CN107269021A - 对混凝土构件进行抗剪加固的耗能辅助垫块及加固方法 - Google Patents

对混凝土构件进行抗剪加固的耗能辅助垫块及加固方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种对混凝土构件进行抗剪加固的耗能辅助垫块及加固方法。所述耗能辅助垫块为设置有锚固孔的板状结构，所述耗能辅助垫块两端为四分之一圆倒角，将所述耗能辅助垫块与需要抗剪加固的梁/柱构件固定，然后将纤维片材的一端固定于该梁/柱构件侧顶部，另一端绕过该梁/柱构件底面后固定于该梁/柱的另一个侧面顶部，纤维片材在绕过该梁/柱构件底面的过程中，将纤维片材搭在所述耗能辅助垫块上。本发明中的耗能辅助垫块结构简单、体型轻巧，易于加工，利用该耗能辅助垫块对梁/柱构件进行抗剪加固，提高梁/柱构件在受剪状态下的延性，改善梁/柱构件在抗剪加固后的脆性破坏问题，提高已加固梁/柱构件在破坏前的可预见性和安全性。

Description

对混凝土构件进行抗剪加固的耗能辅助垫块及加固方法
技术领域
本发明属于土木工程钢筋混凝土抗剪加固技术领域，具体涉及一种对梁/柱构件进行抗剪加固的耗能辅助垫块及利用该耗能辅助垫块对梁/柱构件进行快速抗剪加固的方法。
背景技术
近年来，工程技术人员对钢筋混凝土梁/柱的抗剪加固方法开展了大量的研究工作，由于高性能片状纤维增强复合材料(即FRP)作为新一代的现代材料，具有质量轻、抗拉强度高、耐腐蚀以及操作简单等特点，且用于结构加固补强时，基本不增加结构的重量和尺寸，因而成为一种较为理想的加固材料，纤维片材加固技术也迅速成为国际土木工程界的热门研究和应用领域，所以，现有技术中大多采用U型粘贴的外贴加固法对钢筋混凝土梁/柱进行抗剪加固。
但在采用U型粘贴的外贴加固法对钢筋混凝土梁/柱进行抗剪加固之前，需要对被粘贴混凝土表面进行打磨平整，除去表层浮浆、油污等杂质，直至完全露出混凝土结构新面，而且，转角粘贴处要进行倒角处理即打磨成圆弧半径不小于20mm的圆弧状；然后，用滚筒刷将底层树脂均匀涂抹于混凝土待粘贴表面，在底层树脂表面指触干燥后，立即配置浸渍树脂并均匀涂抹于所要粘贴的部位，用专用的滚筒顺纤维方向多次滚压，挤除气泡，使浸渍树脂充分浸透碳纤维；最后还需要让已加固结构静养一段时间，使树脂胶硬化并且达到一定的粘结强度后方可进行验收和投入使用。
根据规范要求进行的U型外贴加固方法，既需要对结构构件表面和转角处进行打磨处理，还至少需要涂抹两次树脂胶粘剂才能用纤维片材对结构进行抗剪加固。其不足之处在于施工不够方便，并且加固过程的时间相对较长，所以有时可能无法满足短工期的要求。不仅如此，采用纤维增强复合材料对建筑结构进行抗剪加固后，会增大结构的刚度，即随着配布率的提高而使结构自身的延性降低，在地震、冲撞、爆炸等动力荷载作用下，结构会发生脆性破坏，这种预兆不明显的破坏，对生命财产安全是不利的。因此，需要一种新型的抗剪加固方法，来解决传统加固方法中消耗人力、时间相对较长的不足，同时改善梁/柱构件在抗剪加固后的脆性破坏问题。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供一种对混凝土构件进行抗剪加固的耗能辅助垫块及利用该耗能辅助垫块对梁/柱构件进行快速抗剪加固的方法，不仅可以省去打磨混凝土表面及涂胶阶段，而且克服了常规外贴加固法存在的易受力剥离、易受热软化、怕老化脱胶和需耗时静养等显著缺陷，同时，提高了梁/柱构件在受剪状态下的延性，改善梁/柱构件在抗剪加固后的脆性破坏问题，提高已加固梁/柱构件在破坏前的可预见性和安全性。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
本发明提供一种对混凝土构件进行抗剪加固的耗能辅助垫块，所述耗能辅助垫块为板状结构，所述耗能辅助垫块上设置有锚固孔，所述耗能辅助垫块两端为四分之一圆倒角。
作为优选，所述耗能辅助垫块通过膨胀螺栓与所述梁/柱构件进行锚固连接。
作为优选，所述锚固孔下方设置有圆柱形槽。
作为优选，所述圆倒角的半径等于所述耗能辅助垫块的厚度。
作为优选，所述耗能辅助垫块为具有弹性变形能力的材料，优选为高强度橡胶。
一种包括所述耗能辅助垫块的梁构件组件，所述梁构件组件还包括梁构件和纤维片材，所述耗能辅助垫块固定于所述梁构件底面上，所述纤维片材一端固定于所述梁构件侧面，另一端绕过所述耗能辅助垫块后固定于所述梁构件的另一个侧面。
作为优选，所述纤维片材一端固定于所述梁构件侧顶部，另一端绕过所述耗能辅助垫块后固定于所述梁构件的另一个侧面顶部。
一种利用所述的耗能辅助垫块对梁构件进行快速抗剪加固的方法，该方法包括：
(1)在需要抗剪加固的梁构件底面预开孔，开孔位置及数量与耗能辅助垫块相对应，在所述开孔处塞入膨胀螺栓；
(2)将所述耗能辅助垫块与所述膨胀螺栓拧紧，使所述耗能辅助垫块与所述梁构件固定于一体；
(3)将纤维片材一端固定于所述梁构件侧面，优选为侧面顶部，另一端绕过所述梁构件底面后固定于所述梁构件的另一个侧面，优选为侧面顶部，所述纤维片材在绕过所述梁构件底面的过程中，将所述纤维片材搭在所述耗能辅助垫块上，要求对准、绷紧和平整。
一种包括所述的耗能辅助垫块的柱构件组件，其特征在于，还包括柱构件和纤维片材，所述耗能辅助垫块固定于所述柱构件抗剪面上，所述纤维片材绕过所述耗能辅助垫块后固定于所述柱构件上。
一种利用所述的耗能辅助垫块对柱构件进行抗剪加固的方法，其特征在于该方法包括：
(1)在需要抗剪加固的柱构件的抗剪面上预开孔，开孔位置及数量与耗能辅助垫块相对应，在所述开孔处塞入膨胀螺栓；
(2)将所述耗能辅助垫块与所述膨胀螺栓拧紧，使所述耗能辅助垫块与所述柱构件固定于一体；
(3)纤维片材绕过所述耗能辅助垫块后固定于所述柱构件上。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明中对混凝土构件进行抗剪加固的耗能辅助垫块结构简单、体型轻巧，易于加工，并且利用该耗能辅助垫块对梁/柱构件进行快速抗剪加固的方法，无须对混凝土表面以及倒角部分实施打磨和刷胶，省去了树脂胶等辅助材料及劳作，而且能够克服常规外贴加固法存在的易受力剥离、易受热软化、怕老化脱胶和需耗时静养等显著缺陷，既可以有效减少劳动力，又可大幅度加快工程进度，配合相关锚具即可便于在工程实际现场对钢筋混凝土梁/柱进行快速抗剪加固，大大降低施工现场的工作强度，从人力、工期方面降低总体造价的优良效益。此外，本发明中的耗能辅助垫块采用高强度橡胶等具有一定弹性变形能力的材料，当梁/柱构件处于加载的状态下，夹在梁/柱构件底面和纤维片材(FRP片材)之间的耗能辅助垫块会因为梁/柱构件上荷载的作用而产生形变，并且其形变会随着荷载的增大而增大；最终，在耗能辅助垫块仍处于变形阶段甚至达到极限应变状态时，纤维片材(FRP片材)才会由于达到极限抗拉强度而断裂；在这整个过程中，垫块通过变形耗散能量，从而提高加固构件的承载力和延性，梁/柱构件的挠度与传统外贴纤维片材(FRP片材)加固梁/柱构件的挠度相比会显著增加，从而提高了梁/柱构件在受剪状态下的延性，改善梁/柱构件在抗剪加固后的脆性破坏问题，提高结构破坏前的可预见性和安全性。
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为本发明中对混凝土构件进行抗剪加固的耗能辅助垫块的结构示意图。
图2为本发明中包括耗能辅助垫块的梁构件组件的示意图。
图3为本发明中耗能辅助垫块的侧视图。
图4为本发明中耗能辅助垫块的仰视图。
图5为本发明中包括耗能辅助垫块的柱构件组件的示意图。
附图标记说明：1、锚固孔；2、圆柱形槽；3、圆倒角；4、膨胀螺栓；5、耗能辅助垫块；6、梁构件；7、纤维片材；8、柱构件。
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对混凝土构件进行抗剪加固的耗能辅助垫块及利用该耗能辅助垫块对梁/柱构件进行快速抗剪加固的方法，以解决上述现有技术存在的问题，省去打磨混凝土表面及涂胶阶段，克服常规外贴加固法存在的易受力剥离、易受热软化、怕老化脱胶和需耗时静养等显著缺陷。
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1-4所示，本发明提供一种对梁构件进行抗剪加固的耗能辅助垫块及包括所述耗能辅助垫块的梁构件组件，所述耗能辅助垫块5为板状结构，所述耗能辅助垫块5上设置有两个锚固孔1，进行抗剪加固前，在需要抗剪加固的梁构件6底面预开孔，开孔位置及数量与所述耗能辅助垫块5相对应，在所述开孔处塞入膨胀螺栓4，将所述耗能辅助垫块5与所述膨胀螺栓4拧紧，使所述耗能辅助垫块5与所述梁构件6固定于一体，并且所述锚固孔1下方设置有圆柱形槽2，使所述膨胀螺栓4端部不会向外凸出所述耗能辅助垫块5表面。所述梁构件组件还包括梁构件6和纤维片材7(FRP片材)，所述耗能辅助垫块5固定于所述梁构件6底面上，所述纤维片材7(FRP片材)一端固定于所述梁构件6侧面顶部，另一端绕过所述耗能辅助垫块5后固定于所述梁构件6的另一个侧面顶部。
所述耗能辅助垫块5两端为四分之一圆倒角3，其半径等于所述耗能辅助垫块5的厚度，所述圆倒角3可以避免纤维片材7(FRP片材)在该处由于应力集中而导致断裂。所述耗能辅助垫块5的长度与需要抗剪加固的梁构件6的宽度相同，所述耗能辅助垫块5的宽度取决于对所述梁构件6进行外贴加固的纤维片材7(FRP片材)的宽度。所述耗能辅助垫块5原料材质为高强度橡胶等具有一定弹性变形能力的高强度材料，通过切割加工而成。
本发明中利用所述的耗能辅助垫块5对梁构件6进行快速抗剪加固的方法，该方法包括：
(1)在需要抗剪加固的梁构件6底面预开孔，开孔位置及数量与耗能辅助垫块5相对应，在所述开孔处塞入膨胀螺栓4；
(2)将所述耗能辅助垫块5与所述膨胀螺栓4拧紧，使所述耗能辅助垫块5与所述梁构件6固定于一体；
(3)将纤维片材7(FRP片材)一端用相关锚具固定于所述梁构件6侧顶部，另一端绕过所述梁构件6底面后用相关锚具固定于所述梁构件6的另一个侧面顶部，所述纤维片材7(FRP片材)在绕过所述梁构件6底面的过程中，将所述纤维片材7(FRP片材)搭在所述耗能辅助垫块5上，要求对准、绷紧和平整。
如图1、3-5所示，本发明提供一种对柱构件进行抗剪加固的耗能辅助垫块及包括所述耗能辅助垫块的柱构件组件，所述耗能辅助垫块5为板状结构，所述耗能辅助垫块5上设置有两个锚固孔1，进行抗剪加固前，在需要抗剪加固的柱构件8的两个抗剪面面预开孔，开孔位置及数量与所述耗能辅助垫块5相对应，在所述开孔处塞入膨胀螺栓4，将所述耗能辅助垫块5与所述膨胀螺栓4拧紧，使所述耗能辅助垫块5与所述柱构件8固定于一体，并且所述锚固孔1下方设置有圆柱形槽2，使所述膨胀螺栓4端部不会向外凸出所述耗能辅助垫块5表面。所述柱构件组件还包括柱构件8和纤维片材7(FRP片材)，所述耗能辅助垫块5固定于所述柱构件8抗剪面上，所述纤维片材7(FRP片材)绕过所述耗能辅助垫块5后固定于所述柱构件8上。
所述耗能辅助垫块5两端为四分之一圆倒角3，其半径等于所述耗能辅助垫块5的厚度，所述圆倒角3可以避免纤维片材7(FRP片材)在该处由于应力集中而导致断裂。所述耗能辅助垫块5的长度与需要抗剪加固的柱构件8的宽度相同，所述耗能辅助垫块5的宽度取决于对所述柱构件8进行外贴加固的纤维片材7(FRP片材)的宽度。所述耗能辅助垫块5原料材质为高强度橡胶等具有一定弹性变形能力的高强度材料，通过切割加工而成。
本发明中利用所述的耗能辅助垫块5对柱构件8进行快速抗剪加固的方法，该方法包括：
(1)在需要抗剪加固的柱构件的抗剪面上预开孔，开孔位置及数量与耗能辅助垫块相对应，在所述开孔处塞入膨胀螺栓；
(2)将所述耗能辅助垫块与所述膨胀螺栓拧紧，使所述耗能辅助垫块与所述柱构件固定于一体；
(3)纤维片材绕过所述耗能辅助垫块后固定于所述柱构件上。
为了使得纤维片材在受力拉断之前，垫块有足够的变形，从而最大程度地提高加固梁/柱的延性，所述耗能辅助垫块是采用具有特定设计刚度的橡胶为主要制备材料，橡胶材料的刚度大小是根据垫块尺寸等因素进行计算和选用的。
本说明书中应用了优选实施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)

1.一种对混凝土构件进行抗剪加固的耗能辅助垫块，其特征在于，所述耗能辅助垫块为板状结构，所述耗能辅助垫块上设置有锚固孔，所述耗能辅助垫块两端为四分之一圆倒角。
2.根据权利要求1所述的对混凝土构件进行抗剪加固的耗能辅助垫块，其特征在于，所述耗能辅助垫块还包括膨胀螺栓，所述膨胀螺栓通过所述锚固孔将所述耗能辅助垫块与所述梁/柱构件锚固连接。
3.根据权利要求1所述的对混凝土构件进行抗剪加固的耗能辅助垫块，其特征在于，所述锚固孔下方设置有圆柱形槽。
4.根据权利要求1所述的对混凝土构件进行抗剪加固的耗能辅助垫块，其特征在于，所述圆倒角的半径等于所述耗能辅助垫块的厚度。
5.根据权利要求1所述的对混凝土构件进行抗剪加固的耗能辅助垫块，其特征在于，所述耗能辅助垫块为具有弹性变形能力的材料，优选为高强度橡胶。
6.一种包括权利要求1-5中任一项所述的耗能辅助垫块的梁构件组件，其特征在于，还包括梁构件和纤维片材，所述耗能辅助垫块固定于所述梁构件底面上，所述纤维片材一端固定于所述梁构件侧面，另一端绕过所述耗能辅助垫块后固定于所述梁构件的另一个侧面。
7.根据权利要求6所述的梁构件组件，其特征在于，所述纤维片材一端固定于所述梁构件侧顶部，另一端绕过所述耗能辅助垫块后固定于所述梁构件的另一个侧面顶部。
8.一种利用权利要求1-5所述的耗能辅助垫块对梁构件进行抗剪加固的方法，其特征在于该方法包括：
(1)在需要抗剪加固的梁构件底面预开孔，开孔位置及数量与耗能辅助垫块相对应，在所述开孔处塞入膨胀螺栓；
(2)将所述耗能辅助垫块与所述膨胀螺栓拧紧，使所述耗能辅助垫块与所述梁构件固定于一体；
(3)将纤维片材一端固定于所述梁构件侧面，优选为侧面顶部，另一端绕过所述梁构件底面后固定于所述梁构件的另一个侧面，优选为侧面顶部，所述纤维片材在绕过所述梁构件底面的过程中，将所述纤维片材搭在所述耗能辅助垫块上，要求对准、绷紧和平整。
9.一种包括权利要求1-5中任一项所述的耗能辅助垫块的柱构件组件，其特征在于，还包括柱构件和纤维片材，所述耗能辅助垫块固定于所述柱构件抗剪面上，所述纤维片材绕过所述耗能辅助垫块后固定于所述柱构件上。
10.一种利用权利要求1-5所述的耗能辅助垫块对柱构件进行抗剪加固的方法，其特征在于该方法包括：
(1)在需要抗剪加固的柱构件的抗剪面上预开孔，开孔位置及数量与耗能辅助垫块相对应，在所述开孔处塞入膨胀螺栓；
(2)将所述耗能辅助垫块与所述膨胀螺栓拧紧，使所述耗能辅助垫块与所述柱构件固定于一体；
(3)纤维片材绕过所述耗能辅助垫块后固定于所述柱构件上。
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