CN116927515A - 一种用于钢梁抵抗累积疲劳断裂的辅助装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于钢梁抵抗累积疲劳断裂的辅助装置及使用方法，辅助装置包括钢梁和活动设置于所述钢梁上的绳索结构、第一驱动机构、第二锁止机构和第二驱动机构；其中，所述绳索结构沿钢梁长度方向设置，所述绳索能够通过所述第一驱动机构和/或第二驱动机构呈绷紧状态。能够通过张拉状态，实现预应力绷紧，达到反拱的效果，实现载荷位置的局部钢度加强的目的，提高钢梁的使用寿命和使用效率。同时由于预应力绳索结构的存在，即使钢梁发生破坏也不会完全失效，大大减少了安全事故的发生。

Description

一种用于钢梁抵抗累积疲劳断裂的辅助装置及使用方法

技术领域

本发明属于大跨空间结构中的预应力钢结构施工领域，具体为一种用于钢梁抵抗累积疲劳断裂的辅助装置及使用方法。

背景技术

材料在循环应力和应变作用下，在一处或几处逐渐产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。疲劳破坏属于脆性破坏，破坏非常突然，比塑性破坏产生的危害更加严重和危险。

大跨度型钢梁在受到载荷、温度和湿度等因素影响，尤其是受到动载荷的情况下，应力集中部位形成微细的疲劳裂纹，并逐渐扩展以至最后断裂的现象。它是一个累积损伤过程。因此亟需一种需要提高大跨度型钢梁使用寿命的装置。

发明内容

为此，本发明提供一种用于钢梁抵抗累积疲劳断裂的辅助装置及使用方法，以解决现有技术中大跨度型钢梁易疲劳受损的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

第一方面，本说明实施例提供一种用于钢梁抵抗累积疲劳断裂的辅助装置，包括：

钢梁和活动设置于所述钢梁上的绳索结构；

第一锁止机构，连接于钢梁上，所述绳索结构的一端穿过所述第一锁止机构，所述绳索结构与所述第一锁止机构能够相对运动，所述绳索结构能够通过所述第一锁止固定；

第一驱动机构，连接于钢梁上，与所述绳索结构穿过所述第一锁止机构的一端连接，所述第一驱动机构能够拉到所述绳索结构移动；

第二锁止机构，连接于钢梁上，所述绳索结构的另一端穿过所述第二锁止机构，所述绳索结构与所述第二锁止机构能够相对运动，所述绳索结构能够通过所述第二锁止固定；

第二驱动机构，连接于钢梁上，与所述绳索结构穿过所述第二锁止机构的一端连接，所述第二驱动机构能够拉到所述绳索结构移动；

其中，所述绳索结构沿钢梁长度方向设置，所述绳索能够通过所述第一驱动机构和/或第二驱动机构呈绷紧状态。

进一步的，所述绳索结构包括高强钢丝和钢绞线的至少一种。

进一步的，所述第一锁止机构包括：

第一锥形锚板，所述绳索结构通过第一墩头与所述第一锥形锚板连接；

第一内锥形锚杯，所述绳索结构穿过所述第一内锥锚杯，所述锥形锚板与所述第一内锥形锚杯通过锥形面耦合连接；

第一调节承压螺母，所述绳索结构穿过所述第一调节承压螺母，所述内锥形锚杯与第一调节承压螺母通过螺纹连接。

进一步的，所述第一驱动机构包括：

第一安装基座，连接于所述钢梁上；

第一双叉耳连接件，一端与所述第一内锥形锚杯连接；

单叉耳张拉螺杆，一端与所述第一双叉耳连接件连接，另一端穿过所述第一安装基座；

第一张拉千斤顶，连接于所述第一安装基座上，输出端与所述单叉耳张拉螺杆穿过所述第一安装基座的一端连接；

其中，通过所述第一张拉千斤顶的伸缩，能够拉动所述单叉耳张拉螺杆的移动。

进一步的，所述第二锁止机构包括：

第二锥形锚板，所述绳索结构通过第二墩头与所述第二锥形锚板连接；

第二内锥形锚杯，所述绳索结构穿过所述第二内锥锚杯，所述第二锥形锚板与所述第二内锥形锚杯通过锥形面耦合连接；

第二承压螺母，所述绳索结构穿过所述第二承压螺母，所述第二内锥形锚杯与所述第二承压螺母通过螺纹连接。

进一步的，所述第二驱动机构包括：

第二安装基座，固定安装于所述钢梁上；

张拉螺杆，一端连接有连接套筒，另一端穿过所述第二安装基座，所述张拉螺杆通过所述连接套筒与所述第二内锥形锚杯连接；

第二张拉千斤顶，连接于所述第二安装基座上，输出端与所述张拉螺杆穿过所述第二内锥形锚杯的一端连接，所述第二张拉千斤顶与所述张拉螺杆之间设有穿心式传感器；

其中，通过所述张拉千斤顶的伸缩能够拉到所述第二内锥形锚杯的移动。

进一步的，一个所述绳索结构、一个所述第一锁止机构、一个所述第一驱动机构、一个第二锁止机构和一个第二锁止机构构成一组张拉组；所述钢梁两侧分别设有组张拉组，两组张拉组对称设置。

进一步的，所述钢梁上设有贯穿两侧的第一椭圆通孔和第二椭圆通孔，所述第一椭圆通孔靠近第一驱动机构设置，所述第二椭圆通孔靠近所述第二驱动机构设置；所述第一椭圆通孔内设有第一连接销轴，所述第一连接销轴将所述钢梁两侧的第一驱动机构连接为一个整体结构，能够使所述钢梁两侧的绳索结构同步移动。

进一步的，所述钢梁上设有用于承载所述绳索结构的导向筒。

第一方面，本说明实施例提供一种用于钢梁抵抗累积疲劳断裂的辅助装置的使用方法，包括以下步骤：

将绳索结构拉长，然后沿钢梁的长度方向活动设置在钢梁上；

将第一锁止结构和第一驱动机构作为第一组，安装于钢梁上，绳索结构的一端穿过所述第一锁止结构与第一驱动机构连接；

将第二锁止结构和第二驱动机构作为第二组，安装于钢梁上与第一组间隔安装，绳索结构另一端穿过第二锁止结构与第二驱动机构连接；

通过第二驱动结构拉动绳索，使绳索结构处于绷直状态，然后通过第二锁止机构锁止绳索结构；

再通过第一驱动机构和第二驱动机构进一步张拉绳索结构，张拉成型后，分别通过第一锁止机构和第二锁止机构锁止绳索 。

本发明具有如下优点：能够通过张拉状态，实现预应力绷紧，达到反拱的效果，实现载荷位置的局部钢度加强的目的，提高钢梁的使用寿命和使用效率。同时由于预应力绳索结构的存在，即使钢梁发生破坏也不会完全失效，大大减少了安全事故的发生。

同时本发明还设计了一种双侧预应力同步施加方法，保证钢梁两侧的预应力施加均衡，该使用方法减小了钢梁受到拉索两侧不均匀拉力造成不均匀变形的不良影响，提高了钢梁成型精度和钢梁的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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示例性的，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引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1 本说明书实施例提供的第一锁止机构示意图。

图2本说明书实施例提供的第一驱动机构示意图。

图3 本说明书实施例提供的第二锁止机构示意图。

图4本说明书实施例提供的钢梁局部结构示意图。

图5本说明书实施例提供的使用状态结构示意图。

图6本说明书实施例提供的第一驱动机构端的放大结构示意图。

图7本说明书实施例提供的第二驱动机构端的放大结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列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，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。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。

本说明书实施例提供一种用于钢梁抵抗累积疲劳断裂的辅助装置，包括钢梁1和活动设置于钢梁上的绳索结构2以及第一锁止机构3、第一驱动机构4、第二锁止机构5和第二驱动机构6。在一个可能的实施中，绳索结构2包括但不限于采用高强钢丝和钢绞线中的至少一种

其中，第一锁止机构3连接于钢梁1上，绳索结构2的一端穿过第一锁止机构3，绳索结构2与第一锁止机构3能够相对运动，绳索结构2能够通过第一锁止3固定。

在一个可能的实施中，请参阅图1所示，第一锁止机构3包括但不限于第一锥形锚板31、第一内锥形锚杯32，第一调节承压螺母33。

其中，绳索结构2通过第一墩头与第一锥形锚板31连接；绳索结构2穿过第一内锥锚杯32，锥形锚板31与第一内锥形锚杯32通过锥形面耦合连接；绳索结构2穿过第一调节承压螺母33，内锥形锚杯32与第一调节承压螺母33通过螺纹连接。使用时，钢梁上设有用于安装第一内锥锚杯32锚固结构，通过松动第一调节承压螺母33，能够使绳索结构处于可移动状态，拧紧第一调节承压螺母33能够锁定绳索结构2使其处于不可移动状态。

第一驱动机构4连接于钢梁1上，与绳索结构2穿过第一锁止机构3的一端连接，第一驱动机构4能够拉到绳索结构2移动。

在一个可能的实施中，请参阅图2所示，第一驱动机构包括但不限于第一安装基座41、第一双叉耳连接件42、单叉耳张拉螺杆43和第一张拉千斤顶44。

其中，第一安装基座41连接于钢梁1上；第一双叉耳连接件42一端与第一内锥形锚杯32连接；单叉耳张拉螺杆43一端与第一双叉耳连接件42连接，另一端穿过第一安装基座41；第一张拉千斤顶44连接于第一安装基座41上，输出端与单叉耳张拉螺杆43穿过第一安装基座41的一端连接；通过第一张拉千斤顶的伸缩，能够拉动单叉耳张拉螺杆的移动。

第二锁止机构5连接于钢梁1上，绳索结构2的另一端穿过第二锁止机构5，绳索结构2与第二锁止机构能够相对运动，绳索结构能够通过第二锁止固定。

在一个可能的实施中，第二锁止机构和第一锁止机构相同，第二锁止机构包括但不限于第二锥形锚板、第二内锥形锚杯和第二承压螺母，绳索结构通过第二墩头与第二锥形锚板连接；绳索结构穿过第二内锥锚杯，第二锥形锚板与第二内锥形锚杯通过锥形面耦合连接；绳索结构穿过第二承压螺母，第二内锥形锚杯与第二承压螺母通过螺纹连接

第二驱动机构6，连接于钢梁上，与绳索结构2穿过第二锁止机构5的一端连接，第二驱动机构6能够拉到绳索结构移动。

在一个可能的实施中，请参阅图3所示，第二驱动机构6包括但不限于第二安装基座61、张拉螺杆62和第二张拉千斤顶64。

其中，第二安装基座61固定安装于钢梁上；张拉螺杆62一端连接有连接套筒63，另一端穿过第二安装基座51，张拉螺杆62通过连接套筒63与第二内锥形锚杯连接；第二张拉千斤顶64，连接于第二安装基座上，输出端与张拉螺杆穿过第二内锥形锚杯的一端连接，第二张拉千斤顶与张拉螺杆之间设有穿心式传感器65。通过张拉千斤顶的伸缩能够拉到第二内锥形锚杯的移动。

在一个具体的实施中，绳索结构沿钢梁长度方向设置，绳索能够通过第一驱动机构和/或第二驱动机构呈绷紧状态。例如，使用时，将绳索结构拉长，然后沿钢梁的长度方向活动设置在钢梁上；将第一锁止结构和第一驱动机构作为第一组，安装于钢梁上，绳索结构的一端穿过第一锁止结构与第一驱动机构连接；将第二锁止结构和第二驱动机构作为第二组，安装于钢梁上与第一组间隔安装，绳索结构另一端穿过第二锁止结构与第二驱动机构连接；通过第二驱动结构拉动绳索，使绳索结构处于绷直状态，然后通过第二锁止机构锁止绳索结构；再通过第一驱动机构和第二驱动机构进一步张拉绳索结构，张拉成型后，分别通过第一锁止机构和第二锁止机构锁止绳索。

本实施例能够通过张拉状态，实现预应力绷紧，达到反拱的效果，实现载荷位置的局部钢度加强的目的，提高钢梁的使用寿命和使用效率。同时由于预应力绳索结构的存在，即使钢梁发生破坏也不会完全失效，大大减少了安全事故的发生。

在一个优选的实施中，钢梁1上设有用于承载绳索结构的导向筒7。为绳索结构提供承载力防止绳索下坠。

在一个优选的实施中，请参阅图4、图5、图6和图7所示，一个绳索结构2、一个第一锁止机构3、一个第一驱动机构4、一个第二锁止机构5和一个第二锁止机构6构成一组张拉组；钢梁两侧分别设有一组张拉组，两组张拉组对称设置。钢梁上设有贯穿两侧的第一椭圆通孔和第二椭圆通孔，第一椭圆通孔靠近第一驱动机构设置，第二椭圆通孔靠近第二驱动机构设置；第一椭圆通孔8内设有第一连接销轴，第一连接销轴将钢梁两侧的第一驱动机构连接为一个整体结构，能够使钢梁两侧的绳索结构同步移动。需要说明的是，第一椭圆通孔和第二椭圆通孔用法相同，此处不重复描述。

在一个具体的实施中，钢梁的每侧设有一个锚固端A和锚固端B，锚固端A包括锚固点C和反力点D，锚固端B包括锚固点E和反力点F。钢梁两侧分别对称设置了反力点D（第一安装基座）、锚固点C（用于安装第一锁止结构的锚固结构）、导向筒7、锚固点E（用于安装第二锁止结构的锚固结构）、反力点F（第二安装基座），在反力点D与锚固点C之间型钢（钢梁）竖肋处设置条形椭圆形孔8。长椭圆孔中心线与导向筒、锚固点、反力点的中心线处于同一水平标高。钢梁两侧的单叉耳张拉螺杆和双叉耳连接件通过同一根长销轴连接。长销轴从型钢梁竖肋的长椭圆孔处穿过。双叉耳连接件通过螺纹与内锥形锚杯连接，单叉耳张拉螺杆通过承压螺母与第一张拉千斤顶连接。能够实现钢梁两侧绳索结构同步拉紧的目的。

在可能的实施中，首先，根据抵抗累计疲劳断裂的钢梁结构特点和受力特点，确定成型方案；基于所确定的钢梁结构，建立整体结构计算模型，并进行各施工阶段的仿真计算。以给出结构在各施工阶段的位形和应力并确定结构索的索长，对关键施工阶段进行三维模型放样，准确模拟施工阶段中各个主要构件的位形；提取施工过程中的结构索的张拉力值，并根据该计算数值设计拉索安装张拉设备，以及钢梁反力点与锚固点之间长椭圆形孔的位置和长度。

其次,对结构索进行安装，分别将钢梁两侧的锁止结构通过调节螺母连接在钢梁锚固点C和锚固点E处；在反力点F处组装钢梁两侧的第二驱动机构，并通过连接套筒与第一锁止机构的连接；通过第二张拉千斤顶对绳索结构进行预张拉，使绳索处于绷直状态，锁紧第二锁止机构的调节承压螺母，并读取穿心式传感器数据，保证两端张拉力值一致，然后第二张拉千斤顶力值；在反力点D处组装钢梁两侧的第一驱动机构，并通过长销轴将两套第一驱动机构与两侧第一锁止机构连接成整体；分别将钢梁单侧处的第一张拉千斤顶与第二张拉千斤顶通过三通阀门连接成一体；张拉成型，紧固锁止机构两端调节承压螺母；拆除驱动机构，在锁止机构端部安装防腐螺帽，完成施工。

在一个可能的实施中，基于所确定的钢梁结构，建立整体结构计算模型，并进行各施工阶段的仿真计算，并通过三维节点实际放样来确定结构索的下料和确定可调节长度。同时确定钢梁上椭圆通孔的位置和长度尺寸，并设计张拉设备和张拉工艺。

通过驱动机构对同步张拉，并通过穿心式传感器对张拉力值进行时时监控，保证钢梁两侧的锁止机构的张拉力值的同步性，误差不超过2%。钢梁成型后锁止机构的索力实际值与仿真分析结构中的拉索索力计算值的偏差在±5。

本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于钢梁抵抗累积疲劳断裂的辅助装置，其特征在于，包括：

钢梁和活动设置于所述钢梁上的绳索结构；

第一锁止机构，连接于钢梁上，所述绳索结构的一端穿过所述第一锁止机构，所述绳索结构与所述第一锁止机构能够相对运动，所述绳索结构能够通过所述第一锁止固定；

第一驱动机构，连接于钢梁上，与所述绳索结构穿过所述第一锁止机构的一端连接，所述第一驱动机构能够拉到所述绳索结构移动；

第二锁止机构，连接于钢梁上，所述绳索结构的另一端穿过所述第二锁止机构，所述绳索结构与所述第二锁止机构能够相对运动，所述绳索结构能够通过所述第二锁止固定；

第二驱动机构，连接于钢梁上，与所述绳索结构穿过所述第二锁止机构的一端连接，所述第二驱动机构能够拉到所述绳索结构移动；

其中，所述绳索结构沿钢梁长度方向设置，所述绳索能够通过所述第一驱动机构和/或第二驱动机构呈绷紧状态。

2.如权利要求1所述的一种用于钢梁抵抗累积疲劳断裂的辅助装置，其特征在于，所述绳索结构包括高强钢丝和钢绞线的至少一种。

3.如权利要求1所述的一种用于钢梁抵抗累积疲劳断裂的辅助装置，其特征在于，所述第一锁止机构包括：

第一锥形锚板，所述绳索结构通过第一墩头与所述第一锥形锚板连接；

第一内锥形锚杯，所述绳索结构穿过所述第一内锥锚杯，所述锥形锚板与所述第一内锥形锚杯通过锥形面耦合连接；

第一调节承压螺母，所述绳索结构穿过所述第一调节承压螺母，所述内锥形锚杯与第一调节承压螺母通过螺纹连接。

4.如权利要求3所述的一种用于钢梁抵抗累积疲劳断裂的辅助装置，其特征在于，所述第一驱动机构包括：

第一安装基座，连接于所述钢梁上；

第一双叉耳连接件，一端与所述第一内锥形锚杯连接；

单叉耳张拉螺杆，一端与所述第一双叉耳连接件连接，另一端穿过所述第一安装基座；

第一张拉千斤顶，连接于所述第一安装基座上，输出端与所述单叉耳张拉螺杆穿过所述第一安装基座的一端连接；

其中，通过所述第一张拉千斤顶的伸缩，能够拉动所述单叉耳张拉螺杆的移动。

5.如权利要求1所述的一种用于钢梁抵抗累积疲劳断裂的辅助装置，其特征在于，所述第二锁止机构包括：

第二锥形锚板，所述绳索结构通过第二墩头与所述第二锥形锚板连接；

第二内锥形锚杯，所述绳索结构穿过所述第二内锥锚杯，所述第二锥形锚板与所述第二内锥形锚杯通过锥形面耦合连接；

第二承压螺母，所述绳索结构穿过所述第二承压螺母，所述第二内锥形锚杯与所述第二承压螺母通过螺纹连接。

6.如权利要求5所述的一种用于钢梁抵抗累积疲劳断裂的辅助装置，其特征在于，所述第二驱动机构包括：

第二安装基座，固定安装于所述钢梁上；

张拉螺杆，一端连接有连接套筒，另一端穿过所述第二安装基座，所述张拉螺杆通过所述连接套筒与所述第二内锥形锚杯连接；

第二张拉千斤顶，连接于所述第二安装基座上，输出端与所述张拉螺杆穿过所述第二内锥形锚杯的一端连接，所述第二张拉千斤顶与所述张拉螺杆之间设有穿心式传感器；

其中，通过所述张拉千斤顶的伸缩能够拉到所述第二内锥形锚杯的移动。

7.如权利要求1所述的一种用于钢梁抵抗累积疲劳断裂的辅助装置，其特征在于，一个所述绳索结构、一个所述第一锁止机构、一个所述第一驱动机构、一个第二锁止机构和一个第二锁止机构构成一组张拉组；所述钢梁两侧分别设有组张拉组，两组张拉组对称设置。

8.如权利要求7所述的一种用于钢梁抵抗累积疲劳断裂的辅助装置，其特征在于，所述钢梁上设有贯穿两侧的第一椭圆通孔和第二椭圆通孔，所述第一椭圆通孔靠近第一驱动机构设置，所述第二椭圆通孔靠近所述第二驱动机构设置；所述第一椭圆通孔内设有第一连接销轴，所述第一连接销轴将所述钢梁两侧的第一驱动机构连接为一个整体结构，能够使所述钢梁两侧的绳索结构同步移动。

9.如权利要求1所述的一种用于钢梁抵抗累积疲劳断裂的辅助装置，其特征在于，所述钢梁上设有用于承载所述绳索结构的导向筒。

10.一种用于钢梁抵抗累积疲劳断裂的辅助装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

将绳索结构拉长，然后沿钢梁的长度方向活动设置在钢梁上；

将第一锁止结构和第一驱动机构作为第一组，安装于钢梁上，绳索结构的一端穿过所述第一锁止结构与第一驱动机构连接；

将第二锁止结构和第二驱动机构作为第二组，安装于钢梁上与第一组间隔安装，绳索结构另一端穿过第二锁止结构与第二驱动机构连接；

通过第二驱动结构拉动绳索，使绳索结构处于绷直状态，然后通过第二锁止机构锁止绳索结构；

再通过第一驱动机构和第二驱动机构进一步张拉绳索结构，张拉成型后，分别通过第一锁止机构和第二锁止机构锁止绳索。