一种钢柱螺栓节点处的加固装置及其设计方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种钢柱螺栓节点处的加固装置，该装置包括两块截面成“U”字形的加固钢板，左右对称焊接在钢柱翼缘的拼接处，钢柱为工字型钢，加固钢板和钢柱形成一封闭形箱体。可在箱形体内浇筑纤维混凝土，以及在箱体内靠近工字型钢的区域设置钢筋。本发明专利技术克服了螺栓拼接节点螺栓侧凹凸不平无法焊接钢板进行加固的缺陷，同时保证节点处具有良好的耗能性能，满足承载力要求，简化节点施工。本发明专利技术根据大量数据和曲线特性，建立一种纤维混凝土应力‑应变曲线方程。根据纤维混凝土和钢材的应力‑应变曲线，利用纤维截面法，来校核是否满足加固要求，该方法具有准确性高、计算简单的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种钢柱螺栓节点处的加固装置及其设计方法
本专利技术涉及建筑结构工程
，特别涉及一种钢柱螺栓节点处的加固装置及其设计方法。
技术介绍
目前，在建筑施工过程中，一般采取粘贴钢板的方法对钢柱进行加固，若截面承载力不足，可将钢板通过穿孔塞焊于钢柱翼缘达到加固补强的效果。但在钢柱翼缘的拼接处，由于螺栓的存在使得其表面凹凸不平，无法粘贴钢板，使得节点的加固变得困难。由于钢柱节点区域的加固不仅需要满足强度需求，还需要具有一定的耗能性能，如果在螺栓节点区也采用直接焊接加固的方式将使节点的延性变差，也不能满足实际应用的需求。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种钢柱螺栓节点处的加固装置，通过设置该装置，能够满足柱对接处节点的受力性能，提高节点区的强度和变形能力，简化节点施工。本专利技术的另一个目的在于提供一种用于实现上述钢柱螺栓节点处的加固装置的设计方法，该方法能够在设计阶段对加固装置的强度进行计算，使其满足加固要求。本专利技术的目的通过以下的技术方案实现：一种钢柱螺栓节点处的加固装置，包括两块截面成“U”字形的加固钢板，左右对称焊接在钢柱翼缘的拼接处，钢柱为工字型钢，加固钢板和钢柱形成一封闭形箱体。通过设置两个加固钢板，从而克服了不能通过焊接钢板进行加固的缺陷。优选的，在所述封闭形箱体内浇筑纤维混凝土。从而提高箱形体的抗震性能。更进一步的，所述纤维混凝土采用钢纤维混凝土。该类的混凝土抗裂性较好。优选的，在所述封闭形箱体内靠近工字型钢的区域设置钢筋。用于提高箱形体的截面抗弯承载力。一种用于实现上述钢柱螺栓节点处的加固装置的设计方法，步骤是：(1)获取当前纤维混凝土的应力-应变曲线；(2)设定钢筋数量，获取当前钢材的应力-应变曲线；(3)根据钢板厚度、钢筋配置量、纤维混凝土的几何尺寸信息，利用纤维截面法，结合上述两种曲线，得到理论上的P-M相关性曲线，其中P表示轴力，M表示弯矩；(4)校核当前设计是否满足加固要求，如果不满足，则改变钢筋数量，重新执行步骤(3)，直到符合加固要求，完成设计。优选的，步骤(1)中，当前纤维混凝土的应力-应变曲线方程如下：x、y分别表示纤维混凝土的应变和应力，a1采用如下方法求出：在应力应变曲线软化阶段，x达到峰值应变的ξe倍时，即认为此时钢纤维混凝土只存在残余强度，且残余强度为峰值强度的fr倍，即x＝ξe时,y＝fr，求解出c2如下式：式中，E0,Ec分别为纤维混凝土的弹性模量和割线模量。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：1、本专利技术提出在钢柱翼缘的拼接处，左右对称焊接一加固钢板，可以提高截面的承载力。2、本专利技术提出在加固钢板所提供的承载力尚无法满足主轴的抗弯能力时，还可以通过增设钢筋来进一步加强。3、本专利技术中加固钢板和钢柱形成一封闭形箱体，可以通过在其内浇筑钢纤维混凝土以进一步提高耗能性能。4、本专利技术可预先利用纤维混凝土的应力-应变曲线和钢材的应力-应变曲线得到符合要求的加固装置设计，简化结构设计方法。附图说明图1是本实施例的正视图。图2是图1中A-A面的剖面图。图3是图1中B-B面的剖面图。图4a是图3中B1所示螺栓连接板的结构示意图。图4b是图3中B2所示螺栓连接板的结构示意图。图4c是图3中B3所示螺栓连接板的结构示意图。图5是本实施例中建立的纤维混凝土的应力-应变曲线理论和试验曲线对比图。图6是纤维单元的截面示意图。其中：1—纤维混凝土；2—钢筋；3—加固钢板。具体实施方式附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1如图1-3所示，本实施例中的钢柱为工字型钢，在钢柱表面设有图4a、图4b、图4c所示的螺栓连接板，在进行连接时由于螺栓造成表面不平，因此无法采用传统方法通过焊接钢板进行加固。为此，本实施例提出一种钢柱螺栓节点处的加固装置，具体包括两块截面成“U”字形的加固钢板3、浇筑纤维混凝土1以及添加钢筋2。这里需说明的是，上述浇筑纤维混凝土以及添加钢筋可根据具体工程要求进行选择，不是必须的。“U”字形的加固钢板可由工厂直接加工成型，也可现场制作，截面的大小依据截面加固的强度需求确定。两块截面成“U”字形的加固钢板，左右对称焊接在钢柱翼缘的拼接处，加固钢板和钢柱形成一封闭形箱体。该封闭形箱体同时还可作为纤维混凝土的浇筑模板。如果工程需要，可将纤维混凝土浇筑在上述封闭形箱体中，纤维混凝土可以选择钢纤维混凝土，亦可由其它抗裂性较好的纤维混凝土替代。在地震作用下，混凝土开裂引起的裂缝扩展由于纤维的阻断而产生较大的能量耗散，因此具有良好的耗能性能。同样的，如果U型钢板提供的承载力无法满足主轴的抗弯能力，可以通过在箱体内靠近工字型钢的区域设置钢筋来调整，如图3所示。如果要增设钢筋，那么该加固装置的施工步骤是：先将一对U形钢板焊接于原截面两侧，然后固定钢筋位置，最后浇筑纤维混凝土。为了延长装置的使用寿命，所述封闭形箱体外表面涂覆有防锈涂层、防火涂层等保护涂层。对于浇筑纤维混凝土以及加设钢筋的加固装置，可采用如下设计方法进行预先设计，步骤是：(1)获取当前纤维混凝土的应力-应变曲线；(2)设定钢筋数量，获取当前钢材的应力-应变曲线；(3)根据钢板厚度、钢筋配置量、纤维混凝土的几何尺寸信息，利用纤维截面法，结合上述两种曲线，得到理论上的P-M相关性曲线，其中P表示轴力，M表示弯矩；(4)校核当前设计是否满足加固要求，如果不满足，则改变钢筋数量，重新执行步骤(3)，直到符合加固要求，完成设计。其中，步骤(1)中，要建立纤维混凝土的应力-应变曲线方程需要先弄清混凝土轴压应力-应变全曲线的几何特点，根据大量实验的结果，将混凝土受压应力-应变全曲线用无量纲坐标表示，该曲线几何特征点如下：(1)起始点x＝0，y＝0；(2)0≤x＜1，d2y/dx2＜0，即上升段曲线斜率(dy/dx)单调减小且无拐点；(3)x＝1时，y＝1，dy/dx＝0，即单峰值；曲线上升段和下降段的分界点。在应力达到峰值点时，主裂缝已贯通钢纤维混凝土试件。(4)当d2y/dx2＝0时，xD＞1，即下降段有一拐点(D)；通过峰值点后横向变形急剧增长，不稳定裂缝急速扩展，到达拐点时应力下降率达到最大值。(5)当d3y/dx3＝0时，xE＞1，即下降段上的最大曲率点(E)；最大曲率点即收敛点，过拐点后，若干条纵向裂缝发展相连，贯通整个试件，形成若干接近竖向的破坏断面，随着断面宽度的不断增大，跨越裂缝的钢纤维被拔出，钢纤维混凝土解体破坏。(6)当x→∞，y→0时，dy/dx→0曲线过收敛点后，曲线接近水平发展，在相当长一段时间内还存在残余强度。(7)全部曲线x≥0，1≥y≥0。根据上述曲线的特点，可先建立如下的方程表达形式：公式中，x、y分别表示纤维混凝土的应变和应力，a1、a2、b2、c2均为待定参数。由上面的条件(2)可得：求解公式(1.2)，得到：a2＝a1-2+c2，b2＝1-2c2代入公式(1.1)中，得到纤维混凝土的应力-应变曲线方程如下：对公式(1.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钢柱螺栓节点处的加固装置，其特征在于，包括两块截面成“U”字形的加固钢板，左右对称焊接在钢柱翼缘的拼接处，钢柱为工字型钢，加固钢板和钢柱形成一封闭形箱体。

【技术特征摘要】
1.一种钢柱螺栓节点处的加固装置，其特征在于，包括两块截面成“U”字形的加固钢板，左右对称焊接在钢柱翼缘的拼接处，钢柱为工字型钢，加固钢板和钢柱形成一封闭形箱体。2.根据权利要求1所述的钢柱螺栓节点处的加固装置，其特征在于，在所述封闭形箱体内浇筑纤维混凝土。3.根据权利要求2所述的钢柱螺栓节点处的加固装置，其特征在于，所述纤维混凝土采用钢纤维混凝土。4.根据权利要求2所述的钢柱螺栓节点处的加固装置，其特征在于，在所述封闭形箱体内靠近工字型钢的区域设置钢筋。5.一种用于实现权利要求4所述钢柱螺栓节点处的加固装置的设计方法，其特征在于，步骤是：(1)获取当前纤维混凝土的应力-应变曲线；(2)设定钢筋数量，获取当前钢材的应力-应变曲线；(3)...

【专利技术属性】
技术研发人员：戚永乐，张略秋，周玉，朱宏伟，尹春明，
申请(专利权)人：中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44