本發(fā)明涉及鋼結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種工字鋼梁翼緣帶裂縫加固方法。

背景技術(shù)：

鋼結(jié)構(gòu)建筑一種新型的建筑體系有可通房地產(chǎn)業(yè)、建筑業(yè)、冶金業(yè)之間的行業(yè)界線，集合成為一個(gè)新的產(chǎn)業(yè)體系，這就是業(yè)內(nèi)人士普遍看好的鋼結(jié)構(gòu)建筑體系。鋼結(jié)構(gòu)建筑相比傳統(tǒng)的混凝土建筑而言，用鋼板或型鋼替代了鋼筋混凝土，強(qiáng)度更高，抗震性更好。并且由于構(gòu)件可以工廠化制作，現(xiàn)場安裝。因而大大減少工期，由于鋼材的可重復(fù)利用，可以大大減少建筑垃圾，更加綠色環(huán)保。因而被世界各國廣泛采用，應(yīng)用在工業(yè)建筑和民用建筑中。

目前鋼結(jié)構(gòu)建筑在高層建筑上的運(yùn)用日益成熟，逐漸成為主流的建筑工藝，是未來建筑的發(fā)展方向。而在鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)中工字鋼梁的應(yīng)用也比較廣泛。

在役的工字鋼梁構(gòu)件，受高溫、高濕、高壓等因素，特別是在疲勞荷載作用下，工字鋼梁翼緣受拉力位置容易產(chǎn)生裂縫，很多未達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限就喪失服務(wù)能力，從而影響到結(jié)構(gòu)使用和安全。這些不符合要求的結(jié)構(gòu)急需要通過有效的加固措施來提高其承載力，恢復(fù)服務(wù)能力。

傳統(tǒng)的工字鋼梁翼緣帶裂縫加固方法是通過將鋼蓋板或者型鋼焊接或者粘結(jié)到在役工字鋼梁的翼緣帶的裂縫部位修復(fù)承載力，但是這種方法也存在許多缺陷，比如粘鋼加固后增加了工字鋼梁的自重，耐腐蝕性較差，且由于對結(jié)構(gòu)膠粘劑厚度的控制采用壓力控制，操作繁瑣不易控制，并且施工過程中往往需借助大型機(jī)械設(shè)備，浪費(fèi)時(shí)間、人力及物力。

綜上所述，如何解決傳統(tǒng)工字鋼梁翼緣帶裂縫加固存在缺陷的問題，已成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種工字鋼梁翼緣帶裂縫加固方法，以避免工字鋼梁翼緣帶裂縫加固存在缺陷的問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種工字鋼梁翼緣帶裂縫加固方法，該方法包括：

制作標(biāo)示，在待加固工字鋼梁的翼緣帶的界面上標(biāo)示出待加固區(qū)域；

裁制碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板，根據(jù)所述待加固區(qū)域的尺寸裁制相應(yīng)尺寸的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板；

噴砂處理，對所述待加固區(qū)域的表面進(jìn)行噴砂處理獲得第一噴砂表面，對所述碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板的表面進(jìn)行噴砂處理獲得第二噴砂表面；

丙酮擦洗，用丙酮溶液擦洗經(jīng)所述第一噴砂表面和第二噴砂表面；

涂膠處理，在所述第一噴砂表面和/或所述第二噴砂表面涂制結(jié)構(gòu)膠粘劑，且所述結(jié)構(gòu)膠粘劑內(nèi)具有多個(gè)直徑相同的小球珠；

粘貼，經(jīng)所述涂膠處理后，將所述第二噴砂表面粘貼至所述第一噴砂表面上，并對所述碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板施加壓力，使得所述結(jié)構(gòu)膠粘劑的膠層的厚度等于小球珠的直徑，所述碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板的厚度和寬度的選取原則為加固后粘結(jié)界面最大主應(yīng)力不大于結(jié)構(gòu)膠粘劑的抗拉強(qiáng)度，具體粘結(jié)界面最大主應(yīng)力計(jì)算公式采用：

${\mathrm{\σ}}_{1\max }=-\frac{{\mathrm{\σ}}_{\max }}{2}+\sqrt{{\left(\frac{{\mathrm{\σ}}_{\max }}{2}\right)}^2+{{\mathrm{\τ}}_{\max }}^2},$

其中，

壓力保持，對所述碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板施加壓力保持的時(shí)間不小于72小時(shí)。

優(yōu)選地，所述小球珠為玻璃球。

優(yōu)選地，所述玻璃球相對結(jié)構(gòu)膠粘劑的摻入量為質(zhì)量的1％。

優(yōu)選地，所述小球珠的直徑范圍為1-2mm。

優(yōu)選地，所述結(jié)構(gòu)膠粘劑采用AB型改性環(huán)氧樹脂膠粘劑，彈性模量≥2.5GPa，抗拉強(qiáng)度≥25MPa。

優(yōu)選地，所述碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板的彈性模量≥130GPa，抗拉強(qiáng)度≥2000MPa。

優(yōu)選地，對所述待加固區(qū)域的表面進(jìn)行噴砂處理采用60目金剛砂；對所述碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板的表面進(jìn)行噴砂處理采用240目白剛玉。

優(yōu)選地，所述壓力保持的時(shí)間為72小時(shí)。

相比于背景技術(shù)中所介紹的內(nèi)容，上述工字鋼梁翼緣帶裂縫加固方法，通過結(jié)構(gòu)膠粘劑將碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板與待加固區(qū)域粘結(jié)，有效提高損傷鋼結(jié)構(gòu)的承載能力，使得鋼梁的承載能力恢復(fù)到正常水平；粘結(jié)界面最大應(yīng)力的準(zhǔn)確計(jì)算(即加固后粘結(jié)界面最大主應(yīng)力不大于膠粘劑的抗拉強(qiáng)度為原則選取碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板的厚度和寬度，可以準(zhǔn)確計(jì)算出碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板的尺寸)，保證加固效果，大大減輕了加固區(qū)域的重量的增加，同時(shí)通過結(jié)構(gòu)膠粘劑厚度采用直徑相同的小球珠進(jìn)行控制，使得結(jié)構(gòu)膠粘劑的厚度控制更加簡單方便，另外，本方案操作簡單方便，耐腐蝕，無需動用大型機(jī)械設(shè)備，節(jié)省時(shí)間、人力及物力。因此避免了傳統(tǒng)工字鋼梁翼緣帶裂縫加固存在缺陷的問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的工字鋼梁翼緣帶裂縫加固方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的工字鋼梁翼緣帶裂縫加固示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的工字鋼梁翼緣帶裂縫加固截面示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的裂縫的局部示意圖。

上圖1中，制作標(biāo)示100、裁制碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板200、噴砂處理300、丙酮擦洗400、涂膠處理500、粘貼600、壓力保持700；

上圖2-4中，

工字鋼梁1、裂縫2、結(jié)構(gòu)膠黏劑3、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料4、加勁肋5。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的核心是提供一種工字鋼梁翼緣帶裂縫加固方法，以避免工字鋼梁翼緣帶裂縫加固存在缺陷的問題。

為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明提供的技術(shù)方案，下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的工字鋼梁翼緣帶裂縫加固方法，該方法包括：

制作標(biāo)示100，在待加固工字鋼梁1的翼緣帶的界面上標(biāo)示出待加固區(qū)域；

裁制碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板200，根據(jù)待加固區(qū)域的尺寸裁制相應(yīng)尺寸的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板4；

噴砂處理300，對待加固區(qū)域的表面進(jìn)行噴砂處理獲得第一噴砂表面，對碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板4的表面進(jìn)行噴砂處理獲得第二噴砂表面(通過噴砂處理以清除其表面雜質(zhì)，并增加其表面的粗糙度。)；

丙酮擦洗400，用丙酮溶液擦洗經(jīng)第一噴砂表面和第二噴砂表面；

涂膠處理500，在第一噴砂表面和/或第二噴砂表面涂制結(jié)構(gòu)膠粘劑3，且結(jié)構(gòu)膠粘劑3內(nèi)具有多個(gè)直徑相同的小球珠；

粘貼600，經(jīng)涂膠處理后，將第二噴砂表面粘貼至第一噴砂表面上，并對碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板4施加壓力，使得結(jié)構(gòu)膠粘劑的膠層的厚度等于小球珠的直徑，所述碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板的厚度和寬度的選取原則為加固后粘結(jié)界面最大主應(yīng)力不大于結(jié)構(gòu)膠粘劑的抗拉強(qiáng)度，具體粘結(jié)界面最大主應(yīng)力計(jì)算公式采用：

${\mathrm{\σ}}_{1\max }=-\frac{{\mathrm{\σ}}_{\max }}{2}+\sqrt{{\left(\frac{{\mathrm{\σ}}_{\max }}{2}\right)}^2+{{\mathrm{\τ}}_{\max }}^2},$

其中，

其中，σ_1max代表缺陷處最大界面主應(yīng)力，σ_max代表缺陷處最大正應(yīng)力，τ_max代表缺陷處最大剪應(yīng)力；

$\mathrm{\β}=\sqrt[4]{\frac{f_4}{4f_3}},f_3=\frac{t_a}{E_{a}b},f_4=\frac{1}{E_f{I}_f}+\frac{1}{E_s{I}_s},$

$\mathrm{\λ}=\sqrt{\frac{f_2}{f_1}},f_1=\frac{t_a}{Gb},f_2=\frac{(Z_s+Z_f)Z_s}{E_s{I}_s}+\frac{1}{E_s{A}_s}+\frac{1}{E_f{A}_f},$

$c=\frac{{{\mathrm{\Δ\ϵ}}_{sf}}^{\′}}{{f_2}^{\′}}-\frac{{\mathrm{\Δ\ϵ}}_{sf}}{f_2},{{\mathrm{\Δ\ϵ}}_{sf}}^{\′}=\frac{M_{1}y}{E_s{I_s}^{\′}},{f_2}^{\′}=\frac{y^2}{E_s{I_s}^{\′}}+\frac{1}{E_s{A_s}^{\′}}+\frac{1}{E_f{A}_f},\mathrm{\γ}={Z_s}^{\′}+a+t_a+Z_f,$

${\mathrm{\Δ\ϵ}}_{sf}=\frac{M_1{Z}_s}{E_s{I}_s},$

其中，M₁為外荷載在缺陷處作用產(chǎn)生的彎矩，V(0)為外荷載在缺陷處引起的剪力，t_a為膠層厚度，E_a為膠層的彈性模量，b為CFRP板(碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板)的寬度，E_f為CFRP板的彈性模量，I_f為CFRP板的慣性矩，E_s為鋼梁的彈性模量，I_s為鋼梁的慣性矩，G為鋼梁的剪切模量，Z_s為鋼梁中性軸到梁底面的距離，Z_f為CFRP板的中性軸到板頂面的距離，A_s為鋼梁的橫截面積，A_f為CFRP板的橫截面積，t_f為CFRP板厚度，裂紋處鋼梁截面面積為A_s'、裂紋處鋼梁慣性矩為I_s'、中和軸到裂紋頂部的距離為Z_s'、鋼梁裂紋高度為a。

壓力保持700，對碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板4施加壓力保持的時(shí)間不小于72小時(shí)。

相比于背景技術(shù)中所介紹的內(nèi)容，上述工字鋼梁翼緣帶裂縫加固方法，通過結(jié)構(gòu)膠粘劑將碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板與待加固區(qū)域粘結(jié)，有效提高損傷鋼結(jié)構(gòu)的承載能力，使得鋼梁的承載能力恢復(fù)到正常水平；粘結(jié)界面最大應(yīng)力的準(zhǔn)確計(jì)算(即加固后粘結(jié)界面最大主應(yīng)力不大于膠粘劑的抗拉強(qiáng)度為原則選取碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板的厚度和寬度，可以準(zhǔn)確計(jì)算出碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板的尺寸)，保證加固效果，大大減輕了加固區(qū)域的重量的增加，同時(shí)通過結(jié)構(gòu)膠粘劑厚度采用直徑相同的小球珠進(jìn)行控制，使得結(jié)構(gòu)膠粘劑的厚度控制更加簡單方便，另外，本方案操作簡單方便，耐腐蝕，無需動用大型機(jī)械設(shè)備，節(jié)省時(shí)間、人力及物力。因此避免了傳統(tǒng)工字鋼梁翼緣帶裂縫加固存在缺陷的問題。

進(jìn)一步的技術(shù)方案中，上述小球珠為玻璃球，當(dāng)然可以理解的是上述小球珠還可以是其他材質(zhì)的小球珠，比如小鋼珠等等，只不過本發(fā)明實(shí)施例優(yōu)選采用上述玻璃珠而已。

進(jìn)一步地，上述玻璃球相對結(jié)構(gòu)膠粘劑3的摻入量為質(zhì)量的1％。當(dāng)然可以理解的是上述摻入量還可以是其他數(shù)值，只不過本發(fā)明實(shí)施例優(yōu)選采用上述1％而已。

進(jìn)一步地，上述小球珠的直徑范圍為1-2mm?？梢岳斫獾氖巧鲜鲂∏蛑榈闹睆竭€可以是其他數(shù)值，只不過本發(fā)明實(shí)施例優(yōu)選采用上述數(shù)值范圍而已。

進(jìn)一步地，上述結(jié)構(gòu)膠粘劑3采用AB型改性環(huán)氧樹脂膠粘劑，彈性模量≥2.5GPa，抗拉強(qiáng)度≥25MPa。當(dāng)然可以理解的是，上述結(jié)構(gòu)膠粘劑還可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員常用的其他膠粘劑，只不過本發(fā)明實(shí)施例優(yōu)選采用上述彈性模量和抗拉強(qiáng)度的AB型改性環(huán)氧樹脂膠粘劑而已。

進(jìn)一步地，上述碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板4的彈性模量≥130GPa，抗拉強(qiáng)度≥2000MPa。需要說明的是，上述碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板對應(yīng)的彈性模量和抗拉強(qiáng)度僅僅是本發(fā)明實(shí)施例優(yōu)選的數(shù)值范圍而已，還可以是其他數(shù)值范圍，只不過本發(fā)明實(shí)施例優(yōu)選采用上述數(shù)值范圍而已。

進(jìn)一步地，對上述待加固區(qū)域的表面進(jìn)行噴砂處理采用60目金剛砂；對上述碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板4的表面進(jìn)行噴砂處理采用240目白剛玉。當(dāng)然可以理解的是上述噴砂處理采用的材料還可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員常用的其他材料。

進(jìn)一步地，上述壓力保持的時(shí)間為72小時(shí)。當(dāng)然可以理解的是，還可以是大于72小時(shí)的其他任何時(shí)間，只不過本發(fā)明實(shí)施例優(yōu)選采用上述72小時(shí)而已。

為了本領(lǐng)域技術(shù)人員更好的理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合具體的應(yīng)用場景進(jìn)行舉例說明：

比如鋼梁采用國標(biāo)12號工字鋼，長度為1200mm，翼緣寬度為74mm，腹板厚度為5mm，跨中初始缺陷長度為14.4mm。通過界面最大主應(yīng)力計(jì)算公式確定碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板的長度為400mm，厚度為1.4mm，寬度為74mm。結(jié)構(gòu)膠粘劑采用結(jié)構(gòu)加固用AB型改性環(huán)氧樹脂膠粘劑，彈性模量為11.2GPa，抗拉強(qiáng)度25.5MPa，結(jié)構(gòu)膠粘劑的厚度為1mm，通過在膠粘劑中摻入1％質(zhì)量的同尺寸直徑的小玻璃珠來控制。為防止加載過程中由于翼緣屈曲而導(dǎo)致鋼梁過早破壞，在距跨中缺陷100mm處的腹板兩側(cè)焊接4塊10mm厚的加勁肋5。

用馬克筆在待加固鋼梁的翼緣帶的界面上標(biāo)出待加固區(qū)域，將鋼梁待加固表面以及碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板4進(jìn)行噴砂處理，以清除其表面雜質(zhì)，并增加其表面的粗糙度。用丙酮溶液擦洗待加固鋼梁噴砂表面及碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板噴砂表面，保持粘貼界面水平，通過在結(jié)構(gòu)膠粘劑中摻入1％質(zhì)量的同尺寸直徑的小玻璃珠來控制膠層厚度，將結(jié)構(gòu)膠粘劑居中攤鋪在碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板表面，然后將碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板粘貼到鋼梁帶裂縫2翼緣的外表面，通過施加表面壓力，擠出多余膠粘劑，使得膠層厚度等于摻入小玻璃珠的直徑，加固完成保持表面壓力72小時(shí)。

采用SDS500電液伺服動靜萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行四點(diǎn)彎曲加載，試驗(yàn)結(jié)果顯示，采用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板加固的受到拉力的翼緣帶裂縫工字型鋼梁的承載能力可恢復(fù)到正常水平，加固效果顯著。

以上對本發(fā)明所提供的工字鋼梁翼緣帶裂縫加固方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹。需要說明的是，本說明書中的各個(gè)實(shí)施例均采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似的部分互相參見即可。

還需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。