CN111270866B - 基于黏弹性材料的连梁加固方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于黏弹性材料的连梁加固方法，该方法使用的构件及材料包括钢板，黏弹性材料，垫板，连接件。黏弹性材料黏结在的钢板之间，钢板上开有螺栓孔，用连接件将钢板与垫板连接到连梁两侧的剪力墙墙肢上。本发明通过利用黏弹性材料的耗能能力优越以及初始刚度小的特点，在不增加连梁刚度的情况下，提升了连梁的耗能减振能力，从而减小整个结构在地震荷载和风荷载下的响应，克服了现有的采用钢板加固会增大连梁刚度和耗能效果差的缺点，以及FRP加固减振效果差的缺点。本发明适用于未考虑过抗震设计或不满足现行抗震标准的老旧高层等。

Description

基于黏弹性材料的连梁加固方法
技术领域
本发明涉及一种基于黏弹性材料的连梁加固方法，属于结构工程技术领域。
背景技术
钢筋混凝土剪力墙结构因其抗侧刚度大，承载力高，在各类高层结构体系中均占有重要位置。因建筑开门窗洞口等需要，在剪力墙片上开洞后，往往会形成高跨比较大的连梁，作为剪力墙结构抗震设防的第一道防线，在罕遇地震下连梁先于剪力墙墙肢屈服，通过连梁端部形成塑性铰耗散地震能量，而耗能使连梁的刚度和强度降低，对剪力墙墙肢的约束作用减弱甚至失效，结构抗侧刚度大大降低，如果剪力墙在随后的地震作用下发生破坏，则结构整体存在着倒塌的可能性。
随着经济社会的发展，我国有大量未考虑抗震设计或采用过时规范设计的老旧高层等，其连梁性能不满足现行规范的要求，为了满足建筑继续使用或者性能提升的需求，需要对连梁进行加固处理。目前通常用的连梁加固方法有两种：一种是在连梁表面黏贴碳纤维或玻璃纤维复合增强材料(FRP)；另一种是将钢板黏贴或螺栓连接在连梁表面。但是碳纤维或玻璃纤维复合材料在剪力作用下，特别是在地震荷载和风荷载等动力荷载作用下，极易从黏结的混凝土表面剥离，且易导致纤维材料分层，从而使加固失效；黏贴的钢板则容易在沿钢板边缘混凝土上引起导致钢板剥离的正向拉应力，限制钢板连接应力的取得，而螺栓连接的钢板会发生局部屈服和屈曲，限制了其加固效果。另外，钢板加固会增大连梁的刚度，连梁刚度过大时，可能造成剪力墙墙肢过早剪坏，发生不利的脆性破坏。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的缺陷，提供一种基于黏弹性材料的连梁加固方法，克服了现有的采用钢板加固会增大连梁刚度和耗能效果差的缺点，提升了连梁的耗能减振能力，从来减小整个结构的在地震荷载和风荷载下的响应。
为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：
一种基于黏弹性材料的连梁加固方法，其特征在于它包括如下步骤：
步骤一：制作至少两块第一钢板和一块第二钢板，第一钢板和第二钢板均包括黏结段、削弱段、连接段；
步骤二：将第二钢板设于相邻两块第一钢板之间，相邻的第一钢板和第二钢板的黏结段之间分别设有黏弹性材料层；
步骤三：在黏弹性材料黏结在交错分布的第一钢板和第二钢板之间，黏结成一个整体；
步骤四：将一块第一钢板的外侧与连梁一侧黏结；
步骤五：将垫板插入两块相邻第一钢板之间，两块相邻的第二钢板之间，以及第二钢板与连梁一侧的空隙之间，并通过连接件将第一钢板和第二钢板与连梁两侧的剪力墙墙肢连接；
步骤六：重复步骤一至六做连梁另一侧的加固。
所述的基于黏弹性材料的连梁加固方法，其特征在于：第一钢板与第二钢板的尺寸可以不相同，所有第一钢板与第二钢板沿连梁的轴线方向的总刚度和强度相等。
所述的基于黏弹性材料的连梁加固方法，其特征在于：第一钢板和第二钢板削弱段开有若干槽形孔，连接段开有若干螺栓孔，垫板上设有若干螺栓孔；所述连接件通过螺栓孔将钢板与连梁两侧的剪力墙墙肢相连接。
所述的基于黏弹性材料的连梁加固方法，其特征在于：槽形孔为矩形或者是其两端为弧形或折线形，槽形孔分布在削弱段的两侧和/或中间或沿钢板的宽度均匀分布。
所述的基于黏弹性材料的连梁加固方法，其特征在于：两块第一钢板和第二钢板的黏结段之间分别黏有黏弹性材料层；黏弹性材料层的长、宽尺寸不能超出第一钢板和第二钢板黏结段相应的尺寸。
所述的基于黏弹性材料的连梁加固方法，其特征在于：第一钢板与第二钢板的高度不大于连梁的高度。
本发明的有益效果是：(1)该加固装置对连梁刚度改变小，在地震作用下，首先会通过连梁两侧剪力墙墙肢带动黏弹性材料层剪切变形耗能，避免了采用钢板加固后因连梁刚度过大而使剪力墙发生脆性剪切破坏，从而真正实现提高结构体系的抗震性能；
(2)黏弹性材料层在小变形下就能耗能，因此采用该装置加固后，不仅能够降低结构小震下的响应，风荷载下的结构的振动响应也会减弱，提高业主舒适度。
(3)第一钢板和第二钢板通过槽形孔进行了削弱，大震下钢板削弱段将优先产生变形，进入塑性耗能状态，保护黏弹性材料层不被撕裂，进一步提高了采用黏弹性材料层加固连梁的可靠性。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：
图1为本发明加固后的连梁及剪力墙的立体图；
图2为加固装置示意图。
图3为本发明步骤一示意图。
图4为本发明步骤二示意图。
图5为本发明步骤三示意图。
图6为本发明步骤四示意图。
图7为本发明步骤五示意图。
图8为本发明步骤六示意图。
图9为本发明第一钢板槽型孔两端为弧形的平面图；
图10为本发明第一钢板槽型孔两端为折线的平面图；
图11为本发明第一钢板槽型孔为矩形的平面图；
图12为本发明第一钢板槽型孔分布在削弱段上下两侧的平面图。
图中标号：1为第一钢板，2为第二钢板，3为黏弹性材料层，4为垫板，5为连接件，6为连梁，7为剪力墙墙肢；11为黏结段，12为削弱段，13为连接段，121为槽形孔，131为螺栓孔，41为垫板上的螺栓孔。
具体实施方式
如图1-12所示：一种基于黏弹性材料的连梁加固方法，使用的构件及材料包括第一钢板1，第二钢板2，黏弹性材料3，垫板4，连接件5。
第一步是加工开有圆形孔和槽型孔的第一钢板1和第二钢板2。
第二步是将第一钢板1和第二钢板2交错分布，并在中间放置黏弹性材料3；
第三步是将第一钢板1和第二钢板2的黏结段与黏弹性材料3黏结起来。
第四步将第一钢板1中最外侧的钢板与连梁6一侧黏结起来。
第五步将垫板4插入第一钢板1之间、第二钢板2之间以及第二钢板2与连梁6之间的空隙中，然后用连接件5将第一钢板1或第二钢板2与连梁6两侧的剪力墙墙肢7连接起来。
第六步采用相同的方法加固连梁的另一侧。
以上是本发明的典型实例，本发明的实施不限于此。
其原理如下：水平荷载作用于剪力墙时，其间的连梁发生剪切变形，带动与连梁相连接的第一钢板和第二钢板之间的黏弹性材料发生剪切变形，消耗输入结构体系中的能量，保护连梁和剪力墙，减小结构体系在外荷载激励下的响应，提高原来结构体系的抗震性能。同时，相对采用钢板加固连梁的方法，黏弹性材料的初始刚度非常小，采用该方法加固，对连梁刚度的改变十分小，这对保护连梁和剪力墙，发挥连梁的“保险丝”作用是非常有利的。与碳纤维或玻璃纤维复合增强材料和钢板加固连梁的方法相比，黏性材料在小变形情况就可以耗能，不但有利于减小加固后高层结构的地震响应，也能减小其在风振下的响应。另外，第一钢板和第二钢板通过槽形孔的方式进行了削弱，当大震下第一钢板和第二钢板的削弱段将进入塑性状态，承担一部分耗能作用，保护黏弹性材料不被撕裂，进一步提高了采用黏弹性材料加固连梁的可靠性。
一种基于黏弹性材料连梁加固方法，该方法使用的构件及材料包括开缝钢板，黏弹性材料，垫板，连接件，其中：
第一步是加工开有圆形孔和槽型孔的第一钢板和第二钢板。第一钢板至少有两块，第二钢板至少有一块。第一钢板由三部分组成：黏结段11、削弱段12、连接段13，其中，黏结段11与黏弹性材料3相黏结，削弱段12开有槽形孔121，连接段13开有螺栓孔131，螺栓孔131可以为并列排列，也可以交错排列，用连接件5将第一钢板1的连接段13与连梁6相邻的剪力墙墙肢7相连。削弱段12的槽形孔121可以为矩形，也可以为两端为弧形或折线形，槽形孔可以只分布在削弱段的两侧或中间或沿钢板宽度均匀分布。第二钢板的也由相同的部分构成，第一钢板与第二钢板的几何尺寸不必相同，但是沿连梁轴线方向的刚度和刚度应相等。
第二步是将第一钢板1和第二钢板2交错分布，中间放置黏弹性材料；
第三步是将交错分布的第一钢板1和第二钢板2的黏结段与黏弹性材料3黏结起来。同一层的黏弹性材料3的各处厚度应保持一致，其厚度应根据设计需求确定；黏弹性材料层的长、宽尺寸不能超出第一钢板和第二钢板黏结段相应的尺寸。
第四步将第一钢板1中最外侧的钢板与连梁一侧黏结起来。
第五步将垫板4插入第一钢板1之间、第二钢板2之间或第二钢板2与连梁6之间的空隙中，然后用连接件5将第一钢板1和第二钢板2与连梁6两侧的剪力墙墙肢7连接起来。垫板4上开有圆形孔41，其位置与第一钢板和第二钢板的连接段开孔位置相对应。
第六步：连梁另一侧的加固方法与上述步骤相同。

Claims (6)

1.一种基于黏弹性材料的连梁加固方法，其特征在于它包括如下步骤：
步骤一：制作至少两块第一钢板和一块第二钢板，第一钢板和第二钢板均包括黏结段、削弱段、连接段；
步骤二：将第二钢板设于相邻两块第一钢板之间，相邻的第一钢板和第二钢板的黏结段之间分别设有黏弹性材料层；
步骤三：将黏弹性材料黏结在交错分布的第一钢板和第二钢板之间，黏结成一个整体；
步骤四：将一块第一钢板的外侧与连梁一侧黏结；
步骤五：将垫板插入两块相邻的第一钢板之间，两块相邻的第二钢板之间以及第二钢板与连梁一侧的空隙之间，并通过连接件将第一钢板和第二钢板与连梁两侧的剪力墙墙肢连接；
步骤六：重复步骤一至五做连梁另一侧的加固。
2.根据权利要求1所述的基于黏弹性材料的连梁加固方法，其特征在于：第一钢板与第二钢板的尺寸不相同，所有第一钢板与第二钢板沿连梁的轴线方向的总刚度和强度相等。
3.根据权利要求1所述的基于黏弹性材料的连梁加固方法，其特征在于：第一钢板和第二钢板削弱段开有若干槽形孔，连接段开有若干螺栓孔，垫板上设有若干螺栓孔；所述连接件通过螺栓孔将第一钢板和第二钢板与连梁两侧的剪力墙墙肢相连接。
4.根据权利要求3所述的基于黏弹性材料的连梁加固方法，其特征在于：槽形孔为矩形或者是其两端为弧形或折线形，槽形孔分布在削弱段的两侧和/或中间或沿钢板的宽度均匀分布。
5.根据权利要求1所述的基于黏弹性材料的连梁加固方法，其特征在于：两块第一钢板和第二钢板的黏结段之间分别黏有黏弹性材料层；黏弹性材料层的长、宽尺寸不能超出第一钢板和第二钢板黏结段相应的尺寸。
6.根据权利要求1所述的基于黏弹性材料的连梁加固方法，其特征在于：第一钢板与第二钢板的高度不大于连梁的高度。
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