[发明专利]一种用碳纤维复合增强材料加固的钢管相贯节点

说明书

技术领域

本发明涉及土木工程新型结构技术领域，具体涉及一种用碳纤维复合增强材料加固的钢管相贯节点。

背景技术

近十几年来，钢管相贯节点以其独特的优越性被越来越广泛运用于机场、车站、桥梁、体育馆、电视塔、会展中心、工业建筑和高层建筑等各类结构中。但大量实验证明钢管结构往往会在节点部位发生破坏，必须对节点进行维修或加固。由于新建工程耗资巨大，且需加固部位不易全部推翻重建，因此,寻求经济高效的钢管结构加固修复技术既是亟待解决的技术问题,又是一个关系到国民可持续发展的社会问题。

现有的钢管相贯节点的加固方法主要有主管上加套管、加垫板、加环口板、主管加劲环加固、节点板及肋板加固等。这些加固方式不仅加工要求较高，易锈蚀，增加原结构的自重，同时也给结构带来了一些新的问题。如，套管、垫板和环口板外观不美观；加劲环施工难度太大；节点板及肋板会影响建筑使用空间，采用肋板加固的计算结果并不理想,肋板的利用率不高。最重要的是这些加固方式均采用钢板或钢管焊接在节点部位的主管或支管上，焊接时高温作用会使焊接部位组织及性能劣化、材质变脆、断裂韧性降低，同时焊缝常常或多或少的存在一些缺陷；焊接后结构内部存在残余应力，与其他作用结合可能导致开裂。由于焊接使结构形成连续的整体，裂缝一旦失稳扩展，就有可能一断到底，危害颇大。

发明内容

本发明的目的为了在不增加原结构自重、不影响建筑美观及使用空间、特别是不引入新的断裂源的条件下提高原结构的性能，提供一种用碳纤维复合增强材料加固的钢管相贯节点，该钢管相贯节点是一种对现有加固方式改进后的无损伤加固方式。

本发明采用的技术方案为：一种用碳纤维复合增强材料加固的钢管相贯节点，包括节点钢管主管、节点钢管支管、胶结剂和碳纤维布，所述节点钢管主管和节点钢管支管为圆形或矩形钢管；

所述钢管相贯节点上均匀涂抹有胶结剂，胶结剂上粘贴缠绕有碳纤维布，碳纤维布将涂抹胶结剂的钢管相贯节点包裹其中。

作为优选，所述碳纤维布包围钢管相贯节点方式为全周包围。

作为优选，所述碳纤维布的层数为1-3层。

作为优选，所述碳纤维布粘贴方向为轴向和/或环向粘贴，并在钢管上延伸一定长度。

作为优选，对于节点钢管为拉杆，碳纤维布轴向粘贴；对于节点钢管为压杆，碳纤维布环向粘贴；对于有反向受力（拉压力都可能出现）的节点钢管，碳纤维布轴向与环向相间粘贴。

粘贴碳纤维复合增强材料（CFRP）修复相贯节点是利用胶粘剂将CFRP粘贴于节点表面。一方面,CFRP的抗拉强度是普通钢材的10倍左右,弹性模量可达4000MPa以上，在达到极限抗拉强度前,其应力-应变关系为线弹性，延缓了节点塑性失稳的时间，当节点部位的截面进入塑性时,依然处于弹性状态的纤维可通过变形协调、共同工作承担了部分荷载,从而降低了节点部位的应力水平,起到加固的作用；另一方面,由于CFRP具有良好的耐腐蚀性能,粘贴CFRP相当于在节点表面与外部腐蚀介质之间形成一道屏障,能有效减弱介质对钢材的侵蚀,能起到防腐的效果。同时CFRP也可以降低焊缝和裂缝处的应力集中；可以改善焊趾部位的疲劳性能，使得在给定循环次数条件下,碳纤维加固后焊接接头较加固之前能够承受更大的疲劳应力,或者在给定循环应力、应力幅、应力比条件下,碳纤维加固试件的疲劳寿命高于原状焊缝。

本发明适用于已有焊接管节点的加固，可以提高节点的承载力、抗疲劳性能、耐腐蚀性和耐久性；降低节点的应力集中程度，缓解裂缝的生成和发展。所述节点形式为：T型、Y型、K型等平面及空间钢管相贯节点。

本发明也适用于新建结构的加强型节点。

有益效果：本发明使用的碳纤维增强复合材料轻质高强，密度一般不足钢材的1/5，而其纤维方向抗拉强度却是钢材的8～10倍，可达4000MPa以上，碳纤维厚度很薄，加固后增加厚度不足1mm，构件经加固修补后，在提高强度的同时其自重和尺寸基本不增加，且不减少建筑物的使用空间，不影响建筑外观。

本发明使用的碳纤维布可以加固任意封闭的和形状复杂的结构表面。

本发明施工方便,无需焊接,技术难度小，避免了因焊接不当引起的施工及使用过程中产生的问题，如仰焊及焊接时产生的火花；利于在狭小空间施工，对于现场修复特别适合。

本发明不需要对原结构钻孔，不会减小构件的横截面面积，不会形成新的应力集中源，对原截面无损伤。

本发明加固施工快,周期短，可以避免或减少停产时间,节约加固材料,与其它加固方法比较,CFRP加固的费用大为节省,经济效益很高。