一種用碳纖維復合增強材料加固的鋼管相貫節(jié)點的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用碳纖維復合增強材料加固的鋼管相貫節(jié)點，包括節(jié)點鋼管主管、節(jié)點鋼管支管、膠結劑和碳纖維布，所述節(jié)點鋼管主管和節(jié)點鋼管支管為圓形或矩形鋼管；所述鋼管相貫節(jié)點上均勻涂抹有膠結劑，膠結劑上粘貼纏繞有碳纖維布，碳纖維布將涂抹膠結劑的鋼管相貫節(jié)點包裹其中。本實用新型適用于已有焊接管節(jié)點的加固，可以提高節(jié)點的承載力、抗疲勞性能、耐腐蝕性和耐久性；降低節(jié)點的應力集中程度，緩解裂縫的生成和發(fā)展。
【專利說明】一種用碳纖維復合增強材料加固的鋼管相貫節(jié)點
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及土木工程新型結構【技術領域】，具體涉及一種用碳纖維復合增強材料加固的鋼管相貫節(jié)點。
【背景技術】
[0002]近十幾年來，鋼管相貫節(jié)點以其獨特的優(yōu)越性被越來越廣泛運用于機場、車站、橋梁、體育館、電視塔、會展中心、工業(yè)建筑和高層建筑等各類結構中。但大量實驗證明鋼管結構往往會在節(jié)點部位發(fā)生破壞，必須對節(jié)點進行維修或加固。由于新建工程耗資巨大，且需加固部位不易全部推翻重建，因此，尋求經濟高效的鋼管結構加固修復技術既是亟待解決的技術問題，又是一個關系到國民可持續(xù)發(fā)展的社會問題。
[0003]現有的鋼管相貫節(jié)點的加固方法主要有主管上加套管、加墊板、加環(huán)口板、主管加勁環(huán)加固、節(jié)點板及肋板加固等。這些加固方式不僅加工要求較高，易銹蝕，增加原結構的自重，同時也給結構帶來了一些新的問題。如，套管、墊板和環(huán)口板外觀不美觀；加勁環(huán)施工難度太大；節(jié)點板及肋板會影響建筑使用空間，采用肋板加固的計算結果并不理想，肋板的利用率不高。最重要的是這些加固方式均采用鋼板或鋼管焊接在節(jié)點部位的主管或支管上，焊接時高溫作用會使焊接部位組織及性能劣化、材質變脆、斷裂韌性降低，同時焊縫常常或多或少的存在一些缺陷；焊接后結構內部存在殘余應力，與其他作用結合可能導致開裂。由于焊接使結構形成連續(xù)的整體，裂縫一旦失穩(wěn)擴展，就有可能一斷到底，危害頗大。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的為了在不增加原結構自重、不影響建筑美觀及使用空間、特別是不引入新的斷裂源的條件下提高原結構的性能，提供一種用碳纖維復合增強材料加固的鋼管相貫節(jié)點，該鋼管相貫節(jié)點是一種對現有加固方式改進后的無損傷加固方式。
[0005]本實用新型采用的技術方案為:一種用碳纖維復合增強材料加固的鋼管相貫節(jié)點，包括節(jié)點鋼管主管、節(jié)點鋼管支管、膠結劑和碳纖維布，所述節(jié)點鋼管主管和節(jié)點鋼管支管為圓形或矩形鋼管；
[0006]所述鋼管相貫節(jié)點上均勻涂抹有膠結劑，膠結劑上粘貼纏繞有碳纖維布，碳纖維布將涂抹膠結劑的鋼管相貫節(jié)點包裹其中。
[0007]作為優(yōu)選，所述碳纖維布包圍鋼管相貫節(jié)點方式為全周包圍。
[0008]作為優(yōu)選，所述碳纖維布的層數為1-3層。
[0009]作為優(yōu)選，所述碳纖維布粘貼方向為軸向和/或環(huán)向粘貼，并在鋼管上延伸一定長度。
[0010]作為優(yōu)選，對于節(jié)點鋼管為拉桿，碳纖維布軸向粘貼；對于節(jié)點鋼管為壓桿，碳纖維布環(huán)向粘貼；對于有反向受力(拉壓力都可能出現)的節(jié)點鋼管，碳纖維布軸向與環(huán)向相間粘貼。
[0011]粘貼碳纖維復合增強材料(CFRP)修復相貫節(jié)點是利用膠粘劑將CFRP粘貼于節(jié)點表面。一方面，CFRP的抗拉強度是普通鋼材的10倍左右，彈性模量可達4000MPa以上，在達到極限抗拉強度前，其應力-應變關系為線彈性，延緩了節(jié)點塑性失穩(wěn)的時間，當節(jié)點部位的截面進入塑性時，依然處于彈性狀態(tài)的纖維可通過變形協調、共同工作承擔了部分荷載，從而降低了節(jié)點部位的應力水平，起到加固的作用；另一方面，由于CFRP具有良好的耐腐蝕性能，粘貼CFRP相當于在節(jié)點表面與外部腐蝕介質之間形成一道屏障，能有效減弱介質對鋼材的侵蝕，能起到防腐的效果。同時CFRP也可以降低焊縫和裂縫處的應力集中；可以改善焊趾部位的疲勞性能，使得在給定循環(huán)次數條件下，碳纖維加固后焊接接頭較加固之前能夠承受更大的疲勞應力，或者在給定循環(huán)應力、應力幅、應力比條件下，碳纖維加固試件的疲勞壽命高于原狀焊縫。
[0012]本實用新型適用于已有焊接管節(jié)點的加固，可以提高節(jié)點的承載力、抗疲勞性能、耐腐蝕性和耐久性；降低節(jié)點的應力集中程度，緩解裂縫的生成和發(fā)展。所述節(jié)點形式為:T型、Y型、K型等平面及空間鋼管相貫節(jié)點。
[0013]本實用新型也適用于新建結構的加強型節(jié)點。
[0014]有益效果:本實用新型使用的碳纖維增強復合材料輕質高強，密度一般不足鋼材的1/5，而其纖維方向抗拉強度卻是鋼材的8?10倍，可達4000MPa以上，碳纖維厚度很薄，加固后增加厚度不足1mm，構件經加固修補后，在提高強度的同時其自重和尺寸基本不增加，且不減少建筑物的使用空間，不影響建筑外觀。
[0015]本實用新型使用的碳纖維布可以加固任意封閉的和形狀復雜的結構表面。
[0016]本實用新型施工方便，無需焊接，技術難度小，避免了因焊接不當引起的施工及使用過程中產生的問題，如仰焊及焊接時產生的火花；利于在狹小空間施工，對于現場修復特別適合。
[0017]本實用新型不需要對原結構鉆孔，不會減小構件的橫截面面積，不會形成新的應力集中源，對原截面無損傷。
[0018]本實用新型加固施工快，周期短，可以避免或減少停產時間，節(jié)約加固材料，與其它加固方法比較，CFRP加固的費用大為節(jié)省，經濟效益很高。
[0019]本實用新型可以大幅度的提高節(jié)點的承載力、抗疲勞性能、耐腐蝕性和耐久性；降低節(jié)點的應力集中程度，緩解裂縫的生成和發(fā)展。
[0020]本實用新型可以為研究鋼管相貫節(jié)點的加固提供關鍵思路，有很好的轉化前景。
[0021]本實用新型拓展了鋼管相貫節(jié)點加固方法的研究與應用領域，極大地豐富了節(jié)點加固的內容。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本實用新型鋼管相貫節(jié)點的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結合【具體實施方式】和附圖對本實用新型做進一步說明:
[0024]如圖1所示，一種用碳纖維復合增強材料加固的鋼管相貫節(jié)點，包括節(jié)點鋼管主管1、節(jié)點鋼管支管2、膠結劑3和碳纖維布4，所述節(jié)點鋼管主管I和節(jié)點鋼管支管2為圓形或矩形鋼管；所述鋼管相貫節(jié)點上均勻涂抹有膠結劑3，膠結劑3上粘貼纏繞有碳纖維布4，碳纖維布4將涂抹膠結劑3的鋼管相貫節(jié)點包裹其中。
[0025]所述碳纖維布4包圍鋼管相貫節(jié)點方式為全周包圍。所述碳纖維布4的層數為
1-3層。所述碳纖維布4粘貼方向為軸向和/或環(huán)向粘貼，并在鋼管上延伸一定長度。對于節(jié)點鋼管為拉桿，碳纖維布4軸向粘貼；對于節(jié)點鋼管為壓桿，碳纖維布4環(huán)向粘貼；對于有反向受力(拉壓力都可能出現)的節(jié)點鋼管，碳纖維布4軸向與環(huán)向相間粘貼。
[0026]本實用新型鋼管為矩形管時，在管截面轉角處使碳纖維平滑過渡；所述鋼管為圓形管或矩形管時，在焊縫連接處膠結劑填充，使之平滑過渡。
[0027]在這種加固方式中，碳纖維布是主要的降低節(jié)點應力部件，因此需要保證具有一定強度和長度。由于鋼管與碳纖維之間力的傳遞和膠結效果受膠結劑的性能影響，因此需要保證膠結劑具有一定的符合要求的性能。由于纖維邊緣部位存在應力集中現象，為了避免因應力過大導致節(jié)點脫膠，膠結劑在碳纖維邊緣處有少量溢膠。
[0028]鋼管膠結區(qū)域的打磨、清潔；碳纖維布的裁剪、清潔、浸潤，及粘貼均在加固現場完成。
[0029]以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出:對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
【權利要求】
1.一種用碳纖維復合增強材料加固的鋼管相貫節(jié)點，其特征在于:包括節(jié)點鋼管主管、節(jié)點鋼管支管、膠結劑和碳纖維布，所述節(jié)點鋼管主管和節(jié)點鋼管支管為圓形或矩形鋼管； 所述鋼管相貫節(jié)點上均勻涂抹有膠結劑，膠結劑上粘貼纏繞有碳纖維布，碳纖維布將涂抹膠結劑的鋼管相貫節(jié)點包裹其中。
2.根據權利要求1所述的一種用碳纖維復合增強材料加固的鋼管相貫節(jié)點，其特征在于:所述碳纖維布包圍鋼管相貫節(jié)點方式為全周包圍。
3.根據權利要求1所述的一種用碳纖維復合增強材料加固的鋼管相貫節(jié)點，其特征在于:所述碳纖維布的層數為1-3層。
4.根據權利要求1所述的一種用碳纖維復合增強材料加固的鋼管相貫節(jié)點，其特征在于:所述碳纖維布粘貼方向為軸向和/或環(huán)向粘貼，并在鋼管上延伸一定長度。
5.根據權利要求4所述的一種用碳纖維復合增強材料加固的鋼管相貫節(jié)點，其特征在于:對于節(jié)點鋼管為拉桿，碳纖維布軸向粘貼；對于節(jié)點鋼管為壓桿，碳纖維布環(huán)向粘貼；對于有反向受力的節(jié)點鋼管，碳纖維布軸向與環(huán)向相間粘貼。
【文檔編號】E04B1/58GK203514536SQ201320678102
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年10月30日 優(yōu)先權日:2013年10月30日
【發(fā)明者】鄭廷銀, 林秋逸, 卲連俊 申請人:南京工業(yè)大學