本實(shí)用新型涉及輸電鐵塔技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種輸電鐵塔角鋼構(gòu)件補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)，主要適用于提高輸電鐵塔角鋼構(gòu)件的承載力，從而提高角鋼構(gòu)件的安全性能。

背景技術(shù)：

我國工業(yè)與民用等各領(lǐng)域?qū)﹄娏Y源的需求日益增加，然而，由于我國獨(dú)特的地理特征，電力資源充沛的地區(qū)與電力需求緊張的地區(qū)往往相隔甚遠(yuǎn)，這就使得大規(guī)模、長(zhǎng)距離、跨越復(fù)雜環(huán)境區(qū)的高壓、特高壓輸電線路，成為保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的必備基礎(chǔ)設(shè)施，而輸電鐵塔結(jié)構(gòu)的安全可靠，更是輸電線路正常運(yùn)行的基本保障。因此，維持輸電鐵塔結(jié)構(gòu)的安全可靠十分重要。但鐵塔在建設(shè)時(shí)，通常是根據(jù)當(dāng)時(shí)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、功能要求和使用性能為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)、建設(shè)和施工的，在投入使用多年后，由于各種原因，原來的使用條件會(huì)發(fā)生改變，如生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大、外界環(huán)境的惡化、使用荷載加大、用途改變等等，鐵塔結(jié)構(gòu)不可避免的會(huì)出現(xiàn)各種損傷和缺陷。在環(huán)境和荷載等因素的作用下，材料經(jīng)常發(fā)生變化，引發(fā)宏觀力學(xué)性能的惡化，從而造成鋼結(jié)構(gòu)工程事故。為延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的使用壽命、確保鐵塔的安全運(yùn)行和正常使用，我們需對(duì)損傷的構(gòu)件進(jìn)行修復(fù)、補(bǔ)強(qiáng)、加固或更換。然而，更換這些構(gòu)件將造成巨大的資源浪費(fèi)，而且會(huì)影響到結(jié)構(gòu)的正常使用。因此，我們要不斷探索、研究經(jīng)濟(jì)高效的加固技術(shù)，這既是土木工程領(lǐng)域函待解決的技術(shù)問題，同時(shí)，更是一個(gè)關(guān)系到資源有效利用和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的問題。

我國現(xiàn)有的輸電線路大多跨越距離長(zhǎng)、所處環(huán)境復(fù)雜，與此同時(shí)，存在大量運(yùn)行時(shí)間達(dá)20～30年甚至更長(zhǎng)的老舊線路。這使得我國輸電鐵塔結(jié)構(gòu)存在如下問題：(1)施工偏差。鐵塔設(shè)計(jì)或施工中存在著焊接缺陷、桿件中切口過長(zhǎng)、焊縫長(zhǎng)度不足、漏焊等缺陷使截面強(qiáng)度削弱過多；工藝或生產(chǎn)條件的改變使結(jié)構(gòu)上的荷載增加或荷載作用方向改變，原有結(jié)構(gòu)承載能力不能滿足，結(jié)構(gòu)體系不能適應(yīng)新的使用條件；(2)環(huán)境腐蝕。因自然環(huán)境因素影響和外界有害介質(zhì)的腐蝕，鋼材會(huì)很容易出現(xiàn)銹蝕，而銹蝕會(huì)引起構(gòu)件有效截面的減小，直接導(dǎo)致構(gòu)件承載力下降。惡劣的外部環(huán)境，如高濃度有害介質(zhì)的環(huán)境會(huì)加快鋼材的銹蝕速度。特別是處于腐蝕氣候區(qū)、環(huán)境污染區(qū)等不利環(huán)境的輸電鐵塔，其結(jié)構(gòu)受腐蝕情況普遍，個(gè)別鐵塔腐蝕嚴(yán)重，威脅到結(jié)構(gòu)安全及運(yùn)行穩(wěn)定；(3)服役過長(zhǎng)。運(yùn)行年限較長(zhǎng)，乃至接近設(shè)計(jì)使用年限的輸電鐵塔，其結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀不明，部分鐵塔結(jié)構(gòu)可靠度大幅降低，難以滿足線路的正常運(yùn)行需求；(4)輸容超限。處于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展地區(qū)的輸電線路，其運(yùn)行能力已愈發(fā)不堪重負(fù)，亟需進(jìn)行增容改造。而增容改造工作會(huì)部分改變輸電鐵塔的荷載條件，進(jìn)而對(duì)鐵塔結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響；(5)外部擾動(dòng)。不斷發(fā)展的城市化、工業(yè)化進(jìn)程，使得輸電鐵塔附近常有新建房屋、道路、橋梁等工程活動(dòng)，會(huì)對(duì)輸電鐵塔結(jié)構(gòu)產(chǎn)生擾動(dòng)，進(jìn)而對(duì)輸電鐵塔結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同程度的損壞；(6)自然災(zāi)害。洪水、滑坡等自然災(zāi)害對(duì)輸電鐵塔結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利擾動(dòng)，損壞鐵塔基礎(chǔ)及上部構(gòu)件，降低鐵塔結(jié)構(gòu)的可靠性。除上述主要情況外，各種不利因素的作用使得輸電鐵塔結(jié)構(gòu)的安全性、可靠性存在不同程度的降低。經(jīng)檢測(cè)評(píng)估確定需進(jìn)行處理的輸電鐵塔后，可采取重立新塔、加固補(bǔ)強(qiáng)兩種處理措施，而前者由于工期長(zhǎng)、造價(jià)高等不足，除鐵塔結(jié)構(gòu)嚴(yán)重受損外一般不予采用。因此，加固補(bǔ)強(qiáng)成為保障鐵塔結(jié)構(gòu)安全、維持線路運(yùn)行正常的最重要的方法。我國絕大多數(shù)輸電鐵塔為角鋼塔，因此對(duì)角鋼構(gòu)件的補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)具有十分重要的實(shí)際意義。

中國專利，授權(quán)公告號(hào)為CN204804442U，授權(quán)公告日為2015年11月25日的實(shí)用新型公開了一種輸電鐵塔修補(bǔ)加固裝置，包括輸電鐵塔，輸電鐵塔上連接有第一連板和第二連板，第一連板和第二連板上設(shè)有若干螺栓孔，螺栓孔內(nèi)設(shè)有螺栓，第一連板和第二連板之間連接有兩根連桿，連桿一端設(shè)在第一連板上，另一端設(shè)在第二連板上，第一連板和第二連板通過螺栓固定設(shè)在輸電鐵塔上。雖然該實(shí)用新型能提高輸電鐵塔的工作強(qiáng)度，但是其仍然存在以下缺陷：該實(shí)用新型在修補(bǔ)加固時(shí)，需要在角鋼上開孔，這將使得角鋼存在的不利情況進(jìn)一步加重，從而降低補(bǔ)強(qiáng)效果，同時(shí)，該實(shí)用新型增設(shè)的連桿需要通過連板才能與角鋼相連接，這使得操作較為繁瑣。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的補(bǔ)強(qiáng)效果差、操作繁瑣的缺陷與問題，提供一種補(bǔ)強(qiáng)效果好、操作簡(jiǎn)便的輸電鐵塔角鋼構(gòu)件補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是：一種輸電鐵塔角鋼構(gòu)件補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)，包括角鋼構(gòu)件以及與其相連接的加固件，所述角鋼構(gòu)件包括垂直連接的一號(hào)邊與二號(hào)邊，所述加固件位于一號(hào)邊與二號(hào)邊之間，加固件的一端與一號(hào)邊相連接，加固件的另一端與二號(hào)邊相連接。

所述加固件為鋼板。

所述加固件的一端與一號(hào)邊之間設(shè)置有一號(hào)焊縫，加固件的一端通過一號(hào)焊縫與一號(hào)邊相焊接，加固件的另一端與二號(hào)邊之間設(shè)置有二號(hào)焊縫，加固件的另一端通過二號(hào)焊縫與二號(hào)邊相焊接。

所述加固件與一號(hào)邊之間的夾角為45度，加固件與二號(hào)邊之間的夾角為45度。

所述加固件的厚度與一號(hào)邊的厚度、二號(hào)邊的厚度均相等。

所述加固件與一號(hào)邊的接觸點(diǎn)到一號(hào)邊的非連接端的距離為2t，所述加固件與二號(hào)邊的接觸點(diǎn)到二號(hào)邊的非連接端的距離為2t，所述一號(hào)邊的厚度、二號(hào)邊的厚度、加固件的厚度都為t。

所述角鋼構(gòu)件的形心、加固件的形心、角鋼構(gòu)件補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)的形心處于同一直線上。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果為：

1、由于本實(shí)用新型一種輸電鐵塔角鋼構(gòu)件補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)中角鋼構(gòu)件內(nèi)側(cè)設(shè)置有加固件，通過在角鋼構(gòu)件內(nèi)側(cè)增設(shè)加固件來增大構(gòu)件受荷面積、提升截面慣性矩，從而增加被補(bǔ)強(qiáng)角鋼構(gòu)件的承載力，這樣的設(shè)計(jì)不僅補(bǔ)強(qiáng)效果好，而且操作簡(jiǎn)便。因此，本實(shí)用新型不僅補(bǔ)強(qiáng)效果好、操作簡(jiǎn)便，而且增強(qiáng)了角鋼構(gòu)件的承載力。

2、由于本實(shí)用新型一種輸電鐵塔角鋼構(gòu)件補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)中加固件采用鋼板以及在鋼板與角鋼構(gòu)件之間設(shè)置焊縫，均是為了保證焊接質(zhì)量，從而提高可靠性能；另外，加固件的厚度與角鋼構(gòu)件的厚度相等，不僅可以減小施焊后所產(chǎn)生的焊接變形，而且可以增大構(gòu)件截面、增加構(gòu)件剛度，從而提高穩(wěn)定性和承載能力。因此，本實(shí)用新型不僅可靠性高，而且穩(wěn)定性和承載能力高。

3、由于本實(shí)用新型一種輸電鐵塔角鋼構(gòu)件補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)中加固件與一號(hào)邊的接觸點(diǎn)到一號(hào)邊的非連接端的距離為2t，加固件與二號(hào)邊的接觸點(diǎn)到二號(hào)邊的非連接端的距離為2t，一號(hào)邊的厚度、二號(hào)邊的厚度、加固件的厚度都為t，這樣的設(shè)計(jì)不僅保證補(bǔ)強(qiáng)后增設(shè)加固件不突出角鋼兩肢尖遠(yuǎn)端的連線，從而使得補(bǔ)強(qiáng)效果好、占用空間小，而且便于施工定位，使得操作簡(jiǎn)便；角鋼構(gòu)件的形心、加固件的形心、角鋼構(gòu)件補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)的形心處于同一直線上，不僅補(bǔ)強(qiáng)效果好，而且易于計(jì)算補(bǔ)強(qiáng)后截面的幾何特征值，方便后期的維護(hù)。因此，本實(shí)用新型不僅補(bǔ)強(qiáng)效果好、占用空間小、操作簡(jiǎn)便，而且便于后期維護(hù)。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型中采用常用截面型號(hào)的角鋼構(gòu)件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實(shí)用新型中采用常用截面型號(hào)的加固件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是角鋼構(gòu)件截面的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是補(bǔ)強(qiáng)后角鋼構(gòu)件截面的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是本實(shí)用新型中穩(wěn)定系數(shù)提升曲線圖。

圖7是本實(shí)用新型中承載力提升曲線圖。

圖中：角鋼構(gòu)件1、一號(hào)邊11、二號(hào)邊12、加固件2、一號(hào)焊縫3、二號(hào)焊縫4。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖說明和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

參見圖1，一種輸電鐵塔角鋼構(gòu)件補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)，包括角鋼構(gòu)件1以及與其相連接的加固件2，所述角鋼構(gòu)件1包括垂直連接的一號(hào)邊11與二號(hào)邊12，所述加固件2位于一號(hào)邊11與二號(hào)邊12之間，加固件2的一端與一號(hào)邊11相連接，加固件2的另一端與二號(hào)邊12相連接。

所述加固件2為鋼板。

所述加固件2的一端與一號(hào)邊11之間設(shè)置有一號(hào)焊縫3，加固件2的一端通過一號(hào)焊縫3與一號(hào)邊11相焊接，加固件2的另一端與二號(hào)邊12之間設(shè)置有二號(hào)焊縫4，加固件2的另一端通過二號(hào)焊縫4與二號(hào)邊12相焊接。

所述加固件2與一號(hào)邊11之間的夾角為45度，加固件2與二號(hào)邊12之間的夾角為45度。

所述加固件2的厚度與一號(hào)邊11的厚度、二號(hào)邊12的厚度均相等。

所述加固件2與一號(hào)邊11的接觸點(diǎn)到一號(hào)邊11的非連接端的距離為2t，所述加固件2與二號(hào)邊12的接觸點(diǎn)到二號(hào)邊12的非連接端的距離為2t，所述一號(hào)邊11的厚度、二號(hào)邊12的厚度、加固件2的厚度都為t。

所述角鋼構(gòu)件1的形心、加固件2的形心、角鋼構(gòu)件補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)的形心處于同一直線上。

本實(shí)用新型的原理說明如下：

輸電鐵塔屬于鋼結(jié)構(gòu)中的大型桁架結(jié)構(gòu)，而穩(wěn)定問題通常是關(guān)系到鋼結(jié)構(gòu)安全的最重要因素，為研究角鋼構(gòu)件的加固方法，則必須從鋼結(jié)構(gòu)的損傷機(jī)理出發(fā)，提出相應(yīng)的補(bǔ)強(qiáng)加固技術(shù)。由于鋼材的強(qiáng)度遠(yuǎn)大于木材、石材、塑料建材、混凝土及其他常見建筑材料的強(qiáng)度，因此，對(duì)于大部分鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，按允許應(yīng)力的方法計(jì)算，所求得的構(gòu)件所需的截面面積較小。通常情況下，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸是由穩(wěn)定控制的，鋼結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)主要發(fā)生在其最基本的軸心受壓構(gòu)件、受彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件，在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算中保證其構(gòu)件滿足穩(wěn)定性至關(guān)重要。鋼結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)問題分為喪失局部穩(wěn)定性和喪失整體穩(wěn)定性兩類失穩(wěn)形式，它們都將影響構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的正常承載和使用，或者會(huì)引發(fā)結(jié)構(gòu)的其他形式破壞。

影響結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的原因主要有以下幾點(diǎn)：(1)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體穩(wěn)定性不滿足。構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比(即構(gòu)件的計(jì)算長(zhǎng)度與其截面回轉(zhuǎn)半徑之比)是影響結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性中最主要的因素。構(gòu)件截面兩個(gè)主軸方向的計(jì)算長(zhǎng)度可能會(huì)有所不同，構(gòu)件兩端的實(shí)際支承情況與其理想支承形式之間也會(huì)有較大的差異，不能籠統(tǒng)的將所有支承條件都過于理想化。(2)構(gòu)件的各類初始缺陷。構(gòu)件中通常存在著各種不可預(yù)測(cè)或難以消除的初始缺陷，比如軸壓構(gòu)件的偶然偏心誤差、熱軋和冷加工產(chǎn)生的殘余應(yīng)力、焊接殘余應(yīng)力變形等，在結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析中，這些缺陷嚴(yán)重影響構(gòu)件的極限承載力。(3)構(gòu)件受力條件的改變。鋼結(jié)構(gòu)使用荷載和使用條件的改變，如節(jié)點(diǎn)的破壞、意外的沖擊荷載、超載、基礎(chǔ)的不均勻沉降、結(jié)構(gòu)加固過程中計(jì)算簡(jiǎn)圖的改變等，造成關(guān)鍵構(gòu)件應(yīng)力變大。另外，也經(jīng)常出現(xiàn)受力體系發(fā)生改變，如受拉構(gòu)件轉(zhuǎn)變?yōu)槭軌簶?gòu)件，從而導(dǎo)致構(gòu)件整體失穩(wěn)。(4)施工臨時(shí)支撐體系不夠。在結(jié)構(gòu)的安裝過程中，由于結(jié)構(gòu)并未完全成型，不能形成設(shè)計(jì)時(shí)要求的受力整體或其整體剛度較弱，因而需要設(shè)置一些臨時(shí)支撐體系來維持結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的整體穩(wěn)定。若臨時(shí)支撐體系不完善，會(huì)引發(fā)部分構(gòu)件喪失整體穩(wěn)定，甚至造成整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的坍塌或傾覆。

結(jié)構(gòu)構(gòu)件局部失穩(wěn)的原因主要有以下幾點(diǎn)：(1)構(gòu)件局部穩(wěn)定的不滿足。在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)中，尤其是組合截面構(gòu)件，當(dāng)構(gòu)件局部穩(wěn)定不滿足規(guī)范規(guī)定的要求時(shí)，如工字鋼截面腹板的高厚比超限，則易發(fā)生局部失穩(wěn)。(2)局部受力部位的加勁構(gòu)造措施不合理。如支座處或者較大集中荷載作用點(diǎn)處，如果不設(shè)置支承加勁肋，外力直接傳給較薄的腹板，則較易引起這些腹板局部失穩(wěn)。

現(xiàn)有的加固補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)主要針對(duì)鋼筋混凝土民用結(jié)構(gòu)，而對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的加固補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)則研究較少，對(duì)于輸電鐵塔鋼結(jié)構(gòu)加固補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)的研究，更顯不足。基于鋼結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理，目前國內(nèi)外所提出的補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)為：桿件替換法、增大截面法、外包鋼加固法、預(yù)應(yīng)力加固法、改變受力體系加固法、粘鋼加固法、粘貼碳纖維加固法、阻止鋼筋銹蝕法、化學(xué)灌漿法、水泥灌漿和噴射修補(bǔ)法等。現(xiàn)取常用補(bǔ)強(qiáng)加固方法分析其存在的局限性。

替換桿件法。目前，對(duì)于輸電鐵塔中存在問題的角鋼構(gòu)件，常用的處理方法是“替換桿件”法，即將原桿件拆除，而將預(yù)先加工好的新桿件安裝在原有桿位上。但這樣的處理方法具有如下不足之處：(1)原塔桿件拆除后，拆除部位對(duì)整體結(jié)構(gòu)的局部支撐作用將暫時(shí)消失，輸電鐵塔結(jié)構(gòu)的整體剛度將發(fā)生改變，加之輸電鐵塔體型、荷載均十分巨大，這往往會(huì)使整塔結(jié)構(gòu)產(chǎn)生難以逆轉(zhuǎn)的永久變形。即使在拆除前設(shè)置了臨時(shí)支撐設(shè)施，也難以根除這種不利影響。與此同時(shí)，拆除的桿件越為關(guān)鍵、承載力越大，拆除后整塔結(jié)構(gòu)永久變形的幅值也越大，甚至引起結(jié)構(gòu)失效的危險(xiǎn)。這就意味著現(xiàn)有的替換桿件技術(shù)，難以在鐵塔的關(guān)鍵構(gòu)件上得到應(yīng)用；(2)原塔桿件拆除后，由于結(jié)構(gòu)局部傳力體系的改變，整塔將難以避免的產(chǎn)生內(nèi)力重分布。內(nèi)力重分布的出現(xiàn)，有很大的可能使原設(shè)計(jì)受力較小的桿件承受較大的荷載，從而產(chǎn)生新的薄弱桿件。且由于此薄弱桿件在檢測(cè)工作完成之后產(chǎn)生，其危險(xiǎn)性難以被重新發(fā)現(xiàn)，因此對(duì)原結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生無法預(yù)料的危害，隱患十分巨大。當(dāng)拆除桿件為整體結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵、敏感構(gòu)件時(shí)，這一隱患將更為嚴(yán)重；(3)原塔桿件拆除后，由于整塔剛度的改變，鐵塔上連接原桿件兩端的節(jié)點(diǎn)，其空間位置將發(fā)生變化。這就意味著，按原桿件的幾何尺寸加工出的新桿件，將難以安裝在原有鐵塔上。即使節(jié)點(diǎn)微小的變形，也將給新桿件的安裝帶來很大的困難。就算是強(qiáng)行安裝上去，也會(huì)使鐵塔再次產(chǎn)生內(nèi)力重分布。其后果無法預(yù)料。

增大截面法?！峨娋W(wǎng)技術(shù)》于2009年7月刊登的文章《輸電鐵塔主材加固方法試驗(yàn)》一文，提出在單角鋼背后添加相同規(guī)格角鋼，組成“十”字雙肢格構(gòu)截面的方法，對(duì)輸電鐵塔角鋼主材構(gòu)件進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。上述補(bǔ)強(qiáng)方法可對(duì)主材角鋼產(chǎn)生如下補(bǔ)強(qiáng)效果：增大主材角鋼截面面積，提升構(gòu)件抗壓強(qiáng)度；增大主材角鋼截面抗彎剛度，提升構(gòu)件整體穩(wěn)定承載力。然而，由于“十”字雙肢格構(gòu)角鋼存在整體性差、組合截面抗扭剛度弱等缺點(diǎn)，現(xiàn)有角鋼補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)存在如下不足：(1)有研究表明，“十”字雙肢格構(gòu)角鋼構(gòu)件，其實(shí)際承載力低于按現(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》算得的計(jì)算值。現(xiàn)有補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)獲得補(bǔ)強(qiáng)后構(gòu)件承載力較差；(2)不同于新加工構(gòu)件，現(xiàn)有補(bǔ)強(qiáng)方法，需在已承受較大荷載的原主材角鋼上打孔，這將使原角鋼存在的不利情況進(jìn)一步加重，從而降低補(bǔ)強(qiáng)效果；(3)增補(bǔ)角鋼后形成的組合截面，僅有原角鋼與鐵塔結(jié)構(gòu)產(chǎn)生連接，而其截面擴(kuò)展方向則背離荷載作用點(diǎn)。這意味著荷載作用線遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離組合截面的形心線，使得組合構(gòu)件成為偏心率較大的偏壓構(gòu)件，不利于其承載力的發(fā)揮；(4)新增補(bǔ)強(qiáng)角鋼占用較大空間，使得施工安裝十分不便。在節(jié)點(diǎn)較復(fù)雜，桿件較密集的結(jié)構(gòu)部位，難以實(shí)施。這使得改補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)的使用范圍受到限制。值得說明的是，《工業(yè)建筑》于2010年刊登的《輸電鐵塔加固補(bǔ)強(qiáng)承載力研究》一文，對(duì)上述補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)進(jìn)行了進(jìn)一步驗(yàn)證，并將其使用范圍擴(kuò)展到除主材以外的其它角鋼構(gòu)件，但仍受到上述第(3)條的限值。

本設(shè)計(jì)采用的直焊鋼板補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)，是指在截面因腐蝕或受損而受到削弱、截面變形等存在缺陷的角鋼桿件內(nèi)側(cè)，直接焊接加固鋼板(如圖1所示)，從而增大構(gòu)件受荷面積、提升截面慣性矩，從而增強(qiáng)被補(bǔ)強(qiáng)角鋼構(gòu)件承載力的新型補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)。焊接加固鋼板后形成的組合構(gòu)件，其新截面的抗扭剛度和抗彎剛度都得到了極大的改善，具有整體性好、穩(wěn)定性強(qiáng)、不削弱原角鋼截面的優(yōu)點(diǎn)，且克服了“替換桿件法”因拆除桿件而產(chǎn)生的各種困難與危險(xiǎn)，能有效彌補(bǔ)現(xiàn)行“十”字雙肢角鋼補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)的不足，具有良好的力學(xué)性能與應(yīng)用前景。同時(shí)，該方法傳力明確、施工簡(jiǎn)單方便，由于采用焊接連接，會(huì)克服其他方法如粘鋼、粘碳纖維等在高溫時(shí)粘膠分離等缺陷，也不存在采用其他方法時(shí)頻發(fā)的老化問題。并且，加固材料來源廣泛，價(jià)格較低，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。輸電鐵塔角鋼直焊鋼板補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)，具有如下技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)：(1)補(bǔ)強(qiáng)施工不削弱構(gòu)件原截面，使得補(bǔ)強(qiáng)施工過程安全可靠；(2)補(bǔ)強(qiáng)后的組合構(gòu)件，其截面擴(kuò)展方向?yàn)榻卿撔涡姆较?，使得荷載偏心率得到較好的控制，克服了現(xiàn)有補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)使得荷載偏心率過大的問題；(3)直焊補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)，可大幅提高原塔角鋼構(gòu)件的承載力。對(duì)于拉桿，其提升幅度與用鋼量增幅一致；對(duì)于壓桿，其提升幅度均不低于用鋼量增幅，且長(zhǎng)細(xì)比越大，對(duì)構(gòu)件受壓承載力的提升幅度越大；(4)直焊補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)對(duì)原塔角鋼構(gòu)件承載力的提升幅度，均不小于其用鋼量的增幅，并且加固材料來源廣泛，價(jià)格較低，其經(jīng)濟(jì)效益顯著。尤其對(duì)于輸電鐵塔的受壓角鋼桿，其經(jīng)濟(jì)效益十分明顯；(5)直焊補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)的補(bǔ)強(qiáng)鋼板，其焊接位置位于角鋼內(nèi)側(cè)，不受空間位置的制約，較好的解決了現(xiàn)有補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)占用空間大、難以廣泛應(yīng)用的不足，使得該新型直焊補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)的應(yīng)用范圍大大擴(kuò)展；(6)直焊補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)采用焊接連接，可靠性好，會(huì)克服其他方法如粘鋼、粘碳纖維等在高溫時(shí)粘膠分離等缺陷，也不存在采用其他方法時(shí)頻發(fā)的老化問題。

綜上所述，對(duì)輸電鐵塔存在問題的角鋼構(gòu)件，采用直焊鋼板補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)進(jìn)行加固，可有效、可靠、經(jīng)濟(jì)的提升被補(bǔ)強(qiáng)角鋼構(gòu)件的承載力，且應(yīng)用范圍廣泛，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

實(shí)施例：

參見圖1，一種輸電鐵塔角鋼構(gòu)件補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)，包括角鋼構(gòu)件1以及與其相連接的加固件2，所述角鋼構(gòu)件1包括垂直連接的一號(hào)邊11與二號(hào)邊12，所述加固件2位于一號(hào)邊11與二號(hào)邊12之間，加固件2的一端與一號(hào)邊11相連接，加固件2的另一端與二號(hào)邊12相連接；所述加固件2為鋼板；所述加固件2的一端與一號(hào)邊11之間設(shè)置有一號(hào)焊縫3，加固件2的一端通過一號(hào)焊縫3與一號(hào)邊11相焊接，加固件2的另一端與二號(hào)邊12之間設(shè)置有二號(hào)焊縫4，加固件2的另一端通過二號(hào)焊縫4與二號(hào)邊12相焊接；所述加固件2與一號(hào)邊11之間的夾角為45度，加固件2與二號(hào)邊12之間的夾角為45度；所述加固件2的厚度與一號(hào)邊11的厚度、二號(hào)邊12的厚度均相等；所述加固件2與一號(hào)邊11的接觸點(diǎn)到一號(hào)邊11的非連接端的距離為2t，所述加固件2與二號(hào)邊12的接觸點(diǎn)到二號(hào)邊12的非連接端的距離為2t，所述一號(hào)邊11的厚度、二號(hào)邊12的厚度、加固件2的厚度都為t；所述角鋼構(gòu)件1的形心、加固件2的形心、角鋼構(gòu)件補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)的形心處于同一直線上。

按上述方案，輸電鐵塔角鋼構(gòu)件直焊鋼板后，其截面面積及回轉(zhuǎn)半徑等參數(shù)會(huì)有顯著改善，進(jìn)而提高其承載力，保障構(gòu)件安全。現(xiàn)以工程常用截面型號(hào)為例，進(jìn)行計(jì)算說明：

原角鋼截面規(guī)格為L(zhǎng)50×4.0，如圖2所示，補(bǔ)強(qiáng)鋼板截面規(guī)格為53.7×4.0，如圖3所示，上述兩構(gòu)件各項(xiàng)截面參數(shù)見表一所示。

表一 角鋼截面與補(bǔ)強(qiáng)鋼板截面參數(shù)表

通過表一可以看出，補(bǔ)強(qiáng)鋼板的單位重量要小于原塔角鋼。同時(shí)，由于補(bǔ)強(qiáng)鋼板與原塔角鋼采用焊縫連接，可省去節(jié)點(diǎn)板的重量及高強(qiáng)螺栓的消耗。因此，采用直焊鋼板補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)進(jìn)行加固，所耗材料要小于現(xiàn)有“十”字雙肢角鋼加固法，具有更好的經(jīng)濟(jì)性。

通過表一還可以看出，鋼板的截面回轉(zhuǎn)半徑、慣性矩均遠(yuǎn)大于角鋼構(gòu)件，通過直焊組合，可使組合后的構(gòu)件充分發(fā)揮其組合截面優(yōu)勢(shì)。圖4及圖5分別為直焊補(bǔ)強(qiáng)實(shí)施前后的構(gòu)件截面，C₁、C₂、C，分別代表原塔角鋼、鋼板、直焊后組合構(gòu)件的形心。組合后構(gòu)件截面特性，按下式進(jìn)行計(jì)算。式中，下角標(biāo)“1”、“2”，分別代表原塔角鋼與直焊鋼板，無下角標(biāo)的各符號(hào)，代表組合構(gòu)件。

(1)面積A：

A＝A₁+A₂ (1)

(2)對(duì)x，y軸面積矩：

同理可知：

式中：Z₀為角鋼截面重心距，本例中Z₀＝13.8mm；b為角鋼肢寬，本例中b＝50mm；t為鋼板厚度，本例中t＝4mm。

(3)形心的x，y坐標(biāo)：

(4)通過形心的x、y方向截面慣性矩：

同理可知：

I_y＝I_y1+(y_C1-y_C)²A₁+I_y2+(y_C2-y_C)²A₂ (4-2)

由轉(zhuǎn)角公式，通過形心的x₀、y₀方向截面慣性矩：

(5)截面慣性積：

I_xy＝∫∫_Axydxdy (5)

(6)截面弱主軸慣性矩：

(7)截面繞弱主軸回轉(zhuǎn)半徑：

由上述計(jì)算式，可獲得直焊鋼板補(bǔ)強(qiáng)后組合角鋼的各項(xiàng)截面特性，將計(jì)算結(jié)構(gòu)列于表二。由表中可知，直焊鋼板能極大提高構(gòu)件的各項(xiàng)截面參數(shù)。

表二 原角鋼截面與補(bǔ)強(qiáng)后組合截面參數(shù)對(duì)比表

通過表二及圖5可以看出：

(1)直焊補(bǔ)強(qiáng)后的組合構(gòu)件，其截面形心距原角鋼構(gòu)件截面形心很近。角鋼補(bǔ)強(qiáng)后，組合截面的荷載偏心率變化十分微小，甚至?xí)兴档停?/p>

(2)直焊補(bǔ)強(qiáng)后的組合構(gòu)件，其截面回轉(zhuǎn)半徑的提升幅度為14.1％，將改善被補(bǔ)強(qiáng)構(gòu)件的穩(wěn)定性；

(3)直焊補(bǔ)強(qiáng)后的組合構(gòu)件，其截面慣性矩提升幅度高達(dá)106.8％，達(dá)原角鋼構(gòu)件慣性矩的2.1倍，使得補(bǔ)強(qiáng)后構(gòu)件剛度得到明顯提升，進(jìn)一步提高了結(jié)構(gòu)的適用性與安全性。

直焊鋼板后形成的組合構(gòu)件，截面面積的提升，將顯著提高構(gòu)件軸拉、軸壓強(qiáng)度；截面回轉(zhuǎn)半徑的提升，將明顯降低構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比，從而顯著提高構(gòu)件穩(wěn)定承載力。

輸電鐵塔中軸向受壓構(gòu)件承載力N_u，可按式(8)進(jìn)行計(jì)算：

其中，φ為軸壓穩(wěn)定系數(shù)，根據(jù)我國現(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行確定。

表三列出了各長(zhǎng)度下，原塔角鋼和直焊補(bǔ)強(qiáng)后組合構(gòu)件的承載力對(duì)比。其中，鋼材材質(zhì)等級(jí)以輸電鐵塔常用鋼材Q345為例。

表三 原角鋼構(gòu)件與補(bǔ)強(qiáng)后組合構(gòu)件承載力對(duì)比

通過表三可以看出，直焊補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)，對(duì)原塔角鋼構(gòu)件承載力的提升程度，是隨著構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比的變化而發(fā)生改變的。

為直觀表現(xiàn)這一改變，現(xiàn)以待補(bǔ)強(qiáng)角鋼長(zhǎng)細(xì)比為橫軸、穩(wěn)定系數(shù)及承載力提升幅度為縱軸，繪制承載力提升曲線，見圖6及圖7所示。通過圖6及圖7可以看出，直焊鋼板補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)對(duì)原塔角鋼構(gòu)件的補(bǔ)強(qiáng)效果，具有如下特點(diǎn)：

(1)直焊補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)，能提高被補(bǔ)強(qiáng)角鋼構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)，且長(zhǎng)細(xì)比越長(zhǎng)，提升幅度越明顯；

(2)直焊補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)，能顯著提高被補(bǔ)強(qiáng)角鋼構(gòu)件的抗拉承載力，且提升幅度，等于補(bǔ)強(qiáng)后構(gòu)件截面面積的增量，即用鋼量的增量；

(3)直焊補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)，能顯著提高被補(bǔ)強(qiáng)角鋼構(gòu)件的抗壓能力，且長(zhǎng)細(xì)比越長(zhǎng)，提升幅度越明顯；

(4)直焊補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)對(duì)被補(bǔ)強(qiáng)角鋼構(gòu)件抗壓能力提升幅度的下限，等于抗拉承載力的提升幅度(用鋼量增量)；

(5)直焊補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)用于角鋼受壓構(gòu)件，能用少量鋼材大幅提升角鋼壓桿的受壓承載力，經(jīng)濟(jì)效果顯著。且長(zhǎng)細(xì)比越大，其經(jīng)濟(jì)效果越為明顯，當(dāng)構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比接近150的規(guī)范限值時(shí)，其承載力提升幅度與用鋼量增幅的比值為1.7，經(jīng)濟(jì)效益顯著。