CN116122617A - 改造工程中腹板开洞钢筋混凝土梁的洞口加固系统及方法 - Google Patents
改造工程中腹板开洞钢筋混凝土梁的洞口加固系统及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种改造工程中腹板开洞钢筋混凝土梁的洞口加固系统及方法，所述系统包括梁洞口、钢框、加固钢板、螺栓孔和双头螺栓；梁洞口上下为混凝土短杆，洞口内部放置钢框，洞口对应位置的混凝土梁的上下表面放置加固钢板，上、下加固钢板与钢框通过均匀布置的螺栓相连接。加固钢板及钢框与混凝土接触的表面均匀涂环氧树脂，梁的上肢、下肢与上、下加固钢板及钢框在相同位置钻螺栓孔，螺栓与钢板之间进行焊接。该加固系统依据开洞梁的破坏形态和传力机理进行设计，通过螺栓、钢框、钢板将梁的上下肢形成一个整体，能够有效传递剪力并且恢复了梁由于开洞造成的抗剪承载力的损失，减小了应力集中效应，系统简单可标准化施工。
Description
技术领域
本发明属于建筑工程加固领域，尤其涉及改造工程中腹板开洞钢筋混凝土梁的洞口加固系统及方法。
背景技术
近年来我国建筑新建脚步开始放缓，逐渐进入新建与改造加固并重的建设阶段。在旧建筑改造加固的过程中，旧有楼房的供水、供电，供暖、供气等管线往往错综复杂，在层高受限的前提之下，要想解决出现的这种问题，可以选择给梁开洞让各类管线能够从梁洞口穿过，可以避免管线在梁下挤压楼层净高，使设备高度和结构高度保持一致。但整个开洞过程实际上已经严重破坏了梁的整体性与连续性，不仅需要切隔洞口处的混凝土，还需要剪除配置的箍筋及一些构造筋，梁的整体刚度、抗弯承载力、抗剪承载力遭受到不同程度的削弱，可能使得纵向钢筋达不到屈服混凝土就被压碎，破坏形态转变为脆性。除此外洞口角部很容易出现应力集中导致裂缝开展超过限值影响正常使用。且实际施工中一些工人可能不符合规范要求的就在梁随意位置开洞或者开洞大小尺寸超过限制，对结构造成不可逆转的伤害。
针对上述开洞梁中出现的问题，我国并没有明确的设计方案。但国内外已有学者对于开洞梁的力学性质以及如何加固开洞梁做了相关的研究，“腹板开大洞口RC梁的体外加固技术对比试验研究”中对梁侧外部粘贴CFRP，外粘钢板、以及外部粘贴带肋钢板技术进行了对比，发现已有的这些加固方法都存在不同的缺陷，粘贴CFRP加固能够有效提升开洞梁的延性，但对其刚度提升不大，采用粘贴钢板加固容易造成钢板的面外失稳。“带肋钢板加固腹板开大洞口RC梁的受剪承载力试验研究”发现粘贴带肋钢板加固能有效改善洞口角部的受力，加肋能够约束钢板不发生平面外屈曲，开洞梁的承载力、初始刚度和变形能力得以大幅提高，因此粘带肋钢板是更加妥当的加固方法。但总体而言采用外部粘贴材料的方法都具有一个共同的缺陷就是在长期受荷下环氧树脂失效而使加固材料发生剥离。
发明内容
针对开洞梁中加固技术的不足，本发明主要提供了一种改造工程中腹板开洞钢筋混凝土梁的洞口加固系统与方法，包括梁洞口、钢框、加固钢板、螺栓孔和双头螺栓；梁洞口上下为混凝土短杆(简称上肢、下肢)，洞口内部放置钢框，洞口对应位置的混凝土梁的上下表面放置加固钢板，上、下加固钢板与钢框通过均匀布置的螺栓相连接。加固钢板及钢框与混凝土接触的表面均匀涂环氧树脂，梁的上肢、下肢与上、下加固钢板及钢框在相同位置钻螺栓孔，螺栓与钢板之间需要进行焊接。该系统依据开洞梁的破坏形态和传力机理设计，针对各种形式的洞口都可以达到较好的加固效果，通过螺栓钢框钢板将梁的上下肢形成一个整体，有效恢复了梁由于开洞造成的抗剪承载力损失。且通过双头螺栓紧固钢板能够使加固钢板即便在长期荷载作用下也不容易发生剥离，确保了加固效果，能够有效保障人民的生命财产安全。
本发明至少通过如下技术方案之一实现。
一种改造工程中腹板开洞钢筋混凝土梁的洞口加固系统，包括梁洞口、钢框、加固钢板、螺栓孔和双头螺栓；所述梁洞口内嵌所述钢框；所述梁洞口对应位置的混凝土梁的上下表面放置所述加固钢板；上下的加固钢板与钢框连接。
作为一种优选，所述钢框、加固钢板均表面涂有环氧树脂。
进一步地，若将洞口拆分为若干小洞口，若干小洞口的间距应大于或等于10cm，且不大于洞口高度的一半。
作为一种优选，所述梁洞口为矩形孔或U型孔。
作为一种优选，所述钢框内部设置横向或竖向隔板。
作为一种优选，所述钢框设置有角部肋板。
作为一种优选，所述加固钢板的长度大于梁洞口的长度。
实现所述的一种改造工程中腹板开洞钢筋混凝土梁的洞口加固系统的洞口加固方法，包括以下步骤：
1)在钢筋混凝土梁上开设一个或多个梁洞口；
2)将钢框表面均匀涂环氧树脂然后放入梁洞口；
3)根据实际工程的需要确定螺栓孔分布位置，在混凝土梁的上、下肢短杆钻螺栓孔，混凝土梁的螺栓孔位置与钢框、加固钢板上的螺栓孔一致；
4)在加固钢板上涂环氧树脂，以梁洞口中心平面为对称轴放置加固钢板，静置等待环氧树脂固化；
5)向螺栓孔内插入螺杆并沿螺杆导入环氧树脂，待环氧树脂固化后紧固螺母；
6)将螺母焊接到加固钢板上。
作为一种优选，切割的混凝土表面用打磨机进行处理。
作为一种优选，多个螺栓孔在平面内完全对称布置。
与现有的技术相比，本发明的有益效果为：
一种改造工程中腹板开洞钢筋混凝土梁的洞口加固系统与方法，依据开洞梁的破坏模式和剪力传递机理进行设计减小了应力集中效应，且通过螺栓钢框钢板将梁的上下肢形成一个整体，能够有效传递剪力并且恢复了梁由于开洞造成的抗剪承载力的损失，此外该系统采用双头螺栓固定外部加固材料相比于传统方法可以避免出现剥离的问题。本发明提出的加固系统结构简单，操作容易，可实现梁开洞加固程序化施工，值得推广。
附图说明
附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
图1为钢筋混凝土开洞梁洞口加固轴测图；
图2为钢筋混凝土开洞梁洞口加固俯视图；
图3为钢筋混凝土开洞梁洞口加固剖面图；
图4为钢筋混凝土开洞梁、钢框、加固钢板螺栓孔分布图；
图5为实施例二中钢筋混凝土开洞梁洞口加固轴测图；
图6为实施例三中钢筋混凝土开洞梁洞口加固轴测图；
其中，1、梁洞口，2、内嵌钢框，3、加固钢板，4、螺栓孔，5、双头螺栓。
具体实施方式
下面结合附图和具体实例来阐述本发明，目的是能更加清楚地描述本发明，应当注意的是以下的具体实施例仅是本发明应对实际工程中出现的部分情况的详细描述。此外，本发明所使用的一般技术和描述应当认为与本发明相同技术领域的技术人员的理解具有相同含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。
实施例一
如图1、图2所示，一种改造工程中腹板开洞钢筋混凝土梁的洞口加固系统，该系统包括梁洞口1、钢框2、加固钢板3、螺栓孔4和双头螺栓5；
梁洞口1内嵌钢框2，钢框2可以有效传递剪力且能够减小洞口角部的应力集中效应，梁洞口1对应位置的混凝土梁的上下表面放置加固钢板3，加固钢板3对开洞后梁的上、下肢混凝土短杆起到加强作用，上、下加固钢板3与钢框2通过均匀布置的螺栓5相连接，螺栓5代替原本的箍筋作为开洞梁主要抗剪的构件。
开洞形状、位置、大小、偏心必须符合《混凝土结构构造手册》、《混凝土结构设计规范》等相关规范要求；若开设洞口1沿跨度方向的尺寸较长，应当沿跨度方向将洞口拆分为若干小洞口，且洞口间距应大于或等于10cm并不大于洞口高度的一半，此外应该以洞口1最外部轮廓进行加固钢板尺寸的选择。为使管道、电路系统后期便于管理、修复，可在工厂加工为内部设置横向或竖向隔板的钢框。若为满足特殊建筑中开洞梁的高抗剪承载力要求，钢框2还可加工为设置有角部肋板特殊的钢框，此外加固钢板3的长度应大于洞口的长度。
本实施例的梁洞口1为U型梁洞口、钢框2、加固钢板3、螺栓孔4和双头螺栓5；
U型梁洞口内嵌钢框2，钢框2可以有效传递剪力且能够减小洞口角部的应力集中效应，U型梁洞口对应位置的混凝土梁的上下表面放置加固钢板3，加固钢板3对开洞后梁的上、下肢混凝土短杆起到加强作用，上、下加固钢板3与钢框2通过均匀布置的螺栓5相连接，螺栓5代替原本的箍筋作为开洞梁主要抗剪的构件。
开洞形状、位置、大小、偏心必须符合《混凝土结构构造手册》、《混凝土结构设计规范》等相关规范要求；应该以U型梁洞口最外部轮廓进行加固钢板尺寸的选择。为使管道、电路系统后期便于管理、修复，可在工厂加工为内部设置横向或竖向隔板的钢框。若为满足特殊建筑中开洞梁的高抗剪承载力要求，钢框2还可加工为设置有角部肋板特殊的钢框，此外加固钢板3的长度应大于洞口的长度。
实现所述的一种改造工程中腹板开洞钢筋混凝土梁的洞口加固系统的洞口加固方法，该加固方法具体包括以下步骤：
1)、如图3、图4所示，在钢筋混凝土梁上开设U型梁洞口1，矩形洞口高宽比小于1，为了使所述加固钢板3与所述混凝土梁有很好的粘结效果，在粘贴加固钢板3前需用打磨机对混凝土梁上下表面进行打磨；
2)、将在工厂加工好的钢框2表面均匀涂环氧树脂然后放入梁洞口1；
3)、根据实际工程的需要确定螺栓孔4分布位置，在混凝土梁的上、下肢短杆钻孔，钻孔位置与钢框2与加固钢板3一致；
4)、在加固钢板3的表面也均匀涂上环氧树脂，以梁洞口1中心平面为对称轴放置加固钢板3，静置等待结构胶固化；
5)、向螺栓孔4内插入螺杆并沿杆导入环氧树脂，待环氧树脂固化后进行螺母的紧固；
6)、将螺母焊接到加固钢板3上。
实施例二
如图1、图2所示，一种改造工程中腹板开洞钢筋混凝土梁的洞口加固系统，该系统包括矩形梁洞口1、钢框2、加固钢板3、螺栓孔4和双头螺栓5；
矩形梁洞口1内嵌钢框2，钢框2可以有效传递剪力且能够减小洞口角部的应力集中效应，矩形梁洞口1对应位置的混凝土梁的上下表面放置加固钢板3，加固钢板3对开洞后梁的上、下肢混凝土短杆起到加强作用，上、下加固钢板3与钢框2通过均匀布置的螺栓5相连接，螺栓5代替原本的箍筋作为开洞梁主要抗剪的构件。
开洞形状、位置、大小、偏心必须符合《混凝土结构构造手册》、《混凝土结构设计规范》等相关规范要求；若开设洞口1沿跨度方向的尺寸较长，应当沿跨度方向将洞口拆分为若干小洞口，且洞口间距应大于或等于10cm并不大于洞口高度的一半，此外应该以矩形洞口1最外部轮廓进行加固钢板尺寸的选择。为使管道、电路系统后期便于管理、修复，可在工厂加工为内部设置横向或竖向隔板的钢框。若为满足特殊建筑中开洞梁的高抗剪承载力要求，钢框2还可加工为设置有角部肋板特殊的钢框，此外加固钢板3的长度应大于洞口的长度。
一种改造工程中腹板开洞钢筋混凝土梁的洞口加固方法，该加固方法具体包含以下步骤：
1)、如图5，在钢筋混凝土梁上开设一个矩形洞口1，矩形洞口高宽比大于1，切割形成的混凝土表面需用打磨机进行处理保证粘结质量；
2)、将在工厂加工好的钢框2表面均匀涂环氧树脂然后放入矩形洞口1；
3)、根据实际工程的需要确定螺栓孔4分布位置，在混凝土梁的上、下肢短杆钻孔，钻孔位置与钢框2与加固钢板3一致；
4)、将加固用的钢板表面也均匀涂上环氧树脂，以矩形洞口1中心平面为对称轴放置钢板，静置等待结构胶固化；
5)、向螺孔4内插入螺杆并沿杆导入环氧树脂，待环氧树脂固化后进行螺母的紧固；
6)、将螺母焊接到加固钢板3上。
混凝土梁上、下肢钻孔前应该使用钢筋探测仪确定梁内纵筋位置及直径，避免钻孔对纵筋造成损伤，开设多个螺栓4的所述钢框与加固钢板均在工厂预制，多个螺栓孔4在平面内完全对称布置且所述钻孔为贯穿孔。
实施例三
一种改造工程中腹板开洞钢筋混凝土梁的洞口加固方法，该加固方法具体包含以下步骤：
1)、如图6，在钢筋混凝土梁上开设两个矩形洞口1，矩形洞口高宽比小于1，切割形成的混凝土表面需用打磨机进行处理保证粘结质量；
2)、将在工厂加工好的钢框2表面均匀涂环氧树脂然后放入矩形洞口1；
3)、根据实际工程的需要确定螺栓孔4分布位置，在混凝土梁的上、下肢短杆钻孔，钻孔位置与钢框2与加固钢板3一致；
4)、将加固用的钢板表面也均匀涂上环氧树脂，以矩形洞口1中心平面为对称轴放置钢板，静置等待环氧树脂固化；
5)、向螺孔4内插入螺杆并沿杆导入环氧树脂，待环氧树脂固化后进行螺母的紧固；
6)、将螺母焊接到加固钢板3上。
应当注意给混凝土梁上、下肢钻孔前应该使用钢筋探测仪确定梁内纵筋位置及直径，避免钻孔对纵筋造成损伤，开设多个螺栓4的所述钢框与加固钢板均在工厂预制，多个螺栓孔4在平面内完全对称布置且所述钻孔为贯穿孔。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种改造工程中腹板开洞钢筋混凝土梁的洞口加固系统，其特征在于，包括梁洞口(1)、钢框(2)、加固钢板(3)、螺栓孔(4)和双头螺栓(5)；所述梁洞口(1)内嵌所述钢框(2)；所述梁洞口(1)对应位置的混凝土梁的上下表面放置所述加固钢板(3)；上下的加固钢板(3)与钢框(2)连接。
2.根据权利要求1所述的改造工程中腹板开洞钢筋混凝土梁的洞口加固系统，其特征在于，所述钢框(2)、加固钢板(3)均表面涂有环氧树脂。
3.根据权利要求1所述的改造工程中腹板开洞钢筋混凝土梁的洞口加固系统，其特征在于，若将洞口(1)拆分为若干小洞口，若干小洞口的间距应大于或等于10cm，且不大于洞口高度的一半。
4.根据权利要求1所述的改造工程中腹板开洞钢筋混凝土梁的洞口加固系统，其特征在于，所述梁洞口(1)为矩形孔或U型孔。
5.根据权利要求1所述的改造工程中腹板开洞钢筋混凝土梁的洞口加固系统，其特征在于，所述钢框(2)内部设置横向或竖向隔板。
6.根据权利要求1所述的改造工程中腹板开洞钢筋混凝土梁的洞口加固系统，其特征在于，所述钢框(2)设置有角部肋板。
7.根据权利要求1～6任一项所述的改造工程中腹板开洞钢筋混凝土梁的洞口加固系统，其特征在于，所述加固钢板(3)的长度大于梁洞口的长度。
8.实现权利要求7所述的一种改造工程中腹板开洞钢筋混凝土梁的洞口加固系统的洞口加固方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在钢筋混凝土梁上开设一个或多个梁洞口(1)；
2)将钢框(2)表面均匀涂环氧树脂然后放入梁洞口(1)；
3)根据实际工程的需要确定螺栓孔(4)分布位置，在混凝土梁的上、下肢短杆钻螺栓孔(4)，混凝土梁的螺栓孔(4)位置与钢框(2)、加固钢板(3)上的螺栓孔(4)一致；
4)在加固钢板(3)上涂环氧树脂，以梁洞口(1)中心平面为对称轴放置加固钢板(3)，静置等待环氧树脂固化；
5)向螺栓孔(4)内插入螺杆并沿螺杆导入环氧树脂，待环氧树脂固化后紧固螺母；
6)将螺母焊接到加固钢板(3)上。
9.根据权利要求8所述的洞口加固方法，其特征在于，切割的混凝土表面用打磨机进行处理。
10.根据权利要求8所述的洞口加固方法，其特征在于，多个螺栓孔(4)在平面内完全对称布置。
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