CN110397300A - 对带楼板的梁进行抗剪加固的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于抗震加固技术领域，公开了一种对带楼板梁进行抗剪加固的方法，带楼板梁包括梁及设于梁端的墙或柱，还包括与梁、墙或柱垂直相接的楼板，采用用CFRP网增强的复合砂浆对带楼板梁易发生剪切破坏的连梁区段进行加固。用CFRP网U型围包梁腹板，与连梁轴线垂直的CFRP网线协同原梁箍筋承担地震剪力，与连梁轴线平行的CFRP网线起到很好的“成网”或“分布筋”作用，使各抗剪网线受力更均匀，在梁腹板上端嵌入的钢板和螺栓能牢固固定抗剪CFRP网，复合砂浆协同混凝土抗剪，发挥很好的抗压剪作用、粘结作用、保护层作用、找坡作用和对混凝土裂缝的填充修补作用，CFRP网增强的高性能水泥复合砂浆加固层可有效保证被加固梁的抗剪承载力。

Description

对带楼板的梁进行抗剪加固的方法

技术领域

本发明涉及抗震加固领域，涉及一种对带楼板梁进行抗剪加固的方法。

背景技术

按我国现有规范设计的钢筋混凝土短肢剪力墙结构体系中的连梁以及现浇框架结构体系中的框架梁、独立的简支梁，以及钢筋混凝土桥梁，这类带板或翼缘的梁，由于设计与施工或其他各方面因素的影响，可能造成抗剪箍筋的不足，在水平地震作用或风荷载作用下容易发生剪切破坏，如图1所示。

对带板或翼缘的钢筋混凝土梁，由于板或翼缘是与腹板整体现浇，抗剪加固层只能布置在腹板范围，不能像独立的矩形截面梁可以将加固层做成“闭合型围包”，梁腹板的U型围包抗剪加固层的防剥离破坏成为了抗剪加固要解决的首要问题。

钢筋混凝土梁传统的抗剪加固方法大多采用碳纤维布、碳纤维板、钢板或型钢作为加固层，加固前需要先对原结构混凝土表面打磨平整，再利用环氧树脂结构胶做进一步的找平和粘贴，结构胶不耐高温且易老化，与无机混凝土因材性不一致易导致粘界面上的不相容性，使加固的可靠性和耐久性得不到保障，并且工艺复杂，施工质量不易保证。

此外，加固层的材料选取也是亟需解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的缺陷，提供一种加固效果显著、操作简单、契合工程实际需要的对带楼板梁进行抗剪加固的方法。

一种对带楼板梁进行抗剪加固的方法，带楼板梁包括梁及设于梁端的墙或柱，还包括与梁、墙或柱垂直相接的楼板，采用用CFRP网增强的复合砂浆对带楼板梁易发生剪切破坏的连梁区段进行加固。

进一步地，加固步骤如下：

S1：将待加固的梁区段梁腹板结构表面凿毛，并冲洗净松动粉层；

S2：对凿毛后的梁腹板铺设一层或多层CFRP网，CFRP网呈U型围包梁腹板，U型CFRP网在梁腹板两侧延伸至与楼板的交接处；

S3：将U型围包的CFRP网在紧靠楼板处机械锚固；

S4：在CFRP网部位依次刷涂粘结剂和高性能水泥复合砂浆。

更进一步地，S3中的机械锚固方式为采用螺栓将CFRP网固定至紧靠楼板的梁腹板位置处。

更进一步地，S3中CFRP网的锚固处还设有钢板，钢板上开有供螺栓穿过的孔。

再进一步地，梁腹板在钢板设置位置处均开设有槽口，梁腹板两侧的槽口之间设有与钢板上孔位置对应的贯通孔，螺栓通过贯通孔布置在槽口内,槽口可容纳钢板。

还进一步地，槽口深度为18～22mm。

进一步地，在S2前需先将梁腹板在与CFRP网的U形底部位置对应处设置倒角结构，倒角为圆角，圆角半径为25mm。

进一步地，S4中粘结剂为粘结性能优良的水泥基界面剂，水泥基界面剂由树脂系列减水剂、水泥基复合的无机粉剂和水以1.00 ：32～33 ：8.8～9.1的质量配比组成。

进一步地，S4中水泥复合砂浆中各组分水泥∶砂∶外加剂∶水的质量配比为1.00 :1.45～1.55: 0.16 :0.43～0.44。

更进一步地，外加剂由聚丙烯纤维、钙矾石型膨胀剂、硅灰、粉煤灰以质量比1.00 ：34～35 ：29～30： 114～118的比例混合配制而成。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1）利用CFRP网的轻质、高强、高模量、柔软易施工、易锚固搭接定位、耐久、耐腐蚀、耐疲劳、防磁、抗屏蔽、抗剥离，降低加固层厚度等特点，通过将CFRP网对梁腹板进行U型围包，再在CFRP网上刷涂水泥复合砂浆，颠覆了传统的在碳纤维布材或板材表面辅以砂浆或素混凝土保护层方法，无需进行原结构混凝土表面整平和涂刷结构胶的粘贴工艺，自然无需担心结构胶老化及不耐高温等的隐患，而是将整平、粘结、裂缝修复及保护层的制作均通过喷涂界面剂和复合砂浆一次作业完成，CFRP网增强的高性能水泥复合砂浆加固层，可有效保证被加固梁的抗剪承载力；

2）梁腹板在CFRP网的U形底部处设置的倒角结构，可有效防止CFRP网因棱角处的应力集中而出现破坏；

3）高性能水泥复合砂浆可抑制砂浆因失水、温差、自干燥等作用引起的原生裂缝，受力时能抑制裂缝的发生与扩展，砂浆本身防渗性和抗裂性好；

4）粘结剂起到高性能水泥复合砂浆与CFRP网之间优良的粘结媒介作用，其内的活性因子可与水泥水化中游离的Ca⁺²、Al⁺³、Fe⁺²等进行离子交换，形成了特殊的桥键，这种特殊的桥键横跨水泥砂浆硬化体和混凝土体，穿梭连接把它们牢牢地粘结成一个坚固的整体,在被链接试件承受弯拉应力时,它们形成有一定的转动能力的“铰”，在承受剪应力时它们成为无数个微小的抗剪“销钉”，有效提高界面的粘结强度，确保加固层整体的结构强度。

附图说明

图1为现有技术中水平地震或水平风荷载作用下短肢剪力墙结构或框架结构的剪力图；

图2为实施例1所述对带楼板梁进行抗剪加固的方法的流程图；

图3为实施例1所述的梁端腹板上设置槽口的立体结构示意图；

图4为实施例1所述的梁端腹板上围包CFRP网的立体结构示意图；

图5为实施例1所述的CFRP网通过钢板和螺栓锚固至梁腹板上端的局部示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。附图仅用于示例性说明，不能理解为对发明的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对发明的限制。

本发明提供一种对带楼板梁进行抗剪加固的方法，如图3至5所示，带楼板梁包括梁1及设于梁端的墙或柱2，还包括与梁1、墙或柱2垂直相接的楼板3，待加固的梁区段的梁腹板铺设有一层或多层CFRP网（梁不与楼板接触的部位即为其腹板），本实施例中待加固梁区段为梁端，CFRP网4铺设在梁腹板紧靠墙或柱及楼板的部位（该处腹板位于梁端，下文称为梁端腹板），采用用CFRP网增强的复合砂浆来对带楼板梁易发生剪切破坏的梁区段进行加固。

参照图2，具体的加固步骤细述如下：

S1: 对需要加固的梁所承受的活荷载做最大限度的卸除，使梁的弯曲变形尽可能的恢复，然后将待加固的连梁区段梁端腹板结构表面凿毛直至露出粗骨料，并在压力水冲洗下用钢丝刷刷净松动的粉层；凿毛的目的在于使加固层能与原混凝土基更好的结合并协同受力，凿毛不宜太深，避免对梁造成进一步的损坏；压力水冲洗一般进行3～5次，直至表面无杂质浮尘、无松动砂砾；

S2：对凿毛后的梁端腹板铺设一层或多层CFRP网4，CFRP网呈U型围包梁端腹板，CFRP网4的边缘分别延伸至梁与墙或柱、梁与楼板的交接处；

S3：将U型围包的CFRP网在紧靠楼板处机械锚固；

S4：在CFRP网部位依次刷涂粘结剂和高性能水泥复合砂浆；

S5：将梁的加固部位抹平刷白。

其中，CFRP网作为加固层增强相，高性能水泥复合砂浆作为加固层基相。

S4的粘结剂和高性能水泥复合砂浆在刷涂前，需待梁端腹板风干至颜色变成深灰色，而粘结剂的刷涂是采用毛刷粘上少许后用力刷涂至混凝土表面（即S1中凿毛表面），对于混凝土已开裂的部位用力通过毛刷将粘结剂嵌入裂缝（粘结剂和复合砂浆都对裂缝有修补作业功能），抹粘结剂时需使用毛刷反复拍打CFRP网以防漏涂，并在保证无漏涂的前提下尽量涂刷均匀，目的在于使高性能水泥复合砂浆加固层与原混凝土能够更好地结合，粘结剂在刷涂后需确保风干至不流淌，最后再分两层将高性能水泥复合砂浆刷涂至有粘结剂的混凝土表面，并少许用力揉搓抹平，置于常温潮湿环境下养护到设计强度，高性能水泥复合砂浆的涂抹厚度为20～25mm。

为保证加固效果，高性能水泥复合砂浆的涂抹分三步进行：第一步将加固区凿毛面用该砂浆压紧填实，这是加固层与梁能否协同工作的关键一步，因此需要严格控制涂抹质量。第二步该砂浆涂抹到刚好将CFRP网覆盖并用工具捣实，以保证砂浆与CFRP网形成有机整体协同受力；第三步将砂浆涂抹至设计厚度约10~15mm，再对其表面抹平，该层能防止外界环境对CFRP网材料的侵蚀，既起到加固作用还可提高CFRP网材的使用年限。

本发明采用CFRP网结合粘结剂、高性能水泥复合砂浆进行加固，与碳纤维布材或板材表面辅以砂浆或素混凝土保护层的加固方法比较，具有以下特点：无需进行原结构混凝土表面整平和涂刷结构胶的粘贴工艺，避免了结构胶老化及不耐高温等的隐患，而是将整平、粘结及裂缝修复及保护层通过喷涂粘结剂和砂浆一次作业完成。

S3中的机械锚固方式为采用螺栓将CFRP网固定至梁端腹板上，具体来说，为使锚固更稳定，锚固处还设有钢板5，钢板5上开有供螺栓6穿过的孔，钢板上的孔间隔均匀布置，钢板可对CFRP网格端部紧压，使其处于适度紧绷状态。

梁端腹板在钢板设置位置处均开设有槽口11，梁端腹板两侧的槽口之间设有与钢板上孔位置对应的贯通孔，螺栓通过贯通孔布置在槽口内,槽口可容纳钢板。

一般地，槽口11为矩形槽口，槽口尺寸与钢板适配，槽口宽度与CFRP网宽度相同，槽口的深度不宜过大以避免造成对原梁的损伤，本实施例取槽口深度为18～22mm。

为避免发生应力集中破坏，在S2前需先将梁端腹板在与CFRP网的U形底部位置对应处设置为倒角结构12，倒角为圆角，圆角半径为25mm。

CFRP网这一加固材料在加固本构造复杂的部位时其综合优势是显而易见的，且施工简单，造价低廉。

具体地，本实施例的CFRP网网格为矩形网格。

高性能水泥复合砂浆以水泥∶砂∶外加剂∶水=1.00 :1.45～1.55: 0.16 :0.43～0.44的质量比例混合配制而成。这种高性能水泥复合砂浆具有高强度、高延性、阻裂性好、耐高温、耐久和抗老化、易施工、造价低且环保的特点。

其中外加剂由聚丙烯纤维、钙矾石型膨胀剂、硅灰、粉煤灰以质量比1.00 ：34～35 ：29～30： 114～118的比例混合配制而成，在该配比下，外加剂可充分发挥高性能水泥复合砂浆的黏性、防渗和抗裂性等。

其中的聚丙烯纤维是一种新型的砂浆或混凝土增强纤维，直径小，分散性好，弹性模量低，具有不锈蚀，耐酸减性能好的特点，具有其它纤维在这方面的不足，此外其还能抑制砂浆因失水、温差、自干燥等作用引起的原生裂缝，受力时能抑制裂缝的发生与扩展，这种阻裂效应降低了砂浆的脆性，另外，弹性模量低、其断裂伸长率大，均将有利于提高砂浆的延性。

膨胀剂的膨胀效应抵消了水泥水化硬化过程中的干缩，从而使内部结构较密实，大幅改善了砂浆的防渗性和抗裂性。

硅灰主要是冶炼硅铁或金属硅时，通过电集尘装置从烟气中收集到的一种烟灰，其粒径非常小，颗粒为球形，呈气溶状态，其主要成分是SiO，硅灰对砂浆的超高强机理其一是高活性效应；其二是提高水泥石对界面的结合力；其三是改善水泥石的孔结构，硅灰颗粒可以填充到胶结物质间极小的空隙中，而大大提高了水泥石的密实度。

粉煤灰颗粒细小，经搅拌，易和水泥颗粒均匀分布，使砂浆稠度、流动性、和易性得到显著改善。

在混凝土本体与加固层共同受力的过程中，界面粘结性能是保证加固层整体共同承力的关键，因此粘结剂在本实施例的抗剪加固中起到至关重要的作用。粘结剂为高粘结性能界面剂，即粘结性能优良的水泥基界面剂，其由液态的树脂系列减水剂、水泥基复合的无机粉剂和水以1.00 ：32～33 ：8.8～9.1的质量配比组成。

水泥基复合的无机粉剂成分为硅灰、超细硅酸盐水泥、钙矾石型膨胀剂、可再分散聚合物胶粉，无机粉剂是上述各成分以质量比1.00:16～18:1.9～2.0:2.0～2.1的比例混合配制而成的。

混凝土表面通过人工轻凿和钢丝刷，压力水清除了易被忽略的有内部裂缝的混凝土松动部分，以使得粘结剂与混凝土坚固部分有“亲密”接触。

最终，还需对加固层进行抹平处理，一般是4小时后（即砂浆初凝时间）在加固层表面适当洒水，8小时后（即砂浆终凝时间）用湿润沙袋盖在加固层表面并使其持续保持湿润，在自然环境下养护28天，最后刷白。

界面粘结力不断来源于机械咬合力、范德华力，而且还有化学键力。一方面是由于粘结剂中硅灰和粉煤灰的双掺使二者的致密、吸附、渗透的优良性能得到了充分利用；另一方面，树脂系列减水剂中的有关成份在粘接剂硬化后形成的聚合物极大地提高了对基质的吸附粘结力，同时避免水泥砂浆的水分被基材吸收或蒸发的损失。失水后聚合物凝固和不断生成的C-S-H凝胶渗入到被连结的砂浆和混凝土的水泥石、骨料等的毛细孔和微裂缝中，其活性因子还与水泥水化中游离的Ca⁺²、Al⁺³、Fe⁺²等进行离子交换，形成了特殊的桥键。这种特殊的桥键横跨水泥砂浆硬化体和混凝土体，穿梭连接把它们牢牢地粘结成一个坚固的整体,在被连接试件承受剪应力时它们成为无数个微小的抗剪“销钉”，从而提高了界面的粘结强度。

高性能水泥复合砂浆和界面剂中的硅酸钙水合物最终会生长进CFRP网格纤维和被加固部位的原混凝土的空隙及损伤裂缝中，不仅使得三者之间有了足够的握裹力、锚固力及整体性，即形成了类似抗剪的锁扣和锚固关系，而且也起到了很好的修补和填充作用，由于加固层与被加固混凝土材性高度一致，使得二者之间有更好的相互渗透性和受力的协调性。既避免了有机结构胶老化和不耐高温等的隐患，也避免了结构胶与无机混凝土因材性不一致导致的粘界面上的不相容从而使加固的可靠性和耐久性得不到保障的问题，因此，本方法加固效果更加可靠，施工工艺更加简化，造价更加低廉，施工质量更容易保证。

现通过一组对比试验来探索本发明进行抗剪加固后梁的强度情况，试验分三组，第一组为进行了两层CFRP网加固的梁，第二组为进行了一层CFRP网加固的梁，第三组为常规梁。经试验，第三组的破坏形态呈剪刀叉状，为典型的剪切破坏，具有明显的脆性特征；第二组呈弯剪破坏，破坏时带有一定的脆性特性；第一组呈弯曲破坏，破坏具有明显的延性特征。其中，第一组和第二组梁试件的极限承载力相较于第三组的分别提高了58.1%、27.9%，延性分别提高53.1%、41.7%，屈服荷载略微有所提升，第一组破坏始于CFRP网被拉断、第二组破坏始于梁端混凝土被压碎。

总体而言，梁在不同CFRP网用量加固下其峰值承载力、延性得到大幅提升，加固效果显著，整体而言，两层CFRP网加固效果优于一层CFRP网，更有利于抗震。

本发明的抗剪加固法主要是CFRP网增强的高性能复合砂浆加固法，是一种综合优势强大、加固效果显著、加固作用持续耐久可靠、施工工艺切实可行、施工质量容易保证的加固方法。由于加固层的作用，不仅可以使原受损结构的性能得以恢复，还能随着加固层CFRP网用量的增加、复合砂浆强度的提高、初损程度的减弱，使加固结构较原结构的性能得到不同程度的提高，如抗剪承载力、抗剪刚度、延性及耗能能力大幅超越原结构，不发生剥离破坏。

U型围包连梁腹板的CFRP网中，与连梁轴线垂直的CFRP网线协同原梁箍筋承担了地震剪力。与连梁轴线平行的CFRP网线起到了很好的“成网”或“分布筋”作用，使各抗剪网线受力更加均匀。在梁腹板上端嵌入的钢板和拧入的螺栓能牢固固定抗剪CFRP网，复合砂浆协同混凝土抗剪，发挥了很好的抗压剪的作用、粘结作用、保护层作用、找坡作用和对混凝土裂缝的填充修补作用。界面剂优良的粘结性能和活性性能从微观上阻止了加固层的剥离，也对混凝土裂缝起到了很好的填实修复作用。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处是：CFRP网布设在梁腹板的非梁端位置，即CFRP网铺设在远离梁两端的梁腹板上的任意一处位置，其它设置细节均与实施例1相同。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种对带楼板梁进行抗剪加固的方法，带楼板梁包括梁及设于梁端的墙或柱，还包括与梁、墙或柱垂直相接的楼板，其特征在于，采用用CFRP网增强的复合砂浆对带楼板梁易发生剪切破坏的连梁区段进行加固。

2.根据权利要求1所述的对带楼板梁进行抗剪加固的方法，其特征在于，加固步骤如下：

S1：将待加固的连梁区段梁腹板结构表面凿毛，并冲洗净松动粉层；

S2：对凿毛后的梁腹板铺设一层或多层CFRP网，CFRP网呈U型围包梁腹板，U型CFRP网在梁腹板两侧延伸至与楼板的交接处；

S3：将U型围包的CFRP网在紧靠楼板处机械锚固；

S4：在CFRP网部位依次刷涂粘结剂和高性能水泥复合砂浆。

3.根据权利要求2所述的对带楼板梁进行抗剪加固的方法，其特征在于，S3中的机械锚固方式为采用螺栓将CFRP网固定至紧靠楼板的梁腹板位置处。

4.根据权利要求3所述的对带楼板梁进行抗剪加固的方法，其特征在于，S3中CFRP网的锚固处还设有钢板，钢板上开有供螺栓穿过的孔。

5.根据权利要求4所述的对带楼板梁进行抗剪加固的方法，其特征在于，梁腹板在钢板设置位置处均开设有槽口，梁腹板两侧的槽口之间设有与钢板上孔位置对应的贯通孔，螺栓通过贯通孔布置在槽口内,槽口可容纳钢板。

6.根据权利要求5所述的对带楼板梁进行抗剪加固的方法，其特征在于，槽口深度为18～22mm。

7.根据权利要求2所述的对带楼板梁进行抗剪加固的方法，其特征在于，在S2前需先将梁腹板在与CFRP网的U形底部位置对应处设置倒角结构。

8.根据权利要求2所述的对带楼板梁进行抗剪加固的方法，其特征在于，S4中粘结剂为粘结性能优良的水泥基界面剂，水泥基界面剂由树脂系列减水剂、水泥基复合的无机粉剂和水以1.00 ：32～33 ：8.8～9.1的质量配比组成。

9.根据权利要求2所述的对带楼板梁进行抗剪加固的方法，其特征在于，S4中水泥复合砂浆中各组分水泥∶砂∶外加剂∶水的质量配比为1.00 :1.45～1.55: 0.16 :0.43～0.44。

10. 根据权利要求9所述的对带楼板梁进行抗剪加固的方法，其特征在于，外加剂由聚丙烯纤维、钙矾石型膨胀剂、硅灰、粉煤灰以质量比1.00 ：34～35 ：29～30： 114～118的比例混合配制而成。