[发明专利]监控和增强结构稳定性的多功能节点锁扣装置

说明书

本发明涉及一种监控和增强结构稳定性的多功能节点锁扣装置，在多根杆件汇交连接形成的节点区域，增设套筒或套盘、传感器和支承元件。套筒两端锁扣在节点两侧的杆件上，套盘周边锁扣在空间节点周边的杆件上，从而实现杆件和套筒或套盘共同受力。当结构开始发生失稳时，引发节点变形迅速增大，变形超过一定范围后，触发设置于节点下方的传感器，发出预警信号；同时，节点与套筒或套盘整体受力，发生内力重分布，达到防止或延缓结构失稳的目的。缩小套筒与杆件平面外间隙，可增强结构平面外刚度和稳定性。本发明利用多功能节点锁扣可拆卸的特性，既便于在新建结构中安装，也适于在加固结构中增设，还可用于施工中临时增强结构稳定性。

技术领域

本发明涉及结构健康监测及稳定控制领域，尤其是涉及一种监控和增强结构稳定性的多功能节点锁扣装置。

背景技术

结构健康监测指的是对结构构件进行实时监测并对结构损伤进行识别，其观测值是结构维护的重要依据。并且，在目前钢结构的设计使用中，稳定性成为了控制因素，尤其是钢结构的施工和安装阶段还未形成完整结构，稳定性与承载力都未达到设计值，最容易发生安全事故，因此钢结构失稳监测得到了国内外学者的重视，并取得一定的进展。作为结构健康监测的分支，钢结构失稳监测是以构件或节点的变形位移作为监测对象，从而监测其稳定状态。目前，可适用于结构失稳健康监测的装置只考虑发出预警，而不能进一步限制失稳的发生从而实现控制。

目前钢结构失稳监测装置主要有以下几种，1997年过静珺在《工程勘察》中发表的“利用GPS监测高大建筑物动态位移法研究”、1999年葛茂荣在《解放军测绘学院学报》中发表的“GPS工程结构监测系统的建立及应用”及1999年岑敏仪在《西南交通大学学报》中发表的“虎门大桥墩、塔、锚GPS施工测量”等指出可利用GPS监测系统对高大建筑物变形进行检测，该方法精度较高，量程较大，但是易受到周围随机信号的干扰。2009年钱佳茹在《土木工程学报》中发表的“北京大学体育馆钢屋盖施工模拟与监测”、2012年王秀丽在《空间结构》中发布的“大跨钢结构施工加载健康监测及模拟分析”、2012年李惠在《土木工程学报》发表的“国家游泳中心钢结构施工卸载过程及运营期间应变健康监测及计算模拟分析”等均为在大跨度钢屋架中合理布置应变传感器监测结构施工加载过程及运营阶段进行结构健康监测，为以后同类工程的测点布置提供参考和借鉴；进一步有学者提出通过声发射装置等通过监测网壳结构或者焊接空心节点球的失稳变形，但是测量可能存在一定的难度。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种监控和增强结构稳定性的多功能节点锁扣装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明首先提供一种监控和增强结构稳定性的多功能节点锁扣装置，在两根杆件汇交连接形成的节点区域，增设套筒、传感器和支承元件，

所述套筒两端用支承元件锁扣在节点两侧的两根杆件上，从而实现杆件和套筒共同受力，所述杆件穿过套筒的支承元件，所述支承元件与所述杆件之间的连接为滑动接触连接，允许套筒的支承元件沿所述杆件轴向滑动，

所述套筒内设有传感器，所述传感器位于节点下方，当结构开始发生失稳时，引发节点变形迅速增大，变形超过一定范围后，节点与传感器接触，发出预警信号；同时，节点与套筒整体受力，发生内力重分布，从而达到防止或延缓结构失稳的目的。

进一步地，所述支承元件采用定位螺栓，通过定位螺栓将套筒与杆件固定，所述定位螺栓穿过套筒上的螺孔，光滑的螺栓端部与杆件之间为滑动接触连接，所述定位螺栓允许杆件与套筒发生杆件轴向相对位移，但限制杆件发生侧向位移，从而实现杆件和套筒共同受力。

进一步地，所述支承元件采用限位盘、挡板和连接螺栓，所述杆件穿过所述限位盘，所述挡板与套筒端部内侧面焊接，所述限位盘与所述挡板通过连接螺栓固定；所述限位盘与所述杆件之间的连接为滑动接触连接，所述限位盘允许杆件与套筒发生杆件轴向相对位移，但限制杆件发生侧向位移，从而实现杆件和套筒共同受力。