[發明專利]一種用碳纖維復合增強材料加固的鋼管相貫節點

無效

• 申請號: 201310526975.3
• 申請日: 2013-10-30
• 公開（公告）號: CN103556713A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 鄭廷銀;林秋逸;卲連俊
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: E04B1/58
• 分類號: E04B1/58;E04G23/02
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 徐激波

技術領域

本發明涉及土木工程新型結構技術領域，具體涉及一種用碳纖維復合增強材料加固的鋼管相貫節點。

背景技術

近十幾年來，鋼管相貫節點以其獨特的優越性被越來越廣泛運用于機場、車站、橋梁、體育館、電視塔、會展中心、工業建筑和高層建筑等各類結構中。但大量實驗證明鋼管結構往往會在節點部位發生破壞，必須對節點進行維修或加固。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,尋求經濟高效的鋼管結構加固修復技術既是亟待解決的技術問題,又是一個關系到國民可持續發展的社會問題。

現有的鋼管相貫節點的加固方法主要有主管上加套管、加墊板、加環口板、主管加勁環加固、節點板及肋板加固等。這些加固方式不僅加工要求較高，易銹蝕，增加原結構的自重，同時也給結構帶來了一些新的問題。如，套管、墊板和環口板外觀不美觀；加勁環施工難度太大；節點板及肋板會影響建筑使用空間，采用肋板加固的計算結果并不理想,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點部位的主管或支管上，焊接時高溫作用會使焊接部位組織及性能劣化、材質變脆、斷裂韌性降低，同時焊縫常常或多或少的存在一些缺陷；焊接后結構內部存在殘余應力，與其他作用結合可能導致開裂。由于焊接使結構形成連續的整體，裂縫一旦失穩擴展，就有可能一斷到底，危害頗大。

發明內容

本發明的目的為了在不增加原結構自重、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構的性能，提供一種用碳纖維復合增強材料加固的鋼管相貫節點，該鋼管相貫節點是一種對現有加固方式改進后的無損傷加固方式。

本發明采用的技術方案為：一種用碳纖維復合增強材料加固的鋼管相貫節點，包括節點鋼管主管、節點鋼管支管、膠結劑和碳纖維布，所述節點鋼管主管和節點鋼管支管為圓形或矩形鋼管；

所述鋼管相貫節點上均勻涂抹有膠結劑，膠結劑上粘貼纏繞有碳纖維布，碳纖維布將涂抹膠結劑的鋼管相貫節點包裹其中。

作為優選，所述碳纖維布包圍鋼管相貫節點方式為全周包圍。

作為優選，所述碳纖維布的層數為1-3層。

作為優選，所述碳纖維布粘貼方向為軸向和/或環向粘貼，并在鋼管上延伸一定長度。

作為優選，對于節點鋼管為拉桿，碳纖維布軸向粘貼；對于節點鋼管為壓桿，碳纖維布環向粘貼；對于有反向受力（拉壓力都可能出現）的節點鋼管，碳纖維布軸向與環向相間粘貼。

粘貼碳纖維復合增強材料（CFRP）修復相貫節點是利用膠粘劑將CFRP粘貼于節點表面。一方面,CFRP的抗拉強度是普通鋼材的10倍左右,彈性模量可達4000MPa以上，在達到極限抗拉強度前,其應力-應變關系為線彈性，延緩了節點塑性失穩的時間，當節點部位的截面進入塑性時,依然處于彈性狀態的纖維可通過變形協調、共同工作承擔了部分荷載,從而降低了節點部位的應力水平,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相當于在節點表面與外部腐蝕介質之間形成一道屏障,能有效減弱介質對鋼材的侵蝕,能起到防腐的效果。同時CFRP也可以降低焊縫和裂縫處的應力集中；可以改善焊趾部位的疲勞性能，使得在給定循環次數條件下,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力,或者在給定循環應力、應力幅、應力比條件下,碳纖維加固試件的疲勞壽命高于原狀焊縫。

本發明適用于已有焊接管節點的加固，可以提高節點的承載力、抗疲勞性能、耐腐蝕性和耐久性；降低節點的應力集中程度，緩解裂縫的生成和發展。所述節點形式為：T型、Y型、K型等平面及空間鋼管相貫節點。

本發明也適用于新建結構的加強型節點。

有益效果：本發明使用的碳纖維增強復合材料輕質高強，密度一般不足鋼材的1/5，而其纖維方向抗拉強度卻是鋼材的8～10倍，可達4000MPa以上，碳纖維厚度很薄，加固后增加厚度不足1mm，構件經加固修補后，在提高強度的同時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。

本發明使用的碳纖維布可以加固任意封閉的和形狀復雜的結構表面。

本發明施工方便,無需焊接,技術難度小，避免了因焊接不當引起的施工及使用過程中產生的問題，如仰焊及焊接時產生的火花；利于在狹小空間施工，對于現場修復特別適合。

本發明不需要對原結構鉆孔，不會減小構件的橫截面面積，不會形成新的應力集中源，對原截面無損傷。

本發明加固施工快,周期短，可以避免或減少停產時間,節約加固材料,與其它加固方法比較,CFRP加固的費用大為節省,經濟效益很高。