CN219241433U - 基于纤维界面的frp-uhpc复合层加固钢筋混凝土梁的结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于纤维界面的FRP‑UHPC复合层加固钢筋混凝土梁的结构，其包括依次铺设在钢筋混凝土梁上的第一胶层、纤维增强复合材料、纤维界面和超高性能混凝土，纤维界面包括由内到外依次布置的碳纤维布层和胶砂混合层，纤维界面还包括U形纤维，U形纤维贯穿碳纤维布层和胶砂混合层，纤维增强复合材料在钢筋混凝土梁的表面形成纤维层，所述纤维层至少为一层。本实用新型提出的基于纤维界面的FRP‑UHPC复合层加固钢筋混凝土梁的结构及方法既可保证加固效果的长期耐久性，又可提升加固部位的抗火灾能力，同时还能进一步提升被加固梁的承载力和延性。

Description

基于纤维界面的FRP-UHPC复合层加固钢筋混凝土梁的结构

技术领域

本实用新型涉及土木工程新型结构和新材料技术领域，具体地，涉及一种基于纤维界面的FRP-UHPC复合层加固钢筋混凝土梁的结构。

背景技术

纤维增强复合材料(Fiber reinforced polymer,简称FRP)是一种由纤维材料和树脂基体按一定的比例进行复合形成的高性能新型材料。其中，常用的纤维材料包括碳纤维、玄武岩纤维以及玻璃纤维等。作为一种非金属复合材料，FRP具有较高的比强度、良好的耐腐蚀性以及可设计性高等优点。自上世纪九十年代起，FRP在土木工程领域的应用逐渐增多，尤其在钢筋混凝土加固补强领域，FRP展现出了独特的优势，获得了科研人员和工程师们的青睐。

FRP加固应用的典型场景之一是利用环氧树脂胶将碳纤维布粘贴在钢筋混凝土梁底部，使碳纤维布与钢筋混凝土梁一起工作，依靠碳纤维布良好的抗拉能力来分担梁底的弯曲拉应力，从而显著提升钢筋混凝土梁的抗弯承载能力。然而，大量试验室研究及工程实例表明，碳纤维布加固钢筋混凝土梁易出现界面剥离的情况，尤其是在户外环境下，高分子树脂胶因受到水分侵蚀和紫外线照射等环境作用会出现老化现象，导致碳纤维布的强度并不能被充分利用，预定的加固效果大打折扣。除此以外，在梁底直接粘贴碳纤维布还存在不耐火问题。为解决上述问题，目前常采用的措施是在纤维布表面喷涂砂浆或涂料。但这些措施也存在一定局限性，一方面提高了加固成本，另一方面碳纤维布防护层在钢筋混凝土梁受力时容易剥落，其长期防护效果不能得到保证。因此，如何经济有效地对钢筋混凝土梁进行加固，并保证其长期加固效果是本领域有待突破的技术难题。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种基于纤维界面的FRP-UHPC复合层加固钢筋混凝土梁结构，该结构不但可以使得被加固钢筋混凝土梁力学性能得到显著提升，还能提升被加固梁的抗火性能和耐久性能。

本实用新型实施例的基于纤维界面的FRP-UHPC复合层加固钢筋混凝土梁的结构包括依次铺设在钢筋混凝土梁的待加固区域上的纤维增强复合材料、纤维界面和超高性能混凝土，所述纤维增强复合材料、所述纤维界面和所述超高性能混凝土组成复合层以对所述钢筋混凝土梁的待加固区域进行加固。

作为优选，所述纤维界面包括由内到外依次布置的碳纤维布层和胶砂混合层。

作为优选，所述纤维界面还包括U形纤维，所述U形纤维设在所述碳纤维布层上，且U形纤维贯穿所述碳纤维布层和所述胶砂混合层。

作为优选，所述U形纤维为多个，多个所述U形纤维间隔布置在所述碳纤维布层上，所述U形纤维的直径为0.1mm～2.0mm。

作为优选，所述基于纤维界面的FRP-UHPC复合层加固钢筋混凝土梁的结构还包括第一胶层，所述第一胶层设在所述纤维增强复合材料的内侧，用于将纤维增强复合材料粘附在所述钢筋混凝土梁的表面上。

作为优选，所述超高性能混凝土的水灰比小于等于0.25，所述超高性能混凝土的立方体抗压强度大于等于120MPa，所述超高性能混凝土凝固形成混凝土层，所述混凝土层的厚度为20mm～40mm。

作为优选，所述钢筋混凝土梁的底部具有螺栓孔，所述螺栓孔穿透所述纤维增强复合材料和所述纤维界面，所述基于纤维界面的FRP-UHPC复合层加固钢筋混凝土梁结构还包括螺杆和螺母，所述螺杆的一端紧固在所述螺栓孔内，所述螺杆的另一端穿过所述纤维增强复合材料和所述纤维界面并与所述螺母紧固。

作为优选，所述基于纤维界面的FRP-UHPC复合层加固钢筋混凝土梁的结构还包括垫片，所述垫片穿设在所述螺栓的另一端，所述垫片位于所述螺母和所述纤维界面之间。

作为优选，所述螺杆的两端的外壁面上具有外螺纹，所述螺杆的一端与螺栓孔螺纹连接，所述螺杆的另一端与所述螺母螺纹配合。

作为优选，纤维增强复合材料在所述钢筋混凝土梁的表面形成纤维层，所述纤维层至少为一层。

由上述本实用新型的实施例提供的技术方案可以看出，本实用新型提出的基于纤维界面的FRP-UHPC复合层加固钢筋混凝土梁结构的优点为：

本实用新型在传统的碳纤维布加固梁基础上，创新性的引入了一种延性纤维界面，并在外围浇筑一层超高性能混凝土，不但有效地解决了纤维增强复合材料布加固混凝土梁面临的耐久性和耐火问题，还利用螺栓和超高性能混凝土实现了钢筋混凝土梁抗弯承载能力的进一步增强。

一方面，螺栓和超高性能混凝土可联合作用，充当碳纤维布的侧向约束，增强了界面性能，使碳纤维布的材料利用率提高；

另一方面，超高性能混凝土其抗拉性能远高于普通混凝土，将其布置在梁底，既提高了钢筋混凝土梁的抗裂能力，还进一步提升了钢筋混凝土的抗弯承载能力和极限变形能力。相比于既有涂层或砂浆防护方案，本实用新型建议的方法造价更低，并且长期加固效果可得到保证；

再者，外层超高性能混凝土可使碳纤维布与外部环境隔绝，阻止环境因素的侵蚀，从而经济有效地解决传统加固方法存在的碳纤维布-混凝土界面易老化剥离、不耐火以及碳纤维布防护层易剥落等难题。

附图说明

图1是根据本实用新型实施例的加固钢筋混凝土梁的纤维界面示意图。

图2是根据本实用新型实施例的加固钢筋混凝土梁的纤维界面截面示意图。

图3是根据本实用新型实施例的加固钢筋混凝土梁的碳纤维布与钢筋混凝土梁本体的连接示意图。

图4是根据本实用新型实施例的加固钢筋混凝土梁的碳纤维布与纤维界面的连接示意图。

图5是根据本实用新型实施例的加固钢筋混凝土梁的紧固组件安装示意图。

图6是根据本实用新型实施例的加固钢筋混凝土梁的紧固组件示意图。

图7是根据本实用新型实施例的加固钢筋混凝土梁示意图。

附图标记：1、钢筋混凝土梁；2、纤维层；3、纤维界面；31、碳纤维布层；32、胶砂混合层；33、U形纤维；34、浸渍环氧树脂胶层；35、高强环氧树脂类结构胶；4、第一胶层；51、螺杆；52、螺母；53、垫片；6、混凝土层。

具体实施方式

下面结合实施例及附图给出本实用新型的具体实施例，需要说明的是本实用新型并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的其他变换均落于本实用新型的保护范围。

如图1-7所示，本实用新型实施例的基于纤维界面的FRP-UHPC复合层加固钢筋混凝土梁的结构包括依次铺设在钢筋混凝土梁1上的第一胶层4、纤维增强复合材料、纤维界面3和超高性能混凝土。

具体地，纤维界面3包括由内到外依次布置的碳纤维布层31和胶砂混合层32，纤维界面3还包括U形纤维33，U形纤维33贯穿碳纤维布层31和胶砂混合层32。纤维增强复合材料钢筋混凝土梁1的表面形成纤维层2，所述纤维层2至少为一层。

上述基于纤维界面的FRP-UHPC复合层加固钢筋混凝土梁的应用过程包括：

步骤一：对单层或多层的碳纤维布层31的两端张拉，使之处于绷紧状态。

步骤二：设置砂层，将张紧后的碳纤维布层31置于筛分过的砂层上面，并且保持砂层和碳纤维布层31的下表面处于基本接触状态。

步骤三：设置多个U形纤维33，将多个U形纤维33每隔一定间距骑跨于张紧后的碳纤维布层31上，U形纤维33插入砂层中。

具体地，U形纤维33的直径为0.1mm～2.0mm。

步骤四：释放碳纤维布层31两端张力，并在碳纤维布层31的表面灌注流动性较强并且拌和均匀的浸渍环氧树脂胶，以形成胶砂混合层32及浸渍环氧树脂胶层。

步骤五：浸渍环氧树脂胶固化后，将碳纤维布层31下部砂粒清除，得到纤维界面3。

步骤六：设置浸渍树脂胶，对钢筋混凝土梁1的待加固区域进行打磨处理，除去浮灰后涂刷浸渍树脂胶，然后将纤维增强复合材料沿钢筋混凝土梁1底纵向粘贴，期间继续涂刷浸渍树脂胶，使纤维增强复合材料与钢筋混凝土梁1贴合牢固，浸渍树脂胶固化后形成第一胶层4。

步骤七：设置高强环氧树脂类结构胶，待浸渍树脂胶固化后，将高强环氧树脂类结构胶涂覆于纤维增强复合材料远离钢筋混凝土梁1的表面上，以将纤维界面3粘附于纤维增强复合材料上。

步骤八：设置螺杆51、螺母52和垫片53，高强环氧树脂类结构胶固化后，每隔一定间距在钢筋混凝土梁1上钻螺栓孔，利用植筋胶将螺杆51固定于螺栓孔，螺杆51达到锚固强度以后，将垫片53穿设在螺杆51上，以利用螺母52和垫片53对纤维增强复合材料和纤维界面3施加一定的预压力。

在一些实施例中，螺杆51的两端的外壁面上具有外螺纹，螺杆51的一端与螺栓孔螺纹连接，螺杆51的另一端与所述螺母52螺纹配合。

步骤九：在钢筋混凝土梁1下方布设浇注模板，浇注模板围绕钢筋混凝土梁1的外表面布置，在浇注模板内浇筑超高性能混凝土，并将纤维界面3全部覆盖，养护一定龄期拆模，形成FRP-UHPC复合层，完成对钢筋混凝土梁1的加固。

具体地，超高性能混凝土的水灰比小于等于0.25，超高性能混凝土的立方体抗压强度大于等于120MPa，超高性能混凝土凝固形成混凝土层6，混凝土层6的厚度为20mm～40mm。

本实用新型提出的基于纤维界面的FRP-UHPC复合层加固钢筋混凝土梁的结构及方法既可保证加固效果的长期耐久性，又可提升加固部位的抗火灾能力，同时还能进一步提升被加固梁的承载力和延性。

以上所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，本领域内技术人员可在权利要求的范围内做相应的修改。基于本实用新型实施例，所有其他相关无创造性修改实施例都在本实用新型保护范围内。

由此，本实用新型实施例的加固钢筋混凝土梁的方法，不仅提升了被加固梁的承载力，还进一步地提升了钢筋混凝土梁本体的抗弯承载能力和极限变形能力。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实用新型中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于纤维界面的FRP-UHPC复合层加固钢筋混凝土梁的结构，其特征在于，包括依次铺设在钢筋混凝土梁(1)的待加固区域上的纤维增强复合材料、纤维界面(3)和超高性能混凝土，所述纤维增强复合材料、所述纤维界面(3)和所述超高性能混凝土组成复合层以对所述钢筋混凝土梁(1)的待加固区域进行加固。

2.根据权利要求1所述的基于纤维界面的FRP-UHPC复合层加固钢筋混凝土梁的结构，其特征在于，所述纤维界面(3)包括由内到外依次布置的碳纤维布层(31)和胶砂混合层(32)。

3.根据权利要求2所述的基于纤维界面的FRP-UHPC复合层加固钢筋混凝土梁的结构，其特征在于，所述纤维界面(3)还包括U形纤维(33)，所述U形纤维(33)设在所述碳纤维布层(31)上，且U形纤维(33)贯穿所述碳纤维布层(31)和所述胶砂混合层(32)。

4.根据权利要求3所述的基于纤维界面的FRP-UHPC复合层加固钢筋混凝土梁的结构，其特征在于，所述U形纤维(33)为多个，多个所述U形纤维(33)间隔布置在所述碳纤维布层(31)上，所述U形纤维(33)的直径为0.1mm～2.0mm。

5.根据权利要求1所述的基于纤维界面的FRP-UHPC复合层加固钢筋混凝土梁的结构，其特征在于，还包括第一胶层(4)，所述第一胶层(4)设在所述纤维增强复合材料的内侧，用于将纤维增强复合材料粘附在所述钢筋混凝土梁(1)的表面上。

6.根据权利要求1所述的基于纤维界面的FRP-UHPC复合层加固钢筋混凝土梁的结构，其特征在于，所述超高性能混凝土的水灰比小于等于0.25，所述超高性能混凝土的立方体抗压强度大于等于120MPa，所述超高性能混凝土凝固形成混凝土层(6)，所述混凝土层(6)的厚度为20mm～40mm。

7.根据权利要求1所述的基于纤维界面的FRP-UHPC复合层加固钢筋混凝土梁的结构，其特征在于，所述钢筋混凝土梁(1)的底部具有螺栓孔，所述螺栓孔穿透所述纤维增强复合材料和所述纤维界面(3)，

所述基于纤维界面的FRP-UHPC复合层加固钢筋混凝土梁结构还包括螺杆(51)和螺母(52)，所述螺杆(51)的一端紧固在所述螺栓孔内，所述螺杆(51)的另一端穿过所述纤维增强复合材料和所述纤维界面(3)并与所述螺母(52)紧固。

8.根据权利要求7所述的基于纤维界面的FRP-UHPC复合层加固钢筋混凝土梁的结构，其特征在于，还包括垫片(53)，所述垫片(53)穿设在所述螺栓的另一端，所述垫片(53)位于所述螺母(52)和所述纤维界面(3)之间。

9.根据权利要求7所述的基于纤维界面的FRP-UHPC复合层加固钢筋混凝土梁的结构，其特征在于，所述螺杆(51)的两端的外壁面上具有外螺纹，所述螺杆(51)的一端与螺栓孔螺纹连接，所述螺杆(51)的另一端与所述螺母(52)螺纹配合。

10.根据权利要求1所述的基于纤维界面的FRP-UHPC复合层加固钢筋混凝土梁的结构，其特征在于，纤维增强复合材料在所述钢筋混凝土梁(1)的表面形成纤维层(2)，所述纤维层(2)至少为一层。

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