建筑結(jié)構(gòu)加固裝置設(shè)計(jì)及其應(yīng)用

□□ 彭 飛 (中冶建工集團(tuán)有限公司，重慶 400084)

引言

為了節(jié)約建筑施工成本，避免非必要建筑翻新，通常會(huì)對(duì)老舊建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行二次加固使其能夠繼續(xù)安全使用。對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行二次加固一般有兩種方式：一種是加設(shè)支撐柱或結(jié)構(gòu)梁；另一種是在建筑結(jié)構(gòu)的薄弱位置、主要支撐位置或直角墻面(如建筑墻角、墻壁與頂壁的相交處)設(shè)置加固裝置，以加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。前者施工量大、施工周期長(zhǎng)且成本較高，容易對(duì)正常生產(chǎn)造成影響，所以目前對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的二次加固多采用第二種方式。然而當(dāng)前的多數(shù)加固裝置存在加固范圍小，不能較長(zhǎng)距離的對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行穩(wěn)定加固，加固效果較差等問(wèn)題，同時(shí)大多加固裝置與建筑結(jié)構(gòu)為剛性連接，當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生較大震動(dòng)時(shí)不能夠起到良好的加固效果。

1 加固裝置設(shè)計(jì)

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，擬設(shè)計(jì)一種新的建筑結(jié)構(gòu)加固裝置，設(shè)計(jì)思路具體如下：

(1)加固裝置主要由安裝板和螺紋桿組成。

(2)安裝板上具有兩個(gè)相互垂直且相交的安裝面。

(3)在靠近兩個(gè)安裝面相交處設(shè)置避震板。避震板與對(duì)應(yīng)安裝面平行，避震板與對(duì)應(yīng)安裝面之間連接有彈性結(jié)構(gòu)，彈性結(jié)構(gòu)的回彈方向與對(duì)應(yīng)安裝面垂直。

(4)在安裝面上遠(yuǎn)離兩個(gè)安裝面相交處設(shè)置支撐件。支撐件遠(yuǎn)離對(duì)應(yīng)安裝面的一端與對(duì)應(yīng)安裝面之間的距離小于避震板與對(duì)應(yīng)安裝面之間的距離。

(5)安裝板上具有貫穿的螺紋孔。螺紋孔的軸線(xiàn)同時(shí)平行于安裝面，安裝板為2塊，并排設(shè)置，安裝板上的螺紋孔同軸且螺紋旋向相反。

(6)螺紋桿穿過(guò)2塊安裝板的螺紋孔。螺紋桿上具有旋向相反的兩段外螺紋，兩段外螺紋分別與2塊安裝板的螺紋孔螺紋連接。

2 加固裝置組成

建筑結(jié)構(gòu)加固裝置主要由安裝板、避震件、支撐件、調(diào)節(jié)件和限位件組成，如圖1所示。

1—限位件，11—限位桿，12—限位板；21—安裝孔，22—安裝板，23—直角三角塊，24—螺紋孔；3—調(diào)節(jié)件，31—手輪,32—螺紋桿,33—擋板；4—避震件,41—避震板，42—活動(dòng)桿，43—?dú)んw，44—活動(dòng)板，45—橡膠阻尼墊，46—螺旋彈簧；5—支撐件,51—支撐環(huán)，53—支撐桿，53—支撐板。

2.1 安裝板

安裝板上具有兩個(gè)相互垂直且相交的安裝面，安裝面上遠(yuǎn)離兩個(gè)安裝面相交處的位置貫穿設(shè)有與對(duì)應(yīng)安裝面垂直的安裝孔，安裝板上具有貫穿的螺紋孔，螺紋孔的軸線(xiàn)同時(shí)平行于兩個(gè)安裝面，如圖2所示。安裝板呈L型，在確保安裝支撐效果的同時(shí)，應(yīng)盡可能減輕安裝板的質(zhì)量和體積；安裝板的內(nèi)側(cè)設(shè)有直角三角塊，其兩直角墻面分別與安裝板內(nèi)側(cè)的兩平面固定連接，以強(qiáng)化L型安裝板的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；安裝板和直角三角塊為一體結(jié)構(gòu)，螺紋孔貫穿設(shè)置在直角三角塊上。

圖2 安裝板立體結(jié)構(gòu)

2.2 避震件

安裝面上靠近兩個(gè)安裝面相交處的位置設(shè)有避震件如圖3和圖4所示。避震件由彈性結(jié)構(gòu)和避震板組成。其中避震板與對(duì)應(yīng)安裝面平行，彈性結(jié)構(gòu)連接設(shè)于避震板與對(duì)應(yīng)安裝面之間，彈性結(jié)構(gòu)的回彈方向與對(duì)應(yīng)安裝面垂直。彈性結(jié)構(gòu)主要為殼體，其與對(duì)應(yīng)安裝面固定連接，內(nèi)部呈垂直于對(duì)應(yīng)安裝面的圓柱腔體，內(nèi)部的圓周壁上貼合設(shè)有一圈橡膠阻尼墊；內(nèi)部設(shè)有垂直于對(duì)應(yīng)安裝面的螺旋彈簧，其靠近對(duì)應(yīng)安裝面的一端與殼體的內(nèi)部抵接，螺旋彈簧遠(yuǎn)離對(duì)應(yīng)安裝面的一端抵接設(shè)有活動(dòng)板，活動(dòng)板的外圓面與橡膠阻尼墊抵接，活動(dòng)板遠(yuǎn)離螺旋彈簧的一側(cè)固定連接有活動(dòng)桿，活動(dòng)桿的自由端活動(dòng)穿出至殼體外并與對(duì)應(yīng)避震板垂直固定連接。

圖3 避震件立體結(jié)構(gòu)

圖4 避震件局部斷面

2.3 支撐件

安裝面上遠(yuǎn)離兩個(gè)安裝面相交處的位置設(shè)有支撐件，如圖5所示。支撐件為剛性結(jié)構(gòu)，其主要包括支撐環(huán)、支撐桿和支撐板。支撐環(huán)與對(duì)應(yīng)安裝面固定連接；支撐環(huán)與安裝孔同軸，其外圓面上沿周向間隔連接有多個(gè)支撐桿；支撐桿的自由端傾斜遠(yuǎn)離對(duì)應(yīng)安裝面，自由端的端面與對(duì)應(yīng)安裝面平行，端面與對(duì)應(yīng)安裝面的距離小于避震板與對(duì)應(yīng)安裝面之間的距離。支撐桿為3根，支撐桿周向均布在支撐環(huán)的外側(cè)，支撐桿的一端與支撐環(huán)的外圓面固定連接。為了增大使用時(shí)支撐桿與墻面的接觸面積，在支撐桿的另一端連接有支撐板，支撐板與對(duì)應(yīng)安裝面平行，且支撐板與對(duì)應(yīng)安裝面的距離小于避震板與對(duì)應(yīng)安裝面的距離。

圖5 支撐件立體結(jié)構(gòu)

2.4 調(diào)節(jié)件

調(diào)節(jié)件由手輪、螺紋桿和擋板組成，如圖6所示。螺紋桿穿過(guò)2塊安裝板的螺紋孔，螺紋桿上具有旋向相反的兩段外螺紋，兩段外螺紋分別與2塊安裝板的螺紋孔螺紋連接；螺紋桿的一端連接有手輪以便于轉(zhuǎn)動(dòng)螺紋桿，螺紋桿的另一端連接有擋板以避免螺紋桿與安裝板脫離。

圖6 調(diào)節(jié)件立體結(jié)構(gòu)

2.5 限位件

限位件包括限位桿和限位板，如圖1所示。限位桿與螺紋桿平行，限位桿活動(dòng)穿過(guò)2塊安裝板，限位桿的兩端均連接有限位板以避免限位桿與安裝板脫離；限位桿為2根。

3 加固裝置的使用及效果分析

3.1 使用方法

建筑結(jié)構(gòu)加固裝置使用步驟如下：

(1)確定建筑結(jié)構(gòu)中待加固直角墻面所需要加固的范圍。直角墻面由兩個(gè)垂直且相交的平面組成，通過(guò)手輪轉(zhuǎn)動(dòng)螺紋桿，使2塊安裝板相互遠(yuǎn)離或靠近，使2塊安裝板22的間距與該直角墻面需要加固的范圍相匹配。

(2)將加固裝置移動(dòng)至該直角墻面處，安裝板的安裝面與直角墻面的兩個(gè)平面一一對(duì)應(yīng)。

(3)調(diào)整加固裝置與直角墻面的距離，使避震板與對(duì)應(yīng)直角墻面的平面抵接且螺旋彈簧處于壓縮狀態(tài)，支撐板與對(duì)應(yīng)直角墻面的平面之間留有一定間距。

(4)用螺栓的桿部依次穿過(guò)安裝孔和對(duì)應(yīng)支撐環(huán)，并使螺栓的桿部與對(duì)應(yīng)直角墻面的平面固定連接，螺栓的頭部與對(duì)應(yīng)安裝板的內(nèi)側(cè)面緊緊抵接，從而將加固裝置安裝到對(duì)應(yīng)直角墻面處，以起加固作用。

3.2 技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

與現(xiàn)有技術(shù)相比，該加固裝置優(yōu)點(diǎn)如下：

(1)該加固裝置的2塊安裝板間距可調(diào)，使該加固裝置擁有較大的加固范圍且加固范圍根據(jù)需求做適應(yīng)性調(diào)整。

(2)加固裝置可通過(guò)避震件來(lái)降低建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生震動(dòng)和變形的趨勢(shì)，以提高加固的穩(wěn)定性，同時(shí)通過(guò)支撐件來(lái)避免建筑結(jié)構(gòu)的過(guò)度震動(dòng)和變形，從而取得較好的加固效果。

(3)當(dāng)避震件發(fā)揮避震作用時(shí)，活動(dòng)板在殼體內(nèi)滑動(dòng)會(huì)受到橡膠阻尼墊的阻尼作用，提高避震件的避震效果，從而進(jìn)一步降低建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生震動(dòng)和變形的趨勢(shì)。

(4)通過(guò)設(shè)置限位桿，可使對(duì)2塊安裝板的間距調(diào)整順利進(jìn)行，不需要采用其他手段來(lái)限制安裝塊的轉(zhuǎn)動(dòng)，使該加固裝置的使用和調(diào)節(jié)更加方便。安裝板可通過(guò)螺紋桿和限位桿傳遞受力，使兩塊安裝板的受力更加均勻，使該加固裝置的穩(wěn)定性更好。

4 結(jié)語(yǔ)

為了解決目前因加固裝置加固范圍小而導(dǎo)致加固效果差的問(wèn)題設(shè)計(jì)了一種建筑結(jié)構(gòu)的加固裝置。當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生震動(dòng)或發(fā)生變形時(shí)，震動(dòng)或變形會(huì)通過(guò)直角墻面的兩個(gè)平面?zhèn)鬟f至避震板，避震板通過(guò)活動(dòng)桿和活動(dòng)板傳遞至螺旋彈簧，通過(guò)螺旋彈簧來(lái)降低建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生震動(dòng)和變形的趨勢(shì)；同時(shí)，活動(dòng)板在殼體內(nèi)滑動(dòng)時(shí)，會(huì)受到橡膠阻尼墊的阻尼作用，從而進(jìn)一步降低建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生震動(dòng)和變形的趨勢(shì)；當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)的震動(dòng)或變形較大時(shí)，直角墻面的兩平面與支撐板抵接，以限制建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生更劇烈的震動(dòng)或變形，以提高加固裝置對(duì)直角墻面處的加固效果。