CN117188818A - 一种双t形组装式摩擦型钢牛腿系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双T形组装式摩擦型钢牛腿系统及方法，涉及建筑加固改造工程领域，包括用于配合柱的至少两组双T形机构，相邻组双T形机构之间通过若干螺栓立柱相连；上层柱和下层柱的双T形机构之间通过多个竖向支撑以及千斤顶连接，各竖向支撑之间安装至少一个辅助水平支撑装置；其中，所述双T形机构包括两个相对设置的T形板，T形板之间连接有对拉钢绞线装置。本发明通过预应力钢绞线施加水平预拉力，在双T形机构与柱间产生竖向摩擦力作为承担竖向卸荷压力的抗力，使用千斤顶施加竖向卸荷力，通过竖向支撑、压力传感器将卸荷力传递给上、下部牛腿装置，将柱待置换区域的压力卸除，然后进行置换施工；能够保证置换过程中结构的稳定性。

Description

一种双T形组装式摩擦型钢牛腿系统及方法

技术领域

本发明涉及建筑加固改造工程领域，尤其涉及一种双T形组装式摩擦型钢牛腿系统及方法。

背景技术

在建筑工程加固改造中，当需要在中间层对框架柱进行置换前，需要对被置换柱进行支撑卸荷，将其上部荷载有效传递至下层，使其处于零应力状态。支撑卸荷系统基本组成一般为上、下层牛腿，牛腿中间为型钢支撑、千斤顶等卸荷系统。目前，较为常见的牛腿形式为环柱浇筑的混凝土围套、钢箱梁或牛腿等形式。

当上部楼层较高，需要卸荷的吨位较大时，混凝土围套的体积往往较大，且其需要进行植筋、支模、混凝土浇筑，当混凝土强度达到设计要求才可以进行卸荷作业，湿作业量大，工期长，且在后期需要进行拆除作业，不可循环利用。所以采用混凝土牛腿作业量大、工期长、成本高。钢箱梁或钢牛腿的特点是可循环利用，但当斜和吨位较大时，需要钢箱梁或牛腿的体积往往较大，重量较大，给安装作业造成很大不便。型钢支撑的稳定性在置换过程中非常关键，若支撑系统失稳，可能会造成灾难性后果。

现有技术中公开了一种装配式预应力牛腿托架，其包括预应力体系、牛腿托架预压体系和附墩式移运平台；牛腿托架预压体系包括预压板、第三钢绞线、分级荷载和顶部荷载；其中的对拉钢绞线连接主要利用钢绞线的抗拉性能，该结构若用于置换施工，体积庞大，现场可操作空间少，应用受限制条件多。

现有技术中还公开了一种钢板螺栓预应力组合锚固支撑反力架，包括至少两个间隔设置的弓形钢板，每个弓形钢板一端连接第一耳板，另一端连接第二耳板；第一背板用于通过锚固螺栓与建筑结构固定，第二背板上侧固定有用于连接建筑结构的预应力体。其拉钢绞线用于限制弓形板的侧向位移，主要通过锚固螺栓提供支撑反力，需要安装的螺栓多，对结构损伤较大。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种双T形组装式摩擦型钢牛腿系统及方法，通过预应力钢绞线施加水平预拉力，在双T形机构与柱间产生竖向摩擦力作为承担竖向卸荷压力的抗力，使用千斤顶施加竖向卸荷力，通过竖向支撑、压力传感器将卸荷力传递给上、下部牛腿装置，将柱待置换区域的压力卸除，然后进行置换施工；能够保证置换过程中结构的稳定性。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了一种双T形组装式摩擦型钢牛腿系统，包括用于配合柱的至少两组双T形机构，相邻组双T形机构之间通过若干螺栓立柱相连；上层柱和下层柱的双T形机构之间通过多个竖向支撑以及千斤顶连接，各竖向支撑之间安装至少一个辅助水平支撑装置；其中，所述双T形机构包括两个相对设置的T形板，T形板之间连接有对拉钢绞线装置。

作为进一步的实现方式，所述下层柱的双T形机构之间的螺栓立柱用于作为千斤顶支座。

作为进一步的实现方式，所述竖向支撑与千斤顶之间设有压力传感器。

作为进一步的实现方式，所述辅助水平支撑装置包括与竖向支撑一一对应的卡环，相邻卡环之间通过水平螺栓支撑相连以形成闭合连接。

作为进一步的实现方式，所述卡环包括套设于竖向支撑的卡环锚板，所述卡环锚板周侧具有卡环节点板，所述卡环节点板与水平螺栓支撑连接。

作为进一步的实现方式，所述对拉钢绞线装置包括钢绞线，所述钢绞线一端连接有固定端锚夹具，另一端依次连接张拉端锚具和张拉端夹具。

作为进一步的实现方式，所述张拉端锚具连接有用于实时监测钢绞线预拉力的压力传感器。

作为进一步的实现方式，所述T形板包括垂直固定的竖板和水平板，且水平板两侧对称设置多组加劲肋。

作为进一步的实现方式，所述水平板开设有立柱孔或固定有柱帽螺母，螺栓立柱连接于相邻组双T形机构的水平板之间。

第二方面，本发明的实施例还提供了一种双T形组装式摩擦型钢牛腿系统的使用方法，在上层柱和下层柱周侧分别安装双T形机构，通过对拉钢绞线装置施加水平预拉力，使T形板与对应柱的接触面产生竖向摩擦力，以作为承担竖向卸荷压力的抗力；

使用千斤顶施加竖向卸荷力，通过竖向支撑、压力传感器将卸荷力传递至上层柱和下层柱的双T形机构，从而将柱待置换区域的压力卸除，之后进行置换施工。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明的上层柱和下层柱分别设置有多组双T形机构，每组双T形机构通过对拉钢绞线装置连接，以施加水平预拉力；竖向通过千斤顶施加竖向卸荷力，通过竖向支撑、压力传感器将卸荷力传递给上、下部牛腿装置，将柱待置换区域的压力卸除，并且还设置辅助水平支撑装置，各机构协同作用，能够保证置换施工过程中的稳定性。

(2)本发明采用组装的方式，单个零件重量轻，采用螺栓立柱进行组装使机构上下协同受力，还可兼做千斤顶支座，安装方便快捷，且可以重复利用；组装方式灵活，可以根据卸载吨位大小多组组装，可以对柱的任意部位且可以跨层进行卸荷，并且在卸荷过程中采用千斤顶和传感器，可以对卸荷压力进行实时监控，提高了施工效率和安全性。

(3)本发明采用对拉钢绞线的目的是通过对拉钢绞线的预拉力，使双T形钢牛腿与柱之间产生的竖向摩擦力提供支撑反力，其优点在于利用了钢绞线强度高、质量轻、直径小，相较对拉螺栓对结构的损伤小，且便于施工安装，施加预应力较对拉螺杆更加方便。

(4)本发明采用辅助卡环式辅助水平支撑装置，方便安装拆卸，可以根据竖向支撑的长度进行多节安装，提高竖向支撑的稳定性，提高了加压卸荷和置换施工过程中的安全性。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明根据一个或多个实施方式的结构示意图；

图2是本发明根据一个或多个实施方式的第一T形板结构示意图；

图3是本发明根据一个或多个实施方式的第二T形板结构示意图；

图4是本发明根据一个或多个实施方式的螺栓立柱结构示意图；

图5是本发明根据一个或多个实施方式的对拉钢绞线装置结构示意图；

图6是本发明根据一个或多个实施方式的辅助水平支撑装置结构示意图；

图7是本发明根据一个或多个实施方式的卡环结构示意图。

其中，1、第一T形板；2、第二T形板；3、螺栓立柱；4、对拉钢绞线装置；5、竖向支撑；6、第一压力传感器；7、千斤顶；8、辅助水平支撑装置；9、上层柱；10、下层柱；11、柱待置换区域；

1-1、第一竖板；1-2、第一水平板；1-3、第一加劲肋；1-4、第一钢绞线孔；1-5、立柱孔；2-1、第二竖板；2-2、第二水平板；2-3、第二加劲肋；2-4、第二钢绞线孔；2-5、柱帽螺母；3-1、螺杆；3-2、松紧螺母；3-3、双螺母；4-1、张拉端夹具；4-2、张拉端锚具；4-3、第二压力传感器；4-4、钢绞线；4-5、固定端锚夹具；8-1、卡环；8-2、第一水平螺栓支撑；8-3、第二水平螺栓支撑；8-1-1、卡环锚板；8-1-2、卡环节点板；8-1-3、紧固螺丝。

具体实施方式

实施例一：

本发明的一个典型实施例中，如图1所示，给出一种双T形组装式摩擦型钢牛腿系统。

为了克服现有技术中存在的问题，本实施例通过双T形机构和对拉钢绞线装置形成牛腿装置，对应于上层柱、下层柱的牛腿装置通过竖向支撑和辅助水平支撑装置形成一套卸荷支撑系统，各装置协同工作，将柱待置换区域的荷载卸除，保证置换过程的稳定性。

下面，结合附图对上述双T形组装式摩擦型钢牛腿系统进行详细说明。

如图1所示，上层柱9和下层柱10之间为柱待置换区域11，本实施例的上层柱9、下层柱10分别安装两组双T形机构，即，第一双T形机构、第二双T形机构，每组双T形机构横向之间均通过对拉钢绞线装置4相连，第一双T形机构和第二双T形机构竖向之间通过螺栓立柱3连接，从而使牛腿装置同时具备横向和竖向的连接，使机构上下协同受力，增加结构的稳定性。

在本实施例中，第一双T形机构包括两个相对设置的第一T形板1，其中一个第一T形板1设置于柱的一侧，另一第一T形板1设置于柱的另一侧；第二双T形机构包括两个相对设置的第二T形板2，其中一个第二T形板2设置于柱的一侧，另一第二T形板2设置于柱的另一侧；第一T形板1和第二T形板2之间通过螺栓立柱3连接。

第一T形板1和第二T形板2的结构区别在于，其中一个T形板开设有用于螺栓立柱3穿过的立柱孔1-5，另一个T形板固定有用于配合螺栓立柱3的柱帽螺母2-5；其余结构均相同。

可以理解的，在其他实施例中，第一双T形机构和第二双T形机构也可均包括第一T形板1和第二T形板2，只要使相邻组双T形机构之间带有立柱孔1-5的T形板与带有柱帽螺母2-5的T形板连接即可。

本实施例以第一T形板1开设有立柱孔1-5，第二T形板2固定有柱帽螺母2-5为例进行详细说明：

如图2所示，第一T形板1包括第一竖板1-1和第一水平板1-2，二者连接形成T形结构；安装状态下第一竖板1-1沿竖向设置，其一侧表面为与柱的接触面，第一水平板1-2垂直固定于第一竖板1-1另一侧。为例保证第一T形板1的结构强度，第一竖板1-1和第一水平板1-2之间连接有多组第一加劲肋1-3，第一加劲肋1-3相对于第一水平板1-2对称布置。沿第一水平板1-2长度方向上均匀分布多组第一加劲肋1-3，每组可设置两个或更多。

沿第一水平板1-2长度方向开设多组立柱孔1-5，每组具有两个或两个以上立柱孔1-5。沿第一竖板1-1长度方向上开设多个第一钢绞线孔1-4，以供对拉钢绞线装置4的安装。

如图3所示，第二T形板2包括第二竖板2-1、第二水平板2-2、第二加劲肋2-3和第二钢绞线孔2-4，其与第一T形板1的区别在于：将立柱孔1-5替换为柱帽螺母2-5，在本实施例中，柱帽螺母2-5与第二水平板2-2焊接固定。

需要说明的是，本实施例中的“第一”、“第二”是为了方便描述对相应的结构进行区别，并不对结构本身进行限制。

在本实施例中，上层柱9或下层柱10一侧设置三组螺栓立柱3，每组具有两个；当然，该数目可调整。如图4所示，螺栓立柱3包括螺杆3-1、松紧螺母3-2和双螺母3-3，螺杆3-1一端穿过立柱孔1-5，并在第一水平板1-2的上下侧通过双螺母3-3拧紧；螺杆3-1另一端与柱帽螺母2-5螺纹连接；松紧螺母3-2焊接固定于螺杆3-1位于第一水平板1-1和第二水平板2-1之间的杆段，方便螺栓立柱3与柱帽螺母2-5进行拆装松紧。

在本实施例中，T形板之间通过两组对拉钢绞线装置4连接，每组在柱的两侧各有一个，即每个双T形机构对应四个拉钢绞线装置4。当然，对拉钢绞线装置4的数目可根据实际要求适应性调整。

如图5所示，对拉钢绞线装置4包括钢绞线4-4、固定端锚夹具4-5、张拉端锚具4-2、张拉端夹具4-1，采用对拉预应力钢绞线进行张拉，钢绞线4-4直径小，对结构的损伤小。结合图1，钢绞线4-4一端穿过柱一侧的第一钢绞线孔1-4(第二钢绞线孔2-4)，并连接固定端锚夹具4-5；钢绞线4-4另一端穿过柱另一侧的第一钢绞线孔1-4(第二钢绞线孔2-4)，并依次连接张拉端锚具4-2和张拉端夹具4-1。

同时，张拉端锚具4-2安装第二压力传感器4-3，通过第二压力传感器4-3对钢绞线4-4的预拉力进行实时监控，提高置换施工的安全性。

在本实施例中，对应于下层柱10靠近柱待置换区域11一侧的双T形机构为第二双T形机构，第二双T形机构上侧设置千斤顶7，千斤顶7的数目根据实际要求设置，例如在柱的一侧设置两个千斤顶7；千斤顶7的设置位置对应于螺栓立柱3，使螺栓立柱3在具有两组双T形机构的竖向连接功能基础上，兼做千斤顶支座。

千斤顶7上侧同轴设置竖向支撑5，且竖向支撑5与千斤顶7之间安装有第一压力传感器6，竖向支撑5顶部与上层柱9的第二双T形机构顶紧，第一压力传感器6能够检测竖向压力。加荷卸载时，应使千斤顶7配合第一压力传感器6进行同时同步加载。

在本实施例中，竖向支撑5采用无缝钢管。

竖向支撑5的数目与千斤顶7相同，在本实施例中，柱待置换区域11周侧共设置四个竖向支撑5，各竖向支撑5之间通过辅助水平支撑装置8连接，辅助水平支撑装置8沿竖向支撑5轴向可安装一个或多个。

如图6所示，辅助水平支撑装置8包括与竖向支撑5一一对应的卡环8-1，相邻卡环8-1之间通过水平螺栓支撑相连以形成闭合连接；在本实施例中，各卡环8-1与水平螺栓支撑形成首尾相连的矩形结构。

为了便于区分，以柱宽度方向设置的水平螺栓支撑为第一水平螺栓支撑8-2，长度方向设置的水平螺栓支撑为第二水平螺栓支撑8-3。

如图7所示，卡环8-1包括卡环锚板8-1-1、卡环节点板8-1-2，其中，卡环锚板8-1-1为具有开口的环形结构，便于通过开口处扣合于竖向支撑5；在开口处连接紧固螺丝8-1-3，实现卡环锚板8-1-1与竖向支撑5的锁紧固定。

在本实施例中，卡环锚板8-1-1外侧设置有卡环节点板8-1-2，为了适应第一水平螺栓支撑8-2和第二水平螺栓支撑8-3的连接，卡环锚板8-1-1环向设置两个卡环节点板8-1-2，且两卡环节点板8-1-2之间形成90°夹角。

在本实施例中，卡环节点板8-1-2为设有螺栓孔的矩形板；当然，其他实施例中，卡环节点板8-1-2也可以设置为其他形状，例如弧形，只要能够实现水平螺栓支撑的连接即可。

本实施例采用卡环式辅助水平支撑装置，方便安装拆卸，可以根据竖向支撑5的长度进行多节安装，提高竖向支撑5的稳定性，提高了加压卸荷和置换施工过程中的安全性。

本实施例采用组装的方式，单个零件重量轻；并且，组装方式灵活，可以根据卸载吨位大小多组组装，可以对柱的任意部位且可以跨层进行卸荷，并且在卸荷过程中采用千斤顶7和压力传感器，可以对卸荷压力进行实时监控，提高施工效率和安全性。

本实施例各部件的型号、材质可根据实际要求选择，由于上部牛腿装置和下部牛腿装置的结构完全相同，本实施例以下部牛腿装置为例进行详细阐述说明：

如图1-图5所示，在本实施例中，下部牛腿结构包括对称安装的两块第一T形板1、两块第二T形板2、6个钢螺栓立柱及16个对拉钢绞线装置4，将下部牛腿装置安装于下层柱10。

在本实施例中，T形板的竖板为750×300mm，厚度25mm，材质Q460的钢板；水平板为750×300mm，厚度22mm，材质Q460的钢板，柱帽螺母2-5为材质为Q460；加劲肋为139×139mm，厚度12mm，材质Q460的钢板；钢螺栓立柱为M30,材质为Q460的螺栓；对拉钢绞线装置4的钢绞线4-4型号为1×7-15.20-1860，张拉端夹具4-1、张拉端锚具4-2、固定端锚夹具4-5型号与钢绞线4-4对应配置；第二压力传感器4-3为300kN压力传感器。

在本实施例中，竖向支撑5采用159×10mm的无缝钢管，无缝钢管两端堵头为159mm，厚度25mm的圆型钢板，型号均为Q355；第一压力传感器6为500kN的传感器；千斤顶7为50t(500kN)的顶升力，在实际置换施工中将顶升力控制在40t(400kN)以内。加荷卸载时，应使四台千斤顶7配合第一压力传感器6进行同时同步加载。

辅助水平支撑装置8有四个卡环8-1和四个水平支撑螺栓组成。卡环锚板8-1-1为80×8mm，Q355型钢；卡环节点板8-1-2为80×16mm，Q355型钢板；紧固螺丝8-1-3为M12,4.8级普通螺丝；水平支撑螺栓为M30,10.9级高强螺栓。

在本实施例中，预应力钢绞线张拉控制应力为0.75σcon,考虑预应力损失后，一个对拉钢绞线装置；4可以提供有效水平预拉力160kN,一个牛腿装置有16个对拉预应力装置4，可以提供2560kN的水平预拉力，按照普遍采取的钢-混凝土摩擦系数0.4,理论上一个牛腿装置的每个接触面可以提供1024kN的竖向摩擦力。可在每次不同的参数选择时进行现场试验，以确定其实际钢-混凝土摩擦系数。

实施例二：

本实施例提供了一种双T形组装式摩擦型钢牛腿系统的使用方法，首先安装实施例一所述的钢牛腿系统，先安装上部牛腿装置和下部牛腿装置，再安装中间竖向支撑装置，最后安装辅助水平支撑装置8。

(1)牛腿装置的安装过程为：

先放线定位，确定安装位置，在定位位置钻孔，以便安装中间对拉预应力钢绞线。

将螺栓立柱3的一端通过固定于其上的松紧螺母3-2拧入T形板的柱帽螺母2-5并拧紧，将螺栓立柱3另一端的内侧双螺母3-3拧入，拧入后的位置以可以使上下T形板的竖板贴紧，然后再往里拧2～3丝为宜。

将两个T形板分别安装到到柱两个对立面的定位点并临时固定，用水平尺配合安装，保证水平板的水平度。

安装对拉预应力钢绞线，并按照对称张拉的原则张拉至钢绞线4-4张拉控制应力的50％。

将另外两块T形板在柱两个对立面同时安装，螺栓孔分别对准穿过螺栓立柱3，然后使其竖板与先安装的T形板的竖板顶紧后临时固定。

安装对拉预应力钢绞线，并按照对称张拉的原则张拉至钢绞线4-4张拉控制应力的50％。

将上下部牛腿装置的对拉预应力钢绞线按顺序及对称原则分别张拉至钢绞线4-4张拉控制应力的105％。

最后安装螺栓立柱3最外侧的双螺母3-3，并与之前拧入的双螺母3-3同时施拧拧紧。

(2)中间竖向支撑装置的安装过程为：

在下部牛腿装置的螺栓立柱3底座上居中安装千斤顶7，在千斤顶7上居中安装第一压力传感器6，可以实时监控千斤顶7的卸荷压力，并可以在置换施工过程中实时监控压力变化情况。

居中安装竖向支撑5，使用水平尺配合安装，保证其安装垂直度。

千斤顶7加压使竖向支撑5顶紧上部牛腿支撑，等待正式加载卸荷。

(3)辅助水平支撑装置的安装过程为：

在四根竖向支撑5同一高度上安装卡环8-1，卡环8-1一侧有紧固螺丝8-1-3，另一侧留有螺栓孔，以便安装水平支撑螺栓，将一侧的紧固螺丝8-1-3拧紧，将卡环8-1固定。

在四个方向同时安装水平螺栓支撑，在连接板两侧各有一个螺母，将两个螺母同时上紧，将竖向支撑5连成一个整体，使用水平尺配合安装，安转过程中控制好无缝钢管的垂直度。

本实施例在上层柱9和下层柱10周侧分别安装双T形机构，通过对拉钢绞线装置4施加水平预拉力，使T形板与对应柱的接触面产生竖向摩擦力，以作为承担竖向卸荷压力的抗力；使用千斤顶7施加竖向卸荷力，通过竖向支撑5、压力传感器将卸荷力传递至上层柱9和下层柱10的双T形机构，从而将柱待置换区域的压力卸除，之后进行置换施工。辅助水平支撑装置8的作用为保证中间竖向支撑装置在卸荷和置换施工过程中的稳定性。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双T形组装式摩擦型钢牛腿系统，其特征在于，包括用于配合柱的至少两组双T形机构，相邻组双T形机构之间通过若干螺栓立柱相连；上层柱和下层柱的双T形机构之间通过多个竖向支撑以及千斤顶连接，各竖向支撑之间安装至少一个辅助水平支撑装置；其中，所述双T形机构包括两个相对设置的T形板，T形板之间连接有对拉钢绞线装置。

2.根据权利要求1所述的一种双T形组装式摩擦型钢牛腿系统，其特征在于，所述下层柱的双T形机构之间的螺栓立柱用于作为千斤顶支座。

3.根据权利要求1或2所述的一种双T形组装式摩擦型钢牛腿系统，其特征在于，所述竖向支撑与千斤顶之间设有压力传感器。

4.根据权利要求1所述的一种双T形组装式摩擦型钢牛腿系统，其特征在于，所述辅助水平支撑装置包括与竖向支撑一一对应的卡环，相邻卡环之间通过水平螺栓支撑相连以形成闭合连接。

5.根据权利要求4所述的一种双T形组装式摩擦型钢牛腿系统，其特征在于，所述卡环包括套设于竖向支撑的卡环锚板，所述卡环锚板周侧具有卡环节点板，所述卡环节点板与水平螺栓支撑连接。

6.根据权利要求1所述的一种双T形组装式摩擦型钢牛腿系统，其特征在于，所述对拉钢绞线装置包括钢绞线，所述钢绞线一端连接有固定端锚夹具，另一端依次连接张拉端锚具和张拉端夹具。

7.根据权利要求6所述的一种双T形组装式摩擦型钢牛腿系统，其特征在于，所述张拉端锚具连接有用于实时监测钢绞线预拉力的压力传感器。

8.根据权利要求1所述的一种双T形组装式摩擦型钢牛腿系统，其特征在于，所述T形板包括垂直固定的竖板和水平板，且水平板两侧对称设置多组加劲肋。

9.根据权利要求8所述的一种双T形组装式摩擦型钢牛腿系统，其特征在于，所述水平板开设有立柱孔或固定有柱帽螺母，螺栓立柱连接于相邻组双T形机构的水平板之间。

10.根据权利要求1-9任一所述的一种双T形组装式摩擦型钢牛腿系统的使用方法，其特征在于，在上层柱和下层柱周侧分别安装双T形机构，通过对拉钢绞线装置施加水平预拉力，使T形板与对应柱的接触面产生竖向摩擦力，以作为承担竖向卸荷压力的抗力；

使用千斤顶施加竖向卸荷力，通过竖向支撑、压力传感器将卸荷力传递至上层柱和下层柱的双T形机构，从而将柱待置换区域的压力卸除，之后进行置换施工。