CN105569373A - 一种可控frp加固结构延性的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可控FRP加固结构延性的方法及装置，FRP加固结构包括有端部锚固装置、FRP片材、摩擦件、刚性盖板、膨胀螺栓和粘结剂，端部锚固装置是由低碳钢钢板加工而成，端部锚固装置上设置有锚固段、变形段和连接段，在锚固段上设置有两个长圆孔，刚性盖板和所述摩擦件上均设置有两个圆形孔，圆形孔与所述长圆孔的第一端部重合，圆形孔距离所述长圆孔的第二端部的最短距离为S，所述变形段的宽度可变；所述膨胀螺栓依次穿过所述刚性盖板和所述摩擦件的两个圆形孔以及所述锚固段的长圆孔并锚入待加固结构；端部锚固装置与所述摩擦件之间产生摩擦力。由于本发明装置设置有摩擦滑移段S，实现了FRP加固结构延性的可控。

Description

一种可控FRP加固结构延性的方法及装置

技术领域

本发明涉及FRP加固领域，特别是涉及一种可控FRP加固结构延性的方法及装置。

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。虽然目前针对FRP利用率的问题已经有方法来应对，但是FRP延性的提升幅度仍是不可控的，而且FRP延性提升幅度的可控性，对实际生产有着重要的意义。因此，需要提供一种可控的FRP加固结构延性的方法和装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种延性可以控制的可控FRP加固结构延性的方法及装置。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供了一种可控FRP加固结构延性的方法，所述FRP加固结构包括有端部锚固装置、FRP片材、摩擦件、刚性盖板、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长圆孔，在所述锚固段上安装有摩擦件，所述摩擦件的上方放置有刚性盖板，所述刚性盖板和所述摩擦件上均设置有两个圆形孔，所述圆形孔与所述长圆孔的第一端部重合，所述圆形孔距离所述长圆孔的第二端部的最短距离为S，所述刚性盖板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长圆孔之间的距离相同；

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刚性盖板和所述摩擦件上的所述圆形孔，以及所述锚固装置上的所述长圆孔压入所述预打孔中；

将所述膨胀螺栓拧紧，所述端部锚固装置与所述摩擦件之间产生摩擦力，所述摩擦力小于所述变形段的弹性极限抗拉承载力。

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。

可选的，所述摩擦力的大小由所述膨胀螺栓的拧紧扭矩控制。

本发明还提供了一种可控FRP加固结构延性的装置，所述FRP加固结构包括端部锚固装置、FRP片材、摩擦件、刚性盖板、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长圆孔，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，所述端部锚固装置上方设置有所述摩擦件，所述摩擦件上设置有所述刚性盖板，所述摩擦件和所述刚性盖板上均设置有两个圆形孔，所述圆形孔与所述长圆孔的第一端部重合，所述圆形孔距离所述长圆孔的第二端部的最短距离为S，所述待加固混凝土的加固区域上设置有两个与所述长圆孔相对应的预打孔，所述膨胀螺栓穿过所述圆形孔和所述长圆孔压入所述预打孔中，所述端部锚固装置与所述摩擦件间产生摩擦力，所述摩擦力小于所述变形段的弹性极限抗拉承载力。

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。

可选的，所述摩擦力的大小由所述膨胀螺栓的拧紧扭矩控制。

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：

本发明提供的一种可控FRP加固结构延性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，加固机构中的端部锚固装置上方安装有摩擦件，摩擦件的上方安装有刚性盖板，在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剥落现象，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，采用膨胀螺栓固定的方式，使得摩擦件与端部锚固装置之间产生摩擦力Pf，而且可以通过对膨胀螺栓实施拧紧扭矩的不同，来控制摩擦件与端部锚固装置之间摩擦力的大小，摩擦力小于变形段的弹性极限抗拉承载力，当FRP传递到本发明装置的荷载小于由于螺栓拧紧时摩擦件与端部锚固装置之间产生摩擦力Pf，端部锚固装置是牢固的不会发生摩擦滑移，此时端部锚固装置的变形段发生弹性变形；当荷载增大到摩擦件与端部锚固装置之间产生摩擦力Pf，端部锚固装置开始滑动，此时载荷保持大于摩擦力Pf不变，滑移不断增大。这种摩擦滑移的方式使得FRP加固结构延性得到二次提高，此阶段中，若要改变FRP加固结构的延性只需改变S的大小即可。

最后，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加固结构的整体结构示意图；

图2为本发明实施例中FRP加固结构的局部结构示意图；

图3为本发明实施例中FRP加固结构的局部结构的俯视图；

图4为采用本发明装置的荷载滑移曲线对比图；

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-长圆孔、10-圆角结构、11-矩形通槽、12-摩擦件、13-刚性盖板、14-圆形孔、15-第二端部、16-第一端部。

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可控延性的可控FRP加固结构延性的方法及装置。

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1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，在两个端部锚固装置的上方还分别安装有摩擦件。

如图1、2、3所示，本发明提供了一种可控FRP加固结构延性的方法，所述FRP加固结构包括有端部锚固装置2、FRP片材3、摩擦件12、刚性盖板13、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上设置有两个长圆孔9，在所述锚固段6上安装有摩擦件12，所述摩擦件12的上方放置有刚性盖板13，所述刚性盖板13和所述摩擦件12上均设置有两个圆形孔14，所述圆形孔14与所述长圆孔9的第一端部16重合，所述圆形孔14距离所述长圆孔9的第二端部15的最短距离为S，所述刚性盖板13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，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，其中，所述两个预打孔之间的距离与所述长圆孔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穿过所述刚性盖板13和所述摩擦件12上的所述圆形孔14，以及所述端部锚固装置2上的所述长圆孔9压入所述预打孔中；

将所述膨胀螺栓1拧紧，所述端部锚固装置2与所述摩擦件12之间产生摩擦力，所述摩擦力小于所述变形段的弹性极限抗拉承载力。

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。

作为一种可选的实施方式，所述摩擦力的大小由所述膨胀螺栓1的拧紧扭矩控制。

本发明还提供了一种可控FRP加固结构延性的装置，所述FRP加固结构包括端部锚固装置2、FRP片材3、摩擦件12、刚性盖板13、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上设置有两个长圆孔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，所述端部锚固装置2上方设置有所述摩擦件12，所述摩擦件12上设置有所述刚性盖板13，所述摩擦件12和所述刚性盖板13上均设置有两个圆形孔14，所述圆形孔14与所述长圆孔9的第一端部16重合，所述圆形孔14距离所述长圆孔9的第二端部15的最短距离为S，所述待加固混凝土5的加固区域上设置有两个与所述长圆孔9相对应的预打孔，所述膨胀螺栓1穿过所述圆形孔14和所述长圆孔9压入所述预打孔中，所述端部锚固装置2与所述摩擦件12间产生摩擦力，所述摩擦力小于所述变形段7的弹性极限抗拉承载力。

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。

作为一种可选的实施方式，所述摩擦力的大小由所述膨胀螺栓1的拧紧扭矩控制。

采用本发明装置后锚固装置荷载滑移曲线，如图4所示，在本发明装置中的摩擦力Pf小于端部锚固装置的弹性极限抗拉承载力，这样是为了保证FRP加固结构在高应力工作的同时延性设计环节即S(摩擦滑移段)和变形段7能发挥作用。当FRP片材传递到端部锚固装置的荷载小于由于螺栓拧紧时端部锚固装置2与摩擦件12之间形成的摩擦力Pf时，锚固段6是牢固的不会发生摩擦滑移，此时整个装置发生弹性变形，既是图4中第一段的弹性段。当力增大到Pf时达到最大静摩擦力，变形段7开始滑动，此时力保持Pf不变滑移不断增大，在图4中表现为水平段。此水平段的长度，即是对端部锚固装置2延性二次提高的部分，此阶段中，若要改变整体结构的延性只需改变S的大小即可。当滑移长度达到在锚固段6上预留的长度S后，端部锚固装置2又被膨胀螺栓1和接触面的摩擦力Pf锚固住，此后变形段7持续工作，直到破坏。在图形上表现为典型的低碳钢的荷载变形曲线，即在图4中水平段以后的弹性段、屈服段和强化段以及颈缩段。此阶段若要改变结构的延性通过改变变形段7的长度和所选低碳钢的型号即可。

由于钢材之间的摩擦系数较小，本发明装置采用增加摩擦件的方式，增加钢材之间的摩擦力，摩擦件一般质地比较柔软，它与钢材接触才能产生较大的摩擦系数，从而起到增大摩擦力的作用。常见的摩擦件的材质有铝、黄铜、橡胶等。

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)

1.一种可控FRP加固结构延性的方法，其特征在于，所述FRP加固结构包括有端部锚固装置、FRP片材、摩擦件、刚性盖板、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长圆孔，在所述锚固段上安装有摩擦件，所述摩擦件的上方放置有刚性盖板，所述刚性盖板和所述摩擦件上均设置有两个圆形孔，所述圆形孔与所述长圆孔的第一端部重合，所述圆形孔距离所述长圆孔的第二端部的最短距离为S，所述刚性盖板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长圆孔之间的距离相同；

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；

将所述膨胀螺栓依次穿过所述刚性盖板和所述摩擦件上的所述圆形孔，以及所述锚固装置上的所述长圆孔压入所述预打孔中；

将所述膨胀螺栓拧紧，所述端部锚固装置与所述摩擦件之间产生摩擦力，所述摩擦力小于所述变形段的弹性极限抗拉承载力。

2.根据权利要求1所述的一种可控FRP加固结构延性的方法，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所述的一种可控FRP加固结构延性的方法，其特征在于，所述粘结剂为环氧树脂。

4.根据权利要求1所述的一种可控FRP加固结构延性的方法，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。

5.根据权利要求1所述的一种可控FRP加固结构延性的方法，其特征在于，所述摩擦力的大小由所述膨胀螺栓的拧紧扭矩控制。

6.一种可控FRP加固结构延性的装置，所述FRP加固结构包括端部锚固装置、FRP片材、摩擦件、刚性盖板、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长圆孔，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，所述端部锚固装置上方设置有所述摩擦件，所述摩擦件上设置有所述刚性盖板，所述摩擦件和所述刚性盖板上均设置有两个圆形孔，所述圆形孔与所述长圆孔的第一端部重合，所述圆形孔距离所述长圆孔的第二端部的最短距离为S，所述待加固混凝土的加固区域上设置有两个与所述长圆孔相对应的预打孔，所述膨胀螺栓穿过所述圆形孔和所述长圆孔压入所述预打孔中，所述端部锚固装置与所述摩擦件间产生摩擦力，所述摩擦力小于所述变形段的弹性极限抗拉承载力。

7.根据权利要求6所述的一种可控FRP加固结构延性的装置，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所述的一种可控FRP加固结构延性的装置，其特征在于，所述粘结剂为环氧树脂。

9.根据权利要求6所述的一种可控FRP加固结构延性的装置，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。

10.根据权利要求6所述的一种可控FRP加固结构延性的装置，其特征在于，所述摩擦力的大小由所述膨胀螺栓的拧紧扭矩控制。