塔的加固。这种方法在截面形式上有十字型、Z字型、T字型、C字型等多种形式,在连接方式上有焊接式、螺栓式等连接方式。这种方法在角钢塔加固中应用比较普遍,但依然存在着对原塔结构进行一定程度的损坏等不足。
一般的角钢塔加固方法是,采用与原塔材相同规格的角钢,新角钢与原塔材平行并保持一定间隙,通过连接构件,将原塔材和新角钢用螺栓并联起来,实现原塔材和新角钢之间的刚性连接,组合成新的塔材截面形式。使得原塔材的受力通过连接构件传递给新角钢,新角钢即可与原塔材共同受力、分担载荷,降低原塔材的应力,而使结构得到加固补强。
上述一般的角钢塔加固方法,可以对角钢塔有一定的加固作用,但由于需要在原塔结构上增加螺栓孔,对原塔材有损坏,使得原塔材的极限承载力下降;高空钻孔作业施工难度大,效率不高,同时由于角钢塔螺栓数量很多,钻孔位置受限,因此加固位置受到很大限制;附加加固装置结构复杂,加固材料总重量较大,从而大幅增加了角钢塔的负载重量;附加加固装置占用的外部空间较大,从而增加了角钢塔的挡风面积,影响了角钢塔的抗风能力。
发明内容
根据上述提出的技术问题,而提供一种粘接式角钢塔加固结构及加固方法。本发明采用的技术手段如下:
一种粘接式角钢塔加固结构,所述加固结构包括第一加固型材以及第二加固型材,所述第一加固型材用于加固每节角钢塔塔柱外侧或内侧,且与斜材、横材无连接处,所述第二加固型材用于加固连接每节角钢塔塔柱对接处的连接件、每节角钢塔塔柱与斜材或横材连接处,所述第一加固型材和第二加固型材胶接于待维修的相应部分,所述加固结构还包括夹持配件,所述夹持配件可拆卸地对第一加固型材与其待加固区域以及第二加固型材与其待加固区域进行夹紧。
进一步地,所述第一加固型材为直角形,其角部贴合在原塔塔柱角部的外侧或内侧,其边部与原塔塔柱的边对齐。
进一步地,所述第二加固型材的形状匹配原塔塔柱连接件,其上预设位置设有匹配原塔塔柱连接件上螺柱的孔。
进一步地,所述夹持配件为凹型钢构件,其一肢夹角为90°,另外一肢向内折弯,夹角为80~85°,安装时,在原塔材上利用划痕工具在需要安装所述夹持配件的位置划制定位划痕。
进一步地,第一加固型材和第二加固型胶接后,通过压紧工装安装,所述压紧工装包括固定杆和T型拧杆,所述固定杆的一端设有第一夹持头,所述固定杆还设有供所述T型拧杆穿过的螺孔,所述T型拧杆包括施力段和杆段,所述杆段为螺纹丝杆,其穿过所述螺孔后连接施力段,所述杆段的一端设有第二夹持头,通过第一夹持头以及第二夹持头对第一加固型材与其待加固区域以及第二加固型材与其待加固区域进行夹紧,胶接完成后,拆除所述压紧工装。
进一步地,所述加固结构为长纤维增强复合材料,包括碳纤维增强复合材料和玻璃纤维增强复合材料。
进一步地,所述加固结构为刚度超过100GPa的高刚度材料,包括钛合金或镁合金。
本发明还公开一种粘接式角钢塔的加固方法,包括如下步骤:
针对角钢塔塔柱不同的待维修区域按相对应的工艺流程进行加固,其中,
对维修区域1通过如下方法加固,维修区域1为每节角钢塔塔柱外侧,且与斜材、横材无连接处:
A1、加固件粘接:将配制好的户外结构胶均匀凃敷于待粘接面,然后将第一加固型材粘接到原塔塔柱外侧或内侧;
A2、压紧工装安装:首先压紧工装调节到松弛状态,将两侧夹持头平行放置于原塔塔柱及第一加固型材外侧面,调节好相应位置,拧动T型拧杆,带动螺纹丝杆侧的夹持头压紧原塔塔柱及第一加固型材,从而促进粘接面处户外结构胶的固化;
A3、夹持配件装配:安装夹持配件至预先划好的定位划痕处;
A4、压紧工装拆除:待户外结构胶固化后,拆除压紧工装;
对维修区域2通过如下方法加固,维修区域2为连接每节角钢塔塔柱对接处的连接件,以及每节角钢塔塔柱与斜材或横材连接处;
B1、局部原塔材拆卸:将对第二加固型材安装产生干涉的局部原塔材拆除;
B2、加固件粘接:将配制好的户外结构胶均匀凃敷于待粘接面,然后将第二加固型材粘接到原塔材外侧。
B3、压紧工装安装:首先压紧工装调节到松弛状态,将两侧夹持头平行放置于原塔塔柱或原塔塔柱连接件及加固型材外侧面,调节好相应位置,拧动T型拧杆,带动螺纹丝杆侧的夹持头压紧原塔塔柱或原塔塔柱连接件及第二加固型材,从而促进粘接面处户外结构胶的固化;
B4、夹持配件装配:安装夹持配件至定位划痕处;
B5、局部原塔材安装:将拆除的原塔材重新安装到原位,并用螺栓紧固;
B6、压紧工装拆除:待户外结构胶固化后,拆除压紧工装。
进一步地,对维修区域加固前,还包括如下步骤:
对待维修角钢塔建模并进行刚度/强度分析;基于施加的自重、风载荷工况,确定塔结构危险点,确定具体加固方式与位置;
其中,还需对加固后的角钢塔模型进行刚度/强度分析,使得加固后应力小于设计应力。
进一步地,对维修区域加固前,还进行维修预处理,具体包括如下步骤:
表面除锈打磨:对待粘接部位表面进行除锈打磨处理;
定位压痕轧制:在原塔材上利用划痕工具在需要安装夹持配件的位置划制定位划痕。
本发明应用于角钢塔的加固、维修。该方法将加固型材粘合在原塔塔柱上,与原结构形成新的受力复合体,增大原结构截面面积,同时不对原塔结构进行损坏,提高了原塔塔柱的整体强度和刚度,有效提高了塔体的承载能力。可应用于各类塔型铁塔的加固、维修,可以明显提高铁塔结构的承载力和稳定性。
本发明具有以下优点:
1、本发明加固方案没有栓接、铆接等连接方式,避免对原塔结构开孔,不对原塔结构进行损坏。
2、有效提高了施工效率和便利性,降低施工风险。缩短工期,如50m角钢塔的加固施工,可使维修周期缩短至2天以内。
3、通过提高部分塔柱结构强度和刚度,减小了局部角钢应力,增大原结构截面面积,有效提高了塔体的承载能力。
4、通过增设加固型材粘接到角钢塔塔材上,不会增加过多的挡风面积,增加的风阻面积比较小。
5、角钢塔加固后保持原有截面形式,使得角钢塔简洁整齐,外形美观。
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做以简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明角钢塔整体示意图;
图2为本发明安装工艺流程图;
图3为本发明第一加固型材截面图;
图4为本发明第二加固型材截面图;
图5为本发明第一加固型材示意图;
图6为本发明第二加固型材示意图;
图7为本发明夹持配件示意图;
图8为本发明定位划痕示意图;
图9为本发明维修区域1示意图;
图10为本发明压紧工装示意图;
图11为本发明夹持配件装配示意图a;
图12为本发明夹持配件装配示意图b;
图13为本发明维修区域2示意图a;
图14为本发明维修区域2示意图b;
图15为本发明加固位置示意图;
图中:1-1、原塔塔柱;1-2、原塔塔柱连接件;2-1、第一加固型材;2-2、第二加固型材;3、夹持配件;4-1、固定杆;4-2、施力段;4-3、杆段;4-4、第一夹持头;4-5、第二夹持头。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,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3~7所示,本实施例公开了一种粘接式角钢塔加固结构,所述加固结构包括第一加固型材2-1以及第二加固型材2-2,所述第一加固型材用于加固每节角钢塔塔柱外侧或内侧,且与斜材、横材无连接处,所述第二加固型材用于加固连接每节角钢塔塔柱对接处的连接件、每节角钢塔塔柱与斜材或横材连接处,所述第一加固型材和第二加固型材胶接于待维修的相应部分,所述加固结构还包括夹持配件3,所述夹持配件可拆卸地对第一加固型材与其待加固区域以及第二加固型材与其待加固区域进行夹紧。
所述第一加固型材为直角形,其角部贴合在原塔塔柱角部的外侧或内侧,其边部与原塔塔柱的边对齐。
所述第二加固型材的形状匹配原塔塔柱连接件,其上预设位置设有匹配原塔塔柱连接件上螺柱的孔。
如图11、图12所示,所述夹持配件为凹型钢构件,其一肢夹角为90°,另外一肢向内折弯,夹角为80~85°,其表面镀锌所述夹持配件用于压紧原塔材及加固型材,促进粘接面处户外结构胶的粘接。安装时,在原塔材上利用划痕工具在需要安装所述夹持配件的位置划制定位划痕。
第一加固型材和第二加固型胶接后,通过压紧工装安装,如图10所示,所述压紧工装用于压紧原塔材及加固型材,从而促进粘接面处户外结构胶的固化。待户外结构胶固化后,拆除压紧工装。所述压紧工装包括固定杆4-1和T型拧杆,所述固定杆的一端设有第一夹持头4-4,所述固定杆还设有供所述T型拧杆穿过的螺孔,所述T型拧杆包括施力段4-2和杆段4-3,所述杆段为螺纹丝杆,其穿过所述螺孔后连接施力段,所述杆段的一端设有第二夹持头4-5,通过第一夹持头以及第二夹持头对第一加固型材与其待加固区域以及第二加固型材与其待加固区域进行夹紧,胶接完成后,拆除所述压紧工装。
所述加固结构为长纤维增强复合材料,包括碳纤维增强复合材料和玻璃纤维增强复合材料。复材加固件具有较高的防腐蚀能力,可以有效避免修补加固区域的老化腐蚀。
所述加固结构为刚度超过100GPa的高刚度材料,包括钛合金或镁合金。
实施例1
本实施例中,以某50m高0.67kPa风压角钢塔的加固方式与分析
本发明加固角钢塔塔柱进行加固的方法如下:
步骤1、采用3d3s仿真软件,建立角钢塔主体模型并对其结构的杆件应力和整体位移进行计算,与角钢件设计应力及塔体结构设计位移进行对比,确定塔结构危险点。针对危险区域,采用加固型材对塔柱进行加固。并对加固后结构的杆件应力和整体位移进行计算验证。
1)原始角钢塔模型的刚度/强度分析
塔件采用Q235钢,在建模和加载后所得原始角钢塔结构自重为110.7kN,在0工况下为183.59kN,工况1受X方向风载荷274.9kN,工况2受X方向风载荷153.11kN,受Y方向风载荷123.52kN,原始角钢塔结构在自重、风载荷工况下的位移和应力表如图1所示。
同时施加自重、风载荷工况,其中风载荷有0°和45°两种施加形式。最大位移为299.3mm,满足刚度设计要求。最大应力为234.3mPa,超出比例如表1所示。
2)确定塔结构危险点,确定具体加固方式与位置
在距地面第4节到第1节的塔柱外侧粘合一层加固型材,以碳纤维为例,加固型材采用[04/90]铺层,等效材料属性如下:
Figure BDA0003056735600000071
Figure BDA0003056735600000072
γ12=0.35
式中:E1为纤维方向弹性模量,E2为垂直纤维方向弹性模量,Ee1为复材0°铺层方向等效弹性模量,Ee2为复材90°铺层方向等效弹性模量。
3)加固后角钢塔模型的刚度/强度分析
在对角钢塔进行加固优化后,两种风况的位移都小于塔高的75分之一。加固后最大应力为309.52MPa,加固后应力均小于设计应力。结果数值如表2所示。
表1原始角钢塔结构在自重、风载荷工况下的位移和应力表
Figure BDA0003056735600000073
Figure BDA0003056735600000081
表2角钢塔加固后在自重、风载荷工况下的位移和应力表
载荷条件 加固前 加固后 提高比例
应力 234.30 208.43 11.0%
位移 299.30 282.50 5.6%
如图2所示,具体安装工艺的步骤如下:
步骤2、维修配件前期准备
1)加固型材制备:制备加固型材2-1和2-2。对原塔塔柱需要加固的部位,进行现场测量取样。根据原塔塔柱处的连接角钢、连接板等节点部位特征,进行测量并绘制各段加固件图纸。然后制作样板依次编号,并进行加工制备。
2)粘接胶配制:按规定比例将双组分户外结构胶混合均匀,并在规定操作时限内用完。
3)夹持配件制备。制备夹持配件3。
步骤3、维修预处理
1)表面除锈打磨:对待粘接部位表面进行除锈打磨等处理。
2)定位压痕轧制:如图8、图15所示,在原塔材上利用划痕工具在需要安装夹持配件3的位置划制定位划痕。
步骤4、维修阶段:针对如图1所示的不同待维修区域配按相对应的工艺流程进行加固
维修区域1如图9所示,为每节角钢塔塔柱1-1外侧,且与斜材、横材无连接处。
A1、加固件粘接:将配制好的户外结构胶均匀凃敷于待粘接面,然后将第一加固型材2-1粘接到原塔塔柱1-1外侧或内侧。
A2、压紧工装安装:首先压紧工装调节到松弛状态,将两侧夹持头平行放置于原塔塔柱1-1及第一加固型材2-1外侧面。调节好相应位置,拧动T型拧杆,带动螺纹丝杆侧的夹持头压紧原塔塔柱1-1及第一加固型材2-1,从而促进粘接面处户外结构胶的固化。
A3、夹持配件装配:安装夹持配件3至定位划痕处,并定期更换。夹持配件3的安装位置由加固件确定,按相适配间距安装。
A4、压紧工装拆除:待户外结构胶固化后,拆除压紧工装。
维修区域2如图13、图14所示,为连接每节角钢塔塔柱对接处的连接件1-2,以及每节角钢塔塔柱与斜材或横材连接处。
B1、局部原塔材拆卸:将对第二加固型材安装产生干涉的局部原塔材拆除(只需拆除干涉端连接)。
B2、加固件粘接:将配制好的户外结构胶均匀凃敷于待粘接面,然后将第二加固型材2-2粘接到原塔材外侧。
B3、压紧工装安装:首先压紧工装调节到松弛状态,将两侧夹持头平行放置于原塔塔柱(或原塔塔柱连接件)及加固型材外侧面。调节好相应位置,拧动T型拧杆,带动螺纹丝杆侧的夹持头压紧原塔塔柱(或原塔塔柱连接件)及加固型材,从而促进粘接面处户外结构胶的固化。
B4、夹持配件装配:安装夹持配件3至定位划痕处,并定期更换。夹持配件3的安装位置由加固件确定,按相适配间距安装。
B5、局部原塔材安装:将拆除的原塔材重新安装到原位,并用螺栓紧固。
B6、压紧工装拆除:待户外结构胶固化后,拆除压紧工装。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种粘接式角钢塔加固结构,其特征在于,所述加固结构包括第一加固型材以及第二加固型材,所述第一加固型材用于加固每节角钢塔塔柱外侧或内侧,且与斜材、横材无连接处,所述第二加固型材用于加固连接每节角钢塔塔柱对接处的连接件、每节角钢塔塔柱与斜材或横材连接处,所述第一加固型材和第二加固型材胶接于待维修的相应部分,所述加固结构还包括夹持配件,所述夹持配件可拆卸地对第一加固型材与其待加固区域以及第二加固型材与其待加固区域进行夹紧。
2.根据权利要求1所述的粘接式角钢塔加固结构,其特征在于,所述第一加固型材为直角形,其角部贴合在原塔塔柱角部的外侧或内侧,其边部与原塔塔柱的边对齐。
3.根据权利要求1所述的粘接式角钢塔加固结构,其特征在于,所述第二加固型材的形状匹配原塔塔柱连接件,其上预设位置设有匹配原塔塔柱连接件上螺柱的孔。
4.根据权利要求1~3任一项所述的粘接式角钢塔加固结构,其特征在于,所述夹持配件为凹型钢构件,其一肢夹角为90°,另外一肢向内折弯,夹角为80~85°,安装时,在原塔材上利用划痕工具在需要安装所述夹持配件的位置划制定位划痕。
5.根据权利要求1所述的粘接式角钢塔加固结构,其特征在于,第一加固型材和第二加固型胶接后,通过压紧工装安装,所述压紧工装包括固定杆和T型拧杆,所述固定杆的一端设有第一夹持头,所述固定杆还设有供所述T型拧杆穿过的螺孔,所述T型拧杆包括施力段和杆段,所述杆段为螺纹丝杆,其穿过所述螺孔后连接施力段,所述杆段的一端设有第二夹持头,通过第一夹持头以及第二夹持头对第一加固型材与其待加固区域以及第二加固型材与其待加固区域进行夹紧,胶接完成后,拆除所述压紧工装。
6.根据权利要求1所述的粘接式角钢塔加固结构,其特征在于,所述加固结构为长纤维增强复合材料,包括碳纤维增强复合材料和玻璃纤维增强复合材料。
7.根据权利要求1所述的粘接式角钢塔加固结构,其特征在于,所述加固结构为刚度超过100GPa的高刚度材料,包括钛合金或镁合金。
8.一种粘接式角钢塔的加固方法,其特征在于,包括如下步骤:
针对角钢塔塔柱不同的待维修区域按相对应的工艺流程进行加固,其中,
对维修区域1通过如下方法加固,维修区域1为每节角钢塔塔柱外侧,且与斜材、横材无连接处:
A1、加固件粘接:将配制好的户外结构胶均匀凃敷于待粘接面,然后将第一加固型材粘接到原塔塔柱外侧或内侧;
A2、压紧工装安装:首先压紧工装调节到松弛状态,将两侧夹持头平行放置于原塔塔柱及第一加固型材外侧面,调节好相应位置,拧动T型拧杆,带动螺纹丝杆侧的夹持头压紧原塔塔柱及第一加固型材,从而促进粘接面处户外结构胶的固化;
A3、夹持配件装配:安装夹持配件至预先划好的定位划痕处;
A4、压紧工装拆除:待户外结构胶固化后,拆除压紧工装;
对维修区域2通过如下方法加固,维修区域2为连接每节角钢塔塔柱对接处的连接件,以及每节角钢塔塔柱与斜材或横材连接处;
B1、局部原塔材拆卸:将对第二加固型材安装产生干涉的局部原塔材拆除;
B2、加固件粘接:将配制好的户外结构胶均匀凃敷于待粘接面,然后将第二加固型材粘接到原塔材外侧。
B3、压紧工装安装:首先压紧工装调节到松弛状态,将两侧夹持头平行放置于原塔塔柱或原塔塔柱连接件及加固型材外侧面,调节好相应位置,拧动T型拧杆,带动螺纹丝杆侧的夹持头压紧原塔塔柱或原塔塔柱连接件及第二加固型材,从而促进粘接面处户外结构胶的固化;
B4、夹持配件装配:安装夹持配件至定位划痕处;
B5、局部原塔材安装:将拆除的原塔材重新安装到原位,并用螺栓紧固;
B6、压紧工装拆除:待户外结构胶固化后,拆除压紧工装。
9.根据权利要求8所述的粘接式角钢塔的加固方法,其特征在于,对维修区域加固前,还包括如下步骤:
对待维修角钢塔建模并进行刚度/强度分析;基于施加的自重、风载荷工况,确定塔结构危险点,确定具体加固方式与位置;
其中,还需对加固后的角钢塔模型进行刚度/强度分析,使得加固后应力小于设计应力。
10.根据权利要求8所述的粘接式角钢塔的加固方法,其特征在于,对维修区域加固前,还进行维修预处理,具体包括如下步骤:
表面除锈打磨:对待粘接部位表面进行除锈打磨处理;
定位压痕轧制:在原塔材上利用划痕工具在需要安装夹持配件的位置划制定位划痕。
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