本發(fā)明涉及一種鋼牛腿柱的抗疲勞加固裝置，適用于鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

鋼牛腿柱是工業(yè)廠房建筑中一個非常重要的結(jié)構(gòu)構(gòu)件,具有施工方法簡單、工期短、理論計(jì)算可靠、截面小承載力高等優(yōu)點(diǎn)，其作為傳力構(gòu)件常用于建構(gòu)(筑)物的連接部位，在大跨度空間結(jié)構(gòu)體系中起著重要作用。在鋼結(jié)構(gòu)的工業(yè)廠房建筑物中，牛腿與立柱連接，吊車梁置于牛腿上。在吊車梁的上部設(shè)有軌道，供吊車行進(jìn)使用。

如圖1和2所示，顯示了現(xiàn)有技術(shù)中典型的鋼牛腿柱的結(jié)構(gòu)裝配圖，包括鋼柱10和鋼牛腿20。鋼柱10為通長無截?cái)嗟墓ぷ咒?，在鋼?0和鋼牛腿20的連接節(jié)點(diǎn)處設(shè)有上加勁板11和下加勁板12。上加勁板11和下加勁板12各兩塊，分別設(shè)置在鋼柱10的腹板兩側(cè)。位于腹板同側(cè)的上加勁板11和下加勁板12之間設(shè)有與鋼柱10的腹板平行的豎向加強(qiáng)板13和沿對角線分布的斜撐板14。斜撐板14緊鄰豎向加強(qiáng)板13設(shè)置。

鋼牛腿20包括上翼緣板21、下翼緣板22、腹板23和豎向加勁肋24，上翼緣板21與上加勁板11齊平設(shè)置，下翼緣板22傾斜設(shè)置，其與上翼緣板21之間形成的銳角為30-45°。豎向加勁肋24垂直于上翼緣板21設(shè)置。在相鄰的兩個牛腿柱上設(shè)置有吊車梁30，吊車梁30直接放置在與豎向加勁肋24對應(yīng)的位置。鋼柱10和鋼牛腿20之間的連接通過將上翼緣板21、下翼緣板22和腹板23焊接到鋼柱10的翼緣板上實(shí)現(xiàn)。圖1中的A-A面為沿上翼緣板21和上加勁板11的平面。

現(xiàn)有技術(shù)中的上述牛腿柱在應(yīng)用過程中會經(jīng)常發(fā)生疲勞破壞的現(xiàn)象，疲勞裂紋通常出現(xiàn)在上翼緣板21與鋼柱10的翼緣板的焊接位置。另外，豎向加勁肋24與上翼緣板21的焊接位置也經(jīng)常會出現(xiàn)損傷裂紋。由于使用過程中，上翼緣板21與鋼柱10的翼緣板的焊接位置處于受拉狀態(tài)，焊縫容易發(fā)生疲勞損傷。而豎向加勁肋24與上翼緣板21的焊接位置由于吊車梁30的負(fù)荷也比較容易發(fā)生損傷。實(shí)踐表明損壞的牛腿柱中，80-90％是由于疲勞失效，而非強(qiáng)度失效。由此可見，疲勞問題是鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房中存在的最大問題，然而現(xiàn)有技術(shù)中的鋼結(jié)構(gòu)抗疲勞加固裝置如焊接、螺栓連接均存在一定的局限性，例如焊接會導(dǎo)致焊縫缺陷和殘余應(yīng)力、容易產(chǎn)生新的疲勞裂紋源、施工難度大、質(zhì)量難以保證等，螺栓連接需要在原結(jié)構(gòu)上開孔從而削弱截面、容易發(fā)生應(yīng)力集中、受限于作業(yè)空間、容易應(yīng)力松弛等。如何對現(xiàn)有技術(shù)中的上述結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗疲勞加固成為本領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，提出了一種鋼牛腿柱的抗疲勞加固裝置，鋼牛腿柱包括鋼柱和鋼牛腿，在鋼柱和鋼牛腿的連接節(jié)點(diǎn)處設(shè)有上加勁板和下加勁板，上加勁板和下加勁板各兩塊，分別設(shè)置在鋼柱的腹板兩側(cè)；位于腹板同側(cè)的上加勁板和下加勁板之間設(shè)有與鋼柱的腹板平行的豎向加強(qiáng)板和沿對角線分布的斜撐板，斜撐板緊鄰豎向加強(qiáng)板設(shè)置；

鋼牛腿包括上翼緣板、下翼緣板、腹板和豎向加勁肋，上翼緣板與上加勁板齊平設(shè)置，下翼緣板傾斜設(shè)置，下翼緣板與上翼緣板之間形成的銳角為30-45°，豎向加勁肋垂直于上翼緣板設(shè)置，上翼緣板、下翼緣板和腹板焊接到鋼柱的翼緣板上；

在鋼牛腿的上翼緣板和鋼柱的翼緣板之間利用粘鋼膠粘結(jié)有第一類L型鋼板，其中上翼緣板的上表面和鋼柱的翼緣板之間設(shè)有一塊第一類L型鋼板，上翼緣板的下表面和鋼柱的翼緣板之間設(shè)有關(guān)于鋼牛腿的腹板對稱并與其緊鄰設(shè)置的兩塊第一類L型鋼板；

在豎向加勁肋與上翼緣板之間利用粘鋼膠粘結(jié)有分別關(guān)于豎向加勁肋和鋼牛腿的腹板對稱設(shè)置的四塊第二類L型鋼板。

優(yōu)選地，設(shè)置在上翼緣板的上表面和鋼柱的翼緣板之間的第一類L型鋼板的寬度與上翼緣板的寬度相等，與鋼柱的翼緣板粘結(jié)的第一類L型鋼板的分肢、與上翼緣板粘結(jié)的第一類L型鋼板的分肢、以及上翼緣板的長度之比為1.5:1:5。

優(yōu)選地，粘鋼膠由A組分和B組分按照質(zhì)量比為3.8:1混合均勻制成，其中的A組分由雙酚A型環(huán)氧樹脂45份、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷12份、液體丙烯酸酯橡膠10份、環(huán)氧丙烷丁基醚3份組成；B組分由芳香胺與脂環(huán)胺復(fù)合改性固化劑25份、碳化硅粉末13份、氣相二氧化硅觸變劑17份、聚酰胺28份、膨潤土4份組成；

將L型角鋼粘貼到鋼牛腿柱的施工過程包括以下步驟：

(1)對待粘貼的部位進(jìn)行清掃和打磨，以去除表面雜質(zhì)；

(2)將上述A組分放入反應(yīng)釜中混合均勻后加熱至80℃，將混合均勻后的B組分加入反應(yīng)釜中并充分?jǐn)嚢?，然后加熱?25℃使各組分充分反應(yīng)后冷卻至62℃制成粘鋼膠備用；

(3)在待粘貼位置處涂刷一層界面劑，然后將溫度在62℃的粘鋼膠涂抹在待粘貼位置處，使用量為5.6千克/平米；

(4)等待30-50秒，將L型角鋼粘貼到吊車梁上翼緣和腹板，并在2MPa的壓力下保持至少半小時；

(5)撤去壓力后靜置24小時，使得粘鋼膠充分固化。

優(yōu)選地，在鋼牛腿的上翼緣板上、與豎向加勁肋對應(yīng)的位置設(shè)有含橡膠顆粒的預(yù)制瀝青混凝土板。優(yōu)選地，預(yù)制瀝青混凝土板采用石油瀝青、雙酚A型環(huán)氧樹脂和水泥作為主粘結(jié)材料，由石油瀝青、雙酚A型環(huán)氧樹脂、聚酰胺固化劑、甲基丙烯酸縮水甘油酯、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、粒徑在1-2.5mm的丁苯橡膠顆粒、粒徑在3-5mm的碎石子、細(xì)度為50-60目的碳化硅粉末、水泥、長度為13-25mm的碳纖維、粉煤灰組成，制備時分別制備第一組分和第二組分，第一組分和第二組分的質(zhì)量比為1：1.6，其中：

第一組分由石油瀝青、雙酚A型環(huán)氧樹脂、聚酰胺固化劑、甲基丙烯酸縮水甘油酯、γ-氨丙基三甲氧基硅烷按照質(zhì)量比為1：0.6：0.15：0.08：0.05組成；

第二組分由粒徑為1-2.5mm的丁苯橡膠顆粒、粒徑為3-5mm的碎石子、碳化硅粉末、水泥、碳纖維、粉煤灰按照質(zhì)量比為1：1：0.3：0.15：0.1：0.26組成；

所述預(yù)制瀝青混凝土板的制備過程如下：

(1)在反應(yīng)釜中將石油瀝青和雙酚A型環(huán)氧樹脂混合加熱至135℃，然后間隔35-40秒依次加入甲基丙烯酸縮水甘油酯增韌劑、γ-氨丙基三甲氧基硅烷和聚酰胺固化劑，充分?jǐn)嚢韬蠹訜嶂?50℃，制得第一組分備用；

(2)將第二組分中的各組分按照對應(yīng)的質(zhì)量比混合均勻；

(3)將第一組分加熱至160℃后，放入第二組分，并混合攪拌均勻后再次加熱至160℃，將瀝青混凝土澆筑在制板模具中，瀝青混凝土的澆筑溫度為152-155℃，澆筑后振搗壓實(shí)；

(4)自然冷卻、干燥后從制板模具中取出。

采用本發(fā)明的抗疲勞加固裝置，能夠顯著提高現(xiàn)有技術(shù)中鋼牛腿柱的抗疲勞性能。首先，通過在鋼牛腿和鋼柱的連接位置處設(shè)置L型鋼板，能夠起到降低焊縫處水平應(yīng)力的作用，從而降低焊縫的應(yīng)力水平，提高其抗疲勞性能。其次，在鋼牛腿上與吊車梁對應(yīng)的位置處設(shè)置L型鋼板并在鋼牛腿的上表面上鋪設(shè)含橡膠顆粒的瀝青混凝土板，能夠在鋼吊車梁和鋼牛腿之間形成緩沖作用層，從而提高其抗損傷性能。

附圖說明

圖1顯示了現(xiàn)有技術(shù)中鋼牛腿柱的結(jié)構(gòu)裝配圖。

圖2顯示了圖1中的A-A面剖視圖。

圖3顯示了鋼牛腿和鋼柱之間的抗疲勞加固裝置的示意圖。

圖4顯示了豎向加勁肋處的加固裝置的示意圖。

圖5顯示了豎向加勁肋處的加固裝置的優(yōu)選實(shí)施例的示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下文中將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互任意組合。

如圖3-4所示，根據(jù)本發(fā)明的鋼牛腿柱的抗疲勞加固裝置，在如圖1-2所示的現(xiàn)有鋼牛腿柱結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的加固措施至少包括以下兩個方面：

(1)在鋼牛腿20的上翼緣板21和鋼柱10的翼緣板之間利用粘鋼膠粘結(jié)有L型鋼板，其中上翼緣板21的上表面和鋼柱10的翼緣板之間設(shè)有一塊L型鋼板26，上翼緣板21的下表面和鋼柱10的翼緣板之間設(shè)有關(guān)于鋼牛腿20的腹板23對稱并與其緊鄰設(shè)置的兩塊L型鋼板25。在正常工作狀態(tài)下，上翼緣板21與鋼柱10的翼緣板之間的焊縫承受拉應(yīng)力，此時一部分的拉應(yīng)力由L型鋼板25、26與鋼柱10的翼緣板之間粘鋼膠的粘接力承受，降低了焊縫處的應(yīng)力水平，從而提高了抗疲勞性能。本申請中的L型鋼板25和L型鋼板26具有相同的結(jié)構(gòu)。

(2)在豎向加勁肋24與上翼緣板21之間利用粘鋼膠粘結(jié)有四塊L型鋼板27，L型鋼板27分別關(guān)于豎向加勁肋24、鋼牛腿20的腹板23對稱設(shè)置。通過四塊L型鋼板27的設(shè)置，能夠有效增加結(jié)構(gòu)的承載強(qiáng)度，減少豎向加勁肋24與上翼緣板21之間產(chǎn)生損傷的可能性。

本發(fā)明采用的粘鋼膠是A、B雙組分的雙酚A型改性環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠，具有超強(qiáng)粘接力、剪切力強(qiáng)、抗老化、抗沖擊性能強(qiáng)，常溫固化、硬化過程收縮小，可在較寬溫度范圍內(nèi)施工。

粘鋼膠由A組分和B組分按照質(zhì)量比為3.8:1混合均勻制成，其中的A組分由雙酚A型環(huán)氧樹脂45份(質(zhì)量份數(shù)，下同)、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷12份、液體丙烯酸酯橡膠10份、環(huán)氧丙烷丁基醚3份組成；B組分由芳香胺與脂環(huán)胺復(fù)合改性固化劑25份、碳化硅粉末13份、氣相二氧化硅觸變劑17份、聚酰胺28份、膨潤土4份組成。粘鋼膠在施工現(xiàn)場制作，這樣可以充分利用膠的粘結(jié)特性，使其在最佳狀態(tài)下發(fā)揮出最佳的粘結(jié)效果。

采用本申請的粘鋼膠將L型角鋼粘貼到鋼牛腿柱的施工過程包括以下步驟：

1.對待粘貼的部位進(jìn)行清掃和打磨，以去除表面雜質(zhì)；

2.將上述A組分放入反應(yīng)釜中混合均勻后加熱至80℃，將混合均勻后的B組分加入反應(yīng)釜中并充分?jǐn)嚢?，然后加熱?25℃使各組分充分反應(yīng)后冷卻至62℃制成粘鋼膠備用；

3.在待粘貼位置處涂刷一層界面劑，然后將溫度在62℃的粘鋼膠涂抹在待粘貼位置處，使用量為5.6千克/平米；

4.等待30-50秒，將L型角鋼粘貼到吊車梁上翼緣和腹板，并在2MPa的壓力下保持至少半小時；

5.撤去壓力后靜置24小時，使得粘鋼膠充分固化。

在優(yōu)選實(shí)施例中，L型鋼板26的寬度與上翼緣板21的寬度相等，與鋼柱10的翼緣板粘結(jié)的L型鋼板26的分肢、與上翼緣板21粘結(jié)的L型鋼板26的分肢、以及上翼緣板21的長度之比為1.5:1:5。

優(yōu)選地，如圖5所示，在鋼牛腿20的上翼緣板21上、與豎向加勁肋24對應(yīng)的位置設(shè)有含橡膠顆粒的預(yù)制瀝青混凝土板28，能夠在鋼吊車梁和鋼牛腿之間形成緩沖作用。正常作業(yè)時，鋼吊車梁放置在預(yù)制瀝青混凝土板上。瀝青混凝土板不僅具有良好的彈性，而且還具有足夠的強(qiáng)度，使其能夠在鋼吊車梁和鋼牛腿柱之間形成緩沖作用。申請人針對該需求，開發(fā)了一種新型的含橡膠顆粒的瀝青混凝土板。

根據(jù)本發(fā)明的預(yù)制瀝青混凝土板采用石油瀝青、雙酚A型環(huán)氧樹脂和水泥作為主粘結(jié)材料，由石油瀝青、雙酚A型環(huán)氧樹脂、聚酰胺固化劑、甲基丙烯酸縮水甘油酯、硅烷偶聯(lián)劑、粒徑在1-2.5mm的丁苯橡膠顆粒、粒徑在3-5mm的碎石子、碳化硅粉末、水泥、碳纖維、粉煤灰組成，制備時分別制備第一組分和第二組分，第一組分和第二組分的質(zhì)量比為1：1.6，其中：

第一組分由石油瀝青、雙酚A型環(huán)氧樹脂、聚酰胺固化劑、甲基丙烯酸縮水甘油酯、硅烷偶聯(lián)劑按照質(zhì)量比為1：0.6：0.15：0.08：0.05組成；

第二組分由粒徑為1-2.5mm的丁苯橡膠顆粒、粒徑為3-5mm的碎石子、碳化硅粉末、水泥、碳纖維、粉煤灰按照質(zhì)量比為1：1：0.3：0.15：0.1：0.26組成；

根據(jù)本發(fā)明的預(yù)制瀝青混凝土板的制備過程如下：

(1)在反應(yīng)釜中將石油瀝青和雙酚A型環(huán)氧樹脂混合加熱至135℃，然后依次加入甲基丙烯酸縮水甘油酯增韌劑、硅烷偶聯(lián)劑和聚酰胺固化劑，充分?jǐn)嚢韬蠹訜嶂?50℃，制得第一組分備用；優(yōu)選地，甲基丙烯酸縮水甘油酯增韌劑、硅烷偶聯(lián)劑和聚酰胺固化劑的加入時間間隔為35-40秒；

(2)將第二組分中的各組分按照對應(yīng)的質(zhì)量比混合均勻；

(3)將第一組分加熱至160℃后，放入第二組分，并混合攪拌均勻后再次加熱至160℃，將瀝青混凝土澆筑在制板模具中，瀝青混凝土的澆筑溫度為152-155℃，澆筑后振搗壓實(shí)；

(4)自然冷卻干燥后從制板模具中取出。

優(yōu)選地，上述硅烷偶聯(lián)劑可以是γ-氨丙基三乙氧基硅、γ―氨丙基三甲氧基硅烷或3-氨丙基三甲氧基硅烷中的任一種；碳化硅粉末的細(xì)度為50-60目；碳纖維的長度為13-25mm。

采用如上所述的抗疲勞加固裝置，能夠顯著提高現(xiàn)有技術(shù)中鋼牛腿柱的抗疲勞性能。首先，通過在鋼牛腿和鋼柱的連接位置處設(shè)置L型鋼板，能夠起到降低焊縫處水平應(yīng)力的作用，從而降低焊縫的應(yīng)力水平，提高其抗疲勞性能。其次，在鋼牛腿上與吊車梁對應(yīng)的位置處設(shè)置L型鋼板并在鋼牛腿的上表面上鋪設(shè)含橡膠顆粒的瀝青混凝土板，能夠在鋼吊車梁和鋼牛腿之間形成緩沖作用層，從而提高其抗損傷性能。

雖然本發(fā)明所揭露的實(shí)施方式如上，但所述的內(nèi)容只是為了便于理解本發(fā)明而采用的實(shí)施方式，并非用以限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明所揭露的精神和范圍的前提下，可以在實(shí)施的形式上及細(xì)節(jié)上作任何的修改與變化，但本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，仍須以所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。