技术领域
[0001] 本
发明涉及一种基于拱效应的锈蚀
钢筋混凝土梁的修复加固方法,属于
土木工程既有结构性能评价与修复技术领域。
背景技术
[0002] 钢筋锈蚀引起的材料劣化直接影响到
钢筋混凝土结构的承载
力和耐久性,尤其是港口海岸钢筋混凝土结构在使用15至20年后,混凝土内部的钢筋便开始锈蚀。锈蚀钢筋混凝土结构的修复加固措施已成为重要的研究课题。锈蚀钢筋混凝土梁的传统的修复加固措施是恢复锈蚀钢筋与混凝土之间的粘结性能。
[0003] 工程上的常用方法有两种:一、将锈蚀钢筋的周围的混凝土凿开,清除锈蚀产物后,浇筑上新的混凝土。二、在锈蚀梁的
支点之间的区域包裹
碳纤维布。前者适用于局部锈蚀的钢筋混凝土结构。若在锈蚀区域较大的结构中采用前者的方法,修复过程中结构的整体安全性将受到极大影响,较长的养护期也会影响正常的生产活动。后者将
碳纤维布包裹在梁的底面和侧面,限制混凝土的位移。使钢筋和混凝土之间产生相对滑移时,
接触面上能产生较大的粘结力。采用后者修复加固的锈蚀钢筋混凝土梁中的承载机理以“梁效应”为主,没有发挥出“拱效应”的承载能力。由此可见,以上两种修复加固方法均存在不足之处,主要为以下两点:对结构修复加固期的正常使用的影响较大,修复时浇筑的混凝土的养护期长;未充分利用梁的“拱效应”来提高锈蚀梁的残存承载能力。
发明内容
[0004] 本发明提供了一种基于拱效应的锈蚀钢筋混凝土梁的修复加固方法,以用于克服修复加固措施对结构正常使用的影响,及未充分利用梁的“拱效应”来提高锈蚀梁的残存承载能力的不足。
[0005] 本发明的技术方案是:一种基于拱效应的锈蚀钢筋混凝土梁的修复加固方法,所述方法的具体步骤如下:A、将底面处锚固区域的锈胀裂缝处10mm宽的区域内的混凝土表面清除干净;
B、将锈胀裂缝每隔25mm-50mm设置一充填口,以低压充填法将环
氧树脂由预留的充填口充填入锚固区域内的锈胀裂缝的内部,并进行养护;
C、将厚度为hfib的碳纤维布
覆盖于锚固区域的底面和支点间区域的底面,并以
环氧树脂为粘结剂,将且仅将位于锚固区域的碳纤维布粘结在钢筋混凝土梁的底面;
D 、将1层-2层碳纤维布包裹在钢筋混凝土梁锚固区域的顶面、两个侧面及粘有碳纤维布的锚固区域的底面,并以环氧树脂为粘结剂,将碳纤维布和锚固区域四周粘住。
[0006] 所述步骤C中,碳纤维布的厚度计算公式为 ;式中:hfib为需粘附的碳纤维布的厚度,(mm); 为
应力折减系数; 、fy和ffib分别为混凝土的抗压强度、2
钢筋的
抗拉强度和碳纤维布的抗拉强度,(N/mm);x 为钢筋混凝土梁的矩形应力图的受压
2
区高度,(mm);Asc为钢筋锈蚀后的横截面积,(mm);b为钢筋混凝土梁的宽度,(mm)。
[0007] 本发明的工作原理是:根据钢筋的锈蚀率,通过控制碳纤维布的厚度,可使锈蚀梁的承载机理以“拱效应”为主,其破坏形态为受弯破坏。
[0008] 碳纤维布的厚度可按下式计算:(1)
式中:hfib为需粘附的碳纤维布的厚度,(mm); 为应力折减系数; 、fy和ffib分别为
2
混凝土的抗压强度、钢筋的抗拉强度和碳纤维布的抗拉强度,(N/mm);x 为钢筋混凝土梁的
2
矩形应力图的受压区高度,(mm);Asc为钢筋锈蚀后的横截面积,(mm);b 为钢筋混凝土梁的宽度,(mm)。
[0009] 本发明的有益效果是:工艺简单;能有效减少施工工期,减少修复
费用;有效恢复结构的承载性能,承载力的提高的程度在剪跨比低于3.2的梁中尤为显著;通过采用碳纤维布可弥补锈蚀钢筋的截面损失,同时既能防止锈蚀钢筋过早屈服又能在支点间形成较强的拉力;通过给锚固区域充填的环氧树脂和横向包裹的碳纤维布,能有效提高锚固区域钢筋与混凝土之间以及锚固区域碳纤维布与混凝土之间的粘结性能。
附图说明
[0010] 图1为本发明中锈蚀钢筋混凝土梁的立视图;图2为本发明中锈蚀钢筋混凝土梁的平面展开图及锈胀裂缝图;
图3为本发明中梁底面锚固区域内环氧树脂充填点的分布图;
图4为本发明
中底面及锚固区域的碳纤维布的粘结区域和非粘结区域的示意图;
图5为本发明中修复加固后的锈蚀钢筋混凝土梁的立视图;
图6为本发明中左跨锈蚀钢筋混凝土梁中的“拱效应”的示意图;
图中各标号:1为钢筋混凝土梁的侧面、2为钢筋混凝土梁的底面、3为钢筋、4为锈胀裂缝、5为支点、6为锚固区域、7为支点间区域、8为充填点、9为覆盖于梁底面的碳纤维布、10为粘结区域、11为非粘结区域、12为包裹于锚固区域的碳纤维布、13为外荷载作用点、14为荷载传递路径。
具体实施方式
[0011]
实施例1:如图1-6所示,一种基于拱效应的锈蚀钢筋混凝土梁的修复加固方法,所述方法的具体步骤如下:A、将底面处锚固区域的锈胀裂缝处10mm宽的区域内的混凝土表面清除干净;
B、将锈胀裂缝每隔25mm设置一充填口,以低压充填法将环氧树脂由预留的充填口充填入锚固区域内的锈胀裂缝的内部,并进行养护;
C、将厚度为hfib的碳纤维布覆盖于锚固区域的底面和支点间区域的底面,并以环氧树脂为粘结剂,将且仅将位于锚固区域的碳纤维布粘结在钢筋混凝土梁的底面;
D 、将1层碳纤维布包裹在钢筋混凝土梁锚固区域的顶面、两个侧面及粘有碳纤维布的锚固区域的底面,并以环氧树脂为粘结剂,将碳纤维布和锚固区域四周粘住。
[0012] 所述步骤C中,碳纤维布的厚度计算公式为 ;式中:hfib为需粘附的碳纤维布的厚度,(mm); 为应力折减系数; 、fy和ffib分别为混凝土的抗压强度、2
钢筋的抗拉强度和碳纤维布的抗拉强度,(N/mm);x 为钢筋混凝土梁的矩形应力图的受压
2
区高度,(mm);Asc为钢筋锈蚀后的横截面积,(mm);b为钢筋混凝土梁的宽度,(mm)。 实施例2:如图1-6所示,一种基于拱效应的锈蚀钢筋混凝土梁的修复加固方法,所述方法的具体步骤如下:
A、将底面处锚固区域的锈胀裂缝处10mm宽的区域内的混凝土表面清除干净;
B、将锈胀裂缝每隔35mm设置一充填口,以低压充填法将环氧树脂由预留的充填口充填入锚固区域内的锈胀裂缝的内部,并进行养护;
C、将厚度为hfib的碳纤维布覆盖于锚固区域的底面和支点间区域的底面,并以环氧树脂为粘结剂,将且仅将位于锚固区域的碳纤维布粘结在钢筋混凝土梁的底面;
D 、将2层碳纤维布包裹在钢筋混凝土梁锚固区域的顶面、两个侧面及粘有碳纤维布的锚固区域的底面,并以环氧树脂为粘结剂,将碳纤维布和锚固区域四周粘住。
[0013] 所述步骤C中,碳纤维布的厚度计算公式为 ;式中:hfib为需粘附的碳纤维布的厚度,(mm); 为应力折减系数; 、fy和ffib分别为混凝土的抗压强度、2
钢筋的抗拉强度和碳纤维布的抗拉强度,(N/mm);x 为钢筋混凝土梁的矩形应力图的受压
2
区高度,(mm);Asc为钢筋锈蚀后的横截面积,(mm);b为钢筋混凝土梁的宽度,(mm)。
[0014] 实施例3:如图1-6所示,一种基于拱效应的锈蚀钢筋混凝土梁的修复加固方法,所述方法的具体步骤如下:A、将底面处锚固区域的锈胀裂缝处10mm宽的区域内的混凝土表面清除干净;
B、将锈胀裂缝每隔50mm设置一充填口,以低压充填法将环氧树脂由预留的充填口充填入锚固区域内的锈胀裂缝的内部,并进行养护;
C、将厚度为hfib的碳纤维布覆盖于锚固区域的底面和支点间区域的底面,并以环氧树脂为粘结剂,将且仅将位于锚固区域的碳纤维布粘结在钢筋混凝土梁的底面;
D 、将1层碳纤维布包裹在钢筋混凝土梁锚固区域的顶面、两个侧面及粘有碳纤维布的锚固区域的底面,并以环氧树脂为粘结剂,将碳纤维布和锚固区域四周粘住。
[0015] 所述步骤C中,碳纤维布的厚度计算公式为 ;式中:hfib为需粘附的碳纤维布的厚度,(mm); 为应力折减系数; 、fy和ffib分别为混凝土的抗压强度、钢筋的抗拉强度和碳纤维布的抗拉强度,(N/mm2);x 为钢筋混凝土梁的矩形应力图的受压区高度,(mm);Asc为钢筋锈蚀后的横截面积,(mm2);b为钢筋混凝土梁的宽度,(mm)。 [0016] 其中,梁的锚固区域6即环氧树脂的充填区域,梁的支点间区域7即环氧树脂的非充填区域,粘结区域10即用粘结剂将位于锚固区域内的覆盖于底面上的碳纤维布和混凝土相粘结,非粘结区域11即位于支点区域内的覆盖于底面上的碳纤维布和混凝土之间相互分离,包裹于锚固区域的碳纤维布12与侧面的混凝土和底面的碳纤维布之间相粘结。
[0017] 上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明,但是本发明并不限于上述实施方式,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。