一种角钢杆塔单剪连接节点的无损修补加固方法及加固装置与流程

1.本发明涉及角钢塔受损修复、加固技术领域，尤其涉及一种用于角钢杆塔单剪连接节点的无损修补加固方法及加固装置。


背景技术：

2.当前，输电线路工程路径相当大一部分位于山地、高山峻岭和高海拔地区，环境恶劣，塔材索道运输、组塔安装过程中，塔材容易遭受碰撞，如果角钢端部或节点板端部螺栓孔区域的塔材遭受撞击，则可能导致螺栓孔变形、钢材的局部微撕裂或缺失；另外，对于已经运行的杆塔，如承受持续反复的微风振动，连接板的螺栓连接区也容易偏劳破坏，产生微裂纹等缺陷和损伤。上述缺陷均会导致杆塔结构存在严重的安全隐患。
3.对于塔材运输中、组塔安装前检测出的缺陷、损伤杆件，重新加工、更换较容易，但是对于架线运行后出现的缺陷损伤杆件和节点板，重新加工、更换的代价往往十分巨大，长时间停电去进行杆塔拆卸、导线落地以及重新组塔、架线等工作难以实施。
4.目前，工程中对于已经带电运行的塔材的缺口、裂纹缺陷的处理一般是采用焊接修补，但是此种修补方式缺乏基于应力分析对传力机理的优化，无法有效降低损伤区应力水平、改善损伤区应力状态，使应力幅值向非受损区传递，同时缺乏抑制长期运行过程中可能发展的潜在损伤的相关措施来保证铁塔长期运行的可靠性。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本发明提供了一种角钢杆塔单剪连接节点的无损修补加固方法及加固装置，主要包括：通过观察角钢裂纹、裂缝或缺口，并通过探伤检测辅助确定受损区、非受损区；裂缝或缺口的焊接修补，修补后外形打磨与原塔材相同；对于细小裂纹,角钢内外两侧通过粘钢胶层粘接高强钢垫板；对于裂缝或缺口按下面的步骤进行：
6.基于应力分析对损伤区的传力计理进行优化，确定基于塔材应力损伤鉴定而优化布置的摩擦型高强螺栓位置，基于强度计算确定的高强钢垫板的平面尺寸和厚度，达到剪力和沿垫板、角钢表面分布的摩擦力相平衡；
7.基于塔材应力损伤鉴定分配摩擦型高强螺栓的预拉力数值，使钢材未损伤区的摩擦型高强螺栓抗剪承载力以抵抗全部剪力；
8.角钢材和高强钢垫板配钻螺栓孔，在钢材损伤区安装普通螺栓，在钢材未损伤区安装摩擦型高强螺栓。
9.进一步地，所述裂缝或缺口的焊接修补包括：探伤确定裂缝或缺口位置、清洗表面、剔除裂纹、打磨处理坡口、探伤判断裂纹是否完全剔除、焊接修补、打磨焊缝表面和镀锌。
10.进一步地，当裂纹长度超过2cm,应先在裂纹两端钻止延孔，然后剔除裂纹。
11.进一步地，在角钢材和高强钢垫板配钻螺栓孔前，角钢材内外表面涂刷粘钢胶层将高强钢垫板粘在角钢材内外两侧。
12.进一步地，所述高强钢垫板外侧设置接触面处理层，所述接触面处理层通过喷硬质石英砂或铸钢棱角砂形成。
13.本发明还提供一种采用上述角钢杆塔单剪连接节点的无损修补加固方法的角钢杆塔单剪连接节点的加固装置，包括基于强度计算确定平面尺寸和厚度的高强钢垫板、基于塔材应力损伤优化布置的普通螺栓和摩擦型高强螺栓，高强钢垫板通过普通螺栓和摩擦型高强螺栓固定在角钢两侧。
14.进一步地，所述角钢与高强钢垫板之间通过粘钢胶层固定。
15.进一步地，所述高强钢垫板可以采用角钢形状整体式也可设置成板状分离式。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
17.本发明通过基于应力分析对损伤区的传力计理进行优化，通过布置摩擦型高强螺栓和高强钢垫板，达到剪力和沿垫板、角钢表面分布的摩擦力相平衡，改变了损伤区钢材的应力状态，使之从横截面受拉的应力控制状态改变为受压为主的应力状态，有效抑制了潜在损伤的发展；
18.本发明通过优化分配摩擦型高强螺栓的预拉力数值，可以尽量使应力大值向钢材的非受损区传递，即受损区钢材保持压应力状态，或较低的拉应力状态即可满足节点安全传力的需要，有效抑制了长期运行过程中可能发展的潜在损伤，大幅增加了保证受损区连接节点的长期运行的可靠性；
19.本发明通过粘胶钢粘接垫板和角钢塔材，相当于给受损区角钢提供了非受损的钢材截面积，有效增大了节点区应力分布面积，有效降低了损伤区钢材的应力水平，相对抑制了长期运行钢材内部潜在损伤的发展，保证了长期运行的节点连接可靠性；
20.本发明所述焊接修补和粘胶钢高强钢钢垫板组合可处理工程实践中常见的钢管塔连接板中出现的裂纹，比目前工程中已经运行的钢管塔的连接板裂纹处理所采用的单纯焊接修补效果更佳；
21.本发明属于无损修补加固方法，对于已经架线运行的杆塔，亦可以方便的实施，无需停电更换杆件和节点，经济效益良好，该方法既修补又加固，尤其是对于已经遭受损伤的角钢杆件螺栓连接区，可以有效抑制长期运行过程中潜在损伤的发展，相对于以往的修补方法可以大幅度提高结构的可靠性、安全性。
附图说明
22.图1是本发明正立面
23.图2是图1的a-a剖面布置图。
24.其中，1、角钢主材的焊接修补区；2、损伤区；3、非损伤区；4、普通螺栓；5、摩擦型高强螺栓；6、带缺陷的角钢材；7、不带缺陷的角钢材；8、粘钢胶层；9、接触表面处理层；10、外侧高强钢垫板；11、内侧高强钢垫板。
具体实施方式
25.对于已经带电运行的塔材缺陷处理，首线应根据其缺陷位置、类型(缺口类、裂纹类)确定不同的修补加固方法。
26.参照图1和图2，首先通过观察角钢裂纹、裂缝或缺口，并通过探伤检测辅助确定受
损区、非受损区。
27.然后将裂缝或缺口的焊接修补，具体包括探伤确定裂缝或缺口位置、清洗表面、剔除裂纹、打磨处理坡口、探伤判断裂纹是否完全剔除、焊接修补、打磨焊缝表面和镀锌。当裂纹长度超过2cm,应先在裂纹两端钻止延孔，然后剔除裂纹，焊接工艺遵照相关规范，修补后外形打磨与原塔材相同。探伤检测辅助确定受损区、非受损区，是确定高强钢垫板形状布置、摩擦型高强螺栓不同预拉力设置的前提，使判断更准确。
28.对于细小裂纹,角钢内外两侧通过粘钢胶层粘接高强钢垫板，可处理工程实践中常见的钢管塔连接板中出现的裂纹，比目前工程中已经运行的钢管塔的连接板裂纹处理所采用的单纯焊接修补效果更佳。
29.对于裂缝或缺口按下面的步骤进行：
30.基于应力分析对损伤区的传力机理进行优化，确定基于塔材应力损伤鉴定而优化布置的摩擦型高强螺栓位置，基于强度计算确定的高强钢垫板的平面尺寸和厚度，可依据计算和具体节点布置灵活调整，达到剪力和沿垫板、角钢表面分布的摩擦力相平衡，改变了损伤区钢材的应力状态，使之从横截面受拉的应力控制状态改变为受压为主的应力状态，有效抑制了潜在损伤的发展。
31.基于塔材应力损伤鉴定分配摩擦型高强螺栓的预拉力数值，可以尽量使应力大值向钢材的非受损区传递，即受损区钢材保持压应力状态，或较低的拉应力状态即可满足节点安全传力的需要，尽量使钢材在未损伤区的摩擦型高强螺栓抗剪承载力以抵抗全部剪力为宜，有效抑制了长期运行过程中可能发展的潜在损伤，大幅增加了保证受损区连接节点的长期运行的可靠性。
32.在钢材损伤区设置普通螺栓或摩擦型高强螺栓，在钢材未损伤区设置摩擦型高强螺栓。摩擦型高强螺栓的预拉力可以在受损区、非受损区等值布置也可以递增分布，目的是尽量降低损伤区应力水平、改善损伤区应力状态，使应力幅值向非受损区传递。
33.角钢材内外表面涂刷粘钢胶层将高强钢垫板粘在角钢材内外两侧，通过粘胶钢粘接垫板和角钢塔材，相当于给受损区角钢提供了非受损的钢材截面积，有效增大了节点区应力分布面积，有效降低了损伤区钢材的应力水平，相对抑制了长期运行钢材内部潜在损伤的发展，保证了长期运行的节点连接可靠性。
34.角钢材和高强钢垫板配钻螺栓孔，在钢材损伤区安装普通螺栓，在钢材未损伤区安装摩擦型高强螺栓。
35.角钢杆塔单剪连接节点的无损修补加固装置包括高强钢垫板、普通螺栓和摩擦型高强螺栓，高强钢垫板依据应力分布和扩散角以及连接的角钢尺寸基于强度计算确定平面尺寸和厚度，基于塔材应力损伤优化布置的普通螺栓和摩擦型高强螺栓，高强钢垫板通过普通螺栓和摩擦型高强螺栓固定在角钢两侧。角钢与高强钢垫板之间可以通过粘钢胶层固定，采用粘钢加固用建筑结构胶，可根据节点应力、塔材损伤区域的大小以及节点的重要性确定是否设置，受力较大的重要节点一般考虑设置。
36.高强钢垫板外侧设置接触面处理层，在钢垫板与摩擦型高强螺栓之间，可采用喷硬质石英砂或铸钢棱角砂形成。其中高强钢垫板可以采用整体式设置成分离式，为方便加工，可采用平板式。