减小钢管应力滞后的受损钢管混凝土柱修复方法及装置

1.本发明涉及建筑结构技术领域，特别是涉及一种减小钢管应力滞后的受损钢管混凝土柱修复方法及装置。


背景技术：

2.钢管混凝土柱虽然具有承载力高、抗震性能好等优点，但遭遇地震或火灾时仍有可能发生损坏或倒塌。损坏后有相当一部分可通过修复加固继续使用，目前常用的修复加固方法为置换加固法，即将断裂和屈曲的钢管切除，用新钢板焊接连接未损坏的钢管，并替换内部破损的混凝土。
3.对于传统置换加固法，置换区域的钢板无法分担正常使用阶段的荷载，正常使用阶段的荷载完全由未替换的混凝土承担，导致这部分混凝土的应力水平很高，在地震作用下易发生提前破坏，影响结构承载能力的发挥。
4.因此，提供一种减小钢管应力滞后的受损钢管混凝土柱修复方法及装置，以解决现有技术中所存在的上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种减小钢管应力滞后的受损钢管混凝土柱修复方法及装置，以解决现有技术中所存在的上述问题，能够降低未替换混凝土的应力水平，提高结构承载能力，并减小钢管应力滞后。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
7.本发明提供一种减小钢管应力滞后的受损钢管混凝土柱修复方法，包括以下步骤：
8.1)将固定装置固定于受损钢管混凝土柱的下部钢管上，其中，所述下部钢管位于所述受损钢管混凝土柱的损坏区域的下方；
9.2)将高度调节装置的底部与所述固定装置进行连接；
10.3)将外包装置包裹于所述受损钢管混凝土柱的上部钢管外侧，并使所述外包装置对所述上部钢管产生夹紧力，其中，所述上部钢管位于所述受损钢管混凝土柱的损坏区域的上方；
11.4)将所述高度调节装置的顶部与所述外包装置连接，并调节所述高度调节装置，以对所述外包装置提供顶升力；
12.5)将包围钢板的顶部和底部分别与所述上部钢管以及所述下部钢管连接；
13.6)在所述包围钢板与所述受损钢管混凝土柱的损坏区域之间形成的浇筑空间内浇筑混凝土；
14.7)新浇筑的混凝土凝结硬化后，拆除所述外包装置与所述高度调节装置。
15.本发明还提供一种减小钢管应力滞后的受损钢管混凝土柱修复装置，用于实现上述的减小钢管应力滞后的受损钢管混凝土柱修复方法，包括：
16.外包装置，所述外包装置用于可拆卸地包裹于所述受损钢管混凝土柱的所述上部钢管外侧，且能够对所述上部钢管产生夹紧力；
17.固定装置，所述固定装置用于与所述受损钢管混凝土柱的所述下部钢管固定连接；
18.高度调节装置，所述高度调节装置的底部用于与所述固定装置可拆卸连接，所述高度调节装置的顶部用于与所述外包装置可拆卸连接，且在所述高度调节装置完成连接后，通过调节所述高度调节装置能够对所述外包装置提供顶升力；
19.包围钢板，所述包围钢板用于包围在所述受损钢管混凝土柱的损坏区域的外侧，且所述包围钢板的顶部和底部分别用于与所述上部钢管以及所述下部钢管固定连接；所述包围钢板与所述受损钢管混凝土柱的损坏区域之间能够形成有用于浇筑混凝土的所述浇筑空间。
20.优选的，所述外包装置包括至少两个可拆卸连接的外包板，所述外包板围成与所述上部钢管的外形适配的结构，且所述外包板的内壁能够贴紧于所述上部钢管，所述外包板的底部连接有底板，所述高度调节装置的顶部与所述底板可拆卸连接。
21.优选的，所述外包板的竖向两侧均设置有连接板，所述连接板上开设有第二螺栓孔；相邻两个所述外包板上相接触的两个所述连接板通过螺栓穿过所述第二螺栓孔进行连接，所述螺栓上安装有第一螺母，通过拧紧所述第一螺母能够使所述外包板对所述上部钢管产生夹紧力。
22.优选的，所述外包板的外壁上沿竖向连接有多个环向加劲肋。
23.优选的，所述外包板与所述底板之间连接有多个第一纵向加劲肋。
24.优选的，所述固定装置包括相连接的至少两个固定板，所述固定板围成与所述下部钢管的外形适配的结构，所述固定板的内壁与所述下部钢管固定连接，所述高度调节装置的底部与所述固定板可拆卸连接。
25.优选的，所述固定板的底部连接有多个第二纵向加劲肋，且所述第二纵向加劲肋能够与所述下部钢管连接。
26.优选的，所述高度调节装置包括第一螺杆、高度调节螺母和第二螺杆，所述第一螺杆和所述第二螺杆的螺纹方向相反；所述底板上设置有第一螺栓孔，所述第一螺杆底部与所述高度调节螺母的上半部螺纹连接，顶部穿过所述第一螺栓孔，所述第一螺杆上设置有两个第二螺母，两个所述第二螺母分别位于所述底板的顶面和底面；所述固定板上设置有第三螺栓孔，所述第二螺杆的顶部与所述高度调节螺母的下半部螺纹连接，底部穿过所述第三螺栓孔，所述第二螺杆上设置有两个第三螺母，两个所述第三螺母分别位于所述固定板的顶面和底面；所述高度调节螺母的上半部和下半部螺纹方向相反。
27.优选的，所述包围钢板上开设有浇筑孔和出浆孔。
28.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
29.本发明中外包装置能够包裹于受损钢管混凝土柱的上部钢管外侧，并使外包装置对上部钢管产生夹紧力，高度调节装置的两端分别与固定装置以及外包装置连接，通过调节高度调节装置能够对外包装置提供顶升力，从而使外包装置与上部钢管之间产生摩擦力，进一步地能够对上部钢管以及上部未损坏区域提供顶升力，使高度调节装置能够承担正常使用阶段的荷载，降低损坏区域的未替换混凝土的应力水平至接近为0；新浇筑混凝土
凝结硬化后拆除修复装置，即卸除顶升力，从而将正常使用阶段的荷载施加给由钢板、新浇筑混凝土和未替换混凝土组成的钢管混凝土柱，使三者共同受力，减小钢管应力滞后，提高结构承载能力，置换区域的受力与原构件等效。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.图1为本发明实施例一中修复前示意图；
32.图2为本发明实施例一中施工示意图；
33.图3为本发明实施例一中减小钢管应力滞后的受损钢管混凝土柱修复装置的结构示意图；
34.图4为本发明实施例一中外包装置的结构示意图；
35.图5为本发明实施例一中高度调节装置的结构示意图；
36.图6为本发明实施例一中固定装置的结构示意图；
37.图7为本发明实施例二中修复前示意图；
38.图8为本发明实施例二中施工示意图；
39.图9为本发明实施例二中减小钢管应力滞后的受损钢管混凝土柱修复装置的结构示意图；
40.图10为本发明实施例二中外包装置的结构示意图；
41.图11为本发明实施例二中高度调节装置的结构示意图；
42.图12为本发明实施例二中固定装置的结构示意图。
43.附图标记说明：1-外包装置；1.1-外包板；1.2-底板；1.2.1-第一螺栓孔；1.3-连接板；1.3.1-第二螺栓孔；1.4-环向加劲肋；1.5-第一纵向加劲肋；1.6-螺栓；1.7-第一螺母；2-高度调节装置；2.1-第一螺杆；2.2-第二螺杆；2.3-高度调节螺母；2.4-第二螺母；2.5-第三螺母；3-固定装置；3.1-固定板；3.1.1-第三螺栓孔；3.2-第二纵向加劲肋；4-损坏区域；5-钢板；5.1-浇筑孔；5.2-出浆孔；6-上部钢管；7-下部钢管；8-底部基础。
具体实施方式
44.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
45.本发明的目的是提供一种减小钢管应力滞后的受损钢管混凝土柱修复方法及装置，以解决现有技术中所存在的上述问题，能够降低未替换混凝土的应力水平，提高结构承载能力，并减小钢管应力滞后。
46.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
47.实施例一
48.如图1-图6所示，本实施例中提供一种减小钢管应力滞后的受损钢管混凝土柱修复装置，主要包括外包装置1、高度调节装置2、固定装置3和包围钢板：其中，外包装置1可拆卸地包裹于受损钢管混凝土柱的上部钢管6外侧，且能够对上部钢管6产生夹紧力；固定装置3用于与受损钢管混凝土柱的下部钢管7固定连接；高度调节装置2的底部与固定装置3可拆卸连接，高度调节装置2的顶部与外包装置1可拆卸连接，且在高度调节装置2完成连接后，通过调节高度调节装置2能够对外包装置1提供顶升力；包围钢板沿环向为封闭结构，用于包围在受损钢管混凝土柱的损坏区域4的外侧，且包围钢板的顶部和底部分别用于与上部钢管6以及下部钢管7固定连接；包围钢板与受损钢管混凝土柱的损坏区域4之间形成有用于浇筑混凝土的浇筑空间。
49.在本实施例中，如图4所示，外包装置1包括至少两个可拆卸连接的外包板1.1，外包板1.1围成与上部钢管6的外形适配的结构，且外包板1.1的内壁能够贴紧于上部钢管6，外包板1.1的底部连接有底板1.2，高度调节装置2的顶部与底板1.2可拆卸连接。其中，底板1.2和外包板1.1之间优选采用焊接方式连接，或者还可以选择其它连接方式。
50.在本实施例中，外包板1.1优选围成矩形结构，针对矩形的受损钢管混凝土柱设置。其中，外包板1.1优选为l形，设置有四个，分别紧贴于矩形受损钢管混凝土柱的上部钢管6的四个角上，底板1.2对应为l形；或者，外包板1.1可以为u型，设置有两个；或者，还可以根据需要选择其它结构的外包板1.1。
51.在本实施例中，外包板1.1的竖向两侧均设置有连接板1.3，连接板1.3的平面上开设有第二螺栓孔1.3.1；相邻两个外包板1.1上相接触的两个连接板1.3通过螺栓1.6穿过对应的第二螺栓孔1.3.1进行连接，螺栓1.6上安装有第一螺母1.7，通过拧紧第一螺母1.7能够使外包板1.1对上部钢管6产生夹紧力。
52.在本实施例中，外包板1.1的外壁在竖直方向上间隔分布有多个环向加劲肋1.4，环向加劲肋1.4优选为l形环向加劲肋，焊接于外包板1.1上，且两端焊接于连接板1.3。
53.在本实施例中，底板1.2与外包板1.1之间沿环向连接有多个第一纵向加劲肋1.5；其中，第一纵向加劲肋1.5为三角形纵向加劲肋，优选采用直角三角形纵向加劲肋，其两个直角边分别与底板1.2和外包板1.1连接，连接方式根据具体工作需要进行选择，优选采用焊接。进一步地，第一纵向加劲肋1.5的形状、数量及间距等可以根据具体工作需要进行选择。
54.在本实施例中，如图6所示，固定装置3包括相连接的至少两个固定板3.1，固定板3.1围成与下部钢管7的外形适配的结构，固定板3.1的内壁与下部钢管7固定连接，高度调节装置2的底部与固定板3.1可拆卸连接；进一步地，固定板3.1优选为l形固定板3.1，其内壁焊接于下部钢管7。
55.在本实施例中，固定板3.1的底部还连接有多个第二纵向加劲肋3.2，且第二纵向加劲肋3.2能够与下部钢管7连接；其中，第二纵向加劲肋3.2为三角形纵向加劲肋，优选采用直角三角形纵向加劲肋，其两个直角边分别与下部钢管7和固定板3.1连接，连接方式根据具体工作需要进行选择，优选采用焊接。进一步地，第二纵向加劲肋3.2的形状、数量及间距等可以根据具体工作需要进行选择。
56.在本实施例中，如图5所示，高度调节装置2包括第一螺杆2.1、高度调节螺母2.3和
第二螺杆2.2，第一螺杆2.1和第二螺杆2.2的螺纹方向相反；底板1.2的平面上设置有第一螺栓孔1.2.1，第一螺杆2.1底部与高度调节螺母2.3的上半部螺纹连接，顶部穿过第一螺栓孔1.2.1，第一螺杆2.1上设置有两个第二螺母2.4，两个第二螺母2.4分别位于底板1.2的顶面和底面，第一螺杆2.1与第一螺栓孔1.2.1、高度调节螺母2.3以及第二螺母2.4相匹配；固定板3.1的平面上设置有第三螺栓孔3.1.1，第三螺栓孔3.1.1与第一螺栓孔1.2.1一一对应，两者位置相对、大小相同，第二螺杆2.2的顶部与高度调节螺母2.3的下半部螺纹连接，底部穿过第三螺栓孔3.1.1，第二螺杆2.2上设置有两个第三螺母2.5，两个第三螺母2.5分别位于固定板3.1的顶面和底面，第二螺杆2.2与第三螺栓孔3.1.1、高度调节螺母2.3以及第三螺母2.5相匹配；高度调节螺母2.3的上半部和下半部螺纹方向相反。
57.在本实施例中，包围钢板设置于上部钢管6与下部钢管7之间，包括多个依次进行焊接的钢板5，钢板5可以为矩形、l形或u形等；包围钢板的平面内开有浇筑孔5.1和出浆孔5.2，浇筑孔5.1与出浆孔5.2位置相对。
58.本实施例中还公开了一种减小钢管应力滞后的受损钢管混凝土柱修复方法，具体包括：
59.第一步：预备四块l形的外包板1.1、四块l形的底板1.2、八块连接板1.3、若干块l形的环向加劲肋1.4、若干块第一纵向加劲肋1.5、若干个螺栓1.6、若干个第一螺母1.7、若干根第一螺杆2.1、若干根第二螺杆2.2、若干个高度调节螺母2.3、若干个第二螺母2.4、若干个第三螺母2.5、四块l形的固定板3.1、若干块第二纵向加劲肋3.2和四块新的钢板5。
60.第二步：将第二纵向加劲肋3.2一侧焊接于固定板3.1底面，并将固定装置3焊接于下部钢管7；将底板1.2、连接板1.3、环向加劲肋1.4和第一纵向加劲肋1.5焊接于外包板1.1相应的位置。
61.第三步：将第一螺杆2.1和第二螺杆2.2完全拧入高度调节螺母2.3，将一个第二螺母2.4拧到第一螺杆2.1相应位置，将一个第三螺母2.5拧到第二螺杆2.2相应位置，将第二螺杆2.2穿过第三螺栓孔3.1.1，并在相应位置拧紧另一个第三螺母2.5。
62.第四步：将第一螺杆2.1穿过第一螺栓孔1.2.1，将螺栓1.6穿过相邻两个第二螺栓孔1.3.1，拧紧第一螺母1.7，使外包板1.1更紧贴于上部钢管，在相应位置拧紧另一个第二螺母2.4。
63.第五步：拧动高度调节螺母2.3使其将外包装置1顶升至指定位置(使损坏区域未替换混凝土的应力水平为0的位置)，将新的钢板5一侧焊接于上部钢管6底部，另一侧焊接于下部钢管7顶部，并焊接相邻两块新的钢板5。
64.第六步：在浇筑孔5.1灌入混凝土，直到出浆孔5.2溢出混凝土为止。
65.第七步：新浇筑混凝土凝结硬化后，反向拧动高度调节螺母2.3使其压力降为零。
66.第八步：将固定板3.1底面的第三螺母2.5拧出，将底板1.2顶面的第二螺母2.4拧出，将第一螺母1.7拧出，并取出螺栓1.6，取下外包装置1和高度调节装置2，完成拆除。
67.实施例二
68.如图7-图12所示，本实施例中提供一种减小钢管应力滞后的受损钢管混凝土柱修复装置，主要包括外包装置1、高度调节装置2、固定装置3和包围钢板：其中，外包装置1可拆卸地包裹于受损钢管混凝土柱的上部钢管6外侧，且能够对上部钢管6产生夹紧力；固定装置3用于与受损钢管混凝土柱的下部钢管7固定连接；高度调节装置2的底部与固定装置3可
拆卸连接，高度调节装置2的顶部与外包装置1可拆卸连接，且在高度调节装置2完成连接后，通过调节高度调节装置2能够对外包装置1提供顶升力；包围钢板沿环向为封闭结构，用于包围在受损钢管混凝土柱的损坏区域4的外侧，且包围钢板的顶部和底部分别用于与上部钢管6以及下部钢管7固定连接；包围钢板与受损钢管混凝土柱的损坏区域4之间形成有用于浇筑混凝土的浇筑空间。
69.在本实施例中，如图10所示，包括至少两个可拆卸连接的外包板1.1，外包板1.1围成与上部钢管6的外形适配的结构，且外包板1.1的内壁能够贴紧于上部钢管6，外包板1.1的底部连接有底板1.2，高度调节装置2的顶部与底板1.2可拆卸连接。其中，底板1.2和外包板1.1之间优选采用焊接方式连接，或者还可以选择其它连接方式。
70.在本实施例中，外包板1.1优选围成圆形结构，针对圆形的受损钢管混凝土柱设置。其中，外包板1.1优选为圆弧形，设置有四个，紧贴于圆形受损钢管混凝土柱的上部钢管6上，底板1.2对应为圆弧形；或者，还可以根据需要选择其它结构的外包板1.1。
71.在本实施例中，外包板1.1的竖向两侧均设置有连接板1.3，连接板1.3的平面上开设有第二螺栓孔1.3.1；相邻两个外包板1.1上相接触的两个连接板1.3通过螺栓1.6穿过对应的第二螺栓孔1.3.1进行连接，螺栓1.6上安装有第一螺母1.7，通过拧紧第一螺母1.7能够使外包板1.1对上部钢管6产生夹紧力。
72.在本实施例中，外包板1.1的外壁在竖直方向上间隔分布有多个环向加劲肋1.4，环向加劲肋1.4优选为圆弧形环向加劲肋，焊接于外包板1.1上，且两端焊接于连接板1.3。
73.在本实施例中，底板1.2与外包板1.1之间沿环向连接有多个第一纵向加劲肋1.5；其中，第一纵向加劲肋1.5为三角形纵向加劲肋，优选采用直角三角形纵向加劲肋，其两个直角边分别与底板1.2和外包板1.1连接，连接方式根据具体工作需要进行选择，优选采用焊接。进一步地，第一纵向加劲肋1.5的形状、数量及间距等可以根据具体工作需要进行选择。
74.在本实施例中，如图12所示，固定装置3包括相连接的至少两个固定板3.1，固定板3.1围成与下部钢管7的外形适配的结构，固定板3.1的内壁与下部钢管7固定连接，高度调节装置2的底部与固定板3.1可拆卸连接；进一步地，固定板3.1优选为圆弧形固定板，其内壁焊接于下部钢管7。
75.在本实施例中，固定板3.1的底部还连接有多个第二纵向加劲肋3.2，且第二纵向加劲肋3.2能够与下部钢管7连接；其中，第二纵向加劲肋3.2为三角形纵向加劲肋，优选采用直角三角形纵向加劲肋，其两个直角边分别与下部钢管7和固定板3.1连接，连接方式根据具体工作需要进行选择，优选采用焊接。进一步地，第二纵向加劲肋3.2的形状、数量及间距等可以根据具体工作需要进行选择。
76.在本实施例中，如图11所示，高度调节装置2包括第一螺杆2.1、高度调节螺母2.3和第二螺杆2.2，第一螺杆2.1和第二螺杆2.2的螺纹方向相反；底板1.2的平面上设置有第一螺栓孔1.2.1，第一螺杆2.1底部与高度调节螺母2.3的上半部螺纹连接，顶部穿过第一螺栓孔1.2.1，第一螺杆2.1上设置有两个第二螺母2.4，两个第二螺母2.4分别位于底板1.2的顶面和底面，第一螺杆2.1与第一螺栓孔1.2.1、高度调节螺母2.3以及第二螺母2.4相匹配；固定板3.1的平面上设置有第三螺栓孔3.1.1，第三螺栓孔3.1.1与第一螺栓孔1.2.1一一对应，两者位置相对、大小相同，第二螺杆2.2的顶部与高度调节螺母2.3的下半部螺纹连接，
底部穿过第三螺栓孔3.1.1，第二螺杆2.2上设置有两个第三螺母2.5，两个第三螺母2.5分别位于固定板3.1的顶面和底面，第二螺杆2.2与第三螺栓孔3.1.1、高度调节螺母2.3以及第三螺母2.5相匹配；高度调节螺母2.3的上半部和下半部螺纹方向相反。
77.在本实施例中，包围钢板设置于上部钢管6与下部钢管7之间，包括多个依次进行焊接的钢板5，钢板5可以为圆弧形等；包围钢板的平面内开有浇筑孔5.1和出浆孔5.2，浇筑孔5.1与出浆孔5.2位置相对。
78.本实施例中还公开了一种减小钢管应力滞后的受损钢管混凝土柱修复方法，具体包括：
79.第一步：预备四块圆弧形的外包板1.1、四块圆弧形的底板1.2、八块连接板1.3、若干块圆弧形的环向加劲肋1.4、若干块第一纵向加劲肋1.5、若干个螺栓1.6、若干个第一螺母1.7、若干根第一螺杆2.1、若干根第二螺杆2.2、若干个高度调节螺母2.3、若干个第二螺母2.4、若干个第三螺母2.5、四块圆弧形的固定板3.1、若干块第二纵向加劲肋3.2和两块新的钢板5。
80.第二步：将第二纵向加劲肋3.2一侧焊接于固定板3.1底面，并将固定装置3焊接于下部钢管7；将底板1.2、连接板1.3、环向加劲肋1.4和第一纵向加劲肋1.5焊接于外包板1.1相应的位置。
81.第三步：将第一螺杆2.1和第二螺杆2.2完全拧入高度调节螺母2.3，将一个第二螺母2.4拧到第一螺杆2.1相应位置，将一个第三螺母2.5拧到第二螺杆2.2相应位置，将第二螺杆2.2穿过第三螺栓孔3.1.1，并在相应位置拧紧另一个第三螺母2.5。
82.第四步：将第一螺杆2.1穿过第一螺栓孔1.2.1，将螺栓1.6穿过相邻两个第二螺栓孔1.3.1，拧紧第一螺母1.7，使外包板1.1更紧贴于上部钢管，在相应位置拧紧另一个第二螺母2.4。
83.第五步：拧动高度调节螺母2.3使其将外包装置1顶升至指定位置(使损坏区域未替换混凝土的应力水平为0的位置)，将新的钢板5一侧焊接于上部钢管6底部，另一侧焊接于下部钢管7顶部，并焊接相邻两块新的钢板5。
84.第六步：在浇筑孔5.1灌入混凝土，直到出浆孔5.2溢出混凝土为止。
85.第七步：新浇筑混凝土凝结硬化后，反向拧动高度调节螺母2.3使其压力降为零。
86.第八步：将固定板3.1底面的第三螺母2.5拧出，将底板1.2顶面的第二螺母2.4拧出，将第一螺母1.7拧出，并取出螺栓1.6，取下外包装置1和高度调节装置2，完成拆除。
87.需要进行说明的是，本发明中外包装置以及固定装置的横截面形状根据受损钢管混凝土柱的形状而设置，并不局限于圆形或者矩形，例如还可以是五边形、六边形等多边形或者不规则形状等。
88.本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。