CN111749147A - 基于凹槽锚固纤维布加固的服役期开裂梁及其加固方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于凹槽锚固纤维布加固的服役期开裂梁及其加固方法，该开裂梁包括梁体，梁体包括依次连接的前侧面、底面和后侧面；纵向碳纤维布粘贴于底面；纵向碳纤维布延伸至前侧面和后侧面；纵向碳纤维布远离梁体的中心线；横向碳纤维布分别粘贴于前侧面和后侧面并位于纵向碳纤维布的表面；玄武岩纤维布粘贴于底面；玄武岩纤维布远离中心线的一段与靠近所玄武岩纤维布的所述纵向碳纤维布粘贴；玄武岩纤维布粘贴于纵向碳纤维布背向梁体底面的下表面；凹槽开设在底面；凹槽内放置一用于将玄武岩纤维布的一段压入凹槽内以形成下压段的一钢筋。本发明通过对梁的加固方式进行改进，提升了梁的承载力，同时也实现了对裂缝发展的有效控制。

Description

基于凹槽锚固纤维布加固的服役期开裂梁及其加固方法

技术领域

本发明属于桥梁加固技术领域，尤其涉及一种基于凹槽锚固纤维布加固的服役期开裂梁及其加固方法。

背景技术

由于钢筋混凝土梁结构具有耐火性好、耐久性好、整体性高、预制方便、用材经济、易于工厂化和标准化施工等优点，因而在工业建筑、民用建筑、水利设施以及小型桥梁中普遍采用。

但在钢筋混凝土梁结构长期的使用过程中，由于自然环境及使用环境的双重作用，钢筋混凝土梁结构均会产生劣化现象，钢筋混凝土梁结构的表面会产生裂缝，进而导致其导致承载力降低、结构失效等现象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于凹槽锚固纤维布加固的服役期开裂梁及其加固方法，该开裂梁的承载力和刚度显著提高，同时也实现了对裂缝的有效控制。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于凹槽锚固纤维布加固的服役期开裂梁，包括梁体和梁裂缝；所述梁体呈长方体；所述梁体包括依次连接的前侧面、底面和后侧面；所述前侧面的长度和所述底面的长度相同；所述后侧面的长度和所述底面的长度相同；还包括：

若干纵向碳纤维布，所述纵向碳纤维布沿所述梁体的宽度方向，粘贴于所述底面；所述纵向碳纤维布一端延伸至所述前侧面上，另一端延伸至所述后侧面上；所述纵向碳纤维布间隔设置且远离所述梁体的中心线；

至少一对横向碳纤维布，用于加固所述纵向碳纤维布，所述横向碳纤维布分别粘贴于所述前侧面和后侧面；所述横向碳纤维布粘贴在所述纵向碳纤维布的表面；所述横向碳纤维布沿所述梁体的长度方向设置；

若干玄武岩纤维布，所述玄武岩纤维布沿所述梁体的长度方向粘贴于所述底面；所述玄武岩纤维布远离所述中心线的一段与靠近所述玄武岩纤维布的所述纵向碳纤维布粘贴；所述玄武岩纤维布粘贴于所述纵向碳纤维布背向梁体底面的下表面；至少一凹槽，用于固定所述玄武岩纤维布，所述凹槽沿所述梁体的宽度方向开设；所述凹槽开设在所述底面；所述凹槽的内壁贴合所述玄武岩纤维布的下压段；所述凹槽内放置一用于将所述玄武岩纤维布的一段压入所述凹槽内以形成所述下压段的一钢筋；环氧树脂充填于所述下压段和所述钢筋之间围成的空间内。

优选地，其中一所述横向碳纤维布的一侧与纵向碳纤维布的末端平齐，另一所述横向碳纤维布位于所述纵向碳纤维布靠近底面的一端。

优选地，所述梁体的中心线两侧均设置所述纵向碳纤维布。

优选地，所述玄武岩纤维布的首段和尾段均粘贴于所述纵向碳纤维布背向梁体底面的下表面。

优选地，所述纵向碳纤维布、横向碳纤维布、玄武岩纤维布的层数均为2层。

优选地，所述凹槽的长度等于所述梁体的宽度。

优选地，所述纵向碳纤维布的延伸高度小于所述前侧面的高度且小于所述后侧面的高度；

本发明还提出了一种基于凹槽锚固纤维布加固的服役期开裂梁的加固方法，基于所述的基于凹槽锚固纤维布加固的服役期开裂梁，包括以下步骤：

（1）在所述底面开设一对所述凹槽，所述凹槽关于所述梁体的中心线对称；

（2）在所述底面、前侧面的下段、后侧面的下段、凹槽的内壁处均涂刷一层环氧树脂，之后依次粘贴所述纵向碳纤维布和横向碳纤维布；

（3）在所述底面上再次涂刷一层环氧树脂，之后粘贴所述玄武岩纤维布；

（4）将所述钢筋放置在所述玄武岩纤维布上并将钢筋压入所述凹槽中，同时用环氧树脂充填所述凹槽，最后在所述凹槽表面涂刷一层保护剂。

优选地，在步骤（1）之前，还包括以下步骤：

首先对所述梁体的表面进行清理；

之后通过抛光去除待使用的所述玄武岩纤维布、纵向碳纤维布和横向碳纤维布表面上的浆液和油渍；

然后使用乙醇对所述玄武岩纤维布、纵向碳纤维布和横向碳纤维布表面进行二次清洁；

最后采用环氧树脂浸渍完成二次清洁后的所述玄武岩纤维布、纵向碳纤维布和横向碳纤维布。

与现有技术相比，本发明的优点为：

（1）同时使用了碳纤维布和玄武岩纤维布两种不同的纤维布。其中纵向碳纤维布以及横向碳纤维布的设置可有效提高钢筋混凝土梁的抗剪能力，防止剪切破坏现象的发生。而玄武岩纤维布的设置可以有效地提高钢筋混凝土梁的承载能力和刚度，同时能够限制梁上裂缝的发展，延长梁的使用寿命。

（2）现有技术中，U型锚固通常被用于进行钢筋混凝土梁的加固，但是由于施工条件限制，有时无法使用U型锚固方式对纤维布进行锚固。而本发明中，凹槽锚固作为代替U型锚固的一种锚固方式，可以应用于U型锚固无法实施的情况下，能够进一步提高梁的承载能力和刚度，同时有效地防止玄武岩纤维布从梁体上剥离。

附图说明

图1为本发明一实施例的基于凹槽锚固纤维布加固的服役期开裂梁的左段的仰视图；

图2为本发明一实施例的基于凹槽锚固纤维布加固的服役期开裂梁的左段的侧视图；

图3为图2中沿凹槽处的局部剖视图。

其中，1-梁体，11-前侧面，12-底面，2-纵向碳纤维布，3-横向碳纤维布，4-玄武岩纤维布，41-下压段，5-凹槽，6-钢筋，7-环氧树脂，8-中心线。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

如图1~3所示，一种基于凹槽锚固纤维布加固的服役期开裂梁，包括梁体1和梁裂缝；梁体1呈长方体；梁体1包括依次连接的前侧面11、底面12和后侧面；前侧面11的长度和底面12的长度相同；后侧面的长度和底面12的长度相同；梁体1上粘贴纵向碳纤维布2、横向碳纤维布3、玄武岩纤维布4，且梁体1上开设凹槽5。该开裂梁的具体结构如下：

纵向碳纤维布2，数量若干，纵向碳纤维布2沿梁体1的宽度方向，粘贴于底面12；纵向碳纤维布2一端延伸至前侧面11上，另一端延伸至后侧面上；纵向碳纤维布2间隔设置且远离梁体1的中心线8且梁体1的中心线8两侧均设置纵向碳纤维布2。即沿梁体1的长度方向的两端，各设置一段由纵向碳纤维布2形成的纵向碳纤维布2段，即第一纵向碳纤维布段、第二纵向碳纤维布段。纵向碳纤维布2的延伸高度小于前侧面11的高度且小于后侧面的高度。

一对横向碳纤维布3，用于加固纵向碳纤维布2，横向碳纤维布3分别粘贴于前侧面11和后侧面；横向碳纤维布3粘贴在纵向碳纤维布2的表面，即横向碳纤维布3、纵向碳纤维布2、前侧面（后侧面）由外向内依次设置；横向碳纤维布3沿梁体1的长度方向设置。其中一横向碳纤维布3的一侧与纵向碳纤维布2的末端平齐，另一横向碳纤维布3位于纵向碳纤维布2靠近底面12的一端。

玄武岩纤维布4，数量若干，玄武岩纤维布4沿梁体1的长度方向粘贴于底面12；玄武岩纤维布4远离中心线8的一段与靠近玄武岩纤维布4的纵向碳纤维布5粘贴；玄武岩纤维布4粘贴于纵向碳纤维布5背向梁体底面12的下表面。即玄武岩纤维布4的首段和第一纵向碳纤维布段粘贴；玄武岩纤维布4的尾段和第二纵向碳纤维布段粘贴，玄武岩纤维布4的中间段粘贴于底面12。在本实施例中，在该梁体1的底面12处，沿梁体1的长度方向，依次设置第一纵向碳纤维布段、玄武岩纤维布4和第二纵向碳纤维布段，且玄武岩纤维布4的首段与第一纵向碳纤维布段的一段重合，第一纵向碳纤维布段的另一段处无玄武岩纤维布4粘贴；玄武岩纤维布4的尾段与第二纵向碳纤维布段的一段重合，第二纵向碳纤维布段的另一段处无玄武岩纤维布4粘贴；即底面、第一纵向碳纤维布段（第二纵向碳纤维布段）、玄武岩纤维布4由内向外依次设置。由于玄武岩纤维布4优异的物理力学性能，在加固修补混凝土梁过程中可以充分利用其高强度、高弹性模量的特点来提高混凝土梁的承载力和延性。因此，在本实施例中，玄武岩纤维布4的作用是提高梁体1的承载能力和刚度，抑制梁体1上裂缝的发展。

一对凹槽5，用于固定玄武岩纤维布4，以期进一步提高梁体1的承载能力，同时防止玄武岩纤维布4从梁体1上剥离。凹槽5的长度与梁体1的宽度相等；凹槽5开设在底面12且与外界接触的部分敞开以供钢筋6压入；凹槽5的内壁贴合玄武岩纤维布4的下压段41；凹槽5内充填将下压段41粘贴于凹槽5内的环氧树脂7。凹槽5内放置一用于将玄武岩纤维布4的一段压入凹槽5内以形成下压段的一钢筋6；环氧树脂7充填于下压段41和钢筋6之间围成的空间内。在本实施例以外的其他实施例中，用于充填的该环氧树脂7也可以替换为环氧砂浆。

在本实施例中，纵向碳纤维布2、横向碳纤维布3、玄武岩纤维布4的层数均为2层。现有技术中经研究发现，单层纤维布承载能力的不足，不能很好地满足加固要求；单层玄武岩纤维布4对提高梁承载力的作用较少，且容易发生纤维布自梁体1上剥离的现象，因此单层玄武岩纤维布4也无法满足加固的需求。而双层纤维布可更好地满足加固后的承载力要求，且对梁体1本身的重量和尺寸几乎无影响。本实施例以外的其他实施例中，纵向碳纤维布2、横向碳纤维布3、玄武岩纤维布4的层数也可以为3层或者4层。

在本实施例中，以一根服役60年的钢筋混凝土梁为设计对象，对该开裂两的加固方法进行具体介绍如下。其中，该钢筋混凝土梁的梁体1长度为6300毫米、宽为900毫米、高度为730毫米；梁体1的跨中（中心线8）附近有4条主要的剪切裂缝。

该基于凹槽锚固纤维布加固的服役期开裂梁的加固方法主要包括以下步骤：

（1）对梁体1的表面进行清理，以去除梁体1表面裂缝处突出表面的残余混凝土。

（2）通过抛光去除待使用的玄武岩纤维布4、纵向碳纤维布2和横向碳纤维布3表面上的浆液和油渍。

（3）使用乙醇对玄武岩纤维布4、纵向碳纤维布2和横向碳纤维布3表面进行二次清洁以确保梁体1分别和玄武岩纤维布4、纵向碳纤维布2和横向碳纤维布3之间可进行有效粘结，然后采用环氧树脂浸渍完成二次清洁后的玄武岩纤维布4、纵向碳纤维布2和横向碳纤维布3。

（4）使用切割机在底面12开设一对凹槽5，凹槽5关于梁体1的中心线8对称。其中，凹槽5距离底面12中心线900毫米。其中，凹槽5的宽度a和高度h均为30毫米，长度为900毫米。

（5）在底面12、前侧面11的下段、后侧面的下段、凹槽5的内壁处均涂刷一层环氧树脂，之后依次粘贴纵向碳纤维布2和横向碳纤维布3。具体的，将宽度为100毫米的双层的纵向碳纤维布2自距离梁体1底面12的中心线1050毫米的位置开始向梁体的两端进行粘贴，纵向碳纤维布2的两末端一直延伸到梁体1的两侧面，即前侧面11和后侧面，延伸高度为560毫米，每条纵向碳纤维布2之间的间隔距离为100毫米。其中，双层的纵向碳纤维布2距离梁中心线1050毫米的结构设置，在满足加固要求的同时，尽可能地节约成本，达到最佳的性价比。

（6）在底面12上再次涂刷一层环氧树脂，之后粘贴玄武岩纤维布4。具体的，该玄武岩纤维布4为双层，玄武岩纤维布4的宽度为100毫米、长度为4900毫米 ，每条玄武岩纤维布4之间的间隔距离为100毫米。

（7）将钢筋6放置在玄武岩纤维布4上并将钢筋6压入凹槽5中，同时用环氧树脂7充填凹槽5，最后在凹槽5表面涂刷一层保护剂。具体的，钢筋6的尺寸为直径30毫米、长度为700毫米。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于凹槽锚固纤维布加固的服役期开裂梁，包括梁体和梁裂缝；所述梁体呈长方体；所述梁体包括依次连接的前侧面、底面和后侧面；所述前侧面的长度和所述底面的长度相同；所述后侧面的长度和所述底面的长度相同；其特征在于，还包括：

若干纵向碳纤维布，所述纵向碳纤维布沿所述梁体的宽度方向，粘贴于所述底面；所述纵向碳纤维布一端延伸至所述前侧面上，另一端延伸至所述后侧面上；所述纵向碳纤维布间隔设置且远离所述梁体的中心线；

至少一对横向碳纤维布，用于加固所述纵向碳纤维布，所述横向碳纤维布分别粘贴于所述前侧面和后侧面；所述横向碳纤维布粘贴在所述纵向碳纤维布的表面；所述横向碳纤维布沿所述梁体的长度方向设置；

若干玄武岩纤维布，所述玄武岩纤维布沿所述梁体的长度方向粘贴于所述底面；所述玄武岩纤维布远离所述中心线的一段与靠近所述玄武岩纤维布的所述纵向碳纤维布粘贴；所述玄武岩纤维布粘贴于所述纵向碳纤维布背向梁体底面的下表面；

至少一凹槽，用于固定所述玄武岩纤维布，所述凹槽沿所述梁体的宽度方向开设；所述凹槽开设在所述底面；所述凹槽的内壁贴合所述玄武岩纤维布的下压段；所述凹槽内放置一用于将所述玄武岩纤维布的一段压入所述凹槽内以形成所述下压段的一钢筋；环氧树脂充填于所述下压段和所述钢筋之间围成的空间内。

2.根据要求1所述的基于凹槽锚固纤维布加固的服役期开裂梁，其特征在于，其中一所述横向碳纤维布的一侧与纵向碳纤维布的末端平齐，另一所述横向碳纤维布位于所述纵向碳纤维布靠近底面的一端。

3.根据要求2所述的基于凹槽锚固纤维布加固的服役期开裂梁，其特征在于，所述梁体的中心线两侧均设置所述纵向碳纤维布。

4.根据要求3所述的基于凹槽锚固纤维布加固的服役期开裂梁，其特征在于，所述玄武岩纤维布的首段和尾段均粘贴于所述纵向碳纤维布背向梁体底面的下表面。

5.根据要求4所述的基于凹槽锚固纤维布加固的服役期开裂梁，其特征在于，所述纵向碳纤维布、横向碳纤维布、玄武岩纤维布的层数均为2层。

6.根据要求1所述的基于凹槽锚固纤维布加固的服役期开裂梁，其特征在于，所述凹槽的长度等于所述梁体的宽度。

7.根据要求1所述的基于凹槽锚固纤维布加固的服役期开裂梁，其特征在于，所述纵向碳纤维布的延伸高度小于所述前侧面的高度且小于所述后侧面的高度。

8.一种基于凹槽锚固纤维布加固的服役期开裂梁的加固方法，基于权利要求1~7之任一项所述的基于凹槽锚固纤维布加固的服役期开裂梁，其特征在于，包括以下步骤：

（1）在所述底面开设一对所述凹槽，所述凹槽关于所述梁体的中心线对称；

（2）在所述底面、前侧面的下段、后侧面的下段、凹槽的内壁处均涂刷一层环氧树脂，之后依次粘贴所述纵向碳纤维布和横向碳纤维布；

（3）在所述底面上再次涂刷一层环氧树脂，之后粘贴所述玄武岩纤维布；

（4）将所述钢筋放置在所述玄武岩纤维布上并将钢筋压入所述凹槽中，同时用环氧树脂充填所述凹槽，最后在所述凹槽表面涂刷一层保护剂。

9.根据权利要求8所述的基于凹槽锚固纤维布加固的服役期开裂梁的加固方法，其特征在于，在步骤（1）之前，还包括以下步骤：

首先对所述梁体的表面进行清理；

之后通过抛光去除待使用的所述玄武岩纤维布、纵向碳纤维布和横向碳纤维布表面上的浆液和油渍；

然后使用乙醇对所述玄武岩纤维布、纵向碳纤维布和横向碳纤维布表面进行二次清洁；

最后采用环氧树脂浸渍完成二次清洁后的所述玄武岩纤维布、纵向碳纤维布和横向碳纤维布。

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