碳纤维增强复合材料加固圆管结构空间K制造技术

本发明专利技术公开一种碳纤维增强复合材料加固圆管结构空间K

【技术实现步骤摘要】
碳纤维增强复合材料加固圆管结构空间K
’
T型节点的方法


[0001]本专利技术涉及土木工程中的结构工程领域，特别涉及一种碳纤维增强复合材料加固圆管结构空间K
’
T型节点的方法。

技术介绍

[0002]钢管结构历史悠久并且应用广泛，但随着服役年限的增加，钢管结构在环境作用下不可避免地出现锈蚀等情况，导致结构强度会下降。另外，随着社会的进步，结构的用途向多样化方向发展，最初的结构设计难以满足现在的使用要求，需要对现有结构进行二次设计。钢管结构的节点区域属于结构设计的关键部位，研究节点区域的加固具有重要的理论意义和实用价值。
[0003]碳纤维增强复合材料CFRP（Carbon Fiber Reinforced Polymer）是一种新型复合材料，其抗拉强度可达钢材的十倍，弹性模量比钢材略高。由于其具有轻质高强、耐久性优异、耐腐蚀性能良好、施工便捷及可设计性强等优点，早期主要应用于航空航天和军工行业。随着科技的进步，碳纤维丝的质量和性能稳定性不断提高，碳纤维布的编织技术也越来越成熟，该材料逐渐应用于建筑行业。
[0004]目前，碳纤维布加固方法已成为混凝土结构加固的重要技术手段之一。然而，碳纤维布加固管节点的研究起步相对较晚，管节点的加固技术主要是焊接、栓接、铆接或套筒加固等。相比于目前的加固技术，碳纤维布加固管节点具有诸多优势，主要有以下四方面：（1）施工不会引入热源，避免残余应力产生；（2）不需开孔，不会导致严重的应力集中；（3）碳纤维布作为一种卷材，现场比较容易控制形状，对设计精度的要求相对较低；（4）碳纤维布加固方法施工速度快，可以大大地缩短施工周期，节约时间成本。
[0005]目前，碳纤维布加固技术在管节点加固方面的相关研究和设计比较匮乏。因此，提出一套合理可行的碳纤维布加固管节点的设计理念和设计方法具有重要意义，为工业界的加固设计和学术界的加固研究提供参考。
[0006]在先文献CN104790683B公开一种采用纤维增强复合材料加固金属管节点的方法，此加固方法是针对主管一侧设有二个支管。但是，当主管两侧各设一个或二个支管的密集区域，该加固路径将与支管发生冲突，在先文献明显不适合双侧多节点的加固。
[0007]这是本申请需要着重改善的地方。

技术实现思路

[0008]本专利技术所要解决的技术问题是要提供一种碳纤维增强复合材料加固圆管结构空间K
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T型节点的方法，提高了节点的刚度、延性、承载力等静力性能及疲劳性能。
[0009]为了解决以上的技术问题，本专利技术提供了一种碳纤维增强复合材料加固圆管结构空间K
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T型节点的方法，包括如下的步骤：
S1：预准备：在需加固的圆管表面放线定位，确认碳纤维布的裁剪尺寸及细节，按照现场量测的尺寸裁剪碳纤维布；S2：待加固圆管表面处理：S21：打磨掉需加固圆管表面的覆盖涂层，直至暴露出钢结构表面；S22：擦洗打磨后的钢结构表面，去除油污及污染物，晾至干燥；S3：外贴碳纤维布按照先后顺序加固处理：S31：单向碳纤维布加固多支管间的K型间隙区域；所述单向碳纤维布粘贴于K型间隙区域，单向碳纤维布的长度L1满足公式（1）：
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（1）；其中，l
cf1
和l
cf2
分别为单向碳纤维布沿支管轴向的加固长度，g为K型间隙的长度；所述单向碳纤维布的纤维方向与支管轴向保持一致；所述单向碳纤维布的宽度为支管周长的1/4；所述K型间隙区域的加固层数大于三层；S32：双向碳纤维布加固节点区域的主管；以两层双向碳纤维布为一个单位，环向完整加固主管一周；双向碳纤维布重复区域长度不小于300mm；所述双向碳纤维布的纤维方向与主管的轴向平行或垂直；所述主管的加固层数大于等于四层；裁剪两层双向碳纤维布时，两层的裁剪路径应错开，避免裁剪缝重叠的情况；S33：单向碳纤维布分区域加固支管；S331：离联系杆近的支管面区域，沿支管轴向粘贴单向碳纤维布；S332：离联系杆远的支管面区域，单向碳纤维布的一端沿支管轴向粘贴于侧面，另一端绕过主管底部缠绕粘贴在主管上；增强主管与支管的连接强度，约束主管侧向变形；所述单向碳纤维布的纤维方向与支管轴向保持一致；所述单向碳纤维布的宽度为支管周长的1/2；所述支管的加固层数大于等于三层；所述步骤S331和S332中，所述单向碳纤维布沿支管轴向的加固长度不小于三倍支管外径；S34：单向碳纤维布加固主管另一侧的联系杆；所述单向碳纤维布一端先粘贴联系杆的一半区域，另一端绕过K型间隙区域后，粘贴于联系杆的另一半区域；提高了联系杆的轴向强度，而且对K型间隙区域进行了压实，进一步加强了K型间隙区域的强度；所述单向碳纤维布为两端宽中间窄的碳纤维布，两端部的宽度为联系杆周长的1/2；所述单向碳纤维布的纤维方向与联系杆轴向保持一致；所述联系杆的加固层数大于三层；S35：双向碳纤维布再次加固节点区域的主管；
以两层双向碳纤维布为一个单位，环向完整加固主管一周；进一步加强节点区域主管的强度，而且将支管和联系杆的单向碳纤维布进行了封闭，减少暴露在环境中的碳纤维布自由边，有利于碳纤维布的耐久性和后续的涂装；S36：端部锚固；采用单向碳纤维布作为压条，从主支管相交处至端部自由端进行环向锚固，保持端部压条的纤维方向与主管轴向垂直；在主管两端部、支管端部和联系杆端部进行锚固，锚固的层数大于等于三层；上述步骤S31
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S35中粘贴碳纤维布，是先用羊毛刷子蘸取适量胶粘剂并均匀涂刷到待加固区域，然后将碳纤维布平整地粘贴到相应区域上，并立即使用刮板和滚筒挤压碳纤维布，使之浸润胶粘剂并除去内部孔隙；每粘贴完一层碳纤维布后，再次在碳纤维布表面涂刷胶粘剂，为了使胶粘剂浸透碳纤维布，更为下一层碳纤维布的粘贴作准备；S4：后期养护；完成粘贴加固后，在通风干燥的条件下养护一到两周，等待胶层地充分固化。
[0010]所述步骤S31
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S35中，剪裁后碳纤维布与待加固区域的圆管贴合，焊缝等凹凸不平处先做补平处理，避免出现鼓曲和褶皱。
[0011]本专利技术的优越功效在于：1）本申请加固方法针对节点区域较薄弱的K型间隙处加固大于三层的沿主管轴向的单向碳纤维布、至少四层双向碳纤维布和大于三层垂直主管轴向的单向碳纤维布，联系杆加固的碳纤维布起到了压实的作用；2）本申请加固方法针对空间圆管K
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T型节点，从力学的角度分析并合理布置单向碳纤维布和双向碳纤维布，并通过将碳纤维布外贴于节点域，当荷载作用于圆管结构上时，碳纤维布协同管节点变形，分担一部分荷载，强化节点的力学性能，达到碳纤维布与圆管节点协同工作的效果，根据有限元分析结果可知，加固后节点刚度提高2倍以上，延性提高2.2倍以上，承载力提高20%以上，疲劳寿命提高50%以上；3）本申请将联系杆分成两半进行加固，不仅可以节省碳纤维布材，而且在提高联系杆强度的同时，加强了联系杆与主管的连接，并且对K型间隙处进一步起到加固的作用；4）本申请本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维增强复合材料加固圆管结构空间K
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T型节点的方法，包括待加固圆管表面处理、外贴碳纤维布进行加固处理和后期保养，其特征在于：所述外贴碳纤维布按照先后顺序加固处理，包括如下的步骤：S1：单向碳纤维布加固多支管间的K型间隙区域；所述单向碳纤维布粘贴于K型间隙区域，单向碳纤维布的长度L1满足公式（1）：
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（1）；其中，l
cf1
和l
cf2
分别为单向碳纤维布沿支管轴向的加固长度，g为K型间隙的长度；所述K型间隙区域的加固层数大于三层；S2：双向碳纤维布加固节点区域的主管；以两层双向碳纤维布为一个单位，环向完整加固主管一周；所述主管的加固层数大于等于四层；S3：单向碳纤维布分区域加固支管；S31：离联系杆近的支管面区域，沿支管轴向粘贴单向碳纤维布；S32：离联系杆远的支管面区域，单向碳纤维布的一端沿支管轴向粘贴于侧面，另一端绕过主管底部缠绕粘贴在主管上；所述支管的加固层数大于等于三层；S4：单向碳纤维布加固主管另一侧的联系杆；所述单向碳纤维布一端先粘贴联系杆的一半区域，另一端绕过K型间隙区域后，粘贴于联系杆的另一半区域，并压实K型间隙区域；所述联系杆的加固层数大于三层；S5：双向碳纤维布再次加固节点区域的主管；以两层双向碳纤维布为一个单位，环向完整加固主管一周，并将支管和联系杆的单向碳纤维布进行了封闭；S6：端部锚固；单向碳纤维布作为压条，从主支管相交处至端部自由端进行环向锚固，锚固的层数大于等于三层。2.根据权利要求1所述的碳纤维增强复合材料加固圆管结构空间K
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T型节点的方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述单向碳纤维布的纤维方向与支管轴向保持一致，单向碳纤维布的宽度为支管周长的1/4。3.根据权利要求1所述的碳纤维增强复合材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：王甜甜，童乐为，周海明，许飞，颜阳，
申请(专利权)人：上海怡昌新材料科技有限公司中铁上海设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：