预应力CFRP板增强的内平衡钢构件制造技术

本实用新型专利技术公开了一种预应力CFRP板增强的内平衡钢构件，所述预应力CFRP板增强的内平衡钢构件包括：钢构件本体；CFRP板，所述CFRP板对称布置在所述钢构件本体的外表面；连接件，所述CFRP板张拉后通过所述连接件与所述钢构件本体相连。根据本实用新型专利技术的预应力CFRP板增强的内平衡钢构件，通过在钢构件本体的外表面设置预应力CFRP板，并使CFRP板张拉后通过连接件与钢构件本体相连。由此，利用偏离轴心的CFRP板在预拉力下处于张紧状态的原理，有效发挥CFRP抗拉的优势，有效提高了所述钢构件本体的刚度，提高其轴压、偏压、受拉、受弯的承载力，也提高其轴压、偏压整体稳定性。

【技术实现步骤摘要】
预应力CFRP板增强的内平衡钢构件
本技术属于钢材结构
，具体涉及一种预应力CFRP板增强的内平衡钢构件。
技术介绍
屈曲失稳破坏是钢结构构件破坏的一种主要形式，通常出现较突然，会造成较严重的损失。在世界各国的工程史上，因压杆失稳破坏而造成的事故屡见不鲜，例如：1907年加拿大魁北克大桥的倒塌，1978年美国哈特福特城体育馆网架结构的垮塌，以及2008年初我国南方冰雪灾害中输电钢塔的大量倒塌。近年来，我国钢结构的发展很快，由于经验不足或过高追求经济性，出现了许多稳定承载力安全储备较低的结构，甚至有一些发生了失稳破坏；还有一些结构因使用荷载提高、腐蚀破坏、施工失误等原因也造成了结构稳定承载力不足。随着我国钢结构建设规模的逐年增大，对这类钢结构进行加固的需求将越来越强烈。国内大量的输电钢塔亟待进行加固，但多数钢塔在野外，交通不便，缺少适合的加固方法，因此迫切需要研发施工简单、用材轻便、效果显著的钢结构加固技术，以提高重要工程结构的可靠性。目前，实际工程中对钢结构进行加固的主要方法有构件替换、减轻荷载、改变结构体系、加大构件截面和连接强度、预应力拉索等，然而，上述方法都有其适用条件和范围，有些很难满足施工和使用的要求，如不能拆卸、不能明火等；有些会给结构带来新的问题，如局部损伤、残余应力等。
技术实现思路
本技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本技术提出一种预应力CFRP板增强的内平衡钢构件，所述预应力CFRP板增强的内平衡钢构件方便施工且易于装配。根据本技术实施例的预应力CFRP板增强的内平衡钢构件，包括：钢构件本体；CFRP板，所述CFRP板对称布置在所述钢构件本体的外表面；连接件，所述CFRP板张拉后通过所述连接件与所述钢构件本体相连，其中，所述CFRP板张拉后置于所述钢构件本体的外表面，基本不扩大截面积，在受压或偏压荷载下，利用偏离轴心的CFRP板在钢构件本体侧向变形时凸面处于张紧状态的原理，保证在所述钢构件本体受压屈曲的过程中，仍有至少一侧的CFRP板持续受拉处于未松弛状态，由于CFRP板的抗拉强度高于抗压强度，故可充分利用未松弛的CFRP板增加所述钢构件本体的截面抗弯刚度，提升整体屈曲荷载，并提高所述钢构件本体的延性。根据本技术实施例的预应力CFRP板增强的内平衡钢构件，通过在钢构件本体的外表面设置预应力CFRP板，并使CFRP板张拉后通过连接件与钢构件本体相连。由此，利用偏离轴心的CFRP板在预拉力下处于张紧状态的原理，有效发挥CFRP抗拉的优势，有效提高了所述钢构件本体的刚度，提高其轴压、偏压、受拉、受弯的承载力，也提高其轴压、偏压整体稳定性。另外，根据本技术上述实施例的预应力CFRP板增强的内平衡钢构件还具有如下附加的技术特征：根据本技术的一些实施例，所述钢构件本体为空心方钢管，所述CFRP板设在所述钢构件本体相对的两组侧壁中的至少一组中。根据本技术的一些实施例，所述钢构件本体为工字钢，所述工字钢包括：腹板；第一翼缘；第二翼缘，所述第一翼缘和所述第二翼缘分别设在所述腹板的两端并与所述腹板垂直；其中，所述CFRP板设在所述第一翼缘和第二翼缘的外表面。根据本技术的一些实施例，所述连接件设在所述CFRP板沿长度方向的两端以连接所述CFRP板与所述钢构件本体。进一步地，所述连接件为锚具，所述锚具包括：连接板，所述连接板设在所述CFRP板的外侧；连接螺栓，所述连接螺栓与所述连接板相连，且所述连接螺栓适于穿过所述钢构件本体的侧壁与所述钢构件本体锚固为一体。进一步地，所述连接板呈矩形板体状，所述连接螺栓包括多个。具体地，所述连接螺栓为钢螺栓，所述连接板为钢压条，所述连接螺栓被构造成圆柱形状或多边形柱状。具体地，所述钢构件本体与所述连接板对应的区域进行喷砂处理。本技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。附图说明本技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是根据本技术一个实施例的预应力CFRP板增强的内平衡钢构件的立体图；图2是图1中圈示部分的局部放大图；图3是根据本技术另一个实施例的预应力CFRP板增强的内平衡钢构件的立体图；图4是图3中圈示部分的局部放大图；图5是根据本技术一个实施例的预应力CFRP板增强的内平衡钢构件的剖视图；图6是根据本技术另一个实施例的预应力CFRP板增强的内平衡钢构件的剖视图。附图标记：预应力CFRP板增强的内平衡钢构件100；钢构件本体1，腹板11，第一翼缘12，第二翼缘13，CFRP板2；连接件3，连接板31，连接螺栓32。具体实施方式下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。CFRP是由碳纤维与树脂基体混合经过一定的加工工艺复合而成的非金属材料。CFRP是碳纤维增强复合材料(CarbonFiberReinforcedPolymer/Plastic)的缩写，它具有轻质、高强、施工成型方便、耐腐蚀等显著优点。近十年，CFRP在结构工程领域中的应用发展迅速，现已成为混凝土、钢材等传统结构材料的重要补充，合理地将CFRP应用于各类结构物中已经成为结构工程发展的一个重要方向。近年来，在钢结构表面粘贴CFRP进行增强和加固的技术发展迅速，成为一种新兴的钢结构加固方法。其主要形式有：梁上下表面粘贴CFRP片材提高抗弯承载力和抗弯刚度；梁腹板粘贴CFRP片材提高抗剪承载力；钢结构表面粘贴CFRP片材提高其剩余疲劳寿命；管、柱、罐等构件表面粘贴CFRP以提高其局部稳定性或整体稳定性；在构件焊缝处包裹或铆钉附近粘贴来增强节点；对锈蚀构件进行补强并提高耐腐蚀能力。这些加固形式在国内外的一些实际工程中得到应用，起到很好的效果。在理论研究方面，CFRP加固金属结构的研究主要集中在CFRP-钢界面剥离性能、薄壁钢构件表面粘贴CFRP后的屈曲特性、CFRP对疲劳裂纹的抑制作用以及FRP加固钢结构的耐久性等方面。现有的研究中，在基本不扩大截面的情况下，使用CFRP本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种预应力CFRP板增强的内平衡钢构件，其特征在于，包括：钢构件本体；CFRP板，所述CFRP板对称布置在所述钢构件本体的外表面；连接件，所述CFRP板张拉后通过所述连接件与所述钢构件本体相连；其中，所述CFRP板张拉后置于所述钢构件本体的外表面，基本不扩大截面积，在受压或偏压荷载下，利用偏离轴心的CFRP板在钢构件本体侧向变形时凸面处于张紧状态的原理，保证在所述钢构件本体受压屈曲的过程中，仍有至少一侧的CFRP板持续受拉处于未松弛状态，由于CFRP板的抗拉强度高于抗压强度，故可充分利用未松弛的CFRP板增加所述钢构件本体的截面抗弯刚度，提升整体屈曲荷载，并提高所述钢构件本体的延性。

【技术特征摘要】
1.一种预应力CFRP板增强的内平衡钢构件，其特征在于，包括：钢构件本体；CFRP板，所述CFRP板对称布置在所述钢构件本体的外表面；连接件，所述CFRP板张拉后通过所述连接件与所述钢构件本体相连；其中，所述CFRP板张拉后置于所述钢构件本体的外表面，基本不扩大截面积，在受压或偏压荷载下，利用偏离轴心的CFRP板在钢构件本体侧向变形时凸面处于张紧状态的原理，保证在所述钢构件本体受压屈曲的过程中，仍有至少一侧的CFRP板持续受拉处于未松弛状态，由于CFRP板的抗拉强度高于抗压强度，故可充分利用未松弛的CFRP板增加所述钢构件本体的截面抗弯刚度，提升整体屈曲荷载，并提高所述钢构件本体的延性。2.根据权利要求1所述的预应力CFRP板增强的内平衡钢构件，其特征在于，所述钢构件本体为空心方钢管，所述CFRP板设在所述钢构件本体相对的两组侧壁中的至少一组中。3.根据权利要求1所述的预应力CFRP板增强的内平衡钢构件，其特征在于，所述钢构件本体为工字钢，所述工字钢包括：腹板；第一翼缘；第二翼缘，所述第一翼缘和所述第二翼...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯鹏，胡黎俐，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：新型
国别省市：北京,11