鐵塔角鋼防彎扭失穩(wěn)加固裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鐵塔角鋼防彎扭加固裝置，包括位于角鋼外側(cè)的約束構(gòu)件和位于角鋼內(nèi)側(cè)的加肋約束構(gòu)件，所述的約束構(gòu)件為一個“L”型支撐板I，所述的加肋約束構(gòu)件包括一個“L”型支撐板II，在“L”型支撐板的內(nèi)側(cè)間隔設(shè)有多個橫截面為矩形的加強(qiáng)肋板；所述的“L”型支撐板I和加強(qiáng)肋板之間形成夾持角鋼的間隙，且“L”型支撐板I和“L”型支撐板II組裝在一起形成方形外包加固裝置。
【專利說明】
鐵塔角鋼防彎扭失穩(wěn)加固裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于角鋼構(gòu)件防屈曲加固領(lǐng)域，具體涉及防止輸電塔或通訊塔等鐵塔角鋼發(fā)生整體或局部失穩(wěn)的加固方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]輸電線路作為生命線工程，其安全穩(wěn)定關(guān)系著人們的生命財產(chǎn)安全。此外，伴隨著通訊技術(shù)的發(fā)展，服役中的通訊塔升級擴(kuò)容問題成為重中之重。目前，許多輸電鐵塔或通訊塔建設(shè)時是根據(jù)當(dāng)時的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、功能要求和使用性能為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計和施工的。在投入使用多年后，在新的使用條件下，所受荷載或傳力途徑等發(fā)生變化，或在外界環(huán)境作用下， 出現(xiàn)不可避免的損傷和缺陷，引起宏觀力學(xué)性能的惡化，為工程事故的發(fā)生埋下惡果。因此，對既有鐵塔加固補強(qiáng)改造迫在眉睫。
[0003]角鋼塔施工簡單，運輸方便，被廣泛應(yīng)用于輸電線路及通訊體系中，約占全球鐵塔的80%左右。角鋼塔中的角鋼，實際上是屬于雙向偏心受壓構(gòu)件，其受力非常復(fù)雜。角鋼受壓可能呈現(xiàn)的屈曲模式包含整體失穩(wěn)(含彎曲失穩(wěn)、扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)、彎扭失穩(wěn))以及局部失穩(wěn)。無論發(fā)生哪種屈曲模式，角鋼屈曲后強(qiáng)度和剛度都會顯著下降，容易誘發(fā)結(jié)構(gòu)局部或者整體的倒塌。
[0004]為防止構(gòu)件屈曲導(dǎo)致的強(qiáng)度和剛度退化，近年來人們開發(fā)了屈曲約束支撐 (Buckling restrained brace.BRB)，改善了傳統(tǒng)中心支撐在地震或風(fēng)荷載作用下存在受壓屈曲的問題，增大了結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的是提供一種用于鐵塔角鋼加固裝置，主要防止鐵塔角鋼的彎扭失穩(wěn)及局部失穩(wěn)，提高結(jié)構(gòu)的防屈曲承載力。本發(fā)明沿角鋼受壓構(gòu)件的外表面設(shè)置兩個變形約束構(gòu)件，二者通過螺栓連接，形成外包方形截面。沿角鋼長度方向，間隔一定距離設(shè)置肋板。， 此套裝置可以起到防止角鋼發(fā)生整體失穩(wěn)和局部失穩(wěn)的作用，提高了角鋼的極限受壓承載力。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
[0007]鐵塔角鋼防彎扭加固裝置，包括位于待約束角鋼外側(cè)的約束構(gòu)件和位于待約束角鋼內(nèi)側(cè)的加肋約束構(gòu)件，
[0008]所述的約束構(gòu)件為一個“L”型支撐板I，所述的加肋約束構(gòu)件包括一個“L”型支撐板II，在“L”型支撐板的內(nèi)側(cè)間隔設(shè)有多個橫截面為矩形的加強(qiáng)肋板；
[0009]所述的“L”型支撐板I和加強(qiáng)肋板之間形成夾持所述角鋼的間隙，且“L”型支撐板I 和“L”型支撐板II組裝在一起形成方形外包加固裝置。
[0010]進(jìn)一步的，所述“L”型支撐板I的肢寬大于待約束角鋼肢寬，在待約束角鋼肢寬邊緣設(shè)置螺栓孔。
[0011]進(jìn)一步的，所述“L”型支撐板II的肢寬與待約束角鋼大致相同，在“L”型支撐板II的肢末設(shè)置90°拐角，并在拐角位置的支撐板上設(shè)置螺栓孔，用于安裝固定。
[0012]進(jìn)一步的，所述“L”型支撐板I和“L”型支撐板II通過螺栓連接。[〇〇13]進(jìn)一步的，所述約束構(gòu)件和加肋約束構(gòu)件均采用GFRP材料。
[0014]進(jìn)一步的，所述約束構(gòu)件及加肋約束構(gòu)件的長度約為待約束角鋼的4/5左右，位于待約束角鋼的中部。
[0015]進(jìn)一步的，在約束構(gòu)件或/和加肋約束構(gòu)件的底部設(shè)有限位擋塊。
[0016]進(jìn)一步的，所述的限位擋塊設(shè)置在待約束角鋼標(biāo)高較低的一端。[〇〇17]進(jìn)一步的，所述的限位擋塊采用GFRP材料。
[0018]進(jìn)一步的，所述的限位擋塊通過環(huán)氧樹脂粘貼在待約束角鋼表面。
[0019]本發(fā)明的有益效果如下:
[0020]本發(fā)明可用于加固現(xiàn)有鐵塔的角鋼，提高鐵塔的抗壓承載力，并防止角鋼的局部及整體屈曲。本發(fā)明可直接針對正在服役的輸電塔或通訊塔等鐵塔角鋼進(jìn)行加固，不需焊接，避免產(chǎn)生殘余應(yīng)力及局部損傷。該發(fā)明通過約束構(gòu)件2對角鋼進(jìn)行加固，不會造成內(nèi)力重分布。本發(fā)明操作簡單，安裝速度快，性價比高;可用于各類需要加固的角鋼塔，并且實現(xiàn)大批量角鋼鐵塔的加固。
[0021]本發(fā)明旨在角鋼構(gòu)件中施加變形約束構(gòu)件，以實現(xiàn)屈曲約束的機(jī)制。本發(fā)明擬采用基于FRP材料的約束構(gòu)件預(yù)防角鋼的局部失穩(wěn)和包含彎扭變形的整體失穩(wěn)。該裝置加工方便，施工簡單，性價比高，可對正在服役的鐵塔角鋼進(jìn)行加固。另外，F(xiàn)RP(fiber Reinforced Plastic)材料具有強(qiáng)度高，不易變形、無電腐蝕、非磁性、耐熱性和耐火性高， 具有良好的耐化學(xué)腐蝕性，在酸、堿、氯鹽和潮濕環(huán)境中可以長期使用，并有施工方便、重量輕、使用壽命長和價格低廉等優(yōu)點?！靖綀D說明】
[0022]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。[〇〇23]圖1是鐵塔三維示意圖；
[0024]圖2是鐵塔角鋼防彎扭加固裝置示意圖；[〇〇25]圖3是鐵塔角鋼防彎扭加固裝置截面示意圖；
[0026]圖中:1角鋼，2約束構(gòu)件，3加肋約束構(gòu)件，4肋板，5螺栓，6限位擋塊。【具體實施方式】
[0027]以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的實施方式。
[0028]如圖2、3所示:鐵塔角鋼防彎扭失穩(wěn)加固裝置，包括約束構(gòu)件2、加肋約束構(gòu)件3及若干螺栓5,約束構(gòu)件位于角鋼1的外側(cè)，其肢寬大于角鋼肢寬，在其肢寬的邊緣設(shè)置螺栓孔;加肋約束構(gòu)件3則位于角鋼內(nèi)側(cè)，與約束構(gòu)件2相對設(shè)置，并沿長度方向間隔設(shè)置肋板4。 加肋約束構(gòu)件肢寬與角鋼肢寬大致相同，在加肋約束構(gòu)件3肢端設(shè)置90°拐角，在拐角部分設(shè)置螺栓孔。約束構(gòu)件與加肋約束構(gòu)件通過螺栓5連接，形成方形的外包加固體系。兩塊約束構(gòu)件長度約為角鋼的4/5左右，位于角鋼長度的中間位置。[〇〇29]肋板4間距可根據(jù)計算及加固角鋼的長度進(jìn)行設(shè)置。肋板邊緣距離角鋼內(nèi)側(cè)應(yīng)留有合適間隙，防止構(gòu)件尺寸誤差所造成的安裝不便。
[0030]約束構(gòu)件2和加肋約束構(gòu)件3的厚度可根據(jù)實際情況計算得，兩種約束構(gòu)件厚度可相同。肋板厚度同約束構(gòu)件。兩類約束構(gòu)件可進(jìn)行工廠化加工，一次成型，操作簡單、施工方便，且有較穩(wěn)定的受力性能。
[0031]約束構(gòu)件2和加肋約束構(gòu)件3位于被加固角鋼的4/5左右，在角鋼兩端各留1/10的距離。[〇〇32]限位擋塊6采用FRP材料，設(shè)置于角鋼的一端(若角鋼兩端標(biāo)高不同，擋塊應(yīng)布置在標(biāo)高較低的一端)，通過聚酯纖維粘貼在被加固角鋼的表面，旨在確保約束構(gòu)件不沿角鋼軸向發(fā)生顯著滑動。
[0033]進(jìn)一步的，約束構(gòu)件2和加肋約束構(gòu)件3和肢寬大于角鋼肢寬，在約束構(gòu)件肢寬邊緣設(shè)置螺栓孔，便于固定。
[0034]進(jìn)一步的，加肋約束構(gòu)件3肢寬與角鋼大致相同，在肢末設(shè)置90°拐角，并在拐角支撐板上設(shè)置螺栓孔，用于安裝固定。加肋約束構(gòu)件沿長度方向間隔設(shè)置肋板。加肋約束構(gòu)件 2—次成型，方便安裝使用和大批量生產(chǎn)，并且可以防止產(chǎn)生操作誤差。
[0035]進(jìn)一步的，約束構(gòu)件2和加肋約束構(gòu)件3通過螺栓5連接。螺栓應(yīng)盡量使用較小規(guī)格的螺栓，建議采用M16螺栓。一般角鋼構(gòu)件可采用三個定位螺栓，位于約束構(gòu)件的兩端及中間，角鋼構(gòu)件較長時，可視情況增加定位螺栓的數(shù)量。
[0036]進(jìn)一步的，約束構(gòu)件2及加肋約束構(gòu)件3固長度約為角鋼的4/5左右，固定于角鋼的中間位置。
[0037]進(jìn)一步的，限位擋塊6設(shè)置于角鋼1的一端(若角鋼兩端標(biāo)高不同，擋塊應(yīng)布置在標(biāo)高較低的一端)，通過聚酯纖維粘貼在被加固角鋼表面，確保該裝置在受拉受壓過程中不會發(fā)生脫落。[〇〇38]約束構(gòu)件2及加肋約束構(gòu)件3擬采用FRP材料，F(xiàn)RP稱為玻璃鋼或玻璃鋼增強(qiáng)塑料， 工程結(jié)構(gòu)中常用的FRP主材主要有碳纖維(CFRP)、玻璃纖維(GFRP)及芳綸纖維(AFRP)，其材料形式主要有片材(纖維布和板)、棒材(筋材和索材)及型材(格柵型、工字型、蜂窩型等)。 其中GFRP具有強(qiáng)度高、不易變形、非磁性、耐熱性和耐火性高的特點，具有較好的耐化學(xué)腐蝕性和較長的使用壽命，且施工方便，質(zhì)量小，價格低廉，可一次成型并工廠化生產(chǎn)。本專利約束構(gòu)件及加肋約束構(gòu)件不僅僅局限于FRP材料，也可以考慮其他材料(如鋼材、鋁合金等)；另外，肋板也可由輕質(zhì)高強(qiáng)的填充材料替代。
[0039]進(jìn)一步的，約束構(gòu)件2為一個“L”型支撐板I，加肋約束構(gòu)件3包括一個“L”型支撐板 II，在“L”型支撐板的內(nèi)側(cè)間隔設(shè)有多個橫截面為矩形的加強(qiáng)肋板4;
[0040]所述的“L”型支撐板I和加強(qiáng)肋板之間形成夾持角鋼的間隙，且“L”型支撐板I和 “L”型支撐板II組裝在一起形成方形外包加固裝置。[0041 ]進(jìn)一步的，“L”型支撐板I的肢寬大于角鋼肢寬，在角鋼肢寬邊緣設(shè)置螺栓孔。[〇〇42]進(jìn)一步的，“L”型支撐板II的肢寬與角鋼大致相同，在“L”型支撐板II的肢末設(shè)置 90°拐角，并在拐角支撐板上設(shè)置螺栓孔，用于安裝固定。
[0043]進(jìn)一步的，“L”型支撐板I和“L”型支撐板II通過螺栓5連接，螺栓5旨在連接約束構(gòu)件及加肋約束構(gòu)件，可在確保約束構(gòu)件預(yù)期功能的情況下盡量減小螺栓用量以縮小材料和安裝成本。
[0044]本實施方案中需要注意以下幾個方面:
[0045]第一，約束構(gòu)件的肋板距離角鋼內(nèi)側(cè)邊緣應(yīng)留有空隙，防止構(gòu)件尺寸誤差，造成安裝不便。
[0046]第二，在對角鋼進(jìn)行加固之前，要對鐵塔進(jìn)行綜合評估，以設(shè)計并確定約束構(gòu)件的尺寸，達(dá)到較好的加固效果。[〇〇47]本實施方案中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的具體情況確定鐵塔角鋼加固裝置的安裝位置和數(shù)量，以達(dá)到最佳的加固效果。
[0048]本發(fā)明在鐵塔角鋼外側(cè)設(shè)置約束構(gòu)件，內(nèi)側(cè)設(shè)置加肋約束構(gòu)件，兩個約束構(gòu)件相對設(shè)置，通過螺栓連接。實現(xiàn)在無焊接的情況下，對正在服役的輸電塔或通訊塔等鐵塔的角鋼進(jìn)行加固的目的。
[0049]本發(fā)明的上述實施方案并不是對本發(fā)明保護(hù)范圍的限定，本發(fā)明的實施方式不限于此，凡此種根據(jù)本發(fā)明的上述內(nèi)容，按照本領(lǐng)域的普通技術(shù)知識和慣用手段，在不脫離本發(fā)明上述基本技術(shù)思想前提下，對本發(fā)明上述結(jié)構(gòu)做出的其它多種形式的修改、替換或變更，均應(yīng)落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.鐵塔角鋼防彎扭加固裝置，其特征在于:包括位于待約束角鋼外側(cè)的約束構(gòu)件和位 于待約束角鋼內(nèi)側(cè)的加肋約束構(gòu)件，所述的約束構(gòu)件為一個“L”型支撐板I，所述的加肋約束構(gòu)件包括一個“L”型支撐板II， 在“L”型支撐板的內(nèi)側(cè)間隔設(shè)有多個橫截面為矩形的加強(qiáng)肋板；所述的“L”型支撐板I和加強(qiáng)肋板之間形成夾持所述角鋼的間隙，且“L”型支撐板I和 “L”型支撐板II組裝在一起形成方形外包加固裝置。2.如權(quán)利要求1所述的鐵塔角鋼防彎扭加固裝置，其特征在于:所述“L”型支撐板I的肢 寬大于待約束角鋼肢寬，在待約束角鋼肢寬邊緣設(shè)置螺栓孔。3.如權(quán)利要求1所述的鐵塔角鋼防彎扭加固裝置，其特征在于:所述“L”型支撐板II的 肢寬與待約束角鋼大致相同，在“L”型支撐板II的肢末設(shè)置90°拐角，并在拐角位置的支撐 板上設(shè)置螺栓孔，用于安裝固定。4.如權(quán)利要求1所述的鐵塔角鋼防彎扭加固裝置，其特征在于:所述“L”型支撐板I和 “L”型支撐板II通過螺栓連接。5.如權(quán)利要求1所述的鐵塔角鋼防彎扭加固裝置，其特征在于:所述約束構(gòu)件和加肋約 束構(gòu)件均采用GFRP材料。6.如權(quán)利要求1所述的鐵塔角鋼防彎扭加固裝置，其特征在于:所述約束構(gòu)件及加肋約 束構(gòu)件的長度約為待約束角鋼的4 / 5左右，位于待約束角鋼的中部。7.如權(quán)利要求1所述的鐵塔角鋼防屈曲加固裝置，其特征在于，在約束構(gòu)件或/和加肋 約束構(gòu)件的底部設(shè)有限位擋塊。8.如權(quán)利要求7所述的鐵塔角鋼防屈曲加固裝置，其特征在于，所述的限位擋塊設(shè)置在 待約束角鋼標(biāo)尚$父低的一端。9.如權(quán)利要求7所述的鐵塔角鋼防屈曲加固裝置，其特征在于，所述的限位擋塊采用 GFRP材料。10.如權(quán)利要求7所述的鐵塔角鋼防屈曲加固裝置，其特征在于，所述的限位擋塊通過 環(huán)氧樹脂粘貼在待約束角鋼表面。
【文檔編號】E04H12/10GK105952239SQ201610457324
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月21日
【發(fā)明人】田利, 郭劉潞, 曲冰
【申請人】山東大學(xué)