混凝土梁的抗弯加固结构及方法 |
|||||||
| 申请号 | CN201910356851.2 | 申请日 | 2019-04-29 | 公开(公告)号 | CN109989338B | 公开(公告)日 | 2024-03-12 |
| 申请人 | 华北水利水电大学; | 发明人 | 刘桂荣; 曲福来; 刘中良; 许哲; 王旭; 张金楷; 赵顺波; | ||||
| 摘要 | 本 发明 属于 土木工程 技术领域。一种 混凝土 梁的抗弯加固结构，布设在混凝土梁的梁体中，包括第一嵌槽、第二嵌槽和固定设于所述第二嵌槽内的锚具，第一嵌槽开设在所述梁体其中一侧面上；所述第二嵌槽间隔布设在所述第一嵌槽上；匹配嵌设于所述第一嵌槽内的加固条；所述加固条匹配夹紧固定在所述锚具中，且所述加固条通过所述锚具 支撑 设置在所述梁体的嵌槽内。还公开了一种混凝土梁的抗弯加固方法。本 申请 其结构设计合理， 稳定性 好，能够大大提高产品的耐久性和可操作性，优化加固效果，提高 钢 筋混凝土梁的承载能 力 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种混凝土梁的抗弯加固结构，布设在混凝土梁的梁体中，其特征在于，包括： |
||||||
| 说明书全文 | 混凝土梁的抗弯加固结构及方法技术领域背景技术[0002] 近年来，随着碳纤维材料制造工艺的不断完善，使碳纤维板加固工程的成本大幅降低，基于其轻质高强的材料性能，在加固领域得到了广泛的应用。当前，最常用的方法有外贴法和内嵌法两种。其中，外贴式CFRP片材加固技术现今比较成熟，结构加固技术行业标准及规范大都是针对该项技术颁布的，是目前实际工程中最多采用的一种碳纤维加固方式。然而，采用外贴CFRP板法进行加固极易受到人为或环境的影响而造成破坏，例如在现有的混凝土桥梁中，每天来往车辆非常繁多，桥面板表面的CFRP板极易受到轮胎的过往摩擦和冲击的影响而发生破坏。内嵌式加固法是CFRP片材加固混凝土结构的一种新的应用形式，其原理是在钢筋混凝土构件表面开槽，将加固材料嵌入槽中，利用粘结剂使其与构件结合紧密，达到加固和补强的目的。相对于外贴法，内嵌式加固法与原构件的粘结性能更好，尤其能避免材料裸露在外受到人为或环境破坏。但这种加固法对粘结材料性能要求较高，对开槽尺寸和工艺要求严格(槽宽不小于3倍加固材料厚度)，CFRP片材与混凝土之间的黏结锚固质量得不到有效保证，加载后容易在混凝土开槽界面产生剥离破坏。 发明内容[0003] 本发明的目的是针对上述存在的问题和不足，提供一种混凝土梁的抗弯加固结构及方法，其结构设计合理，稳定性好，能够大大提高产品的耐久性和可操作性，优化加固效果，提高钢筋混凝土梁的承载能力。为达到上述目的，所采取的技术方案是： [0004] 一种混凝土梁的抗弯加固结构，布设在混凝土梁的梁体中，包括：第一嵌槽，开设在所述梁体其中一侧面上；第二嵌槽，所述第二嵌槽间隔布设在所述第一嵌槽上；匹配嵌设于所述第一嵌槽内的加固条；以及固定设于所述第二嵌槽内的锚具，所述加固条匹配夹紧固定在所述锚具中，且所述加固条通过所述锚具支撑设置在所述梁体的嵌槽内。 [0005] 根据本发明混凝土梁的抗弯加固结构，优选地，所述锚具包括：第一夹持板；第二夹持板，所述加固条匹配设置于所述第一夹持板和所述第二夹持板之间；以及紧固件，所述紧固件连接两夹持板，并夹紧所述加固条。 [0006] 根据本发明混凝土梁的抗弯加固结构，优选地，在所述第一夹持板和所述第二夹持板的背面均设置有截面呈半圆的凸台，所述凸台与所述第二嵌槽匹配贴合；所述第一夹持板和所述第二夹持板的相对的夹持面上均设置有防滑齿牙；所述加固条纵向设置在所述第一嵌槽内。 [0007] 根据本发明混凝土梁的抗弯加固结构，优选地，所述锚具粘结设置在所述第二嵌槽内；或/和所述锚具通过锁紧螺钉顶撑在所述第二嵌槽内，所述锚具上的多个锁紧螺钉，所述锁紧螺钉倾斜设置，且所述锁紧螺钉的端部与所述第二嵌槽的顶撑。 [0009] 根据本发明混凝土梁的抗弯加固结构，优选地，所述锚具通过固紧组件顶撑设置在所述第二嵌槽内，所述固紧组件包括：限位卡槽，其设置在所述第二嵌槽侧壁上，且所述限位卡槽靠近所述第一嵌槽设置；放置槽，其设置在所述第一嵌槽底部，所述放置槽与所述限位卡槽对接；以及设置在所述锚具底部的卡台，所述卡台通过放置槽后旋转，放入所述限位卡槽中。 [0010] 根据本发明混凝土梁的抗弯加固结构，优选地，所述加固条和所述锚具的外端均不高出梁体侧面。 [0011] 根据本发明混凝土梁的抗弯加固结构，优选地，所述加固条为碳纤维加固条，所述加固条的厚度为0.5mm～4mm，宽度为20mm～40mm，长度为1500mm～9000mm。 [0012] 根据本发明混凝土梁的抗弯加固结构，优选地，相邻两所述第二嵌槽之间的距离为100mm～400mm。 [0013] 一种混凝土梁的抗弯加固方法，采用上述混凝土梁的抗弯加固结构进行混凝土梁的加固，具体包括以下步骤： [0014] 在混凝土梁的梁体底面开设第一嵌槽和第二嵌槽，对嵌槽进行清灰、干燥处理； [0015] 在所述加固条上预装配锚具； [0016] 调整相应锚具位置，并完成锚具与所述加固条的固紧，依次完成各锚具与第二嵌槽的支撑固定，使得所述加固条展平布设在所述第一嵌槽内； [0017] 对所述第一嵌槽和所述第二嵌槽的表面缝隙进行填充、整平。 [0018] 采用上述技术方案，所取得的有益效果是： [0019] ①本发明混凝土梁的抗弯加固结构及方法，采用内嵌圆形锚具夹持碳纤维板条进行加固，利用锚具的夹持力，改变了碳纤维板条与混凝土的黏结传力方式，无需对开槽宽度进行严格的要求。能够避免涂胶不均匀、粘结材料性能等不利因素的影响，从而大幅度降低控制开槽尺寸等施工难度，其实质为将碳纤维板表面的黏结力转变为直接、可靠的机械咬合力，增加了实际工程应用的可操作性、可靠性及耐久性。并且锚具夹持能够避免传统粘结材料的凝固时间，加快施工进度，避免粘结材料老化带来的黏结力下降的问题。 [0020] ②本发明纵向粘贴的碳纤维板条作用相当于多层碳纤维布的加固效果，减少了粘贴次数，提高工作效率，解决了传统的碳纤维板条只能平贴的布置形式，使得碳纤维板条的布置形式取得更为突出的有益效果；进而使得本申请的结构能够进行不同的形式的选择，便于针对不同的施工情况合理应用相应的碳纤维板条的横向或纵向布置形式。 [0021] ③本发明混凝土梁的抗弯加固机构不占空间，不增加结构的附加荷载，加固效果显著，有效地提高了梁的抗弯承载能力、刚度、延性和整体性，从而达到了提高结构抗弯性能的目的，加固方法施工简单快捷，适用于需提高承载力的钢筋混凝土梁加固工程，应用范围广泛。 [0022] ④本发明在混凝土梁上的施工深度浅，不会对内部的结构、以及混凝土梁的整体造成影响，且在整个受力过程中，使得锚具、碳纤维板条和混凝土梁形成统一的整体，使得碳纤维板条的抗拉伸作用力直接通过锚具作用于混凝土梁上，且呈现多点分布，而非单纯的作用于两端或者依靠粘结力实现加固。附图说明 [0023] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下文中将对本发明实施例的附图进行简单介绍。其中，附图仅仅用于展示本发明的一些实施例，而非将本发明的全部实施例限制于此。 [0024] 图1为根据本发明实施例的混凝土梁的抗弯加固结构的结构示意图之一，其示出了加固条纵向设置、锚具粘结的结构。 [0025] 图2为根据本发明实施例的第一夹持板或第二夹持板的结构示意图之一，其示出了锚具的一种结构。 [0026] 图3为图2的仰视结构示意图，其示出了防滑齿牙的布置结构。 [0027] 图4为图2的左视结构示意图，其示出了半圆形的凸台结构。 [0028] 图5为根据本发明实施例的混凝土梁的抗弯加固结构的结构示意图之二，其示出了加固条纵向设置、锚具通过锁紧螺钉顶撑固定在第二嵌槽中的结构。 [0029] 图6为根据本发明实施例的混凝土梁的抗弯加固结构的结构示意图之三，其示出了加固条横向平贴设置、锚具通过锁紧螺钉顶撑固定在第二嵌槽中的结构。 [0030] 图7为根据本发明实施例的锚具的第一夹持板和第二夹持板的结构示意图之二，其示出了锚具的另一种结构。 [0031] 图8为图6中A‑A向结构示意图，示出了锁紧螺钉的结构示意图。 [0032] 图9为根据本发明实施例的混凝土梁的抗弯加固结构的结构示意图之四，其示出了带有卡台的锚具结构。 [0033] 图10为根据本发明实施例的第一嵌槽和第二嵌槽的结构示意图，其示出了限位卡槽和放置槽的位置关系。 [0034] 图11为图10中B‑B向结构示意图。 [0035] 图12为根据本发明实施例的锚具的第一夹持板的结构示意图之三，其示出了卡台的位置。 [0036] 图13为图12中C‑C向结构示意图，其示出了卡台的结构。 [0037] 图中序号： [0038] 100为第一嵌槽； [0039] 200为第二嵌槽； [0040] 300为锚具、301为第一夹持板、302为第二夹持板、303为凸台、304为防滑齿牙、305为锁止槽、306为锁紧螺钉、307为限位卡槽、308为放置槽、309为卡台、310为紧固孔、311为紧固件； [0041] 400为加固条； [0042] 500为梁体。 具体实施方式[0043] 为了使得本发明的技术方案的目的、技术特征和技术效果更加清楚，下文中将结合本发明具体实施例的附图，对本发明实施例的示例方案进行清楚、完整地描述。 [0044] 参见图1‑图13，本申请公开了一种混凝土梁的抗弯加固结构，其布设在混凝土梁的梁体500中，包括第一嵌槽100、第二嵌槽200、匹配嵌设于第一嵌槽100内的加固条400和固定设于第二嵌槽200内的锚具300，第一嵌槽100开设在梁体500其中一侧面上；第二嵌槽200间隔布设在第一嵌槽100上；加固条400匹配夹紧固定在锚具300中，且加固条400通过锚具300支撑设置在梁体500的嵌槽内。 [0045] 本实施例中给出了多种不同的形式，其分为两类，一类以加固条的纵向布置或横向平贴布置形式进行区分不同的实施例形式；另一类是通过不同的固定结构进行区分不同的实施例形式。 [0046] 参见图1‑图4，其示出了一种抗弯加固结构，具体的是通过加固条的纵向设置，相当于加固条与混凝土梁的梁体垂直设置，其中锚具300包括第一夹持板301、第二夹持板302和紧固件310，加固条400匹配设置于第一夹持板301和第二夹持板302之间；紧固件311连接两夹持板，并夹紧加固条400。其中，在第一夹持板301和第二夹持板302的背面均设置有截面呈半圆的凸台303，凸台303与第二嵌槽200匹配贴合固定；在第一夹持板301和第二夹持板302的相对的夹持面上均设置有防滑齿牙304。 [0047] 对于该实施形式，其通过在第二嵌槽200内均匀涂抹粘结胶，使得锚具粘结固定在第二嵌槽200内。 [0048] 如图5所示，还可以将锚具300通过锁紧螺钉306顶撑在第二嵌槽200内，锚具300上的多个锁紧螺钉306，锁紧螺钉306倾斜设置，且锁紧螺钉306的端部与第二嵌槽200的顶撑，为了保障顶撑的稳定性，在第二嵌槽200的侧壁设置锁止槽305，锁紧螺钉306内端部与锁止槽305匹配对应。 [0049] 上述粘结和锁紧螺钉的顶撑固定结构可以单独进行使用，也可以既使用粘结胶粘结，又使用锁紧螺钉进行顶撑。 [0050] 本申请的施工目的是避免常规内嵌法对开槽尺寸的限制，采用机械锚具保障加固条与混凝土梁的抗拉受力均匀一致，实现整体均匀受力，并安装方便，施工效率高。因此对于第一嵌槽和第二嵌槽的开设，均相对较为方便，当需要进行锁止槽的施工时，仅需通过电钻对第二嵌槽的相应位置进行局部钻进即可，方便快捷。 [0051] 图6‑图8，其示出了另一种抗弯加固结构，其加固条采用平贴形式，其第一夹持板和第二夹持板固定，在第一夹持板上设置有四个倾斜的螺孔，用于设置锁紧螺钉，该结构也可以单独采用粘结固定、或者单独采用锁紧螺钉进行固定，还可以通过二者的组合进行锚具与第二嵌槽的固定。 [0052] 图9‑图13，示出了卡箍形式的结构，其锚具300通过固紧组件顶撑设置在第二嵌槽200内，固紧组件包括限位卡槽307、放置槽308和设置在锚具底部的卡台309，限位卡槽307设置在第二嵌槽200侧壁上，且限位卡槽307靠近第一嵌槽100设置；放置槽308设置在第一嵌槽100底部，放置槽308与限位卡槽307对接；卡台309通过放置槽308后旋转，放入限位卡槽307中，卡台的结构可以是锥面结构，方便进行加工，即通过电钻倾斜钻进即可，不会造成加工难度大的问题。 [0053] 当该结构不使用粘结胶时，其装配的方式相对简单，仅需要在施工过程中对锚具进行旋转即可，在完成加固条的夹持后，通过加持条可以限制锚具反向旋转脱离限位卡槽，整体的施工相对简单；当需要配合粘结胶施工时，无需等待粘结胶粘合锚具，能够大大提高施工效率和稳定性，在加固条受到拉伸作用力的情况下，由锚具与混凝土梁之间的作用力实现力的分散，而不单单通过粘结力实现抗拉，能够保障抗弯加固结构的稳定性。 [0054] 在上述各个实施例中，抗弯加固结构施工完成后，加固条400和锚具300的外端均不高出梁体500侧面。 [0055] 本实施例中的加固条为碳纤维加固条，加固条的厚度为0.5mm～4mm，宽度为20mm～40mm，长度为1500mm～9000mm；相邻两第二嵌槽之间的距离为100mm～400mm；锚具的直径为20mm～40mm，长度为40mm～60mm；第一嵌槽的开槽宽度为2mm～5mm，深度为30mm～50mm，第一嵌槽的长度略大于嵌入的加固条的长度；第二嵌槽的直径为20mm～40mm，深度为40mm～60mm。 [0056] 下面结合具体的施工情况，给出一种具体的施工尺寸(以图1的抗弯加固结构为例)： [0057] 混凝土梁的尺寸为b×h×l＝150mm×300mm×2700mm，选用C30混凝土，受拉钢筋为2根直径为16mm的HRB400型钢筋,架立筋为2根直径为10mm的HRB400型钢筋,箍筋选用直径6mm、间距为150mm的HRB400型钢筋，底面尺寸为b×l＝150mm×2700mm。 [0058] 在梁体的底面开槽，第一嵌槽的槽宽2mm，槽深30mm，在设计锚具内嵌位置处钻取芯孔，第二嵌槽的直径25mm，洞深40mm，间距300mm；在芯孔内混凝土表面涂抹粘结胶；将圆形锚具连同夹持的碳纤维加固板条内嵌入所开槽内，碳纤维加固板条厚度1.2mm，宽度20mm，长度1500mm～2400mm，在第二嵌槽内均匀涂抹粘结胶，并使锚具与粘结胶充分接触，确保锚具位置固定。 [0059] 根据上述的混凝土梁的抗弯加固机构，锚具直径D为20mm，第一夹持板和第二夹持板的长度L为40mm，有两个紧固孔，紧固孔采用紧固件(螺栓)固定。 [0060] 本申请还公开了一种混凝土梁的抗弯加固方法，采用上述混凝土梁的抗弯加固结构进行混凝土梁的加固，具体包括以下步骤： [0061] 在混凝土梁的梁体底面开设第一嵌槽和第二嵌槽，对嵌槽进行清灰、干燥处理； [0062] 在加固条上预装配锚具； [0063] 调整相应锚具位置，并完成锚具与加固条的固紧，依次完成各锚具与第二嵌槽的支撑固定，使得加固条展平布设在第一嵌槽内,本实施例中通过将加固条纵向设置在第一嵌槽内，一方面能够充分发挥加固条的抗拉性能，另一方面能够减少开槽宽度，优化与混凝土梁之间的力学性能； [0064] 对第一嵌槽和第二嵌槽的表面缝隙进行填充、整平。 [0065] 上述方法中，当采用粘结胶进行固定锚具时，需要配制环氧树脂系胶结剂；刷环氧树脂系胶结剂时厚度均匀，不应出现漏刷或厚度过厚的情况，防止胶体成股流下；刷胶完成后采取防护措施，保证环氧树脂胶结剂表面清洁。涂抹完成后将锚具嵌入第二嵌槽内，同时适当调整碳纤维加固板条的松紧，并进行紧固，等待粘结胶凝固，完成该位置的锚具的固定。 [0066] 当还需要进行其他卡固结构或者锁紧螺钉的设置时，先通过粘结胶的初步固定，在通过锁紧螺钉的紧固，实现物理顶撑固紧。 [0067] 本实施例的开槽深度不会导致箍筋裸露，不会对梁体自身的结构性能造成影响，且整体加固结构完成后，外观形状无变化，不受其他环境因素的影响。 [0068] 根据《混凝土结构设计规范》GB50010‑2010规定，未加固混凝土梁的承载最大弯矩可采用如下公式计算： [0069] ∑X＝0 α1fcbx+f′yA′s＝fyAs [0070] [0071] 经过本发明所述的抗弯加固方法加固，结合《混凝土结构加固设计规范》GB50367‑2013规定，采用如下推导公式计算加固后混凝土梁的承载最大弯矩： [0072] ∑X＝0 αfcbc＝fyAs+EfrpεfbAf [0073] [0074] 测试结果见表1。 [0075] 表1混凝土梁承载最大弯矩测试结果 [0076] [0077] 由表1可以看出：在特定荷载作用下，本发明抗弯加固方法加固的钢筋混凝土梁较传统加固方法承载力有所提升，更节省加固材料，由于采用机械锚固方式，传力更加可靠，无需对开槽尺寸进行严格限定。 [0079] 本文中术语“和/或”表示可以存在三种关系。例如，A和/或B可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。 [0080] 除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似词语并非现定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。 [0081] 上文中参照优选的实施例详细描述了本发明的示范性实施方式，然而本领域技术人员可理解的是，在不背离本发明理念的前提下，可以对上述具体实施例做出多种变型和改型，且可以对本发明提出的各技术特征、结构进行多种组合，而不超出本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈