CN105952182B - 一种复合加固木梁的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于土木工程领域，公开了一种复合加固木梁的方法。其特征在于通过在木梁(1)的底部粘贴纤维布(3)、设置垫层(5)、粘贴竹板(2)、旋进圆形销栓(6)，实现对木梁(1)的复合加固。在本发明中，利用竹板(1)作为加固材料，同时机械锚固纤维布(3)；利用销栓(6)与竹板(2)、木梁(1)化学融合，加强竹板(2)、纤维布(3)与木梁(1)的粘结效果；设置内嵌固体填充物(51)的垫层(5)保证竹板(2)与木梁(1)间的环氧树脂胶(4)厚度。本发明降低了木梁受弯过程中因粘结层失效而过早破坏的概率，采用两种低碳环保型材料加固木梁，充分发挥两种材料各自优势，提高了木梁承载能力，实现古建筑木结构修旧如旧的原始风貌。

Description

一种复合加固木梁的方法

技术领域

本发明涉及一种复合加固木梁的方法，属于土木工程加固领域。

背景技术

我国的古建筑木结构发展历史悠久，可以追溯到3500前，木结构建筑的产生、发展、变化，贯穿整个古代建筑的发展过程，也是我国古代建筑的最主要建筑形式之一。现代木结构的研究应用也较为广泛，其抗震性能优越，强重比高，是较为典型的生态环保型结构形式。木结构在长期使用过程中常常面临加固的市场需求，尤其是作为木结构重要受力构件的木梁，常常因潮湿腐蚀、荷载增加、损伤累积等因素造成承载力下降等。现有木梁加固技术常常在受拉区粘贴纤维片材或钢板等高强材料的方法来提高其承载力，但普通的粘贴纤维片材的方法容易出现一些提早破坏的现象，例如因超过粘结胶剪切力而引起粘结层剥离的现象；另外，钢板等材料在长期使用过程中，除了容易出现锈蚀等不良现象外，其本身属于高耗能材料，不符合可持续发展的原则。

竹材是较木材更为新颖的绿色环保材料，竹材具有生长周期短，抗拉强度高，强重比高，生产使用过程污染极底等特点，与木材相比其性能更加优越。重组竹、竹材集成材、竹材层积材、竹帘胶合板等采用现代加工工艺制作的胶合竹材，具有更大的结构尺寸、更稳定与更加优异的力学性能。鉴于古建筑木结构具有极高的文化底蕴，木结构加固应尽量保持修旧如旧的原始风貌，同时我国木材资源利用有限，采用直接替换法易浪费资源、经济效益差。

发明内容

本发明的目的是提供一种复合加固木梁的方法，提高木梁承载能力，解决木梁现有加固技术的不足，如解决了粘贴纤维加固法中纤维容易粘结破坏、粘钢加固法钢板容易锈蚀等技术难题，且实现古建筑木结构修旧如旧的原始风貌，可用于各类木结构梁的加固。

本发明的技术方案为：通过在木梁的底部粘贴纤维布、设置垫层、粘贴竹板、旋进圆形销栓，实现对木梁的复合加固。在本发明中，利用竹板作为加固材料，同时机械锚固纤维布；利用销栓与竹板、木梁化学融合，加强竹板、纤维布与木梁的粘结效果；设置内嵌固体填充物的垫层保证竹板与木梁间的环氧树脂胶厚度。

在实施方法上，本发明包括以下步骤：

1)表面处理：对待加固的木梁和竹板进行表面处理和加工，平整、清洁木梁和竹板的粘结面，保证平整度和清洁度满足规定的粘贴要求；

2)粘贴纤维布：按预定尺寸裁剪纤维布，将纤维布涂刷环氧树脂胶，充分浸润后粘贴在木梁的受拉表面，用专用滚筒顺纤维方向多次滚压，挤除气泡，使环氧树脂充分浸润纤维布；

3)设置垫层：在纤维布之外设置垫层，垫层内嵌网格状或条线状或散点状的固体填充物，垫层的厚度为0.2～2.0mm，具体根据浸渍纤维布固化后的厚度取值，以条线状固体填充物为例，可在垫层内沿着纵向布置2根预定直径的金属丝，达到保证垫层厚度的目的，设置垫层的目的在于保证后期粘贴竹板施压时环氧树脂胶的溢出量不超过限值要求；

4)粘贴竹板：将竹板平整粘贴于纤维布与垫层之外，竹板在平面尺寸上完全覆盖纤维布，竹板的粘贴除了自身作为加固材料，也是纤维布附加的机械锚固措施；

5)施压：对竹板施加均匀压力，并对竹板临时固定；

6)养护：24小时内不扰动试件；

7)钻孔：对竹板和木梁分别钻设孔洞二和孔洞一，其直径比拟设置圆形销栓的直径小1.0～2.0mm，孔洞二贯穿竹板的厚度，孔洞一的深度小于1/2木梁高度；

8)旋进圆形销栓：将圆形销栓固定于电钻转动杆，按预设转速旋进孔洞二和孔洞一内部，旋进转速为800～1400r/min，旋进插入速率为80～350mm/min；

9)清理：切除圆形销栓凸起部分，拆除竹板的临时固定措施。

所述的圆形销栓的材质为竹材或木材，其端部为圆楔形，通过预设转速旋进孔洞二和孔洞一内部与木梁和竹板融合为一体。

所述的竹板和木梁的宽度相同，纤维布的宽度小于等于竹板和木梁的宽度。

所述的竹板和纤维布的纤维方向顺着木梁的轴线方向。

所述的垫层内嵌网格状或条线状或散点状的固体填充物可采用金属、塑料、木材或竹材制作，以确保竹板和木梁之间的环氧树脂胶在施压时溢出量不超过5％，且固化后饱满无空洞。

所述的竹板为重组竹或竹材集成材或竹材层积材或竹帘胶合板加工而成。

所述的纤维布为玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、碳纤维、聚乙烯纤维、聚乙烯醇纤维中的一种或其中的几种混杂而成。

本发明的一种复合加固木梁的方法，竹板和纤维布位于加固木梁的受拉区，竹板自身作为加固材料，同时也是纤维布附加的机械锚固措施，可有效防止纤维布的粘结剥离破坏，可充分发挥其竹材和纤维布二者的抗拉强度高、弹性模量大的特性，厚度为0.2～2.0mm的垫层，可确保粘贴竹板施压时环氧树脂胶的溢出量不超过5％，再者，考虑钻设孔洞直径比圆形销栓直径小1.0～2.0mm的构造措施，圆形销栓按预设转速旋进时与竹板和木梁发生化学融合，实现圆形销栓与木梁和竹板融合为一体，多个技术措施可有效保障加固材料与原木梁共同工作且发生粘结剥离破坏。

本发明优点显著，具有以下有益效果：

(1)加固材料采用纤维布和竹材，这两种材料抗拉强度高，强重比高，且具有低碳环保，生态效益好，可持续发展等共同优势，且充分发挥各自的优势，如纤维布的高柔度、易服帖，竹板的高刚度、稳定性好，较单一加固材料而言更加可靠稳固。

(2)竹板自身作为加固材料，同时也是纤维布附加的机械锚固措施，有效地防止了纤维布的粘结剥离破坏，大大提高了材料的发挥效率。

(3)与竹板和木梁化学融合的圆形销栓有效提高了加固材料的抗剥离性，降低了木梁受弯过程中因粘结层失效而过早破坏的概率。

(4)在构件外观设计方面，竹材与木材具有相似的表观特征，更具整体美感，不改变原结构的外观，实现古建筑木结构修旧如旧的原始风貌。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

图1一种复合加固木梁的方法流程图；

图2一种复合加固木梁的正立面图；

图3一种复合加固木梁的纵向剖面图A-A图；

图4一种复合加固木梁的截面B-B图；

图5一种复合加固木梁的截面C-C图；

图6一种复合加固木梁的截面D-D图；

图7一种复合加固木梁的E-E横截面图；

图8一种复合加固木梁的F-F横截面图；

图9a复合加固木梁下表面粘贴纤维布立体示意图；

图9b复合加固木梁下表面粘贴纤维布横截面图；

图10a复合加固木梁设置垫层立体示意图(以条线状固体填充物为例)；

图10b复合加固木梁设置垫层横截面图(以条线状固体填充物为例)；

图11a复合加固木梁粘贴竹板立体示意图；

图11b复合加固木梁粘贴竹板横截面图；

图12a复合加固木梁钻孔加工立体示意图；

图12b复合加固木梁钻孔加工横截面图；

图13a复合加固木梁旋进圆形销栓立体示意图；

图13b复合加固木梁旋进圆形销栓横截面图；

图14a复合加固木梁清理工艺立体示意图；

图14b复合加固木梁清理工艺横截面图。

在附图中，1为木梁，11为木梁上的孔洞一，111为木梁的受拉表面，2为竹板，21为竹板上的孔洞二，3为纤维布，4为环氧树脂胶，5为垫层，51为固体填充物，6为销栓。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1～图14所示，本发明提供一种复合加固木梁的方法，其中，图1为具体实施方法流程图，图2～图8为该方法涉及的一种复合加固木梁完成结构组成示意图。图9～图14为一种复合加固木梁的方法实施过程示意图。

一种复合加固木梁的方法，通过在木梁的底部粘贴纤维布、设置垫层、粘贴竹板、旋进圆形销栓，实现复合竹板对木梁的加固，其特征在于包括以下步骤：

1)表面处理：对待加固的木梁1和竹板2进行表面处理和加工，平整、清洁木梁1和竹板2的粘结面；

2)粘贴纤维布：按预定尺寸裁剪纤维布3，将纤维布3涂刷环氧树脂胶4，充分浸润后粘贴在木梁1的受拉表面111，用专用滚筒顺着纤维方向多次滚压，挤除气泡和多余的环氧树脂胶，使环氧树脂4充分浸润纤维布3；

3)设置垫层：在纤维布3之外设置垫层5，垫层5内嵌网格状或条线状或散点状的固体填充物51，垫层5的厚度为0.2～2.0mm，具体根据浸渍纤维布3固化后的厚度取值，以条线状固体填充物为例，可在垫层5内沿着纵向布置2根预定直径的金属丝，达到保证垫层5厚度的目的，设置垫层5的目的在于保证后期粘贴竹板2施压时环氧树脂胶的溢出量不超过限值要求；

4)粘贴竹板：将竹板2平整粘贴于纤维布3与垫层5之外，竹板2在平面尺寸上完全覆盖纤维布3，粘贴竹板2时，在纤维布3外部均匀涂抹环氧树脂4，胶的厚度大于等于固体填充物51的厚度方向尺寸，将竹板2平整粘贴至纤维布3的外部；

5)施压：对竹板2施加均匀压力，并对竹板2临时固定，保证竹板2不在平面内滑动，通过施压挤出气泡和多余的环氧树脂，并保证粘贴竹板2密实；

6)养护：24小时内不扰动试件；

7)钻孔：对竹板2和木梁1分别钻设孔洞二21和孔洞一11，其直径比拟设置圆形销栓6的直径小1.0～2.0mm，孔洞二21贯穿竹板2的厚度，孔洞一11的深度小于1/2木梁1高度，钻孔位置沿构件平面纵向等间距分布；

8)旋进圆形销栓：将圆形销栓6固定于电钻转动杆，按预设转速旋进孔洞一11和孔洞二21内部，旋进转速为800～1400r/min，旋进插入速率为80～350mm/min，其中销栓端部加工成圆楔形，便于旋进孔洞，通过预设转速旋进孔洞内部与木梁和竹板融合为一体，提高纤维布和竹板的抗剥离性能；

9)清理：切除圆形销栓6凸起部分，拆除竹板2的临时固定措施。

所述的圆形销栓6的材质为竹材或木材，其端部为圆楔形，通过预设转速旋进孔洞一11和孔洞二21内部与木梁1和竹板2融合为一体。

所述的竹板2和木梁1的宽度相同，纤维布3的宽度小于等于竹板2和木梁1的宽度。

所述的竹板2和纤维布3的纤维方向顺着木梁1的轴线方向。

所述的垫层5内嵌网格状或条线状或散点状的固体填充物51可采用金属、塑料、木材或竹材制作，以确保竹板2和木梁1之间的环氧树脂胶4在施压时溢出量不超过5％，且固化后饱满无空洞。

所述的竹板2为重组竹或竹材集成材或竹材层积材或竹帘胶合板加工而成。

所述的纤维布3为玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、碳纤维、聚乙烯纤维、聚乙烯醇纤维中的一种或其中的几种混杂而成。

本发明降低了木梁受弯过程中因粘结层失效而过早破坏的概率，采用两种低碳环保型材料加固木梁，充分发挥两种材料各自优势，提高了木梁承载能力，实现古建筑木结构修旧如旧的原始风貌。

Claims (7)

1.一种复合加固木梁的方法，通过在木梁(1)的底部粘贴纤维布(3)、设置垫层(5)、粘贴竹板(2)、旋进圆形销栓(6)，实现对木梁(1)的复合加固，其特征在于包括以下步骤：

1)表面处理：对待加固的木梁(1)和竹板(2)进行表面处理和加工，平整、清洁木梁(1)和竹板(2)的粘结面；

2)粘贴纤维布：按预定尺寸裁剪纤维布(3)，将纤维布(3)涂刷环氧树脂胶(4)，充分浸润后粘贴在木梁(1)的受拉表面(111)；

3)设置垫层：在纤维布(3)之外设置垫层(5)，垫层(5)内嵌网格状或条线状或散点状的固体填充物(51)，垫层(5)的厚度为0.2～2.0mm，具体根据浸渍纤维布(3)固化后的厚度取值；

4)粘贴竹板：将竹板(2)平整粘贴于纤维布(3)与垫层(5)之外，竹板(2)在平面尺寸上完全覆盖纤维布(3)；

5)施压：对竹板(2)施加均匀压力，并对竹板(2)临时固定；

6)养护：24小时内不扰动试件；

7)钻孔：对竹板(2)和木梁(1)分别钻设孔洞二(21)和孔洞一(11)，其直径比拟设置圆形销栓(6)的直径小1.0～2.0mm，孔洞二(21)贯穿竹板(2)的厚度，孔洞一(11)的深度小于1/2木梁(1)高度；

8)旋进圆形销栓：将圆形销栓(6)固定于电钻转动杆，按预设转速旋进孔洞一(11)和孔洞二(21)内部，旋进转速为800～1400r/min，旋进插入速率为80～350mm/min；

9)清理：切除圆形销栓(6)凸起部分，拆除竹板(2)的临时固定措施。

2.如权利要求1所述一种复合加固木梁的方法，其特征在于圆形销栓(6)的材质为竹材或木材，其端部为圆楔形，通过预设转速旋进孔洞一(11)和孔洞二(21)内部与木梁(1)和竹板(2)融合为一体。

3.如权利要求1所述一种复合加固木梁的方法，其特征在于竹板(2)和木梁(1)的宽度相同，纤维布(3)的宽度小于等于竹板(2)和木梁(1)的宽度。

4.如权利要求1所述一种复合加固木梁的方法，其特征在于竹板(2)和纤维布(3)的纤维方向顺着木梁(1)的轴线方向。

5.如权利要求1所述一种复合加固木梁的方法，其特征在于垫层(5)内嵌网格状或条线状或散点状的固体填充物(51)可采用金属、塑料、木材或竹材制作，以确保竹板(2)和木梁(1)之间的环氧树脂胶(4)在施压时溢出量不超过5％，且固化后饱满无空洞。

6.如权利要求1所述一种复合加固木梁的方法，其特征在于竹板(2)为重组竹或竹材集成材或竹材层积材或竹帘胶合板加工而成。

7.如权利要求1所述一种复合加固木梁的方法，其特征在于纤维布(3)为玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、碳纤维、聚乙烯纤维、聚乙烯醇纤维中的一种或其中的几种混杂而成。