一种加固钢构件方法及其构造技术

本发明专利技术“一种加固钢构件方法及其构造”，涉及钢结构加固领域。对原核心构件不进行任何卸载和截面削弱，通过在核心构件外逐层设置固体块材、外包柔性材料来约束原核心构件的局部平面外变形和构件整体的弯曲变形，使核心构件的材料处于三项受力状态。加固钢构件构造包括需加固的核心构件、固体块材与外包柔性材料，固体块材的抗弯刚度远大于核心构件的抗弯刚度，固体块材的厚度远大于核心钢构件的截面厚度，固体块材位于柔性材料与核心构件之间，内接触面无粘结，外接触面有粘结。本发明专利技术既约束构件的受压整体屈曲，又约束构件的局部屈曲，加固效果显著，布置灵活、无需现场焊接，加固过程简单、对原结构影响小，大大提高施工效率。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术“一种加固钢构件方法及其构造”，涉及钢结构加固领域。对原核心构件不进行任何卸载和截面削弱，通过在核心构件外逐层设置固体块材、外包柔性材料来约束原核心构件的局部平面外变形和构件整体的弯曲变形，使核心构件的材料处于三项受力状态。加固钢构件构造包括需加固的核心构件、固体块材与外包柔性材料，固体块材的抗弯刚度远大于核心构件的抗弯刚度，固体块材的厚度远大于核心钢构件的截面厚度，固体块材位于柔性材料与核心构件之间，内接触面无粘结，外接触面有粘结。本专利技术既约束构件的受压整体屈曲，又约束构件的局部屈曲，加固效果显著，布置灵活、无需现场焊接，加固过程简单、对原结构影响小，大大提高施工效率。【专利说明】一种加固钢构件方法及其构造
本专利技术涉及钢结构加固领域，特别是涉及具有初始弯曲、局部屈曲、残余应力的受压构件的加固。
技术介绍
现役钢结构建筑由于设计、制造、施工、使用及环境等因素的影响，钢结构局部构件出现了缺陷和损伤，比如锈蚀、局部屈曲及挠度过大等，给整体结构的使用带来了严重的安全隐患。对于钢结构构件加固，加固的方法包括:1、截面补强法:在局部或沿构件全长以钢材补强，连成整体使之共同受力。传统的截面补强方法多采用焊接型钢或者钢板，焊接时高温作用使焊接部位的组织及性能劣化产生温度应力、存在焊接缺陷、残余应力，相较于普通构件更容易导致开裂，并且裂缝一旦扩展，就有可能一断到底，引发重大事故。采用螺栓连接需要在损伤部位附近的钢材上开孔，削弱了截面，形成新的应力集中区；普通螺栓在动载作用下易松动，高强螺栓易发生应力松弛现象，降低了结构的修补效果；补板与原结构仅在螺栓连接点处紧密结合，很难达到理想的补强加固效果，2、改变计算简图:增设附加支承，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迫位移，降低应力峰值等；此方法对结构的使用功能有所限制，影响原结构的受力情况，需对整体结构重新计算，施工过程复杂。3、预应力拉索法:利用高强拉索加固结构薄弱环节或提高结构整体承载力、刚度和稳度；此方法与改变计算简图法有很多相似之处，对结构的适用功能有限制，影响原结构的受力情况，需对整体结构重新计算，而且此方法对原结构的要求较改变计算简图法更为苛刻，施工更加复杂，对操作者的技术要求很高。
技术实现思路
本专利技术相较于已有的钢构件加固方法是一种加固原理上的革新，现有加固方法主要从两种思路切入，要么是加大构件横截面或者降低构件在结构体系中承载的力；而本专利技术是在充分利用材料强度方面切入，通过防止核心构件屈曲来增加对材料强度的利用。钢材的力学物理特性是在材料达到屈服强度前，应力与应变呈正比，即弹性；在材料达到屈服强度后，在应力保持基本不变的情况下应变可以有明显的增加，即塑性。钢材的力学物理特性还有一个显著的特点是在材料三维单一方向受力，其余两个方向无约束时(即单向受力状态)的屈服强度要低于另外两个方向有约束时(即三向受力状态)的屈服强度。现有的加固方法加固的构件在达到极限承载力时构件截面的应变应力满足平截面假定，材料处于单项受力状态，截面材料仅部分边缘区域达到屈服强度，其余均处于弹性阶段，对材料的塑性强度利用很少，截面对材料强度利用的平均水平普遍低于50 %的材料屈服强度；而本专利技术方法加固后的构件在达到极限承载力时，由于可以有效约束构件局部平面外变形和构件整体的弯曲变形，材料处于三项受力状态，截面材料已有大部分处于塑性阶段，甚至进入全截面塑性，可以充分的利用材料屈服强度。为此，本专利技术给出的技术方案为:一种加固钢构件构造，其特征在于，包括需加固的核心构件、固体块材与外包的具有较高受拉强度的柔性材料。所述需加固的核心构件可以具有初始弯曲、局部屈曲、残余应力等缺陷；所述固体块材的抗弯刚度大于核心构件的抗弯刚度，所述固体块材的厚度大于核心钢构件的截面厚度。所述具有较高受拉强度的柔性材料(如碳纤维布)完整缠绕所述固体块材外围；所述固体块材位于柔性材料与核心构件之间，分别与核心构件具有内接触面，与柔性材料具有外接触面，所述内接触面无粘结，所述外接触面有粘结。进一步地，所述柔性材料具有较高的受拉强度，如碳纤维及由各种基体材料和复合方式形成的碳纤维增强复合材料，按一定的缠绕方式完整外包所述核心固体块材。 进一步地，所述固体块材位于柔性材料与核心构件之间，所述固体块材为可以现浇或预制的具有一定受压强度的固体，如现浇的混凝土砂浆，PVC,预制的加气混泥土砌块坐寸O进一步地，需加固的核心构件与固体块材的内接触面无粘结,轴向位移变形相互分离，不能承受剪力；固体块材与外包的具有较高受拉强度的柔性材料的外接触面有粘结，位移变形协调，可以承受一定剪力。一种加固钢构件方法，其特征在于，对原核心构件不进行任何卸载和截面削弱的情况下，通过在核心构件外逐层设置固体块材、外包柔性材料来约束原核心构件的局部平面外变形和构件整体的弯曲变形，使核心构件的材料处于三项受力状态，因此可以通过利用材料的屈服强度和三向受力强度提高核心构件的极限承载力。所述核心构件与固体块材之间采用无粘结，则两者轴向变形分离，其余两个方向变形协调，固体块材的抗弯刚度大于核心构件的抗弯刚度，通过固体块材的抗弯刚度约束核心构件平面内和平面外两个方向的弯曲变形，由于固体块材的厚度大于核心钢构件的截面厚度，可以有效约束核心构件的局部屈曲，使核心构件的材料处于三项受力状态，同时也提高了核心构件的抗弯刚度。而且由于核心构件与固体块材之间无粘结，在原核心构件承受往复荷载作用时，例如地震作用、机械运转作用等，可以有效避免固体块材大范围碎裂，是对构件耗能能力要求较高时的一种有效加固措施。如果核心构件与固体块材之间有粘结，则核心构件与固体块材之间三个方向均变形协调，固体块材除了能够约束构件整体弯曲与局部屈曲变形外，还可以与核心构件一同承担轴向荷载，结合了通过利用材料的屈服强度和三向受力强度提高核心构件的极限承载力和传统截面补强方法的特征。相对于核心构件与固体块材之间无粘结的加固方法，对固体块材的材料强度刚度要求较高，但对构件的极限承载力提高相差无几，因此是在对构件耗能能力要求不高时的也可以采用的一种加固措施。但由于核心构件与固体块材之间有粘结时对固体块材的材料要求较高，对构件极限承载能力提高有限，对构件的耗能能力损失很大，相比较来说更推荐核心构件与固体块材之间无粘结的加固方法。所述外包采用具有较高受拉强度的柔性材料是为了是固体块材也处于三向受力状态，有效防止固体块材过早的开裂或压碎，固体块材与外包的具有较高受拉强度的柔性材料的外接触面有粘结，是为了使两者变形协调，同时也起到固定柔性材料的作用。本专利技术既可以约束构件的受压整体屈曲，又可以约束构件的局部屈曲；相较于传统的加固方式，既可以只提高刚度，也可以同时提高刚度和承载力；不需要对原结构构件进行焊接、开孔等操作，不影响原构件的承载力；在施工期间，一般不需要对原结构进行临时支撑，施工过程相对简单。总之，本专利技术相较于现有的钢结构加固方法，加固效果显著，而且布置灵活、无需现场焊接、对操作者的技术没有很高的要求，加固过程简单、对原结构影响小，大大提高施工效率。如上所述，本专利技术型使用具有较高受拉强度的柔性材料(如碳纤维布)结合固体块材加固钢构件的方法能很好解决钢结构刚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种加固钢构件构造，其特征在于，包括需加固的核心构件、固体块材与外包柔性材料，所述固体块材的抗弯刚度大于核心构件的抗弯刚度，所述固体块材的厚度大于核心钢构件的截面厚度，所述固体块材位于柔性材料与核心构件之间，分别与核心构件具有内接触面，与柔性材料具有外接触面，所述内接触面无粘结，所述外接触面有粘结。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋首超，蔡雨芳，文见，何飞，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31