CN105525767A - 提高frp加固结构延性和frp利用率的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高FRP加固结构延性和FRP利用率的方法及装置，包括所述FRP加固结构包括有端部锚固装置、FRP片材、膨胀螺栓和粘结剂，所述端部锚固装置是由低碳钢钢板加工而成，所述端部锚固装置上设置有锚固段、变形段和连接段，所述变形段的宽度可变，所述变形段的极限强度小于所述FRP片材的极限强度，所述方法包括：在待加固混凝土的加固区域内布置两个预打孔；将所述粘结剂涂在待加固混凝土的加固区域内；将所述端部锚固装置和所述FRP片材粘结在所述粘结剂上；将所述膨胀螺栓穿过所述锚固装置上的所述圆形孔压入所述预打孔中。由于本发明中的端部锚固装置，提高了FRP结构延性及FRP利用率，解决了现存的脆性破坏难题。

Description

提高FRP加固结构延性和FRP利用率的方法及装置

技术领域

本发明涉及FRP加固领域，特别是涉及提高FRP加固结构延性和FRP利用率的方法及装置。

背景技术

纤维增强复合材料(FibreReinforcedPolymer/Plastic，简称FRP)，以其轻质、高强、耐腐蚀、加工便捷等显著优点被广泛的应用于结构加固之中。目前国际上使用最广泛、研究最深入的就是外贴FRP加固技术，又称EB-FRP加固技术。EB-FRP加固技术的做法是将FRP片材使用环氧树脂直接粘贴到要加固的结构上，这样结构上的荷载就通过环氧树脂这种粘结剂将荷载传递给FRP材料，从而使得FRP为原结构分担其难以承受的荷载，通过这样的方法达到加固的效果。由此不难看出，FRP和混凝土之间的粘结强度将对FRP加固混凝土结构的加固效果起着决定性作用。然而，目前大量的实验研究表明，FRP-混凝土粘结界面是比较脆弱的，十分一致的表现为以FRP从混凝土上剥离为典型破坏形态的剥离破坏。这种破坏存在着着显著的缺点：(1)FRP利用率低，仅达到30％左右的利用率时FRP就从混凝土界面上剥离，这对强度非常高的FRP材料来说是一种极大的浪费，同时也增加了经济成本；(2)延性较差，破坏模式属于脆性破坏。脆性破坏是一种突然的破坏，从破坏发生到建筑物倒塌时间极短，是工程中禁止出现的，因为当被加固结构受到外界作用的影响，如房屋使用功能变化、地震等，一旦结构发生脆性破坏房屋就会突然倒塌，人根本没有时间逃生，这样将对人们的生命安全造成极大的威胁。因此，寻求一种以提升FRP加固结构延性并提高FRP利用率的方法就成了解决限制外贴式FRP加固技术发展和应用的瓶颈的当务之急。

目前，针对控制FRP剥离世界各地的学者们提出了一些克服的方法：FRPU型箍锚固法、FRP机械锚固、FRP嵌入式锚固法等。这些方法对FRP剥离的抑制作用是显著的，但是遗憾的是却无法保证FRP加混凝土固结构的延性。这也就意味着EB-FRP加固技术脆性破坏的本质并未改变，也就是说EB-FRP加固技术最致命的弱点—脆性破坏的问题并未从根本上解决，这是十分遗憾的。鉴于此，本专利将提出一种以提高FRP结构延性和FRP利用率的方法及装置来解决现存的脆性破坏难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有高延性和高利用率的提高FRP加固结构延性和FRP利用率的方法及装置。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供了一种提高FRP加固结构延性和FRP利用率的方法，所述FRP加固结构包括有端部锚固装置、FRP片材、膨胀螺栓和粘结剂，所述端部锚固装置和所述FRP片材是连接在一起的，所述端部锚固装置是由低碳钢钢板加工而成，所述端部锚固装置上设置有锚固段、变形段和连接段，在所述锚固段上设置有两个圆形孔，在每个所述圆形孔上安装有一膨胀螺栓，所述锚固段与所述连接段之间通过所述变形段连接，所述变形段的宽度可变，所述变形段的极限强度小于所述FRP片材的极限强度，在所述连接段上开有矩形通槽，所述FRP加固结构中有成对设置的所述端部锚固装置，每一对成对布置的端部锚固装置中的矩形通槽与一所述FRP片材进行连接；所述方法包括：

在待加固混凝土的加固区域内布置两个预打孔，其中，所述两个预打孔之间的距离与所述圆形孔之间的距离相同；

将所述粘结剂涂在待加固混凝土的加固区域内；

将所述端部锚固装置和所述FRP片材粘结在所述粘结剂上；

将所述膨胀螺栓穿过所述锚固装置上的所述圆形孔压入所述预打孔中。

可选的，所述变形段的宽度越宽，所述变形段的极限强度越大。

可选的，所述圆形孔的直径与所述预打孔的直径相同，所述预打孔的直径比所述膨胀螺栓的直径大。

可选的，所述粘结剂为环氧树脂。

可选的，所述变形段与所述锚固段的连接处和所述变形段与所述连接段的连接处均做平滑变截面过渡处理。

本发明还提供了一种提高FRP加固结构延性和FRP利用率的装置，所述FRP加固结构包括端部锚固装置、FRP片材、膨胀螺栓和粘结剂，所述端部锚固装置为两个，两个所述端部锚固装置通过一所述FRP片材固定连接，所述端部锚固装置和所述FRP片材均通过所述粘结剂固定在待加固混凝土的加固区域内，所述端部锚固装置的材质为低碳钢，所述端部锚固装置包括锚固段、变形段和连接段，所述锚固段上设置有两个圆形孔，所述变形段连接所述锚固段和所述连接段，所述变形段的宽度可变，所述变形段的极限强度小于所述FRP片材的极限强度，所述连接段上设置有矩形通槽，所述FRP片材与所述矩形通槽固定连接，所述待加固混凝土上设置有两个与所述圆形孔相对应的预打孔，所述膨胀螺栓穿过所述圆形孔压入所述预打孔中，将所述FRP加固结构固定在待加固混凝土上。

可选的，所述变形段的宽度越宽，所述变形段的极限强度越大。

可选的，所述圆形孔的直径与所述预打孔的直径相同，所述预打孔的直径比所述膨胀螺栓的直径大。

可选的，所述粘结剂为环氧树脂。

可选的，所述变形段与所述锚固段的连接处和所述变形段与所述连接段的连接处均设置有圆角结构。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供的一种提高FRP加固结构延性和FRP利用率的方法中首先由一个FRP片材连接在一起的两个端部锚固装置组成的加固机构，加固机构与待加固混凝土的加固区域之间用粘结剂粘结在一起，通过膨胀螺栓将带有FRP片材的FRP加固结构锚固在待加固混凝土的加固区域内，采用膨胀螺栓固定的方式，避免了直接将FRP片材粘贴到要加固的结构上，出现的FRP剥离现象，提高了FRP的利用率。

再者，由于FRP加固结构中的端部锚固装置包括锚固段、变形段、连接段，端部锚固装置是由低碳钢钢板加工而成，低碳钢具有非常好的延性，当FRP加固结构在受到载荷时，随着载荷的加大，端部锚固装置的变形段发生变形，增加了加固结构的延性，可以通过改变变形段长度来实现对加固结构延性的控制，使得结构的破坏变成一个相对缓慢的延性破坏过程；

另外，可以通过改变变形段的宽度来实现对FRP利用率的控制，随着变形段宽度的变化，变形段的横截面也随着变化，当变形段的横截面增大时，变形段所能承受的极限拉力得到相应的增大(保证变形段的极限拉力小于FRP片材的拉断拉力)，变形段极限拉力的增大使得FRP加固结构能承受更大的载荷，同时增大了FRP片材的利用率，实现了对FRP片材利用率的可控性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中FRP加固结构的局部结构示意图；

图2为本发明实施例中FRP加固结构的局部结构的俯视图；

图3为采用本发明装置的荷载滑移曲线对比图；

图4为本发明实施例中FRP加固结构的整体结构示意图。

其中：1-膨胀螺栓、2-端部锚固装置、3-FRP片材、4-粘结剂、5-待加固混凝土、6-锚固段、7-变形段、8-连接段、9-圆形孔、10-圆角结构、11-矩形通槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种具有高延性和高利用率的提高FRP加固结构延性和FRP利用率的方法及装置。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图4所示，FRP加固结构的整体结构示意图，将FRP加固结构上的端部锚固装置通过粘结剂粘结在待加固混凝土的受力表面，并将两个端部锚固装置一端通过打入膨胀螺栓与待加固混凝土可靠连接，将两个端部锚固装置的另一端与FRP片材相连，以控制FRP片材从待加固混凝土表面剥离应力和变形能力。

如图1、2、4所示，本发明提供了一种提高FRP加固结构延性和FRP利用率的方法，所述FRP加固结构包括有端部锚固装置2、FRP片材3、膨胀螺栓1和粘结剂4，所述端部锚固装置2和所述FRP片材3是连接在一起的，所述端部锚固装置2是由低碳钢钢板加工而成，所述端部锚固装置2上设置有锚固段6、变形段7和连接段8，在所述锚固段6上设置有两个圆形孔9，在每个所述圆形孔9上安装有一膨胀螺栓1，所述锚固段6与所述连接段8之间通过所述变形段7连接，所述变形段7宽度可变，所述变形段7的极限强度小于所述FRP片材3的屈服强度，在所述连接段8上开有矩形通槽11，所述FRP加固结构中有成对设置的所述端部锚固装置2，每一对成对布置的端部锚固装置2中的矩形通槽11与一所述FRP片材3进行连接；所述方法包括：

在待加固混凝土5的加固区域内布置两个预打孔(图中未示出)，其中，所述两个预打孔之间的距离与所述圆形孔9之间的距离相同；

将所述粘结剂4涂在待加固混凝土5的加固区域内；

将所述端部锚固装置2和所述FRP片材3粘结在所述粘结剂4上；

将所述膨胀螺栓1穿过所述锚固装置2上的所述圆形孔9压入所述预打孔中。

作为一种可选的实施方式，所述变形段7的宽度越宽，所述变形段7的极限强度越大。

作为一种可选的实施方式，所述圆形孔9的直径与所述预打孔(图中未示出)的直径相同，所述预打孔的直径比所述膨胀螺栓1的直径大。

作为一种可选的实施方式，所述粘结剂4为环氧树脂。

作为一种可选的实施方式，所述变形段7与所述锚固段6的连接处和所述变形段7与所述连接段8的连接处均做平滑变截面过渡处理。

本发明提供的一种FRP加固结构延性和FRP利用率的方法中的FRP加固结构通过膨胀螺栓固定在待加固混凝土上，膨胀螺钉是利用挈形斜度来促使螺钉外的套筒膨胀，产生摩擦力，产生自锁作用，达到固定效果；端部锚固装置中变形段和锚固段的连接处与变形段和连接段的连接处均布置有圆角结构，使得变形段和锚固段与变形段和连接段之间能够平滑过渡，进而避免了连接处产生的应力集中问题。

本发明提供的一种FRP加固结构延性和FRP利用率的方法中利用延性好的低碳钢制成的端部锚固装置，低碳钢具有强度低、硬度软的优点，有非常好的延性，提高了整个FRP加固结构的延性，在加固结构受到超载载荷时，能够避免结构发生脆性破坏，使得结构的破坏是一个相对缓慢的延性破坏过程，而且FRP片材价格昂贵，普通的FRP加固技术，会造成FRP片材的破坏，造成成本的增加，而本发明中不会发生FRP片材的破坏，即使在超过加固结构额定载荷时，本发明装置损坏的也仅仅是端部锚固装置的变形段。

本发明还提供了一种提高FRP加固结构延性和FRP利用率的装置，所述FRP加固结构包括端部锚固装置2、FRP片材3、膨胀螺栓1和粘结剂4，所述端部锚固装置2为两个，两个所述端部锚固装置2通过一所述FRP片材3固定连接，所述端部锚固装置2和所述FRP片材3均通过所述粘结剂4固定在待加固混凝土5的加固区域内，所述端部锚固装置2的材质为低碳钢，所述端部锚固装置2包括锚固段6、变形段7和连接段8，所述锚固段6上设置有两个圆形孔9，所述变形段7连接所述锚固段6和所述连接段8，所述变形段7的宽度可变，所述变形段7的极限强度小于所述FRP片材3的极限强度，所述连接段8上设置有矩形通槽11，所述FRP片材3与所述矩形通槽11固定连接，所述待加固混凝土5上设置有两个与所述圆形孔9相对应的预打孔，所述膨胀螺栓1穿过所述圆形孔9压入所述预打孔中，将所述FRP加固结构固定在待加固混凝土上。

作为一种可选的实施方式，所述变形段7的宽度越宽，所述变形段7的极限强度越大。

作为一种可选的实施方式，所述圆形孔9的直径与所述预打孔的直径相同，所述预打孔的直径比所述膨胀螺栓1的直径大。

作为一种可选的实施方式，所述粘结剂4为环氧树脂。

作为一种可选的实施方式，所述变形段7与所述锚固段6的连接处和所述变形段7与所述连接段8的连接处均设置有圆角结构10。

采用本发明装置后的荷载滑移曲线对比图，如图3实线所示，未采用本发明装置的曲线，如图3中虚线所示。通过合理的设置变形段7宽度，即变形段的截面积，可使得当FRP达到其剥离荷载Pd的时候变形段7钢材进入屈服阶段。由于有了端部锚固装置，随着荷载的增加，端部锚固装置的变形段逐步进入强化阶段，荷载增加，直到增加到极限强度Pu，变形段强度充分发挥后开始进入颈缩阶段，最后拉断。在此过程中被加固结构的极限荷载由端部锚固装置决定，即是Pu，相较于未采用该端部锚固装置的来说荷载提升了P。由于钢材的较大延性，也使得被加固结构的延性显著提升，相较于未采用的提升了S，使得结构的破坏是一个相对缓慢的延性破坏过程。因此本发明改变了FRP加固混凝土结构的脆性破坏模式，同时也提高了FRP的利用率。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种提高FRP加固结构延性和FRP利用率的方法，其特征在于，所述FRP加固结构包括有端部锚固装置、FRP片材、膨胀螺栓和粘结剂，所述端部锚固装置和所述FRP片材是连接在一起的，所述端部锚固装置是由低碳钢钢板加工而成，所述端部锚固装置上设置有锚固段、变形段和连接段，在所述锚固段上设置有两个圆形孔，在每个所述圆形孔上安装有一膨胀螺栓，所述锚固段与所述连接段之间通过所述变形段连接，所述变形段的宽度可变，所述变形段的极限强度小于所述FRP片材的极限强度，在所述连接段上开有矩形通槽，所述FRP加固结构中有成对设置的所述端部锚固装置，每一对成对布置的端部锚固装置中的矩形通槽与一所述FRP片材进行连接；所述方法包括：

在待加固混凝土的加固区域内布置两个预打孔，其中，所述两个预打孔之间的距离与所述圆形孔之间的距离相同；

将所述粘结剂涂在待加固混凝土的加固区域内；

将所述端部锚固装置和所述FRP片材粘结在所述粘结剂上；

将所述膨胀螺栓穿过所述锚固装置上的所述圆形孔压入所述预打孔中。

2.根据权利要求1所述的一种提高FRP加固结构延性和FRP利用率的方法，其特征在于，所述变形段的宽度越宽，所述变形段的极限强度越大。

3.根据权利要求1所述的一种提高FRP加固结构延性和FRP利用率的方法，其特征在于，所述圆形孔的直径与所述预打孔的直径相同，所述预打孔的直径比所述膨胀螺栓的直径大。

4.根据权利要求1所述的一种提高FRP加固结构延性和FRP利用率的方法，其特征在于，所述粘结剂为环氧树脂。

5.根据权利要求1所述的一种提高FRP加固结构延性和FRP利用率的方法，其特征在于，所述变形段与所述锚固段的连接处和所述变形段与所述连接段的连接处均做平滑变截面过渡处理。

6.一种提高FRP加固结构延性和FRP利用率的装置，其特征在于，所述FRP加固结构包括端部锚固装置、FRP片材、膨胀螺栓和粘结剂，所述端部锚固装置为两个，两个所述端部锚固装置通过一所述FRP片材固定连接，所述端部锚固装置和所述FRP片材均通过所述粘结剂固定在待加固混凝土的加固区域内，所述端部锚固装置的材质为低碳钢，所述端部锚固装置包括锚固段、变形段和连接段，所述锚固段上设置有两个圆形孔，所述变形段连接所述锚固段和所述连接段，所述变形段的宽度可变，所述变形段的极限强度小于所述FRP片材的极限强度，所述连接段上设置有矩形通槽，所述FRP片材与所述矩形通槽固定连接，所述待加固混凝土上设置有两个与所述圆形孔相对应的预打孔，所述膨胀螺栓穿过所述圆形孔压入所述预打孔中，将所述FRP加固结构固定在待加固混凝土上。

7.根据权利要求6所述的一种提高FRP加固结构延性和FRP利用率的装置，其特征在于，所述变形段的宽度越宽，所述变形段的极限强度越大。

8.根据权利要求6所述的一种提高FRP加固结构延性和FRP利用率的装置，其特征在于，所述圆形孔的直径与所述预打孔的直径相同，所述预打孔的直径比所述膨胀螺栓的直径大。

9.根据权利要求6所述的一种提高FRP加固结构延性和FRP利用率的装置，其特征在于，所述粘结剂为环氧树脂。

10.根据权利要求6所述的一种提高FRP加固结构延性和FRP利用率的装置，其特征在于，所述变形段与所述锚固段的连接处和所述变形段与所述连接段的连接处均设置有圆角结构。