一种高速公路门架式标志局部结构缺陷加固装置及方法与流程

1.本发明涉及公路交通领域，特别是涉及一种在役高速公路门架式标志局部结构缺陷加固装置，以及在役高速公路门架式标志局部结构缺陷加固装置的加固方法。


背景技术：

2.在高速公路工程的建设过程中，由于前期设计缺陷、施工质量控制以及施工工期约束等原因，建成后的高速公路门架式交通标志存在局部结构缺陷的问题较为多样且普遍存在，而这些带有局部结构缺陷的门架式标志往往会对门架式交通标志的整体结构性能或局部结构造成负面影响，从而对通车运营的高速公路门架式标志的服役。
3.在高速公路通车路段对在役带有局部结构缺陷的门架式交通标志加固改造要比新建高速重新施工门架式标志困难得多，主要表现在如下几点：首先，门架式标志主体结构已经施工完毕，已经没有太多改动的空间，局部结构的改造提升需充分考虑门架标志的现状；其次，将门架式交通标志整体拆除改造是非常不经济的做法，现实只能是以局部加固改造为宜，这种加固改造的需求，制约了加固方法的选择，如现场使用焊接工艺时，会破坏钢结构的镀锌层，从而影响门架式标志的正常使用；最后，局部改造方案往往在通车路段实施，需充分考虑加固方案的可行性和方案实施的便利性。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的不足，本发明的目的是在于提供了一种高速公路门架式标志局部结构缺陷加固装置，结构简单，使用方便，改造效果十分显著，明显增加了标识面板的强度。
5.本发明另一个目的是在于提供了一种高速公路门架式标志局部结构缺陷加固装置的加固方法，方法易行，操作简便，加固改造后的标识面板的最大应力为190mpa，相对于473mpa，超出了原有材料的强度极限少许，最大位移为243mm，数值合理，其中，最大应力比原先减小了59.8％，最大位移比原先减小了89％，有效的增加了标志面板的强度，加固效果较佳。
6.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
7.一种高速公路门架式标志局部结构缺陷加固装置，包括标志面板、上部横梁、下部横梁以及撑杆，所述标志面板上固定连接有横向设置的第二骨架，所述第二骨架上固定连接有纵向设置的第一骨架，所述撑杆设置有两个，所述上部横梁和下部横梁均固定设置在撑杆之间；所述上部横梁和下部横梁外围固定连接在第一骨架上，所述上部横梁之间和下部横梁之间均固定连接有第一连接杆，所述第一连接杆之间滑动设置有斜撑机构，所述斜撑机构包括第一斜杆、l型结构的钢板以及u型螺栓，所述钢板固定连接在第一斜杆两端，所述钢板通过u型螺栓固定连接在第一连接杆之间，所述第一斜杆呈倾斜状态。
8.作为本发明的一种优选技术方案，所述钢板滑动设置在第一连接杆之间，所述u型螺栓设置在钢板上对应第一连接杆处，所述u型螺栓固定套设在第一连接杆外围，所述u型
螺栓设置在钢板上对应上部横梁和下部横梁处，所述u型螺栓固定套设在上部横梁和下部横梁外围。
9.作为本发明的一种优选技术方案，所述上部横梁和下部横梁两端均通过固定螺母固定连接有u型连杆，所述u型连杆与撑杆固定连接。
10.作为本发明的一种优选技术方案，所述撑杆之间固定连接有水平状态的第三连接杆，所述第三连接杆之间均固定连接有呈倾斜状态的第三斜杆。
11.作为本发明的一种优选技术方案，所述上部横梁和下部横梁之间固定连接有水平状态的第二连接杆，所述第二连接杆之间固定连接有呈倾斜状态的第二斜杆。
12.作为本发明的一种优选技术方案，所述第一骨架之间设置有连接骨架，所述连接骨架上固定设置有抱箍，所述抱箍通过限位螺栓固定连接在第一骨架上。
13.作为本发明的一种优选技术方案，所述连接骨架两端均固定连接在第二骨架上。
14.本发明通过钢板与限位螺栓组合设置，与门架标志横梁结构由常规的焊接工艺转换为铆接加固工艺。在保证结构强度的同时，简化了施工工艺和加固方法，有效降低了通车路段的门架标志加固的技术难度，大幅提升了加固效率。
15.一种高速公路门架式标志局部结构缺陷加固装置的加固方法，包括以下步骤：
16.s1：面板加固：将第二骨架横向固定连接在标志面板背面，然后将第一骨架纵向固定连接在第一骨架上，固定方式为焊接；
17.使用抱箍将连接骨架固定连接在第一骨架之间，然后将抱箍焊接在第一骨架上，完成对标志面板的加固；
18.s2：底部支撑加固：将第三连接杆水平固定连接在撑杆之间，然后将第三斜杆呈倾斜状态固定连接在第三连接杆之间，固定方式为焊接，完成对底端撑杆的加固；
19.s3：新增加固：将第一连接杆水平固定连接在上部横梁之间和下部横梁之间，然后将第一斜杆呈倾斜状态固定连接在钢板之间，然后将钢板滑动插接在第一连接杆之间，再使用u型螺栓将钢板固定连接在第一连接杆上，并使用u型螺栓将钢板固定连接在上部横梁和下部横梁上，然后再将钢板和u型螺栓焊接，有效对上部横梁和下部横梁进行加固，增加抗风吹性能；
20.s4：横梁加固：将第二连接杆固定连接在上部横梁和下部横梁之间，然后将第二斜杆呈倾斜状态固定连接在第二连接杆之间，然后将u型连杆通过固定螺母固定连接在上部横梁和下部横梁两端；固定方式为焊接；
21.s5：组装：将标志面板放置在上部横梁和下部横梁处，然后使用抱箍固定在上部横梁和下部横梁上，然后将u型连杆固定连接在撑杆顶端，固定方式为焊接。
22.通过上述五个步骤的技术措施：
23.本发明通过空间结构有限元分析，在满足受力条件的前提下，将原局部结构缺陷的门架式标志结构的缺陷部分通过铆接的方式进行加固，在保障原门架式标志结构整体性能的同时，又很好地兼顾了通车路段施工的难度，将加固部分的构建可以通过场外加工，现场铆接的方式实施，保证结构强度的同时，大大简化了施工工艺以及施工难度，并提升了施工效率。避免了将标志结构整体或大批量拆卸，返厂改造，是对现行结构改造工艺和方法的大幅提升，是显著的技术进步，且本发明成果来源与工程项目并经过了实际项目实践检验，加固改造效果良好。
24.与现有技术相比，本发明能达到的有益效果：
25.(1)门架标志整体结构加固。
26.设7m高处高速公路最大风载约为a kpa，标志牌面积a＝3.5
×
3.3m2＝11.55m227.则每个标志牌连接处受到的整体应力f＝11.55akn
28.装有标志牌的横梁受力如图12所示
[0029][0030]
根据位移法，a端受到的弯矩为：
[0031]
ma＝(2.62+3.07+2.21+0.91)
×
11.55akn
·
m＝101.76akn
·m[0032]
b端受到的弯矩
[0033]
mb＝(2.90+2.94+1.89+0.62)
×
11.5akn
·
m＝96.44akn
·m[0034]
ma＞mb，校核a端受力
[0035]
a端有四根梁与侧柱连接，每根承担的弯知
[0036]
梁的抗弯截面系数
[0037]
梁受到的最大正应力
[0038]
考虑安全系数，设计梁承受的最大应力为180mpa
[0039]
此时，a＜0.292
[0040]
风速v与风载的关系为：
[0041]
得出：v≤18.5m/s
[0042]
九级风的风速为v＝20.8～24.4m/s
[0043]
综上，横梁连接处在八级及以下的大风下安全。
[0044]
(2)标志面板结构加固：
[0045]
加固改造后的标志面板的最大应力为190mpa，相对于473mpa，超出了原有材料的强度极限少许，最大位移为243mm，数值合理，其中，最大应力比原先减小了59.8％，最大位移比原先减小了89％，改造效果十分显著，明显增加了标志面板的强度。
附图说明
[0046]
图1为本发明主视图；
[0047]
图2为本发明标志面板示意图；
[0048]
图3为本发明撑杆侧视图；
[0049]
图4为本发明上部横梁和下部横梁连接结构示意图；
[0050]
图5为本发明上部横梁俯视图；
[0051]
图6为本发明图5中a区域放大结构示意图；
[0052]
图7为本发明上部横梁和钢板连接结构放大示意图；
[0053]
图8为本发明加固前的应力云图；
[0054]
图9为本发明加固前的位移云图；
[0055]
图10为本发明加固后的应力云图；
[0056]
图11为本发明加固后的位移云图；图12为本发明装有标志牌的横梁受力图。
[0057]
其中：1、标志面板；11、第一骨架；12、第二骨架；121、连接骨架；122、抱箍；2、上部横梁；21、第一连接杆；22、第一斜杆；3、下部横梁；31、第二连接杆；32、第二斜杆；4、撑杆；41、u型连杆；42、第三连接杆；43、第三斜杆；5、钢板；51、u型螺栓。
具体实施方式
[0058]
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
[0059]
实施例1：
[0060]
请参照图1、图2、图5、图6、图7、图8、图9、图10和图11所示，一种高速公路门架式标志局部结构缺陷加固装置，包括标志面板1、上部横梁2、下部横梁3以及撑杆4，标志面板1上固定连接有横向设置的第二骨架12，第二骨架12上固定连接有纵向设置的第一骨架11，撑杆4设置有两个，上部横梁2和下部横梁3均固定设置在撑杆4之间；
[0061]
上部横梁2和下部横梁3外围固定连接在第一骨架11上，上部横梁2之间和下部横梁3之间均固定连接有第一连接杆21，第一连接杆21之间滑动设置有斜撑机构，斜撑机构包括第一斜杆22、l型结构的钢板5以及u型螺栓51，钢板5固定连接在第一斜杆22两端，钢板5通过u型螺栓51固定连接在第一连接杆21之间，第一斜杆22呈倾斜状态。
[0062]
在本案中，通过斜撑机构的设置，原有的高速公路门架标识支撑在上部横梁2和下部横梁3之间的顶部不具有斜撑加固的方式，从而导致其支撑的稳固性不佳，其中，标志面板1的材质为铝合金，材料特性为：弹性模量：69gpa；泊松比：0.33；密度：2.81g/cm2；屈服强度：150-285mpa；强度较佳，能承受力较强，以28m/s的风速计算，未加固前计算出的数据如图8和图9所示，从应力云图和位移云图中可看出，标识面板1上的最大应力为473mpa，严重超出了材料的强度极限，最大位移为2240mm，数值较大，严重超出了标识面板1所承受的强度，不足以满足现有技术所需，影响标识面板1的强度，并且会出现掉落的情况，严重影响交通，在加固后，以28m/s的风速计算，计算出的数据如图10和图11，从应力云图和位移云图中可看出，加固改造后的标识面板1的最大应力为190mpa，相对于473mpa，超出了原有材料的强度极限少许，最大位移为243mm，数值合理，其中，最大应力比原先减小了59.8％，最大位移比原先减小了89％，改造效果十分显著，明显增加了标识面板1的强度；
[0063]
其中，只需通过将钢板5滑动至第一连接杆21之间，然后通过使用u型螺栓51将钢板5固定在第一连接杆21上，并使用u型螺栓51将钢板5固定在上部横梁2和下部横梁3上，完成固定后再将u型螺栓51焊接在钢板5上，避免增加的加固方式直接采用焊接的方式，以防破坏加固结构的镀锌层，以防影响标志面板1的正常使用，其中，方便操作，能快速地完成加固操作，且在加固时只需占用两车道即可完成加固，无需对路段进行全面封堵，有空间供车辆行走，通车便利。
[0064]
作为本实施例进一步的实施方式，如图5、图6、图7所示，钢板5滑动设置在第一连接杆21之间，u型螺栓51设置在钢板5上对应第一连接杆21处，u型螺栓51固定套设在第一连接杆21外围，u型螺栓51设置在钢板5上对应上部横梁2和下部横梁3处，u型螺栓51固定套设在上部横梁2和下部横梁3外围。
[0065]
通过使用u型螺栓51便于将第一斜杆22固定在第一连接杆21之间，增加加固方案的稳固性。
[0066]
作为本实施例进一步的实施方式，如图5所示，上部横梁2和下部横梁3两端均通过固定螺母固定连接有u型连杆41，u型连杆41与撑杆4固定连接。
[0067]
作为本实施例进一步的实施方式，如图3所示，撑杆4之间固定连接有水平状态的第三连接杆42，第三连接杆42之间均固定连接有呈倾斜状态的第三斜杆43。
[0068]
通过使用固定螺母安装u型连杆41，然后采用焊接的方式焊接固定螺母，以防破坏钢架的镀锌层，有效地增加强度，其中通过采用固定螺母的方式固定，方便后期延长上部横梁2和下部横梁3的长度，适用于不同宽度的高速，增加适用范围。
[0069]
作为本实施例进一步的实施方式，如图4所示，上部横梁2和下部横梁3之间固定连接有水平状态的第二连接杆31，第二连接杆31之间固定连接有呈倾斜状态的第二斜杆32。
[0070]
作为本实施例进一步的实施方式，如图2所示，第一骨架11之间设置有连接骨架121，连接骨架121上固定设置有抱箍122，抱箍122通过限位螺栓固定连接在第一骨架11上。
[0071]
作为本实施例进一步的实施方式，如图2所示，连接骨架121两端均固定连接在第二骨架12上。
[0072]
实施例2：
[0073]
一种高速公路门架式标志局部结构缺陷加固装置的加固方法，包括以下步骤：
[0074]
s1：面板加固：将第二骨架12横向固定连接在标志面板1背面，然后将第一骨架11纵向固定连接在第一骨架11上，固定方式为焊接；
[0075]
使用抱箍122将连接骨架121固定连接在第一骨架11之间，然后将抱箍122焊接在第一骨架11上，完成对标志面板1的加固；
[0076]
s2：底部支撑加固：将第三连接杆42水平固定连接在撑杆4之间，然后将第三斜杆43呈倾斜状态固定连接在第三连接杆42之间，固定方式为焊接，完成对底端撑杆的加固；
[0077]
s3：新增加固：将第一连接杆21水平固定连接在上部横梁2之间和下部横梁3之间，然后将第一斜杆22呈倾斜状态固定连接在钢板5之间，然后将钢板5滑动插接在第一连接杆21之间，再使用u型螺栓51将钢板5固定连接在第一连接杆21上，并使用u型螺栓51将钢板5固定连接在上部横梁2和下部横梁3上，然后再将钢板5和u型螺栓51焊接，有效对上部横梁2和下部横梁3进行加固，增加抗风吹性能；
[0078]
s4：横梁加固：将第二连接杆31固定连接在上部横梁2和下部横梁3之间，然后将第二斜杆32呈倾斜状态固定连接在第二连接杆31之间，然后将u型连杆41通过固定螺母固定连接在上部横梁2和下部横梁3两端；固定方式为焊接；
[0079]
s5：组装：将标志面板1放置在上部横梁2和下部横梁3处，然后使用抱箍122固定在上部横梁2和下部横梁3上，然后将u型连杆41固定连接在撑杆4顶端，固定方式为焊接。
[0080]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它
们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0081]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。