钢结构网架构件的加固结构的制作方法及注意事项

　　一种钢结构网架构件的加固结构的制作方法

　　【技术领域】

　　[0001]本实用新型涉及钢结构加固技术领域，具体设计一种钢结构网架构件的加固结构。

　　【背景技术】

　　[0002]目前为止，网架结构广泛应用于钢结构建筑领域。网架结构在设计、施工时大多采用的是由圆管钢网架结构形式，该结构受设计、施工及使用年限的影响，局部结构会出现缺陷和损坏，例如构件锈蚀、涂层脱落、构件局部屈曲等损坏现象，给网架结构的整体稳定性和安全性造成较大影响。同时，由于网架结构一般应用于开放性场馆建筑物顶棚，如体育场、加油站等，高空作业不便且单独拆卸更换构件容易导致结构失稳，而整体更换施工复杂，成本高，建筑物正常使用受到影响。目前现有的解决方法有以下几种:

　　[0003]焊接补强法:该方法主要是对钢结构网架中构件锈蚀、构件局部屈曲的部分，以相同材料焊接补充，起到使构件重新承担受力作用。但由于钢材是高温敏感材料，在焊接过程中其强度和刚度会随着温度升高而急剧下降，其承载力也会下降；同时网架焊接加固通常是高空作业，焊接质量不高，焊接处会产生焊接缺陷及残余应力，相对其他材质的构件更容易开裂破坏，很可能导致失稳，产生巨大的安全隐患。对于钢结构网架所处的敏感建筑，如加油站，焊接补强法产生的火花同样也是重要的危险源。

　　[0004]更换法:更换法即是对钢结构网架结构中受损的构件进行局部更换，或是受损构件数量较多的网架进行整体更换。网架结构常采用螺栓球连接相邻构件或者采用焊接法连接相邻构件。加固过程中对受损严重的构件进行局部更换时，需要在场地内架设临时支撑，使用缆风绳对支撑柱的垂直度进行调整固定；网架结构中受损构件数量较多时，需要进行整体更换，采用机械吊装的方式进行。施工手段复杂，成本较高，工期长，建筑物在加固期间基本无法正常使用。

　　[0005]改变结构受力点位置:通过附加支撑，通过增加受力节点，调整荷载分布情况，降低内力水平，对超静定结构支座进行强制位移，防止应力集中的发生等。此方法对原来结构受力有所影响，需要重新设计计算，施工过程复杂。

　　[0006]中国专利CN 201010292933.4公开了一种用于圆钢管的屈曲约束加固系统，采用的圆管屈曲约束加固法:该方法通过两半圆管外包待加固构件拼接而成，待加固构件与外包管片采用海绵胶带类聚合材料包裹填充，通过扣件加固。该方法结构简单，施工方便，但是由于两块半圆管片采用的是平行拼接，在加固竖直杆件时，容易出现拼接错缝、轴向相互滑动，受力不均等情况；包裹在待加固杆件上的海绵胶带为孔状橡胶材料，不具有一定的抗压刚度和强度，所起到的约束构件变形的能力和抗压能力较弱，同时海绵胶带不具有各向同性，分子结构复杂，设计时的力学分析计算复杂，不能真实反映杆件受力情况。

　　【发明内容】

　　[0007]本实用新型解决的技术问题是:针对现有钢结构网架构件具有初始弯曲、局部屈曲的受压管件加固存在的上述不足之处，提供一种新型的钢结构网架构件加固结构。

　　[0008]本实用新型采用如下技术方案实现:一种钢结构网架构件的加固结构，包括若干个轴向固定在网架构件外圈的垫块7，所述垫块7沿轴向紧贴网架构件的加固管件8外壁，并在垫块外套有外包管，将所述垫块夹紧固定在加固管件的外壁上；所述外包管由至少两片轴向切割的弧形外包管片拼接而成，拼接后的外包管片外壁设有扣件3，所述外包管通过扣件将垫块和加固管件固定压紧在一起。

　　[0009]优选的，所述垫块7以加固管件8的轴线为中心线均匀布置。

　　[0010]优选的，所述垫块7为钢垫块。

　　[0011 ] 优选的，所述钢垫块采用马氏体时效钢。

　　[0012]优选的，所述垫块7沿轴向焊接固定在外包管片的内壁上，通过外包管片拼接直接完成垫块的设置。

　　[0013]优选的，所述垫块7与加固管件的连接面为对应的弧面，提高贴合度。

　　[0014]在本实用新型中，所述外包管片相互之间的对接侧边上设有相互嵌合的卡口 6，用于外包管片拼接后的轴向定位，防止外包管片之间轴向滑移。

　　[0015]优选的，所述外包管片为两块，其主体为半圆形截面，两侧轴向侧边上设有卡口 6。

　　[0016]优选的，所述扣件3为沿加固管件轴线布置的至少两个外包套箍，通过连接螺栓4固定箍紧在拼接的外包管片上。

　　[0017]优选的，所述外包套箍和拼接的外包管片之间设有橡胶垫层5。

　　[0018]本实用新型是在已有钢结构网架加固方法上的一种原理和技术上的改进和创新，从力的传递入手，增加构件横截面积和重新调整结构受力体系以达到结构受力稳定的目的，将构件所受的力有效地传递，利用其材料强度降低了构件本身所承载的作用力，同时增加了构件横截面积。

　　[0019]在本实用新型中，所述钢垫块位于外包管片和网架构件需要加固的加固管件之间，采用部分填充的形式，保证强度的同时，降低加固重量，钢垫块采用马氏体时效钢，具有良好的韧性和较好的焊接热处理性能，根据钢管片与需要加固构件之间的空间距离提前焊接在外包管片内侧，具有较好的抗压强度。

　　[0020]网架结构需加固的加固管件与带有钢垫块的外包管片的外接触面无粘结，相互之间轴向位移变形发生时可相互分离，带有钢垫块的外包管片拼接成钢管后对需要加固的构件起到约束其变形的作用，带有钢垫块的外包管位移变形协调，可以承受一定的剪力，同时对瞬时变形有良好的抵抗作用。

　　[0021]所述外包管片分为上下两块，采用卡口式设计，拼接成直径较大的钢管，防止外包管片之间出现拼接错缝、轴向相互滑动，出现受力不均等情况，便于安装和随时更换。通过套箍和螺栓挤压加固成为一个具有抗弯刚度的钢管整体，对待加固的构件起到保护和约束的作用。

　　[0022]所述挤压加固的具有垫层的套箍材料是采用抗拉强度较高的钢材，垫层材质为具有防腐作用的橡胶。套箍用两侧的螺栓连接，通过垫层对拼接好的外包管挤压加固，结合钢垫块形成一个完整的具有一定抗弯刚度的钢管整体。

　　[0023]本实用新型在不对需要加固的构件进行任何卸载、焊接加固或拆换杆件的情况下，通过钢垫块将构件上的力传递至外包管，在外包管、套箍共同作用下约束需网架结构要加固的加固管件产生局部平面变形、构件整体屈曲，同时对已产生局部变形或屈曲的构件起到一定矫正作用，使需要加固的构件处于三项受力状态，从而提高整体的承载力。所述钢垫块材料采用马氏体时效钢，具有良好的韧性和较好的焊接热处理性能，是预制在钢管片内侧的；采用部分填充的形式，在高空加固时有效地减轻了自身重量。钢垫块厚度恰好等于外包管片与需要加固的构件之间的距离，钢垫块与需要加固的构件采用无粘结，构件发生轴向位移变形后两者可相互分离，其余方向均受到变形协调约束；当构件产生局部弯曲时，构件所受力透过钢垫块传递至外包管，通过钢垫块、外包管、套箍所组成的整体结构可以有效的约束构件局部屈曲，使构件处于三项受力状态，提高其抗弯刚度，从而达到加固构件的目的。

　　[0024]本实用新型加固后的加固管件既可以约束网架构件的受压整体屈曲，又可以约束网架构件的局部屈曲，并对已产生局部变形的网架构件起到一定矫正作用。相比较传统的加固方式，对需要进行高空加固的钢网架结构而言，既可以提高结构本身的抗弯刚度，又可以增加构件的横截面积，从而提高其承载力；加固施工直接有效，结构形式简单，采用钢管片卡口拼接，马氏体时效钢垫块部分填充，有利于高空施工操作，同时不会大量增加构件自身重量；从施工方式上讲，本实用新型利用套箍和钢管片进行拼装加固，可以不通过打孔焊接、机械吊装或设立临时支撑对受损构件进行加固，当本实用新型结构老化或是损坏后，可及时更换、便于拆装。由于本实用新型加固不需要拆换构件，一方面对既有网架的扰动很小，对保障网架结构在加固施工过程中的整体安全与稳定有利，另一方面也不会对需要加固的附近构件或相连各构件产生额外附加不利

　　影响，如临时支架顶换时，因支架抖动、网架突然卸载而导致局部失稳、构件突然变形或位移等；在对待特殊建筑物场馆(如加油站、体育场等)钢结构网架加固时，对正常营业和建筑物使用干扰较小。

　　[0025]由上所述，本实用新型相较于现有的钢结构网架加固方式，加固效果明显、方式灵活，较好的解决了钢结构网架中构件局部弯曲、构件抗弯刚度和承载力下降的问题，加固施工操作简单可行，加固措施稳定可靠，结构形式简单创新，损坏老化后可随时更换，拆装方便，对原结构及其周边结构影响较小，适用于高空作业，大大提高工作效率的同时，为钢结构网架的加固提供了一种新的方法和思路。

　　[0026]以下结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步说明。

　　【附图说明】

　　[0027]图1为实施例中的钢结构网架构件加固后的立体示意图。

　　[0028]图2为实施例中的钢结构网架构件的加固管件加固后的主视图。

　　[0029]图3为实施例中的外包管片和垫块的示意图。

　　[0030]图4为图2中的A向剖视图，为垫块与加固管件之间的横截面示意图。

　　[0031]图5为图2中的B向剖视图，为外包抱箍、外包管片、垫块和加固管件之间的横截面示意图。

　　[0032]图中标号:1-第一外包管片，2-第二外包管片，3-扣件，4-连接螺栓，5-橡胶垫层，6-卡口，7-垫块，8-加固管件。

　　【具体实施方式】

　　[0033]实施例、

　　[0034]参见图1、图2和图4、图5，图1、图2所示仅为对钢结构网架构件的一段管件加固示意图，图4、图5为管件加固后的内部局部放大示意图，在对出现问题的网架构件的加固管件8进行加固时，采用若干个垫块7，垫块7为长条状，沿轴向紧贴加固管件8外壁，并且以加固管件8的轴线为中心线均匀布置(若网架构件受力的方向单一，可在易变形的方向多布置垫块)，垫块7与需要加固管件8之间有外接触面但无粘结，所有垫块通过一个拼接的外包管包裹，通过扣件3将将垫块7和加固管件8固定压紧在一起，垫块采用部分填充的形式，在高空加固时，提供有效的加固强度的同时减轻自身重量。

　　[0035]垫块7为钢垫块，本实施例优选采用马氏体时效钢，马氏体时效钢具有较好的韧性和良好的热处理性，垫块7沿轴向焊接固定在外包管片的内壁上，实现钢垫块与外包管片的预制，通过外包管片拼接直接完成垫块的设置，其厚度恰好为外包管片到需要加固的构件之间的距离，起到传递力和缓冲瞬时挤压的作用。垫块7与加固管件的连接面为对应的弧面，提高贴合度。对需要加固的钢结构网架构件不进行任何卸载、焊接加固或拆换杆件的情况下，通过钢垫块将网架构件的管件上的力传递至外包管，外包管也可采用与钢垫块相同的材料，通过外包管、扣件共同作用约束需要加固的构件产生局部平面变形、构件整体屈曲，同时对已产生局部变形或屈曲的构件起到一定矫正作用，使待加固的构件处于三项受力状态，从而提尚整体的承载力。

　　[0036]结合参见图3，本实施例的外包管采用两块外包管片实现，包括第一外包管片I和第二外包管片2，两个外包管片的主体为半圆形截面，拼接起来正好形成包住垫块7和加固管件8的整体外包管，第一外包管片I和第二外包管片2的两侧轴向侧边上设有相互嵌合的卡口 6，用于外包管片拼接后的轴向定位，防止外包管片之间轴向滑移，外包管片为由具有较高抗拉强度的钢管片，拼接成一个截面积较大的钢管，用于抱箍住钢垫块与加固管件，卡口拼接防止其在受力的情况下沿切面方向相互滑动。

　　[0037]优选的，扣件为沿加固管件轴线布置的至少两个外包套箍3，通过连接螺栓4固定箍紧在拼接的外包管片上。外包套箍3和拼接的外包管片之间设有橡胶垫层5。

　　[0038]本实施例的具体加固实施步骤如下:

　　[0039]I)对需要加固的钢结构网架构件的管件进行横截面尺寸量定。

　　[0040]2)根据截面尺寸，在工厂中预先制作带卡口的外包管片和钢垫块，钢垫块的厚度恰好等于外包管片与需要加固的管件之间的距离，并将钢垫块逐一焊接于外包管片内侧。

　　[0041]3)量定外包管片拼接后所组成的外包管横截面尺寸，根据横截面尺寸制作外包带有防腐橡胶垫层的外包套箍及选取对应的螺栓。

　　[0042]4)在现场加固实施中，直接将外包管片连同连通钢垫块包覆在加固管件上，外包管片之间通过卡口拼接形成一个完整的外包管。

　　[0043]5)将外包套箍套在外包管上，拧紧螺栓进行扣紧固定。

　　[0044]根据需要加固的钢网架构件的长度，设定需要设置的外包套箍的数量，并依次进行步骤5)，直至本实用新型各部件紧密联系在一起，对需要加固的构件起到加固稳定作用。

　　[0045]以上仅为本实用新型的优选实施例而已，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化，对上述技术方案做的任何比例关系的改变或加固长度、位置的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效以及所达到目的下，均应包括在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围之内。

　　【主权项】

　　1.一种钢结构网架构件的加固结构，其特征在于:包括若干个轴向固定在网架构件外圈的垫块(7)，所述垫块(7)沿轴向紧贴网架构件的加固管件(8)外壁，并在垫块外套有外包管，将所述垫块夹紧固定在加固管件的外壁上； 所述外包管由至少两片轴向切割的弧形外包管片拼接而成，拼接后的外包管片外壁设有扣件(3)，所述外包管通过扣件将垫块和加固管件固定压紧在一起。

　　2.根据权利要求1所述的一种钢结构网架构件的加固结构，所述垫块(7)以加固管件(8)的轴线为中心线均匀布置。

　　3.根据权利要求2所述的一种钢结构网架构件的加固结构，所述垫块(7)为钢垫块。

　　4.根据权利要求3所述的一种钢结构网架构件的加固结构，所述钢垫块采用马氏体时效钢。

　　5.根据权利要求2所述的一种钢结构网架构件的加固结构，所述垫块(7)沿轴向焊接固定在外包管片的内壁上。

　　6.根据权利要求5所述的一种钢结构网架构件的加固结构，所述垫块(7)与加固管件的连接面为对应的弧面。

　　7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种钢结构网架构件的加固结构，所述外包管片相互之间的对接侧边上设有相互嵌合的卡口 (6)。

　　8.根据权利要求7所述的一种钢结构网架构件的加固结构，所述外包管片为两块，其主体为半圆形截面，两侧轴向侧边上设有卡口(6)。

　　9.根据权利要求1所述的一种钢结构网架构件的加固结构，所述扣件(3)为沿加固管件轴线布置的至少两个外包套箍，所述外包套箍通过连接螺栓(4)固定箍紧在拼接的外包管片上。

　　10.根据权利要求9所述的一种钢结构网架构件的加固结构，所述外包套箍和拼接的外包管片之间设有橡胶垫层(5)。

　　【专利摘要】本实用新型公开了一种钢结构网架构件的加固结构，用以对钢结构的管件进行修补加固，其具体结构包括若干个轴向固定在网架构件外圈的垫块，所述垫块沿轴向紧贴网架构件的加固管件外壁，并在垫块外套有外包管，将所述垫块夹紧固定在加固管件的外壁上；所述外包管由至少两片轴向切割的带有卡口的弧形外包管片拼接而成，拼接后的外包管片外壁设有扣件，所述外包管通过扣件将垫块和加固管件固定压紧在一起。本实用新型加固效果明显、方式灵活，加固施工操作简单可行，加固措施稳定可靠，结构形式简单创新，对原钢结构的网架构件及其周边结构影响较小，适用于高空作业，大大提高工作效率。

　　【IPC分类】E04G23-02

　　【公开号】CN204590652

　　【申请号】CN201520270447

　　【发明人】付鹤林, 陈琛, 史越, 汪敬, 邢雪生, 张加兵, 陈翔宇, 陈雷

　　【申请人】中南大学

　　【公开日】2015年8月26日

　　【申请日】2015年4月29日