一种角钢加固开裂箱型钢柱角钢长度的确定方法技术

本发明专利技术涉及一种角钢加固开裂箱型钢柱角钢长度的确定方法，采用如下步骤：以角钢长度为参数设置一组试件，利用有限元软件ABAQUS进行构件的非线性屈曲分析，绘制加固钢柱屈曲极限荷载随角钢长度的变化曲线，通过曲线的临界点确定角钢长度；开裂箱型钢柱采用槽型件环扣于柱脚与柱顶，中间部位采用沿钢柱四角焊接等边角钢的方式进行加固。在箱型钢柱加固工程中，角钢过短易造成箱型钢柱承载力不足，角钢过长易造成焊接应力集中，焊接残余变形加大，本发明专利技术避免其弊端，提供了一种角钢长度的确定方法，可减少焊接残余应力及残余变形，使加固后箱型钢柱的承载力得到满足，此外，施工方便，并具有较好的经济性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及钢结构加固
，具体涉及一种角钢加固开裂箱型钢柱角钢长度的确定方法。
技术介绍
随着经济建设对钢产量需求的日益增加，以及我国相关政策的奖励扶持，钢结构从过去主要应用于工业厂房领域发展到如今广泛应用于公共建筑和民用建筑等领域。在实际工程中，设计、施工、使用或管理不当会导致既有建筑的安全性无法满足规范要求，对钢结构加固技术的研究尤为重要。目前钢结构加固方法主要分为三大类，一是改变结构受力简图的加固，二是加大构件截面的加固，三是加强连接节点的加固。由于目前钢柱的加固技术，主要集中在工字型钢柱的加固设计上，而对箱形截面钢柱的加固设计研究甚少，实际工程操作中很多加固参数的取值都是根据经验而来，缺乏理论依据。
技术实现思路
本专利技术针对箱型截面钢柱加固技术的不完善，提供了一种角钢加固开裂箱型钢柱角钢长度的确定方法。为实现上述目的，本专利技术包括以下步骤：第一步：对开裂箱型钢柱采用四角贴焊角钢的方法进行加固，为确定角钢长度对开裂箱型钢柱极限承载力的影响规律，设计一组以角钢长度为变量，其它参数保持不变的加固箱型钢柱试件；第二步：构件本身存在的初弯曲、尺寸偏差会对构件承载力产生影响：构件任一点的初弯曲幅值展开成傅里叶级数： y 0 = v 1 s i n π x l + v 2 s i n 2 π x l + ... + v n s i n n π x l + ... = Σ i = 1 ∞ v i s i n i π x l - - - ( 1 ) ]]>在轴心压力N作用下，构件的弹性挠度曲线方程展开成傅里叶级数： y = v 1 1 - N / N E s i n π x l + v 2 1 - N / ( 4 N E ) s i n 2 π x l + ... + v n 1 - N / ( n 2 N E ) s i n n π x l + ... - - - ( 2 ) ]]>从式(1)、式(2)可以看出，构件的弹性挠度曲线相当于在原有初弯曲的各对应部分乘以一个放大系数在式(2)中第一项的放大系数为它始终大于其它各项的放大系数，当N接近NE时，趋于1，趋于无穷大，将式(2)近似取为： y = v 0 1 - N / N E s i n π x l - - - ( 3 ) ]]>由式(3)可见：总挠度y与初弯曲v0成正比，并随荷载N的增加而加速增加，有初弯曲的轴心受压构件，其承载力低于欧拉临界力；采用有限元软件ABAQUS对完好状态下的箱型钢柱试件先进行特征值屈曲分析，求出初弯曲的分布特征；由式(3)可知需要引入初弯曲，分析时构件跨中初弯曲v0为杆长l的1‰，再采用位移控制的弧长法(Riks法)，考虑材料非线性、几何非线性，进行非线性屈曲分析，得到箱型钢柱完好状态下非线性屈曲极限承载力F0；第三步：采用与第二步相同的方法，有限元分析得到各个加固箱型钢柱试件的非线性屈曲极限承载力Fi，再计算其与完好状态下箱型钢柱非线性屈曲极限承载力的比值Kfi，并绘制Kf与角钢长度L的关系曲线；第四步：根据加固箱型钢柱屈曲极限承载力比值Kf与角钢长度L的关系曲线的临界点，确定加固角钢长度L1。本专利技术所涉及到的开裂箱型钢柱加固方法：将钢板折成槽型件，两个一组焊接于钢柱的柱脚和柱顶，形成“柱箍”来约束钢柱的侧向变形；从柱脚槽型件开始，依次沿钢柱四角对称焊接角钢，使角钢和钢柱共同承受竖向荷载，上下相邻角钢间距取50mm，距柱顶槽型件不足加固角钢长度L1时，需增补其他长度L1’角钢，角钢焊接时与槽型件无间隙。加固开裂箱型钢柱的主体结构包括：箱型钢柱、槽型件、角钢以及增补角钢。本专利技术的有益效果：在箱型钢柱加固工程中，角钢过短易造成箱型钢柱承载力不足，角钢过长易造成焊接应力集中，焊接残余变形加大，本专利技术避免其弊端，提供了一种角钢长度的确定方法，可减少焊接残余应力及残余变形，使加固后箱型钢柱的承载力得到满足，此外，施工方便，并具有较好的经济性。附图说明图1为加固钢柱屈曲极限荷载比值Kf与角钢长度L的关系曲线；图2为试件1～试件5的整体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种角钢加固开裂箱型钢柱角钢长度的确定方法，其特征在于，包括如下步骤：第一步：对开裂箱型钢柱采用四角贴焊角钢的方法进行加固，为确定角钢长度对开裂箱型钢柱极限承载力的影响规律，设计一组以角钢长度为变量，其它参数保持不变的加固箱型钢柱试件；第二步：构件本身存在的初弯曲、尺寸偏差会对构件承载力产生影响，构件任一点的初弯曲幅值展开成傅里叶级数：y0=v1sinπxl+v2sin2πxl+...+vnsinnπxl+...=Σi=1∞visiniπxl---(1)]]>在轴心压力N作用下，构件的弹性挠度曲线方程展开成傅里叶级数：y=v11-N/NEsinπxl+v21-N/(4NE)sin2πxl+...+vn1-N/(n2NE)sinnπxl+...---(2)]]>从式(1)、式(2)可以看出，构件的弹性挠度曲线相当于在原有初弯曲的各部分乘以一个放大系数在式(2)中第一项的放大系数它始终大于其它各项的放大系数，当N接近NE时，趋于1，趋于无穷大，将式(2)近似取为：y=v01-N/NEsinπxl---(3)]]>由式(3)可见：总挠度y与初弯曲v0成正比，并随荷载N的增加而加速增加，有初弯曲的轴心受压构件，其承载力低于欧拉临界力；采用有限元软件ABAQUS对完好状态下的箱型钢柱试件先进行特征值屈曲分析，求出初弯曲的分布特征；由式(3)可知需要引入初弯曲，分析时，构件跨中初弯曲v0为杆长l的1‰，再采用位移控制的弧长法(Riks法)，考虑材料非线性、几何非线性，进行非线性屈曲分析，得到箱型钢柱完好状态下非线性屈曲极限承载力F0；第三步：采用与第二步相同的方法，有限元分析得到各个加固箱型钢柱试件的非线性屈曲极限承载力Fi，再计算其与完好状态下箱型钢柱非线性屈曲极限承载力F0的比值Kfi，并绘制Kf与角钢长度L的关系曲线；第四步：根据加固箱型钢柱屈曲极限承载力比值Kf与角钢长度L关系曲线的临界点，确定加固角钢长度L1。...

【技术特征摘要】
1.一种角钢加固开裂箱型钢柱角钢长度的确定方法，其特征在于，包括如下步骤：第一步：对开裂箱型钢柱采用四角贴焊角钢的方法进行加固，为确定角钢长度对开裂箱型钢柱极限承载力的影响规律，设计一组以角钢长度为变量，其它参数保持不变的加固箱型钢柱试件；第二步：构件本身存在的初弯曲、尺寸偏差会对构件承载力产生影响，构件任一点的初弯曲幅值展开成傅里叶级数： y 0 = v 1 s i n π x l + v 2 s i n 2 π x l + ... + v n s i n n π x l + ... = Σ i = 1 ∞ v i sin i π x l - - - ( 1 ) ]]>在轴心压力N作用下，构件的弹性挠度曲线方程展开成傅里叶级数： y = v 1 1 - N / N E s i n π x l + v 2 1 - N / ( 4 N E ) s i n 2 π x l + ... + v ...

【专利技术属性】
技术研发人员：郁有升，谢阳果，鲁春晓，于德湖，王燕，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37