空间结构关键杆件加固方法
【技术领域】
[0001]本发明属于土木工程领域，具体涉及一种在空间结构关键杆件处加固以防止杆件整体失稳而弓I起空间结构倒塌的方法。
【背景技术】
[0002]大跨空间结构是目前发展最快的结构类型，作为其核心的空间结构技术的发展状况是代表一个国家建筑科技水平的重要标志之一。
[0003]如果忽略施工质量不合格而引起的空间结构的破坏，那么当空间结构跨度较小时，结构的破坏模式主要表现为支座处杆件突然失效引起的强度破坏；当跨度较大时，空间结构的破坏通常是由于关键杆件失稳引起的失稳破坏。以网架结构为例，其关键杆件一般是指跨中某些上弦杆。在强风或者强震作用下，网架跨中上弦杆首先发生弹性屈曲。随着风振或者地震强度的进一步增加，跨中部分上弦杆进入塑性屈曲阶段，承载力急剧下降，退出工作。然后部分与其相连接的腹杆和下弦杆也达到失效应变。随着杆件的相继破坏，结构中力的传递路径被破坏，网架的重力无法有效地传递到柱子上，最终网架在重力下发生倒塌。
[0004]传统的空间结构加固方法或多或少存在一些问题:
[0005]1、直接在杆件上焊接钢板或者角钢，杆件上会产生焊接残余应力，对结构产生不利影响；
[0006]2、在杆件外围粘贴FRP，常见的如CFRP材料，虽然具有高强特性，但是如果用于加固轴向受力杆件，CFRP材料对于杆件的稳定承载力贡献很小；
[0007]3、粘钢加固法，粘结主要用建筑结构胶，此方法对结构胶的强度要求较高，还要求能承受疲劳荷载和抗老化；
[0008]采用上述方法进行加固后，当轴向压力较大时构件仍会发生屈曲失稳。
[0009]此外，可采用预应力加固法，具体做法是在空间结构的基础上建立一套预应力结构体系，预应力加固法从整体上改变结构的受力情况，通常需要对结构进行重新验算。
【发明内容】
[0010]本申请发明目是解决在强风或者强震作用下，由于空间结构中关键杆件的失稳而发生的空间结构倒塌问题，因此提出一种空间结构关键杆件的加固方法，该方法在空间结构关键杆件处加固以防止杆件整体失稳而引起结构倒塌，以提高空间结构的抗倒塌能力。
[0011]为了完成本申请的发明目的，本申请采用以下技术方案:
[0012]本发明的一种空间结构关键杆件的加固方法，其中:加固方法包括以下步骤:
[0013](I)在待加固的杆件两端的连接铰上分别增设两根或四根纵向加劲肋，加劲肋均匀分布在杆件的圆周上，加劲肋的一端与连接铰固结，且加劲肋沿着其长度焊接在杆件的轴线方向上，加劲肋的长度为杆件长度的1/20至1/10 ；
[0014](2)在杆件两端的加劲肋之间的外侧装有方形约束部件，方形约束部件内侧与杆件的圆周贴近，加劲肋位于方形约束部件顶角与杆件的外圆周所形成的空隙内，方形约束部件的长度小于纵向待加固杆件的长度；
[0015]本发明的一种空间结构关键杆件的加固方法，其中:所述方形约束部件由两块钢板和两块型钢组成，装配时，两块钢板相对放置，两个型钢翼缘朝外相对放置，两块钢板和两块型钢通过螺栓拼接成方形约束部件；
[0016]本发明的一种空间结构关键杆件的加固方法，其中:所述方形约束部件由两块横钢板和两块纵钢板组成，组装时，两块横钢板相对放置，两块纵钢板相对放置，两块横钢板和两块纵钢板通过焊接形成方形约束部件。
[0017]本发明具有以下优点:
[0018]1、加固过程主要采用装配式成型，仅仅在端部加劲肋的地方处涉及到焊接作业，这不仅降低了施工难度，也减小了焊接引起的残余应力对施工质量和精度的影响。
[0019]2、所有钢部件可在工厂制作，加工精度更容易控制。
[0020]3、本发明所述加固方法未对既有结构进行大规模改造，加固方法简单有效，缩短了施工工期，提高了经济效益。
[0021]4、纵向加劲肋焊接在待加固杆件的两端，和杆件以及端部连接铰焊为一体，增大了杆件端部的截面面积，确保了在较大外力作用下杆件的中部先于端部屈服，而端部始终保持在弹性阶段。
[0022]5、加固过程并未改变在正常使用情况下杆件本身以及整体结构的受力特性，因此不需要重新验算。
[0023]6、在强风或者强震作用下，由于约束部件的存在，可以使杆件仅仅发生屈服而不屈曲失稳，从而避免关键杆件失稳破坏而引发的结构倒塌，提高了空间结构的抗倒塌能力。
【附图说明】
[0024]图1是待加固网架杆件的示意图；
[0025]图2是本发明加劲肋焊接到待加固杆件端部后的示意图；
[0026]图3是图2的A - A剖视图；
[0027]图4是图2的B-B剖视图；
[0028]图5是本发明各部件分解示意图；
[0029]图6是本发明装配完成后的示意图；
[0030]图7是图6的C - C剖视图；
[0031]图8是图6的D - D剖视图；
[0032]图9是在本发明实施例2中，方形约束部件是由横钢板和纵钢板焊接制成时的横截面示意图。
[0033]在图1至图9中，标号I为杆件；标号2为加劲肋；标号3 -1为型钢；标号3 -2为连接钢板；标号3 - 3为横钢板；标号3 - 4为纵钢板；标号4为连接铰。
【具体实施方式】
[0034]实施例1
[0035]如图1?8所示:本发明一种空间结构关键杆件的加固方法包括以下步骤:
[0036](I)、在待加固的杆件I两端的连接铰4上分别增设两根或四根纵向加劲肋2，加劲肋2均匀分布在杆件I的圆周上，加劲肋2的一端与连接铰4固结，且加劲肋2沿着其长度焊接在杆件I的轴线方向上，加劲肋2的长度为杆件I长度的1/20至1/10 ；
[0037](2)、在杆件I两端的加劲肋2之间的外侧装有方形约束部件，方形约束部件内侧与杆件I的圆周贴近，加劲肋2位于方形约束部件顶角与杆件I的外圆周所形成的空隙内，方形约束部件由两块钢板3 - 2和两块型钢3 -1组成，装配时，两块钢板3 - 2相对放置，两个型钢3 -1翼缘朝外相对放置，两块钢板3 - 2和两块型钢3 -1通过螺栓拼接成方形约束部件，方形约束部件的长度小于纵向待加固杆件I的长度。
[0038]实施例2
[0039]如图9所示:本实施例与实施例1基本相同，相同部分不再累述，不同之处在于方形约束部件由两块横钢板3 - 3和两块纵钢板3 - 4组成，组装时，两块横钢板3 - 3相对放置，两块纵钢板3 - 4相对放置，两块横钢板3 - 3和两块纵钢板3 - 4通过焊接形成方形约束部件约束部件3是由两块钢板3 - 3和两块钢板3 - 4固结成的一个方形钢管。
[0040]应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
【主权项】
1.一种空间结构关键杆件的加固方法，其特征在于:加固方法包括以下步骤: (1)在待加固的杆件⑴两端的连接铰⑷上分别增设两根或四根纵向加劲肋⑵，加劲肋(2)均匀分布在杆件(I)的圆周上，加劲肋(2)的一端与连接铰(4)固结，且加劲肋(2)沿着其长度焊接在杆件(I)的轴线方向上，加劲肋(2)的长度为杆件(I)长度的1/20至 1/10 ； (2)在杆件(I)两端的加劲肋(2)之间的外侧装有方形约束部件，方形约束部件内侧与杆件(I)的圆周贴近，加劲肋(2)位于方形约束部件顶角与杆件(I)的外圆周所形成的空隙内，方形约束部件的长度小于纵向待加固杆件(I)的长度。2.根据权利要求1所述的空间结构关键杆件加固方法，其特征在于:所述方形约束部件由两块钢板(3 - 2)和两块型钢(3 -1)组成，装配时，两块钢板(3 - 2)相对放置，两个型钢(3 -1)翼缘朝外相对放置，两块钢板(3 - 2)和两块型钢(3 -1)通过螺栓拼接成方形约束部件。3.根据权利要求2所述的空间结构关键杆件加固方法，其特征在于:所述方形约束部件由两块横钢板(3 - 3)和两块纵钢板(3 - 4)组成，组装时，两块横钢板(3 - 3)相对放置，两块纵钢板(3 - 4)相对放置，两块横钢板(3 - 3)和两块纵钢板(3 - 4)通过焊接形成方形约束部件。
【专利摘要】本发明的空间结构关键杆件的加固方法，先在待加固的杆件(1)两端的连接铰(4)上分别增设两根或四根纵向加劲肋(2)，加劲肋(2)均匀分布在杆件(1)的圆周上，加劲肋(2)的一端与连接铰(4)固结,且加劲肋(2)沿着其长度焊接在杆件(1)的轴线方向上，加劲肋(2)的长度为杆件(1)长度的1/20至1/10；然后，在杆件(1)两端的加劲肋(2)之间的外侧装有方形约束部件，方形约束部件内侧与杆件(1)的圆周贴近，加劲肋(2)位于方形约束部件顶角与杆件(1)的外圆周所形成的空隙内，方形约束部件的长度小于纵向待加固杆件(1)的长度。该方法能有效防止大跨空间结构在强风或者强震下由于杆件失稳导致的倒塌破坏。
【IPC分类】E04G23/02, E04B1/98
【公开号】CN104989120
【申请号】CN201510423508
【发明人】许庆, 曾滨, 王春林, 刘德军
【申请人】中冶建筑研究总院有限公司, 中国京冶工程技术有限公司
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年7月17日