一種用碳纖維復(fù)合增強(qiáng)材料加固的鋼管相貫節(jié)點(diǎn)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用碳纖維復(fù)合增強(qiáng)材料加固的鋼管相貫節(jié)點(diǎn)，包括節(jié)點(diǎn)鋼管主管、節(jié)點(diǎn)鋼管支管、膠結(jié)劑和碳纖維布，所述節(jié)點(diǎn)鋼管主管和節(jié)點(diǎn)鋼管支管為圓形或矩形鋼管；所述鋼管相貫節(jié)點(diǎn)上均勻涂抹有膠結(jié)劑，膠結(jié)劑上粘貼纏繞有碳纖維布，碳纖維布將涂抹膠結(jié)劑的鋼管相貫節(jié)點(diǎn)包裹其中。本發(fā)明適用于已有焊接管節(jié)點(diǎn)的加固，可以提高節(jié)點(diǎn)的承載力、抗疲勞性能、耐腐蝕性和耐久性；降低節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力集中程度，緩解裂縫的生成和發(fā)展。
【專利說(shuō)明】一種用碳纖維復(fù)合增強(qiáng)材料加固的鋼管相貫節(jié)點(diǎn)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及土木工程新型結(jié)構(gòu)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用碳纖維復(fù)合增強(qiáng)材料加固的鋼管相貫節(jié)點(diǎn)。
【背景技術(shù)】
[0002]近十幾年來(lái)，鋼管相貫節(jié)點(diǎn)以其獨(dú)特的優(yōu)越性被越來(lái)越廣泛運(yùn)用于機(jī)場(chǎng)、車站、橋梁、體育館、電視塔、會(huì)展中心、工業(yè)建筑和高層建筑等各類結(jié)構(gòu)中。但大量實(shí)驗(yàn)證明鋼管結(jié)構(gòu)往往會(huì)在節(jié)點(diǎn)部位發(fā)生破壞，必須對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行維修或加固。由于新建工程耗資巨大，且需加固部位不易全部推翻重建，因此，尋求經(jīng)濟(jì)高效的鋼管結(jié)構(gòu)加固修復(fù)技術(shù)既是亟待解決的技術(shù)問(wèn)題，又是一個(gè)關(guān)系到國(guó)民可持續(xù)發(fā)展的社會(huì)問(wèn)題。
[0003]現(xiàn)有的鋼管相貫節(jié)點(diǎn)的加固方法主要有主管上加套管、加墊板、加環(huán)口板、主管加勁環(huán)加固、節(jié)點(diǎn)板及肋板加固等。這些加固方式不僅加工要求較高，易銹蝕，增加原結(jié)構(gòu)的自重，同時(shí)也給結(jié)構(gòu)帶來(lái)了一些新的問(wèn)題。如，套管、墊板和環(huán)口板外觀不美觀；加勁環(huán)施工難度太大；節(jié)點(diǎn)板及肋板會(huì)影響建筑使用空間，采用肋板加固的計(jì)算結(jié)果并不理想，肋板的利用率不高。最重要的是這些加固方式均采用鋼板或鋼管焊接在節(jié)點(diǎn)部位的主管或支管上，焊接時(shí)高溫作用會(huì)使焊接部位組織及性能劣化、材質(zhì)變脆、斷裂韌性降低，同時(shí)焊縫常?；蚨嗷蛏俚拇嬖谝恍┤毕?；焊接后結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在殘余應(yīng)力，與其他作用結(jié)合可能導(dǎo)致開(kāi)裂。由于焊接使結(jié)構(gòu)形成連續(xù)的整體，裂縫一旦失穩(wěn)擴(kuò)展，就有可能一斷到底，危害頗大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的為了在不增加原結(jié)構(gòu)自重、不影響建筑美觀及使用空間、特別是不引入新的斷裂源的條件下提高原結(jié)構(gòu)的性能，提供一種用碳纖維復(fù)合增強(qiáng)材料加固的鋼管相貫節(jié)點(diǎn)，該鋼管相貫節(jié)點(diǎn)是一種對(duì)現(xiàn)有加固方式改進(jìn)后的無(wú)損傷加固方式。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種用碳纖維復(fù)合增強(qiáng)材料加固的鋼管相貫節(jié)點(diǎn)，包括節(jié)點(diǎn)鋼管主管、節(jié)點(diǎn)鋼管支管、膠結(jié)劑和碳纖維布，所述節(jié)點(diǎn)鋼管主管和節(jié)點(diǎn)鋼管支管為圓形或矩形鋼管；
[0006]所述鋼管相貫節(jié)點(diǎn)上均勻涂抹有膠結(jié)劑，膠結(jié)劑上粘貼纏繞有碳纖維布，碳纖維布將涂抹膠結(jié)劑的鋼管相貫節(jié)點(diǎn)包裹其中。
[0007]作為優(yōu)選，所述碳纖維布包圍鋼管相貫節(jié)點(diǎn)方式為全周包圍。
[0008]作為優(yōu)選，所述碳纖維布的層數(shù)為1-3層。
[0009]作為優(yōu)選，所述碳纖維布粘貼方向?yàn)檩S向和/或環(huán)向粘貼，并在鋼管上延伸一定長(zhǎng)度。
[0010]作為優(yōu)選，對(duì)于節(jié)點(diǎn)鋼管為拉桿，碳纖維布軸向粘貼；對(duì)于節(jié)點(diǎn)鋼管為壓桿，碳纖維布環(huán)向粘貼；對(duì)于有反向受力(拉壓力都可能出現(xiàn))的節(jié)點(diǎn)鋼管，碳纖維布軸向與環(huán)向相間粘貼。
[0011]粘貼碳纖維復(fù)合增強(qiáng)材料(CFRP)修復(fù)相貫節(jié)點(diǎn)是利用膠粘劑將CFRP粘貼于節(jié)點(diǎn)表面。一方面，CFRP的抗拉強(qiáng)度是普通鋼材的10倍左右，彈性模量可達(dá)4000MPa以上，在達(dá)到極限抗拉強(qiáng)度前，其應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為線彈性，延緩了節(jié)點(diǎn)塑性失穩(wěn)的時(shí)間，當(dāng)節(jié)點(diǎn)部位的截面進(jìn)入塑性時(shí)，依然處于彈性狀態(tài)的纖維可通過(guò)變形協(xié)調(diào)、共同工作承擔(dān)了部分荷載，從而降低了節(jié)點(diǎn)部位的應(yīng)力水平，起到加固的作用；另一方面，由于CFRP具有良好的耐腐蝕性能，粘貼CFRP相當(dāng)于在節(jié)點(diǎn)表面與外部腐蝕介質(zhì)之間形成一道屏障，能有效減弱介質(zhì)對(duì)鋼材的侵蝕，能起到防腐的效果。同時(shí)CFRP也可以降低焊縫和裂縫處的應(yīng)力集中；可以改善焊趾部位的疲勞性能，使得在給定循環(huán)次數(shù)條件下，碳纖維加固后焊接接頭較加固之前能夠承受更大的疲勞應(yīng)力，或者在給定循環(huán)應(yīng)力、應(yīng)力幅、應(yīng)力比條件下，碳纖維加固試件的疲勞壽命高于原狀焊縫。
[0012]本發(fā)明適用于已有焊接管節(jié)點(diǎn)的加固，可以提高節(jié)點(diǎn)的承載力、抗疲勞性能、耐腐蝕性和耐久性；降低節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力集中程度，緩解裂縫的生成和發(fā)展。所述節(jié)點(diǎn)形式為:T型、Y型、K型等平面及空間鋼管相貫節(jié)點(diǎn)。
[0013]本發(fā)明也適用于新建結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)。
[0014]有益效果:本發(fā)明使用的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料輕質(zhì)高強(qiáng)，密度一般不足鋼材的1/5，而其纖維方向抗拉強(qiáng)度卻是鋼材的8?10倍，可達(dá)4000MPa以上，碳纖維厚度很薄，力口固后增加厚度不足1mm，構(gòu)件經(jīng)加固修補(bǔ)后，在提高強(qiáng)度的同時(shí)其自重和尺寸基本不增加，且不減少建筑物的使用空間，不影響建筑外觀。
[0015]本發(fā)明使用的碳纖維布可以加固任意封閉的和形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)表面。
[0016]本發(fā)明施工方便，無(wú)需焊接，技術(shù)難度小，避免了因焊接不當(dāng)引起的施工及使用過(guò)程中產(chǎn)生的問(wèn)題，如仰焊及焊接時(shí)產(chǎn)生的火花；利于在狹小空間施工，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)特別適合。
[0017]本發(fā)明不需要對(duì)原結(jié)構(gòu)鉆孔，不會(huì)減小構(gòu)件的橫截面面積，不會(huì)形成新的應(yīng)力集中源，對(duì)原截面無(wú)損傷。
[0018]本發(fā)明加固施工快，周期短，可以避免或減少停產(chǎn)時(shí)間，節(jié)約加固材料，與其它加固方法比較，CFRP加固的費(fèi)用大為節(jié)省，經(jīng)濟(jì)效益很高。
[0019]本發(fā)明可以大幅度的提高節(jié)點(diǎn)的承載力、抗疲勞性能、耐腐蝕性和耐久性；降低節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力集中程度，緩解裂縫的生成和發(fā)展。
[0020]本發(fā)明可以為研究鋼管相貫節(jié)點(diǎn)的加固提供關(guān)鍵思路，有很好的轉(zhuǎn)化前景。
[0021]本發(fā)明拓展了鋼管相貫節(jié)點(diǎn)加固方法的研究與應(yīng)用領(lǐng)域，極大地豐富了節(jié)點(diǎn)加固的內(nèi)容。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為本發(fā)明鋼管相貫節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明:
[0024]如圖1所示，一種用碳纖維復(fù)合增強(qiáng)材料加固的鋼管相貫節(jié)點(diǎn)，包括節(jié)點(diǎn)鋼管主管1、節(jié)點(diǎn)鋼管支管2、膠結(jié)劑3和碳纖維布4，所述節(jié)點(diǎn)鋼管主管I和節(jié)點(diǎn)鋼管支管2為圓形或矩形鋼管；所述鋼管相貫節(jié)點(diǎn)上均勻涂抹有膠結(jié)劑3，膠結(jié)劑3上粘貼纏繞有碳纖維布4，碳纖維布4將涂抹膠結(jié)劑3的鋼管相貫節(jié)點(diǎn)包裹其中。
[0025]所述碳纖維布4包圍鋼管相貫節(jié)點(diǎn)方式為全周包圍。所述碳纖維布4的層數(shù)為1-3層。所述碳纖維布4粘貼方向?yàn)檩S向和/或環(huán)向粘貼，并在鋼管上延伸一定長(zhǎng)度。對(duì)于節(jié)點(diǎn)鋼管為拉桿，碳纖維布4軸向粘貼；對(duì)于節(jié)點(diǎn)鋼管為壓桿，碳纖維布4環(huán)向粘貼；對(duì)于有反向受力(拉壓力都可能出現(xiàn))的節(jié)點(diǎn)鋼管，碳纖維布4軸向與環(huán)向相間粘貼。
[0026]本發(fā)明鋼管為矩形管時(shí)，在管截面轉(zhuǎn)角處使碳纖維平滑過(guò)渡；所述鋼管為圓形管或矩形管時(shí)，在焊縫連接處膠結(jié)劑填充，使之平滑過(guò)渡。
[0027]在這種加固方式中，碳纖維布是主要的降低節(jié)點(diǎn)應(yīng)力部件，因此需要保證具有一定強(qiáng)度和長(zhǎng)度。由于鋼管與碳纖維之間力的傳遞和膠結(jié)效果受膠結(jié)劑的性能影響，因此需要保證膠結(jié)劑具有一定的符合要求的性能。由于纖維邊緣部位存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，為了避免因應(yīng)力過(guò)大導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)脫膠，膠結(jié)劑在碳纖維邊緣處有少量溢膠。
[0028]鋼管膠結(jié)區(qū)域的打磨、清潔；碳纖維布的裁剪、清潔、浸潤(rùn)，及粘貼均在加固現(xiàn)場(chǎng)完成。
[0029]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用碳纖維復(fù)合增強(qiáng)材料加固的鋼管相貫節(jié)點(diǎn)，其特征在于:包括節(jié)點(diǎn)鋼管主管、節(jié)點(diǎn)鋼管支管、膠結(jié)劑和碳纖維布，所述節(jié)點(diǎn)鋼管主管和節(jié)點(diǎn)鋼管支管為圓形或矩形鋼管； 所述鋼管相貫節(jié)點(diǎn)上均勻涂抹有膠結(jié)劑，膠結(jié)劑上粘貼纏繞有碳纖維布，碳纖維布將涂抹膠結(jié)劑的鋼管相貫節(jié)點(diǎn)包裹其中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用碳纖維復(fù)合增強(qiáng)材料加固的鋼管相貫節(jié)點(diǎn)，其特征在于:所述碳纖維布包圍鋼管相貫節(jié)點(diǎn)方式為全周包圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用碳纖維復(fù)合增強(qiáng)材料加固的鋼管相貫節(jié)點(diǎn)，其特征在于:所述碳纖維布的層數(shù)為1-3層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用碳纖維復(fù)合增強(qiáng)材料加固的鋼管相貫節(jié)點(diǎn)，其特征在于:所述碳纖維布粘貼方向?yàn)檩S向和/或環(huán)向粘貼，并在鋼管上延伸一定長(zhǎng)度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用碳纖維復(fù)合增強(qiáng)材料加固的鋼管相貫節(jié)點(diǎn)，其特征在于:對(duì)于節(jié)點(diǎn)鋼管為拉桿，碳纖維布軸向粘貼；對(duì)于節(jié)點(diǎn)鋼管為壓桿，碳纖維布環(huán)向粘貼；對(duì)于有反向受力的節(jié)點(diǎn)鋼管，碳纖維布軸向與環(huán)向相間粘貼。
【文檔編號(hào)】E04G23/02GK103556713SQ201310526975
【公開(kāi)日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月30日
【發(fā)明者】鄭廷銀, 林秋逸, 卲連俊 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)