CN102777051B - 一种带角部增强的frp加固矩形柱及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带角部增强的FRP加固矩形柱，其特征在于矩形柱(1)的FRP加固层(2)设置有预制倒角(3)和角部增强(4)。本发明具有FRP用量少、加固效率高、加固成本低、加固柱的承载力和延性好、FRP加固施工准确性高、施工简便等特点。

Description

一种带角部增强的FRP加固矩形柱及施工方法

技术领域

本发明主要涉及到土木工程中的建筑结构领域，特指一种可作结构柱使用的带角部增强的FRP加固矩形柱及施工方法。

背景技术

纤维增强塑料(FRP)加固结构是近年来快速发展加固技术。FRP具有轻质高强、耐腐蚀、易于现场施工等优良特性，采用FRP对结构柱进行加固，在基本不改变结构柱外型和增加结构自重的前提下，大幅度提高结构柱的承载力和延性，因而在即有建筑的加固和改造中得到越来越广泛的应用。FRP加固结构柱的基本原理是约束混凝土理论：结构柱外包FRP加固层后形成组合柱，组合柱在轴向荷载作用下产生横向膨胀，混凝土外包的约束件(FRP加固层)产生拉应力，对核心区混凝土提供侧向约束，使混凝土处于三向受压的应力状态，从而提高核心区混凝土的抗压强度和压缩变形能力，使得组合柱的承载力和延性大大提高。

我国大量已建建筑，特别是上世纪70、80年代建造的大量建筑，按照现行规范要求，其结构柱的承载力和抗震性能达不到要求，急需加固处理。另外，大量建筑由于使用功能改变，加大了结构荷载，结构柱往往也需要进行加固。在这一市场巨大的工程加固与改造领域，采用FRP对结构进行加固往往是首选技术方案。而大量的加固对象为矩形截面柱，这是建筑物中结构柱的主要截面形式。大量研究表面，矩形柱的角部会使得外包的FRP加固层产生显著的应力集中现象，导致FRP加固层在角部区域过早破坏，影响FRP的利用效率和约束效应的发挥，严重影响结构柱的承载力和延性的提高。试验表明，在不对矩形柱角部进行倒角处理，FRP加固几乎不能提高结构柱的承载力，而且FRP加固矩形柱的承载力几乎随倒角曲率半径的增加成线性增长，延性也随之大幅提高，倒角对FRP加固矩形柱的加固效应有决定性影响。因此，对于采用FRP加固的矩形柱，角部的倒角处理必须尽可能与设计要求一致。此外，试验研究的破坏现象还显示，倒角曲率半径的增大可以改善FRP的应力集中，但不能消除，FRP的破坏部位还是主要发生在倒角曲率半径改变的区域，也就是FRP加固层在角部率先出现破坏，导致整个加固层失效。因此，对角部进行局部增强可以有效延迟FRP加固层的破坏，提高FRP的利用效率与约束效应，进而提高加固柱的承载力和延性。

目前，采用FRP加固矩形柱，主要存在的问题是：在加固设计阶段，为了克服FRP加固层在加固柱倒角部位的应力集中造成的加固效应降低问题，往往采用增加FRP加固层层数的办法解决，这样虽然加固柱的承载力和延性可以提高，但实际上并没有改善倒角部位的应力集中现象，FRP的利用效率反而降低了，导致了加固效率/费用比值的降低；在现场施工阶段，在凿除矩形柱角部的混凝土(以混凝土柱为例)后，必须对角部进行局部修复，按设计曲率半径的要求成型倒角，而这一工作目前都由人工完成，成型的倒角曲率半径往往无法保证沿整个柱高度均满足设计要求，FRP的实际加固效果难以控制，影响结构安全。因此，提出一种新的FRP加固矩形柱技术方案及施工方法已成为迫切要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明公开了一种带角部增强的FRP加固矩形柱及施工方法，具有FRP用量少、加固效率高、加固成本低、加固柱的承载力和延性好、FRP加固施工准确性高、施工简便等特点。

本发明的解决方案为一种带角部增强的FRP加固矩形柱，其特征在于矩形柱的FRP加固层设置有预制倒角和角部增强。

所述的带角部增强的FRP加固矩形柱，其特征在于所述的预制倒角和角部增强为纤维增强塑料(FRP)或金属板材制成。

所述的带角部增强的FRP加固矩形柱，其特征在于所述预制倒角由修补材料粘贴在矩形柱的角部。

所述的带角部增强的FRP加固矩形柱的施工方法，其特征在于：所述施工方法按以下方式进行：

第一步：按照设计的倒角曲率半径值，凿除待加固的矩形柱的4个角部的混凝土，凿除混凝土的量要稍多于理论计算值；

第二步：清除凿除部位松散的混凝土，对矩形柱外表面进行必要的清理和打毛处理；

第三步：将修补材料涂抹在矩形柱的角部，然后将预制倒角粘贴在角部，预制倒角材料为FRP或金属板材制成；

第四步：将界面处理材料涂抹在待加固柱的外表面；

第五步：待界面处理材料的粘结强度达到规定要求后，用粘结剂将FRP加固层粘贴在矩形柱的整个外表面，完成现场施工。

与现有技术相比，本发明的优点就在于：

①克服FRP加固层在加固柱倒角部位的应力集中造成的加固效应降低问题。本发明提出在倒角部位设置角部增强，角部增强材料可以为FRP，也可以为金属板材，通过局部增强，提高了角部的抗拉能力，提高了FRP在角部破坏时加固柱的承载力和延性。通过局部增强，甚至可以改变FRP的破坏部位，进一步调高FRP加固层的极限变形能力。

②经济性好。采用角部增强的方式提高FRP的约束效应，相比于采用增加FRP加固层层数的办法，可以大幅度减少FRP的用量，大大提高了加固效率/费用比，具有突出的经济性。

③施工准确性高。在现场施工时，根据设计倒角曲率半径，选用与之匹配的预制倒角，采用修补材料将预制倒角直接粘贴在矩形柱的角部，形成的倒角曲率半径值完全满足设计要求，且沿柱高度方向，整个倒角均匀一致，完全克服了由人工成型的倒角曲率半径往往无法保证沿整个柱高度均满足设计要求和FRP的实际加固效果难以控制的问题。

④施工方便。采用预制倒角施工，施工工艺简单，效率远高于人工成型倒角。采用FRP材料或金属板材制成预制倒角使用，可以取消角部增强，简化了工艺，施工效率进一步调高。

附图说明

图1是本发明带角部增强的FRP加固矩形柱的结构示意图；

图2是带角部增强的FRP加固柱的角部详图。

图例说明

1 矩形柱 2 FRP加固层

3 预制倒角 4 角部增强

5 修补材料 6 界面处理材料

7 矩形柱的角部

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

实施例1：

一种带角部增强的FRP加固矩形柱，如图1、图2所示，其特征在于矩形柱(1)的FRP加固层(2)设置有预制倒角(3)和角部增强(4)。

预制倒角(3)和角部增强(4)为纤维增强塑料(FRP)或金属板材制成。

预制倒角(3)由修补材料(5)粘贴在矩形柱(1)的角部。

施工方法按以下方式进行：

第一步：按照设计的倒角曲率半径值，凿除待加固的矩形柱(1)的4个角部(7)的混凝土，凿除混凝土的量要稍多于理论计算值；

第二步：清除凿除部位松散的混凝土，对矩形柱(1)外表面进行必要的清理和打毛处理；

第三步：将修补材料(5)涂抹在矩形柱(1)的角部，然后将预制倒角(3)粘贴在角部，预制倒角材料为FRP或金属板材制成；

第四步：将界面处理材料(6)涂抹在待加固柱的外表面；

第五步：待界面处理材料(6)的粘结强度达到规定要求后，用粘结剂将FRP加固层(2)粘贴在矩形柱(1)的整个外表面，完成现场施工。

需要说明的是，以上的实施例及施工方式，只是本发明实施方式的一种简单形式。在本发明的启示下，本领域专业人员可以在不付出创造性劳动的前提下，提出新的实施方式，如将角部增强(4)设置在FRP加固层(2)的外侧等。这些实施方式自然也属于本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种带角部增强的FRP加固矩形柱，其特征在于矩形柱(1)的FRP加固层(2)设置有预制倒角(3)和角部增强(4)。

2.根据权利要求1所述的带角部增强的FRP加固矩形柱，其特征在于所述的预制倒角(3)和角部增强(4)为纤维增强塑料(FRP)或金属板材制成。

3.根据权利要求1或2所述的带角部增强的FRP加固矩形柱，其特征在于所述预制倒角(3)由修补材料(5)粘贴在矩形柱(1)的角部。

4.根据权利要求1、2或3所述的带角部增强的FRP加固矩形柱的施工方法，其特征在于：所述施工方法按以下方式进行：

第一步：按照设计的倒角曲率半径值，凿除待加固的矩形柱(1)的4个角部(7)的混凝土，凿除混凝土的量要稍多于理论计算值；

第二步：清除凿除部位松散的混凝土，对矩形柱(1)外表面进行必要的清理和打毛处理；

第三步：将修补材料(5)涂抹在矩形柱(1)的角部，然后将预制倒角(3)粘贴在角部，预制倒角材料为FRP或金属板材制成；

第四步：将界面处理材料(6)涂抹在待加固柱的外表面；

第五步：待界面处理材料(6)的粘结强度达到规定要求后，用粘结剂将FRP加固层(2)粘贴在矩形柱(1)的整个外表面，完成现场施工。