一種預(yù)應(yīng)力條形鋼碳復(fù)合構(gòu)件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及預(yù)應(yīng)力構(gòu)件領(lǐng)域，具體涉及一種預(yù)應(yīng)力條形鋼碳復(fù)合構(gòu)件。
【背景技術(shù)】
[0002]近幾十年來，大跨度、大空間結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)的預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)以其新穎的結(jié)構(gòu)形式、優(yōu)雅的結(jié)構(gòu)造型、良好的受力性能、強(qiáng)大的跨越能力和廣闊的應(yīng)用前景，在世界范圍內(nèi)被廣泛地運(yùn)用。
[0003]無論從仿生學(xué)角度還是最佳承重桿件型式，無論從理論分析上還是工程實(shí)踐中，都證明了軸向受拉桿件是組成最佳結(jié)構(gòu)體系的單元體。這種單元體只有強(qiáng)度和剛度問題，而無需考慮失穩(wěn)問題。由張力單元組成的早期張拉結(jié)構(gòu)，如單向懸索結(jié)構(gòu)，索桁架等已發(fā)展成現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)張拉體系，幾乎覆蓋了大跨結(jié)構(gòu)的整個(gè)領(lǐng)域，可以說21世紀(jì)的大跨建筑物中將是預(yù)應(yīng)力張拉結(jié)構(gòu)體系的世界。
[0004]現(xiàn)行大跨空間結(jié)構(gòu)之中，預(yù)應(yīng)力張拉構(gòu)件主要采用拉索，鑒于索體的特點(diǎn)，其連接措施往往構(gòu)造復(fù)雜，對(duì)索夾抗滑提出了較高的要求，而且施工繁瑣，往往增加結(jié)構(gòu)建造的總成本。
[0005]因此，尋找一種更為合理方便的預(yù)應(yīng)力張拉構(gòu)件具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義及價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了解決常規(guī)預(yù)應(yīng)力張拉構(gòu)件構(gòu)造復(fù)雜施工繁瑣的問題，提出了一種新型預(yù)應(yīng)力張拉構(gòu)件一一預(yù)應(yīng)力條形鋼碳復(fù)合構(gòu)件，該構(gòu)件不但具有連接簡(jiǎn)單施工簡(jiǎn)單自重輕的特點(diǎn)，而且具有很好的工作性能以及較高的安全儲(chǔ)備。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種預(yù)應(yīng)力條形鋼碳復(fù)合構(gòu)件，包括條形鋼拉板、條形碳纖維板、端部節(jié)點(diǎn)和分布螺栓，所述條形鋼拉板為高強(qiáng)熱乳鋼板帶，兩層上下疊加，兩層條形鋼拉板之間夾設(shè)有條形碳纖維板，所述分布螺栓為兩排，沿條形鋼拉板長(zhǎng)度方向間隔分布，并穿過預(yù)留在條形鋼拉板兩側(cè)的螺栓孔，緊固住該層狀構(gòu)件；所述條形碳纖維板的長(zhǎng)度與條形鋼拉板相同，寬度為兩排分布螺栓之間的距離，避免條形碳纖維板上穿孔。
[0008]所述復(fù)合構(gòu)件的兩端設(shè)有保證條形鋼拉板和條形碳纖維板協(xié)調(diào)工作的端部節(jié)點(diǎn)。
[0009]作為優(yōu)選，所述端部節(jié)點(diǎn)包括錨固耳板、連接端板、高強(qiáng)螺栓和粘結(jié)劑，所述條形碳纖維板在端部通過粘結(jié)劑與條形鋼拉板粘接，所述連接端板為上下兩塊，將所述復(fù)合構(gòu)件夾在中間，并通過高強(qiáng)螺栓固定，連接端板上還焊接有錨固耳板。
[0010]作為優(yōu)選，所述粘結(jié)劑采用環(huán)氧樹脂膠，條形鋼拉板兩端與條形碳纖維板之間浸漬長(zhǎng)度至少為120_的環(huán)氧樹脂膠。
[0011]本發(fā)明條形鋼碳復(fù)合構(gòu)件端部由兩層鋼板中間夾一層碳纖維板，通過多顆M16高強(qiáng)螺栓連接，端部以外通過兩排M8螺栓連接加強(qiáng)整體工作性能。碳纖維板力學(xué)特點(diǎn)是高模量、高強(qiáng)度，彈性模量?jī)?yōu)于鋼材，抗拉強(qiáng)度是鋼材的數(shù)倍。對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)過程中，可以充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)來提高構(gòu)件的承載力和延性。本專利采用碳纖維板材，具有高強(qiáng)高效、耐腐蝕、施工快捷、重量輕等特點(diǎn)，它通過碳纖維浸漬樹脂后在模具內(nèi)固化并連續(xù)拉擠成型。
[0012]本發(fā)明端部節(jié)點(diǎn)的可靠錨固是保證碳纖維板與高強(qiáng)鋼拉板共同工作的重要前提。
[0013]本發(fā)明條形鋼拉板采用高強(qiáng)度的能受拉的金屬構(gòu)件。所述條形鋼拉板尺寸由于長(zhǎng)度方向遠(yuǎn)大于厚度方向，因此可平面外剛度可忽略，近似為柔性構(gòu)件。
[0014]本發(fā)明的有益效果:1)該預(yù)應(yīng)力條形鋼碳復(fù)合構(gòu)件連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡(jiǎn)單，易于應(yīng)用成熟的栓接或焊接技術(shù)，施工方便2)該預(yù)應(yīng)力條形鋼碳復(fù)合構(gòu)件厚度相對(duì)于整體結(jié)構(gòu)跨度而言相對(duì)較小，在未施加預(yù)應(yīng)力前，剛度較弱，呈柔性狀態(tài)，能夠利用現(xiàn)有預(yù)應(yīng)力技術(shù)及機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)安裝方式實(shí)現(xiàn)無支架安裝，符合綠色施工的潮流；3)相對(duì)于常規(guī)索結(jié)構(gòu)，該預(yù)應(yīng)力條形鋼碳復(fù)合構(gòu)件不需要錨具、索夾等部件，具有較大的推廣應(yīng)用潛力。4)碳纖維板極限強(qiáng)度高，與鋼拉板結(jié)合形成鋼碳復(fù)合構(gòu)件具有很好的工作性能以及較高的安全儲(chǔ)備，能夠保證結(jié)構(gòu)在使用工況下正常工作以及在極限工況下不產(chǎn)生突然倒塌。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明條形鋼碳復(fù)合構(gòu)件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2為圖1的俯視圖；
[0017]圖3為本發(fā)明條形鋼碳復(fù)合構(gòu)件端部節(jié)點(diǎn)示意圖；
[0018]圖4為本發(fā)明條形鋼碳復(fù)合構(gòu)件端部節(jié)點(diǎn)局部放大圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0020]如圖1-4所示，一種預(yù)應(yīng)力條形鋼碳復(fù)合構(gòu)件，包括條形鋼拉板1、條形碳纖維板2、端部節(jié)點(diǎn)3和分布螺栓4，所述條形鋼拉板I為高強(qiáng)熱乳鋼板帶，兩層上下疊加，兩層條形鋼拉板I之間夾設(shè)有條形碳纖維板2，所述分布螺栓4為兩排，沿條形鋼拉板I長(zhǎng)度方向間隔分布，并穿過預(yù)留在條形鋼拉板I兩側(cè)的螺栓孔，緊固住該層狀構(gòu)件；所述條形碳纖維板2的長(zhǎng)度與條形鋼拉板I相同，寬度為兩排分布螺栓4之間的距離，避免條形碳纖維板2上穿孔。
[0021]所述復(fù)合構(gòu)件的兩端設(shè)有保證條形鋼拉板I和條形碳纖維板2協(xié)調(diào)工作的端部節(jié)點(diǎn)3。
[0022]所述端部節(jié)點(diǎn)3包括錨固耳板5、連接端板6、高強(qiáng)螺栓7和粘結(jié)劑8，所述條形碳纖維板2在端部通過粘結(jié)劑8與條形鋼拉板I粘接，所述連接端板6為上下兩塊，將所述復(fù)合構(gòu)件夾在中間，并通過高強(qiáng)螺7栓固定，連接端板6上還焊接有錨固耳板5。所述粘結(jié)劑8采用環(huán)氧樹脂膠，條形鋼拉板I兩端與條形碳纖維板2之間浸漬長(zhǎng)度至少為120mm的環(huán)氧樹脂膠。
[0023]實(shí)施本發(fā)明條形鋼碳復(fù)合構(gòu)件設(shè)計(jì)和施工的基本步驟:
[0024]I)條形鋼碳復(fù)合構(gòu)件設(shè)計(jì)
[0025](I)首先確定條形鋼碳復(fù)合構(gòu)件在結(jié)構(gòu)中所承受的拉力以及相應(yīng)的變形；
[0026](2)確定鋼拉板及碳纖維板的種類和尺寸，結(jié)構(gòu)膠的浸漬范圍，螺栓的布置位置及數(shù)目等參數(shù)；
[0027](3)進(jìn)行結(jié)構(gòu)極限承載力分析、正常使用極限狀態(tài)分析及其它必要分析；
[0028](4)最后調(diào)整和優(yōu)化結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)參數(shù)。
[0029]2)條形鋼碳復(fù)合構(gòu)件施工
[0030](I)工廠組裝:在工廠車間完成條形鋼碳復(fù)合構(gòu)件的組裝；
[0031](2)牽引提升:通過以往拉索牽引提升工藝將條形鋼碳復(fù)合構(gòu)件提升到位，但必須注意條形鋼碳復(fù)合構(gòu)件在提升過程中橫向位移不能過大，牽引提升時(shí)必須重視；
[0032](3)張拉錨固:安裝張拉工裝和千斤頂對(duì)條形鋼碳復(fù)合構(gòu)件進(jìn)行主動(dòng)分批分級(jí)張拉，使構(gòu)件達(dá)到設(shè)計(jì)張拉力并錨固，直至相應(yīng)的結(jié)構(gòu)成型。
[0033]以上結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式做出詳細(xì)說明，但本發(fā)明不局限于所描述的實(shí)施方式。對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在本發(fā)明的原理和技術(shù)思想的范圍內(nèi)，對(duì)這些實(shí)施方式進(jìn)行實(shí)施方式進(jìn)行多種變化、修改、替換和變形仍落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種預(yù)應(yīng)力條形鋼碳復(fù)合構(gòu)件，其特征在于:包括條形鋼拉板、條形碳纖維板、端部節(jié)點(diǎn)和分布螺栓，所述條形鋼拉板為高強(qiáng)熱乳鋼板帶，兩層上下疊加，兩層條形鋼拉板之間夾設(shè)有條形碳纖維板，所述分布螺栓為兩排，沿條形鋼拉板長(zhǎng)度方向間隔分布，并穿過預(yù)留在條形鋼拉板兩側(cè)的螺栓孔，緊固住該層狀構(gòu)件；所述條形碳纖維板的長(zhǎng)度與條形鋼拉板相同，寬度為兩排分布螺栓之間的距離，避免條形碳纖維板上穿孔； 所述復(fù)合構(gòu)件的兩端設(shè)有保證條形鋼拉板和條形碳纖維板協(xié)調(diào)工作的端部節(jié)點(diǎn)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)應(yīng)力條形鋼碳復(fù)合構(gòu)件，其特征在于:所述端部節(jié)點(diǎn)包括錨固耳板、連接端板、高強(qiáng)螺栓和粘結(jié)劑，所述條形碳纖維板在端部通過粘結(jié)劑與條形鋼拉板粘接，所述連接端板為上下兩塊，將所述復(fù)合構(gòu)件夾在中間，并通過高強(qiáng)螺栓固定，連接端板上還焊接有錨固耳板。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種預(yù)應(yīng)力條形鋼碳復(fù)合構(gòu)件，其特征在于:所述粘結(jié)劑采用環(huán)氧樹脂膠，條形鋼拉板兩端與條形碳纖維板之間浸漬長(zhǎng)度至少為120mm的環(huán)氧樹脂膠。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種預(yù)應(yīng)力條形鋼碳復(fù)合構(gòu)件，包括條形鋼拉板、條形碳纖維板、端部節(jié)點(diǎn)和分布螺栓，所述條形鋼拉板為高強(qiáng)熱軋鋼板帶，兩層上下疊加，兩層條形鋼拉板之間夾設(shè)有條形碳纖維板，所述分布螺栓為兩排，沿條形鋼拉板長(zhǎng)度方向間隔分布，并穿過預(yù)留在條形鋼拉板兩側(cè)的螺栓孔，緊固住該層狀構(gòu)件；所述條形碳纖維板的長(zhǎng)度與條形鋼拉板相同，寬度為兩排分布螺栓之間的距離，避免條形碳纖維板上穿孔。所述復(fù)合構(gòu)件的兩端設(shè)有保證條形鋼拉板和條形碳纖維板協(xié)調(diào)工作的端部節(jié)點(diǎn)。本發(fā)明構(gòu)件不但具有連接簡(jiǎn)單施工簡(jiǎn)單自重輕的特點(diǎn)，而且具有很好的工作性能以及較高的安全儲(chǔ)備。
【IPC分類】E04C5/08, E04C5/12
【公開號(hào)】CN105113718
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510595489
【發(fā)明人】郭正興, 管東芝, 朱明亮, 錢曉軍, 丁明珉
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)
【公開日】2015年12月2日
【申請(qǐng)日】2015年9月17日