一種預(yù)應(yīng)力碳纖維板與鋼-混凝土加固混凝土梁的方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種預(yù)應(yīng)力碳纖維板與鋼?混凝土加固混凝土梁的方法，其主要施工步驟是：首先，鑿除混凝土梁底面的混凝土保護(hù)層，并鉆孔植筋，布置一層鋼筋網(wǎng)；其次，鋼板下料，在鋼板的錨固端和張拉端分別焊接波形齒板，用以約束碳纖維板；再次，將鋼板固定在鋼筋網(wǎng)上，并以此加固鋼板為底模，制備并澆筑自密實(shí)混凝土；然后，采用千斤頂施加預(yù)應(yīng)力，張拉碳纖維板并錨固；最后，在預(yù)應(yīng)力碳纖維板表面及波形齒板上粉飾水泥復(fù)合砂漿作為防護(hù)層，完成對混凝土梁的抗彎加固。本發(fā)明提供的加固方法施工方便，所需設(shè)備簡單，尤其適用于混凝土梁底有混凝土剝落、碳化等病害的情況，能顯著提高現(xiàn)有混凝土梁的抗彎承載力、剛度及耐久性，延長使用壽命。
【專利說明】
一種預(yù)應(yīng)力碳纖維板與鋼-混凝土加固混凝土梁的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于土木工程學(xué)科的橋梁工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種預(yù)應(yīng)力碳纖維板與鋼-混凝土加固混凝土梁的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會經(jīng)濟(jì)和交通運(yùn)輸事業(yè)的快速發(fā)展，交通流量大幅度增長，行車密度及車輛載重越來越大，加上橋梁所處環(huán)境的侵蝕，我國大量橋梁出現(xiàn)了橋梁老化加速，承載力不足的問題，并且由于施工、環(huán)境影響等方面的原因橋梁保護(hù)層混凝土碳化嚴(yán)重，對內(nèi)部鋼筋的保護(hù)能力下降，并且伴隨著混凝土表面上的裂縫，橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋的腐蝕加快，橋梁承載力下降較快，使在用橋梁存在潛在的安全隱患，不利于國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展。采取有效的改造加固措施恢復(fù)和提高它們的承載力，使其繼續(xù)為現(xiàn)代交通服務(wù)，可以給國家?guī)砭薮蟮慕?jīng)濟(jì)效益。國內(nèi)已有的一些經(jīng)驗(yàn)表明，橋梁的加固費(fèi)用約為新建橋梁的30%左右，比重建新橋可以節(jié)省大量的資金，經(jīng)濟(jì)社會效益十分顯著，符合構(gòu)建節(jié)約型社會的理念。
[0003]對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，是提高現(xiàn)有橋梁結(jié)構(gòu)的承載力、剛度及耐久性、延長使用壽命的有效辦法。目前常用的加固方法有增大截面加固法、粘貼鋼板加固法、粘貼纖維復(fù)合材料加固法、體外預(yù)應(yīng)力加固法、改變結(jié)構(gòu)體系加固法等，其中前三種方法屬于被動(dòng)加固范疇，其加固效果只有在橋梁結(jié)構(gòu)再次受荷時(shí)才會顯現(xiàn)，對原結(jié)構(gòu)的受力性能無明顯改善作用，提高的承載能力有限。后兩種方法屬于主動(dòng)加固范疇，但受結(jié)構(gòu)形式、錨固或材料特性的影響，均有一定的局限性。
[0004]預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固是對粘貼碳纖維板(布)加固方法的一次升級。它是一個(gè)主動(dòng)受力的過程，能夠在加固施工完成后即對梁施加作用，對裂縫有很好的閉合作用。但也有其不足之處，如:預(yù)應(yīng)力碳纖維板的錨固系統(tǒng)不易處理，碳纖維板加固的混凝土梁易出現(xiàn)脆性破壞。此外，目前的碳纖維板張拉設(shè)備比較復(fù)雜，施工時(shí)不方便。
[0005]基于組合結(jié)構(gòu)的原理對現(xiàn)有混凝土受彎構(gòu)件進(jìn)行加固是對結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的一種創(chuàng)新與發(fā)展，為結(jié)構(gòu)加固提供了一種新的思路。但是由于采用組合結(jié)構(gòu)加固時(shí)，模板和原有構(gòu)件之間的間隙較小，采用普通混凝土，存在混凝土不能振搗密實(shí)，無法保證混凝土質(zhì)量，新舊混凝土不能有效共同工作的問題，限制了組合結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述存在的問題，提供一種預(yù)應(yīng)力碳纖維板與鋼-混凝土加固混凝土梁的方法，用三種材料組合加固混凝土梁，既可以大幅度提高混凝土梁的承載力，又可以提高混凝土梁的剛度、延性、整體性和可靠性，且施工方便，經(jīng)濟(jì)適用，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0007]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種預(yù)應(yīng)力碳纖維板與鋼-混凝土加固混凝土梁的方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0008]A)對待加固的混凝土梁進(jìn)行處理，鑿除混凝土梁底面的混凝土保護(hù)層，直至露出鋼筋層;然后在進(jìn)行清潔處理后鉆孔植筋，植入的鋼筋采用結(jié)構(gòu)膠固定;待所植鋼筋固定后，布置一層鋼筋網(wǎng)，采用扎絲將鋼筋網(wǎng)固定在所植鋼筋上；
[0009]B)鋼板的下料及處理，先根據(jù)鋼板設(shè)計(jì)尺寸，采用工廠自動(dòng)或半自動(dòng)切割方法進(jìn)行切割，成型后的鋼板的切割邊緣表面光滑、無毛刺、咬口及翹曲等缺陷;然后，在鋼板背面焊接有剪力釘，鋼板正面焊接有固定端波形齒板和固定塊，所述固定塊上開有通孔；
[0010]C)固定鋼板，鋼板背面的剪力釘與鋼筋網(wǎng)用扎絲綁扎固定；
[0011 ] D)澆筑混凝土，以鋼板為梁底模板，配制并澆筑混凝土，待混凝土齡期達(dá)到7天并且混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%以上后，再進(jìn)行后一步操作；
[0012]E)預(yù)應(yīng)力碳纖維板的張拉和錨固，根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸裁剪預(yù)應(yīng)力碳纖維板，并將裁剪好的預(yù)應(yīng)力碳纖維板的一端置于固定端波形齒板的底板與蓋板之間，另一端置于張拉端波形齒板的底板與蓋板之間，并使預(yù)應(yīng)力碳纖維板縱向軸線通過波形齒板的中心線，將張拉端波形齒板上的螺桿穿過固定塊上的通孔，在螺桿的伸出端依次套設(shè)固定螺母、反力塊和反力螺母;然后用扳手對波形齒板的各個(gè)螺母施加相應(yīng)的扭力，確保波形齒板對碳纖維板的有效錨固又不剪斷碳絲;將千斤頂置于固定塊和反力塊之間，擰緊反力螺母后，逐級張拉千斤頂至張拉控制應(yīng)力;張拉完成后，用扳手?jǐn)Q緊固定螺母，卸除千斤頂;最后，在預(yù)應(yīng)力碳纖維板表面及波形齒板上粉飾水泥復(fù)合砂漿作為防護(hù)層，完成對混凝土梁的抗彎加固。
[0013]按上述方案，所述步驟A)中所述清潔處理是使用水清洗混凝土表面的浮渣和塵土，所述植筋的布置為縱向間距I Ocm，橫向間距5cm ο
[0014]按上述方案，所述步驟B)中所述剪力釘設(shè)置的密度為1cmX 1cm，采用直徑為10_、長度為50mm的剪力釘。
[0015]按上述方案，所述步驟D)所采用的混凝土為高流態(tài)自密實(shí)混凝土，所述高流態(tài)自密實(shí)混凝土的坍落度在20?22cm，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度不低于C40。
[0016]按上述方案，所述固定端波形齒板和張拉端波形齒板均包括蓋板和底板，所述蓋板和底板的對應(yīng)的內(nèi)側(cè)端面均為波浪面，底板和蓋板通過螺栓定位相連，張拉端波形齒板的底板的外側(cè)端面設(shè)有螺桿。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:1、提供一種預(yù)應(yīng)力碳纖維板與鋼-混凝土加固混凝土梁的方法，將鋼板加固和預(yù)應(yīng)力碳纖維板的優(yōu)點(diǎn)集中在一起，互相補(bǔ)充各自的弊端，使之成為一個(gè)主動(dòng)受力的結(jié)構(gòu)，施工完成之后梁體即開始受力，使混凝土梁的承載力有較大幅度的提高;2、鋼板的設(shè)置解決了預(yù)應(yīng)力碳纖維板錨固難的問題，將固定端波形齒板焊接在鋼板上，兩者之間不會產(chǎn)生相對滑移，因此而產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失也將避免;3、張拉端波形齒板通過在固定塊和反力塊之間的千斤頂進(jìn)行施加預(yù)應(yīng)力，方便有效，擴(kuò)大了使用預(yù)應(yīng)力碳纖維板材進(jìn)行加固的應(yīng)用范圍；4、將梁底面的保護(hù)層混凝土全部鑿除，在鋼板與梁之間澆筑自密實(shí)混凝土，這樣保證了主梁內(nèi)部鋼筋不再受環(huán)境侵蝕，提高結(jié)構(gòu)的耐久性。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的主視圖。
[0019]圖2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的仰視圖。
[0020]圖3為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的固定端波形齒板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖4為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的張拉端波形齒板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]其中:1.鋼板，2.預(yù)應(yīng)力碳纖維板，3.固定端波形齒板，4.螺栓，5.混凝土梁，6.張拉端波形齒板，7.固定塊，8.反力塊，9.螺桿，10.固定螺母，11.反力螺母，12.底板，13.蓋板，14.植入的鋼筋，15.鋼筋網(wǎng)，16.剪力釘。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步的描述。
[0024]如圖1-4所示，一種預(yù)應(yīng)力碳纖維板與鋼-混凝土加固混凝土梁的方法，包括如下步驟:
[0025]1、對待加固的混凝土梁5進(jìn)行處理，鑿除混凝土梁底面的混凝土保護(hù)層，直至露出鋼筋層;然后在進(jìn)行清潔處理后鉆孔植筋，植入的鋼筋14采用結(jié)構(gòu)膠固定，植筋的布置為縱向間距10cm，橫向間距5cm;待所植鋼筋固定后，布置一層鋼筋網(wǎng)15，采用扎絲將鋼筋網(wǎng)固定在所植鋼筋上；
[0026]2、鋼板I的下料及處理，先根據(jù)鋼板設(shè)計(jì)尺寸，采用工廠自動(dòng)或半自動(dòng)切割方法進(jìn)行切割，成型后的鋼板的切割邊緣表面光滑、無毛刺、咬口及翹曲等缺陷;然后，在鋼板背面焊接有剪力釘16，剪力釘設(shè)置的密度為1cmX 1cm，采用直徑為10mm、長度為50mm的剪力釘，鋼板正面焊接有固定端波形齒板3和固定塊7，固定塊上開有通孔；
[0027]3、固定鋼板，鋼板背面的剪力釘與鋼筋網(wǎng)用扎絲綁扎固定；
[0028]4、澆筑混凝土，以鋼板為梁底模板，配制并澆筑混凝土，待混凝土齡期達(dá)到7天并且混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%以上后，再進(jìn)行后一步操作，所采用的混凝土為高流態(tài)自密實(shí)混凝土，高流態(tài)自密實(shí)混凝土的坍落度在20?22cm，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度不低于C40;
[0029]5、預(yù)應(yīng)力碳纖維板2的張拉和錨固，根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸裁剪預(yù)應(yīng)力碳纖維板，并將裁剪好的預(yù)應(yīng)力碳纖維板的兩端分別通過固定端波形齒板和張拉端波形齒板6固定，，固定端波形齒板和張拉端波形齒板均包括蓋板13和底板12，蓋板和底板的對應(yīng)的內(nèi)側(cè)端面均為波浪面，底板和蓋板通過螺栓4定位相連，張拉端波形齒板的底板的外側(cè)端面設(shè)有螺桿，預(yù)應(yīng)力碳纖維板的兩端分別置于固定端波形齒板和張拉端波形齒板的底板與蓋板之間，并使預(yù)應(yīng)力碳纖維板縱向軸線通過波形齒板的中心線，將張拉端波形齒板上的螺桿9穿過固定塊上的通孔，在螺桿的伸出端依次套設(shè)固定螺母10、反力塊8和反力螺母11;然后用扳手對波形齒板的各個(gè)螺母施加相應(yīng)的扭力，確保波形齒板對碳纖維板的有效錨固又不剪斷碳絲;將千斤頂置于固定塊和反力塊之間，擰緊反力螺母后，逐級張拉千斤頂至張拉控制應(yīng)力;張拉完成后，用扳手?jǐn)Q緊固定螺母，卸除千斤頂;最后，在預(yù)應(yīng)力碳纖維板表面及波形齒板上粉飾水泥復(fù)合砂漿作為防護(hù)層，完成對混凝土梁的抗彎加固。
[0030]本發(fā)明將兩種常用的加固方法進(jìn)行有效的結(jié)合，S卩:將鋼板加固和預(yù)應(yīng)力碳纖維板的優(yōu)點(diǎn)集中在一起，互相補(bǔ)充各自的弊端。單獨(dú)使用預(yù)應(yīng)力碳纖維板材加固混凝土梁一個(gè)很大的難題就是錨固問題，并且隨著時(shí)間的推移，預(yù)應(yīng)力損失將隨之增大。鋼板的設(shè)置解決了預(yù)應(yīng)力碳纖維板錨固難的問題，將錨固波形齒板焊接在鋼板上，兩者之間不會產(chǎn)生相對滑移，因此而產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失也將避免。
[0031]本發(fā)明解決了碳纖維板材張拉困難的問題。波形齒板一端固定一端自由，通過在固定塊和反力塊之間的千斤頂進(jìn)行施加預(yù)應(yīng)力，方便有效，擴(kuò)大了使用預(yù)應(yīng)力碳纖維板材進(jìn)行加固的應(yīng)用范圍。
[0032]僅采用鋼板對梁進(jìn)行加固是一種被動(dòng)的二次受力的加固方法，只有在梁再次受外荷載時(shí)鋼板才會提供承載力，而施加預(yù)應(yīng)力則是一個(gè)很好的解決方法。本發(fā)明將施加預(yù)應(yīng)力的碳纖維板材與鋼材加固結(jié)合，使之稱為一個(gè)主動(dòng)受力的結(jié)構(gòu)，施工完成之后梁體即開始受力，使混凝土梁的承載力有較大幅度的提高。本發(fā)明將梁底保護(hù)層混凝土全部鑿除，在鋼板與梁之間澆筑自密實(shí)混凝土，這樣保證了內(nèi)部鋼筋不再受環(huán)境侵蝕，提高結(jié)構(gòu)耐久性。
[0033]本發(fā)明提供的加固方法施工方便，無需大型復(fù)雜的張拉設(shè)備，僅一個(gè)千斤頂即可完成加固工作，尤其適用于混凝土梁底混凝土有碳化、剝落，或者允許增加構(gòu)件截面高度的情況，在土木工程結(jié)構(gòu)加固技術(shù)領(lǐng)域有很廣闊的應(yīng)用前景。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種預(yù)應(yīng)力碳纖維板與鋼-混凝土加固混凝土梁的方法，其特征在于，包括如下步驟: A)對待加固的混凝土梁進(jìn)行處理，鑿除混凝土梁底面的混凝土保護(hù)層，直至露出鋼筋層;然后在進(jìn)行清潔處理后鉆孔植筋，植入的鋼筋采用結(jié)構(gòu)膠固定;待所植鋼筋固定后，布置一層鋼筋網(wǎng)，采用扎絲將鋼筋網(wǎng)固定在所植鋼筋上； B)鋼板的下料及處理，先根據(jù)鋼板設(shè)計(jì)尺寸，采用工廠自動(dòng)或半自動(dòng)切割方法進(jìn)行切害J，成型后的鋼板的切割邊緣表面光滑、無毛刺、咬口及翹曲等缺陷;然后，在鋼板背面焊接有剪力釘，鋼板正面焊接有固定端波形齒板和固定塊，所述固定塊上開有通孔； C)固定鋼板，鋼板背面的剪力釘與鋼筋網(wǎng)用扎絲綁扎固定； D)澆筑混凝土，以鋼板為梁底模板，配制并澆筑混凝土，待混凝土齡期達(dá)到7天并且混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%以上后，再進(jìn)行后一步操作； E)預(yù)應(yīng)力碳纖維板的張拉和錨固，根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸裁剪預(yù)應(yīng)力碳纖維板，并將裁剪好的預(yù)應(yīng)力碳纖維板的一端置于固定端波形齒板的底板與蓋板之間，另一端置于張拉端波形齒板的底板與蓋板之間，并使預(yù)應(yīng)力碳纖維板縱向軸線通過波形齒板的中心線，將張拉端波形齒板上的螺桿穿過固定塊上的通孔，在螺桿的伸出端依次套設(shè)固定螺母、反力塊和反力螺母;然后用扳手對波形齒板的各個(gè)螺母施加相應(yīng)的扭力，確保波形齒板對碳纖維板的有效錨固又不剪斷碳絲;將千斤頂置于固定塊和反力塊之間，擰緊反力螺母后，逐級張拉千斤頂至張拉控制應(yīng)力;張拉完成后，用扳手?jǐn)Q緊固定螺母，卸除千斤頂;最后，在預(yù)應(yīng)力碳纖維板表面及波形齒板上粉飾水泥復(fù)合砂漿作為防護(hù)層，完成對混凝土梁的抗彎加固。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)應(yīng)力碳纖維板與鋼-混凝土加固混凝土梁的方法，其特征在于，所述步驟A)中所述清潔處理是使用水清洗混凝土表面的浮渣和塵土，所述植筋的布置為縱向間距I Ocm，橫向間距5cm ο3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)應(yīng)力碳纖維板與鋼-混凝土加固混凝土梁的方法，其特征在于，所述步驟B)中所述剪力釘設(shè)置的密度為1cm X 10cm，采用直徑為10mm、長度為50mm的剪力釘。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)應(yīng)力碳纖維板與鋼-混凝土加固混凝土梁的方法，其特征在于，所述步驟D)所采用的混凝土為高流態(tài)自密實(shí)混凝土，所述高流態(tài)自密實(shí)混凝土的坍落度在20?22cm，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度不低于C40。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)應(yīng)力碳纖維板與鋼-混凝土加固混凝土梁的方法，其特征在于，所述固定端波形齒板和張拉端波形齒板均包括蓋板和底板，所述蓋板和底板的對應(yīng)的內(nèi)側(cè)端面均為波浪面，底板和蓋板通過螺栓定位相連，張拉端波形齒板的底板的外側(cè)端面設(shè)有螺桿。
【文檔編號】E01D22/00GK105887702SQ201610247722
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月20日
【發(fā)明人】康俊濤, 張亞州, 邱奕龍, 馬雷, 李豪, 谷倩, 周旺保, 秦世強(qiáng), 曹鴻猷
【申請人】武漢理工大學(xué)