專利名稱：一種用于圓鋼管的屈曲約束加固系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋼結(jié)構(gòu)加固系統(tǒng)，特別涉及一種用于圓鋼管的屈曲約束加固系 統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1、鋼結(jié)構(gòu)加固系統(tǒng)概述鋼及鋼材是現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程使用最廣泛的金屬建筑材料，在生產(chǎn)建設(shè)中，鋼結(jié)構(gòu)經(jīng) 過檢測和可靠性鑒定后，認(rèn)為不滿足要求時，就要進(jìn)行加固處理。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)以下一些情 況時，就需要進(jìn)行加固改造(a)由于使用條件的變化，荷載增大；(b)由于設(shè)計或施工工作中的缺點，結(jié)構(gòu)或其局部的承載能力達(dá)不到設(shè)計要求；(c)由于磨損、銹蝕，結(jié)構(gòu)或節(jié)點受到削弱，結(jié)構(gòu)或其局部的承載能力達(dá)不到原來 的要求；(d)有時出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷事故，需要修復(fù)，修復(fù)工作也帶有加固的性質(zhì)。傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)加固方法主要有增加截面法，減輕荷載法，增加構(gòu)件、支撐和加勁 肋法等。鋼結(jié)構(gòu)加固方法的確定主要根據(jù)施工方法、現(xiàn)場條件、施工期限和加固效果來加以 選擇，加固件與原結(jié)構(gòu)要能夠工作協(xié)調(diào)，并且不過多地?fù)p傷原結(jié)構(gòu)和產(chǎn)生過大的附加變形。而最常用的加固方法是增加截面法，這種方法就是在原有結(jié)構(gòu)的桿件上增設(shè)新的 加固構(gòu)件，使桿件截面積加大從而提高承載能力和剛度的方法。但由于增加截面法對焊接施工的過度依賴，這便造成了一系列不可避免的問題 對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)負(fù)荷狀態(tài)下進(jìn)行加固，難以避免仰焊等復(fù)雜的施工操作；輕鋼結(jié)構(gòu)中的小角鋼 和圓鋼桿件在負(fù)荷狀態(tài)下焊接時，焊縫熱影響區(qū)的強度急劇下降，將直接影響到加固施工 的安全；焊接操作產(chǎn)生的殘余應(yīng)力對結(jié)構(gòu)加固后的使用也將造成安全隱患。此外，增加截面法對構(gòu)件的屈曲強度提高效果并不明顯，在構(gòu)件受壓時，如要避免 屈曲發(fā)生，需大量加固材料來增大截面，這也就造成了材料的浪費。2、屈曲約束加固系統(tǒng)屈曲約束加固系統(tǒng)是一種新型的鋼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)。它是在傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)加固技術(shù) 的基礎(chǔ)之上，結(jié)合新興抗震構(gòu)件——屈曲約束支撐的原理，對工程薄弱桿件進(jìn)行的一種安 全可靠、方便簡易的加固措施。在此對屈曲約束支撐及其工作原理進(jìn)行介紹。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件如鋼支撐承受一定 的軸壓力作用時，支撐不會因應(yīng)力屈服發(fā)生強度破壞，而只會發(fā)生桿件屈曲的失穩(wěn)破壞，由 于屈曲破壞強度比屈服強度低很多，這便導(dǎo)致了構(gòu)件和結(jié)構(gòu)承載力的大幅降低。為克服這 個問題，上世紀(jì)70年代日本工程界開始引入屈曲約束的研究課題，并隨后提出了一種叫屈 曲約束支撐的構(gòu)件，這是在傳統(tǒng)鋼支撐外增加屈曲約束單元的一種新型支撐。其作用機(jī)制 為當(dāng)鋼支撐受壓欲發(fā)生桿外屈曲時，外包約束單元限制住鋼支撐的屈曲變形，使其承載力 提升至屈服強度，進(jìn)而在更大的壓力作用下發(fā)生強度破壞。這種支撐在承拉和承壓時都只
3發(fā)生屈服強度破壞，承載能力相比傳統(tǒng)支撐得到大幅提高；且在循環(huán)拉壓力作用下，屈曲約 束支撐的滯回曲線飽滿穩(wěn)定，表現(xiàn)出非常優(yōu)秀的抗震性能。因此，當(dāng)今世界范圍內(nèi)屈曲約束 支撐得到了大力地推廣應(yīng)用，工程界將其用于各類結(jié)構(gòu)之中，從而提高了結(jié)構(gòu)的承載能力、 抗震性能以及結(jié)構(gòu)整體的安全儲備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、施工方便、加固效果明顯的屈曲約束加固 系統(tǒng)。本發(fā)明所提出的屈曲約束加固系統(tǒng)，其工作原理為在待加固桿件的外部增加屈 曲約束單元，約束待加固桿件的屈曲變形，改變其破壞形態(tài)，從而達(dá)到提高原桿件承載力的 目的。本發(fā)明提出的用于圓鋼管的屈曲約束加固系統(tǒng)，包括軸力構(gòu)件單元1、屈曲約束單 元2和脫粘結(jié)單元3，其中所述軸力構(gòu)件單元1為圓鋼管的待加固桿件，所述屈曲約束單 元2由兩個半圓管6拼接而成，軸力構(gòu)件單元1外包裹有脫粘結(jié)單元3，屈曲約束單元2位 于脫粘結(jié)單元3外，屈曲約束單元2外間隔一定距離設(shè)有扣件單元4，扣件單元由兩個半圓 環(huán)鋼扣件7通過螺栓5連接而成。本發(fā)明中，所述脫粘結(jié)單元3采用海綿膠帶。本發(fā)明中，屈曲約束單元2的兩半圓管6拼接平面與扣件單元4的兩半圓環(huán)鋼扣 件7拼接平面在軸力構(gòu)件單元1的截面上的投影線互相垂直。本發(fā)明中，所述軸力構(gòu)件單元1與屈曲約束單元2之間預(yù)留一定的間隙，用于提供 軸力構(gòu)件單元1受壓發(fā)生泊松效應(yīng)時所需的橫向空間。由于鋼結(jié)構(gòu)受壓構(gòu)件屈曲失穩(wěn)引起強度折減，進(jìn)而導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)整體承載能力的下 降，通過本發(fā)明對控制桿件進(jìn)行加固設(shè)計，可以大幅度提高結(jié)構(gòu)整體的承載能力，因此本技 術(shù)可以廣泛用于結(jié)構(gòu)的設(shè)計建造；同時，對于一些結(jié)構(gòu)由于功能需求所進(jìn)行的結(jié)構(gòu)改造，改 造過程中的內(nèi)力重分布將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)局部強度或剛度的不足，此項技術(shù)可以提高局部桿件的 強度以及剛度，從而保證結(jié)構(gòu)在負(fù)荷狀態(tài)下改造工作的安全進(jìn)行；此外，此技術(shù)也可廣泛地 用于對舊結(jié)構(gòu)的加固，延長結(jié)構(gòu)使用壽命，提高結(jié)構(gòu)的安全儲備。本發(fā)明的特點有無需焊接工藝；節(jié)約材料；施工作業(yè)簡單，高效，無需特種施工 人員操作等。


圖1是圓鋼管屈曲約束加固系統(tǒng)各部件的組裝示意圖。圖2是圓鋼管屈曲約束加固系統(tǒng)組裝后的結(jié)構(gòu)效果圖。圖3是圓鋼管屈曲約束加固系統(tǒng)的平面圖。圖4是圓鋼管屈曲約束加固系統(tǒng)的A-A剖面圖。其中(a)為左視圖，(b)為主視 圖。圖中標(biāo)號1為軸力構(gòu)件單元，2為屈曲約束單元，3為脫粘結(jié)單元，4為扣件單元， 5為螺栓，6為半圓管，7為半圓環(huán)鋼扣件。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。實施例1 如圖1-圖4所示，屈曲約束加固系統(tǒng)包括以下三個部分軸力構(gòu)件單元 1、屈曲約束單元2和脫粘結(jié)單元3。軸力構(gòu)件單元1位于軸心，是工程待加固桿件，在工程 中只承受軸向壓力作用；屈曲約束單元2環(huán)包在軸力構(gòu)件單元1的周圍，一旦軸力構(gòu)件單元 1受壓屈曲變形，屈曲約束單元2便會提供一個橫向的屈曲約束力，抑制軸力構(gòu)件單元1的 屈曲失穩(wěn)；脫粘結(jié)單元3則夾在軸力構(gòu)件單元1和屈曲約束單元2之間，起內(nèi)外兩單元間的 脫粘結(jié)作用，即避免軸力構(gòu)件單元1與屈曲約束單元2之間產(chǎn)生軸向的相互作用力，而使得 屈曲約束單元2只對軸力構(gòu)件單元1產(chǎn)生橫向的屈曲約束作用，且脫粘結(jié)效果是影響屈曲 約束效果的極大因素。屈曲約束單元2由兩個半圓鋼管6拼接而成，并由半圓環(huán)鋼扣件7 組成的扣件單元間隔一定距離用螺栓5連接；脫粘結(jié)單元3采用的是海綿膠帶。圖1顯示了圓鋼管屈曲約束加固方案的各單元圖示，圖2顯示了各單元組裝后的 效果圖。圖示軸力構(gòu)件單元1為加固對象，即待加固軸力桿件。屈曲約束單元2為拼接而 成的外包圓鋼管，并由鋼扣件單元4固定，屈曲約束單元2的功能是約束軸力構(gòu)件單元1的 橫向變形，提高其破壞模態(tài)，使得構(gòu)件承載力大幅增大。脫粘結(jié)單元3是聚合物層，起脫粘 結(jié)和一定的耐擠壓作用，使得軸力構(gòu)件單元1與屈曲約束單元2之間不發(fā)生軸力的傳遞，從 而使屈曲約束達(dá)到最優(yōu)效果，本專利中脫粘結(jié)單元3使用的是海綿膠帶。圖3圖4從另一 種角度(平面圖和剖面圖)展示了本約束加固方案的構(gòu)造形式，用于加強本說明書的可理 解性。圓鋼管屈曲約束加固法的施工流程包括如下三個主要步驟1、按照設(shè)計厚度在圓鋼管表面包覆一層海綿膠帶；2、安裝外包圓鋼管和鋼扣件，并用螺栓固定；3、桿件表面涂刷防腐及防火涂料進(jìn)行防腐、防火處理。根據(jù)加固設(shè)計方案，結(jié)合各現(xiàn)場實際情況，可對以上步驟選用不同的細(xì)節(jié)處理方 式。再次說明本圓鋼管屈曲約束加固系統(tǒng)的特點1、結(jié)構(gòu)簡單加固結(jié)構(gòu)由各單元拼接而成，只需螺栓進(jìn)行連接，節(jié)約材料；2、施工方便無焊接操作，施工作業(yè)簡單，高效，且不需要特種施工人員進(jìn)行操 作；3、加固效果明顯已經(jīng)過實際工程的檢驗，能大幅提高構(gòu)件或結(jié)構(gòu)承載力。
權(quán)利要求
一種用于圓鋼管的屈曲約束加固系統(tǒng)，包括軸力構(gòu)件單元(1)、屈曲約束單元(2)和脫粘結(jié)單元(3)，其特征在于所述軸力構(gòu)件單元(1)為圓鋼管的待加固桿件，所述屈曲約束單元(2)為兩個半圓管(6)拼接而成，軸力構(gòu)件單元(1)外包裹有脫粘結(jié)單元(3)，屈曲約束單元(2)位于脫粘結(jié)單元(3)外，屈曲約束單元(2)外間隔一定距離設(shè)有扣件單元(4)，扣件單元(4)由兩個半圓環(huán)鋼扣件(7)通過螺栓(5)連接而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于圓鋼管的曲約束加固系統(tǒng)，其特征在于所述脫粘結(jié)單元 (3)采用海綿膠帶。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于圓鋼管的曲約束加固系統(tǒng)，其特征在于屈曲約束單元 (2)的兩半圓管(6)拼接平面與扣件單元(4)的兩個半圓環(huán)鋼扣件(7)的拼接平面在軸力 構(gòu)件單元(1)的截面上的投影線互相垂直。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于圓鋼管的曲約束加固系統(tǒng)，其特征在于所述軸力構(gòu)件單 元(1)與屈曲約束單元(2)之間預(yù)留一定的間隙，用于提供軸力構(gòu)件單元(1)受壓發(fā)生泊 松效應(yīng)時所需的橫向空間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于圓鋼管的屈曲約束加固系統(tǒng)，由軸力構(gòu)件單元、屈曲約束單元和脫粘結(jié)單元組成，所述軸力構(gòu)件單元為工程結(jié)構(gòu)待加固桿件，本發(fā)明僅適用于圓鋼管桿件，該桿件在實際工程中，受壓發(fā)生屈曲失穩(wěn)破壞，強度將會大幅折減，因而亟待加固。所述屈曲約束單元是兩半圓鋼管拼接而成的外包圓鋼管，并由半圓環(huán)鋼扣件間隔一定距離用螺栓連接。所述脫粘結(jié)單元設(shè)置在待加固軸力構(gòu)件與拼接外包圓鋼管之間，由脫粘結(jié)性能良好且具有一定耐擠壓能力的聚合物材料制成。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、施工方便、加固效果明顯等優(yōu)點，可廣泛適用于鋼結(jié)構(gòu)受壓圓鋼管桿件的設(shè)計建造或改造加固，此項技術(shù)通過提高控制桿件的承載力，從而達(dá)到提升結(jié)構(gòu)整體承載能力，增加結(jié)構(gòu)安全儲備的目的。
文檔編號E04G23/02GK101942906SQ20101029293
公開日2011年1月12日 申請日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月21日
發(fā)明者謝強, 高霄 申請人:同濟(jì)大學(xué)