CN215054554U - 一种耐腐轻质高强bfrp-钢管组合弦管桁架 - Google Patents

Abstract

一种耐腐轻质高强BFRP‑钢管组合弦管桁架，属于建筑技术领域。包括上弦杆、下弦杆、多个腹杆、多个中间竖杆及两端部竖杆，所述上弦杆和两端部竖杆均采用在钢管外设置与其轴线垂直的BFRP纤维缠绕层结构，所述下弦杆采用在钢管外设置与其轴线平行的BFRP纤维附着层结构。有效避免桁架弦杆发生锈蚀，增加构件耐久性，增加钢桁架的承载能力，有效减小桁架自重，增加构件跨度，有效延长高温作用下桁架的破坏时间。

Description

一种耐腐轻质高强BFRP-钢管组合弦管桁架

技术领域

本发明属于建筑技术领域，特别是涉及一种耐腐轻质高强BFRP-钢管组合弦管桁架。

背景技术

钢桁架是轻型钢结构建筑中重要的横向承重构件，主要承担着大跨度轻型钢结构屋面荷载。钢桁架一般由上下弦杆、腹杆及端部竖杆组成，其中桁架弦杆通常采用钢管，承受单向荷载。

钢桁架具有自重轻，承载能力强，耗钢量少，形式多样，布置灵活等优点。但同其他钢构件相似，对于在复杂环境中长期服役的钢桁架而言，锈蚀这一耐久性问题几乎不可避免，这会直接影响钢桁架的受力性能。尤其对于承受压力的上弦及承受拉力的下弦杆件，锈蚀所带来的影响可能更大。为避免此类现象的发生，通常在杆件表面涂刷防锈漆或镀锌，但涂层或镀层在各类复杂环境长期服役过程中依然会发生龟裂及脱落。因此亟需发明一种新型桁架，使桁架在具备良好的耐久性的同时，还具备卓越的受力性能。

发明内容

针对上述存在的技术问题，提供一种耐腐轻质高强BFRP-钢管组合弦管桁架。采用玄武岩纤维聚合材料(BFRP)与钢管的组合弦管作为钢桁架的弦杆，以降低钢弦杆的锈蚀率，增加钢桁架的承载能力。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种耐腐轻质高强BFRP-钢管组合弦管桁架，包括上弦杆、下弦杆、多个腹杆、多个中间竖杆及两端部竖杆，所述上弦杆和两端部竖杆均采用在钢管外设置与其轴线垂直的BFRP纤维缠绕层结构，所述下弦杆采用在钢管外设置与其轴线平行的BFRP纤维附着层结构。

优选的，所述上弦杆和两端部竖杆的BFRP厚度W1与钢管厚t之比W1/t＝1/10-1/8。

优选的，所述下弦杆的BFRP纤维附着层层厚W2与钢管厚t之比W2/t＝1/10-1/8。

优选的，所述上弦杆、下弦杆、多个腹杆、多个中间竖杆及两端部竖杆的连接端内侧均设有螺纹，各个杆件连接节点处分别采用带有多个接头的螺栓连接件连接，所述接头数及角度与连接节点的杆件数及角度相同。

本发明的有益效果为：

桁架是指由直杆在端部相互连接而组成的格子式结构，其上下弦杆、腹杆及端杆理论上均为仅承受轴向作用力的二力杆。本发明采用BFRP纤维纵向附着组合钢管作为下弦拉杆，同时采用BFRP横向缠绕组合钢管作为上弦压杆及侧竖压杆，可获得如下有益效果：

(1)有效避免桁架弦杆发生锈蚀，增加构件耐久性。

BFRP材料为一种环境友好型建材，其具有极强的耐腐蚀性能。桁架结构一般多用于跨度较大的工业厂房之中，其服役环境多为露天环境，或具备一定腐蚀因素的耦合复杂环境。这就对桁架，特别是承担弯矩的上下弦杆提出了较高的耐腐要求，而既有的钢弦杆显然无法满足这一要求。采用BFRP-钢复合管作为弦杆则可有效避免弦杆锈蚀，增加构件耐久性能。

(2)有效增加桁架承载能力。

BFRP材料一般抗拉强度在600-1500MPa之间，高于钢材的极限抗拉强度，因此采用纤维方向与钢管方向同向的BFRP-钢组合管作为下弦杆可以有效的增加下弦杆的抗拉强度，同时上弦压杆采用BFRP横向缠绕复合钢管，延缓上弦杆件发生屈曲，因此本发明可以使桁架的极限承载力大幅提高。

(3)有效减小桁架自重，增加构件跨度。

BFRP材料轻质高强，其极限抗拉强度最大可达钢材极限抗拉强度的2.5倍，但同时其单位体积密度仅为钢密度的26％，按极限强度及单位体积密度折算，承受相同荷载的BFRP材料重量仅为同等钢材重量的12％。因此本发明可有效的减轻桁架的重量，不但有利于抗震效应，而且有利于大跨度空间结构建筑的应用要求。

(4)有效延长高温作用下桁架的破坏时间。

BFRP材料还有一个重要特性即为其绝缘隔热效应，钢材主要的劣势之一即为耐高温性能差，在火灾发生时，钢构件可能在高温作用下较快的发生屈曲现象，导致桁架提前丧失承载能力。本发明中采用BFRP-钢复合管作为上下弦杆及两端部竖杆，可以充分利用BFRP隔热特性，在高温环境下，有效延缓桁架弦杆芯部钢管温度升高速度，及整体桁架破坏时间。

(5)可拆卸，可重复利用

本实用新型另一特点在于组装方便，当结构构件移动、更换及拆装过程中可以实现构件重复利用，节约资源，减少成本。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2为图1中A-A剖视图。

图3为图1中B-B剖视图。

图4为本发明连接件及其连接结构示意图。

图中：1.上弦杆，2.端部竖杆，3.下弦杆，4.腹杆，5.中间竖杆，6.BFRP纤维缠绕层，7.BFRP纤维附着层，8.钢管，9.连接件,10.钢套，11.接头。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。

实施例1：如图1所示，本例适用于工业厂房及大跨度露天结构，一种耐腐轻质高强BFRP-钢管组合弦管桁架，包括上弦杆1、下弦杆3、多个腹杆4、多个中间竖杆5及两端部竖杆2，所述上弦杆1和两端部竖杆2均采用在钢管外设置与其轴线垂直的BFRP纤维缠绕层结构，即在钢管8外设置BFRP纤维缠绕层6，其纤维方向与钢管轴线垂直；所述下弦杆采用在钢管外设置与其轴线平行的BFRP纤维附着层结构，即在钢管外设置BFRP纤维附着层7，其纤维方向与钢管轴线平行。本发明的组合弦杆桁架具有承载力高、耐久性强、隔热性好等优势。

如图2、图3所示，所述上弦杆1和两端部竖杆2的BFRP纤维缠绕层6厚度W1和下弦杆3的BFRP纤维附着层7厚度W2均不超过0.5mm，BFRP层厚度与钢管管壁厚度比为1/10-1/8。钢管管径和壁厚应满足建筑设计及结构受荷条件确定，钢管管径不小于40mm，钢管壁厚不小于3mm。本例采用钢管管径为40mm，钢管壁厚为3mm时，BFRP层厚度W1和W2均为0.3mm。

所述上弦杆、下弦杆、多个腹杆、多个中间竖杆及两端部竖杆连接端内侧均设有螺纹，各个杆件连接节点处分别采用带有多个接头的不锈钢螺栓连接件旋拧连接，所述接头数及角度与连接节点的杆件数及角度相同，如上弦杆1和端部竖杆2连接节点的连接件9带有两个接头11，分别连接上弦杆1和端部竖杆2；端部竖杆2与下弦杆3及腹杆4间采用带有三个接头11的连接件连接；如图3所示，为避免BFPR层在承载时存在破坏，上、下弦杆1、3与腹杆4、中间竖杆5之间均采用预制钢套连接件9连接，即在钢套10上带有与节点腹杆数量相同、角度相应的接头11，通过钢套10套置在上、下弦杆1、3，通过接头连接腹杆4、中间竖杆5，完成连接。以此类推，保证连接密实牢固可靠的同时，保证连接件耐久性。

实施例2：本例与实施例1不同的是：本例采用钢管管径为50mm，钢管壁厚为5mm，所述上弦杆1和两端部竖杆2的BFRP纤维缠绕层6为2层，厚度W1为0.4mm，所述下弦杆3的BFRP纤维附着层7为2层，厚度w2为0.4mm。

实施例3：本例与实施例1不同的是：本例采用钢管管径为45mm，钢管壁厚为4mm，所述上弦杆1和两端部竖杆2的BFRP纤维缠绕层6为1层，厚度W1为0.5mm，所述下弦杆3的BFRP纤维附着层7为1层，厚度w2为0.5mm。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种耐腐轻质高强BFRP-钢管组合弦管桁架，包括上弦杆、下弦杆、多个腹杆、多个中间竖杆及两端部竖杆，其特征在于：所述上弦杆和两端部竖杆均采用在钢管外设置与其轴线垂直的BFRP纤维缠绕层结构，所述下弦杆采用在钢管外设置与其轴线平行的BFRP纤维附着层结构。

2.根据权利要求1所述耐腐轻质高强BFRP-钢管组合弦管桁架，其特征在于：所述上弦杆和两端部竖杆的BFRP厚度W1与钢管厚t之比W1/t＝1/10-1/8。

3.根据权利要求1所述耐腐轻质高强BFRP-钢管组合弦管桁架，其特征在于：所述下弦杆的BFRP纤维附着层层厚W2与钢管厚t之比W2/t＝1/10-1/8。

4.根据权利要求1所述耐腐轻质高强BFRP-钢管组合弦管桁架，其特征在于：所述上弦杆、下弦杆、多个腹杆、多个中间竖杆及两端部竖杆的连接端内侧均设有螺纹，各个杆件连接节点处分别采用带有多个接头的螺栓连接件连接，所述接头数及角度与连接节点的杆件数及角度相同。

Images