抑制嵌贴FRP加固混凝土结构端部保护层剥离的方法专利检索-维修或加固现有桥梁的方法或设备专利检索查询-专利查询网

抑制嵌贴FRP加固混凝土结构端部保护层剥离的方法
申请号	CN202311730229.6	申请日	2023-12-15	公开(公告)号	CN117661479A	公开(公告)日	2024-03-08
申请人	长沙理工大学;			发明人	彭晖; 周吉祥; 孔烜; 朱慈祥; 李少芳; 丑佳璇;
摘要	本发明提供一种抑制嵌贴FRP加固混凝土结构端部保护层剥离的方法。所述抑制嵌贴FRP加固混凝土结构端部保护层剥离的方法包括：提供U型钢板、环氧树脂和FRP板；FRP板包括表面粘贴段和位于所述表面粘贴段两端的端部嵌贴段；将被加固的混凝土结构的受拉侧两个端部开混凝土槽；将U型钢板贴装在槽中；将FRP板的表面粘贴段贴装在混凝土结构的受拉侧表面，且将所述FRP板的两个端部嵌贴段分别伸入两端对应的混凝土槽中；在所述混凝土槽中填充环氧树脂以覆盖所述端部嵌贴段。本发明引入更大范围的混凝土参与锚固预应力 FRP，显著减小了FRP粘结端部由于荷载或预应力引起的应力集中，抑制了混凝土保护层剥离破坏。
权利要求	1.一种抑制嵌贴FRP加固混凝土结构端部保护层剥离的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，提供U型钢板、环氧树脂胶粘剂和FRP板；FRP板包括表面粘贴段和位于所述表面粘贴段两端的端部嵌贴段；步骤二，将被加固混凝土结构的受拉侧的两个端部开设深度小于混凝土保护层厚度的混凝土槽，混凝土槽尺寸大于U形钢板，以使U形钢板能完全放入槽中；步骤三，将U型钢板贴装在混凝土槽中；步骤四，将FRP板的表面粘贴段贴装在混凝土结构的受拉侧表面，且将所述FRP板的两个端部嵌贴段分别伸入对应的混凝土槽中；如果是使用预应力FRP板加固，则对FRP板施加完预应力后，实施上述步骤；步骤五，在所述混凝土槽中填充环氧树脂胶粘剂以覆盖所述端部嵌贴段。 2.根据权利要求1所述的抑制嵌贴FRP加固混凝土结构端部保护层剥离的方法，其特征在于，将所述混凝土槽的长度方向依次分为第一区、重叠区、延伸区和第二区，所述第一区靠近混凝土结构的中部设置，所述端部嵌贴段伸入第一区和重叠区中，并在所述第一区和重叠区中填充环氧树脂胶粘剂。 3.根据权利要求2所述的抑制嵌贴FRP加固混凝土结构端部保护层剥离的方法，其特征在于，所述U型钢板贴在混凝土槽内重叠区和延伸区中。 4.根据权利要求3所述的抑制嵌贴FRP加固混凝土结构端部保护层剥离的方法，其特征在于，重叠区和延伸区之间的交界线位于U型钢板的中点线，所述端部嵌贴段FRP板的末端位于所述U型钢板的中点线上。 5.根据权利要求1所述的抑制嵌贴FRP加固混凝土结构端部保护层剥离的方法，其特征在于，所述FRP板的表面粘贴段的长度大于端部嵌贴段的长度；所述端部嵌贴段包括连接于表面粘贴段的斜嵌段、及自所述斜嵌段向远离表面粘贴段延伸的平嵌段；所述平嵌段与表面粘贴段平行。 6.根据权利要求1所述的抑制嵌贴FRP加固混凝土结构端部保护层剥离的方法，其特征在于，步骤三中，在U形钢板外表面和混凝土槽壁涂抹胶粘剂，再将U形钢板贴装在U型槽中。 7.根据权利要求1所述的抑制嵌贴FRP加固混凝土结构端部保护层剥离的方法，其特征在于，所述FRP板位于混凝土槽深度方向的中间。 8.根据权利要求1所述的抑制嵌贴FRP加固混凝土结构端部保护层剥离的方法，其特征在于，所述U型钢板的板厚大于或等于2mm。 9.根据权利要求1所述的抑制嵌贴FRP加固混凝土结构端部保护层剥离的方法，其特征在于，步骤一中，计算不装U形钢板条件下，端部嵌贴段区域混凝土槽壁的受拉应力，再根据计算得到的受拉应力确定U型钢板的长度。 10.根据权利要求1所述的抑制嵌贴FRP加固混凝土结构端部保护层剥离的方法，其特征在于，所述混凝土结构为钢筋混凝土结构或预应力混凝土结构，步骤二中，混凝土槽深度不超过结构混凝土保护层厚度。
说明书全文	抑制嵌贴FRP加固混凝土结构端部保护层剥离的方法技术领域 [0001] 本发明涉及混凝土结构的加工技术领域，尤其涉及一种抑制嵌贴FRP加固混凝土结构端部保护层剥离的方法。背景技术 [0002] 由于交通量及车辆荷载的迅猛增长，服役桥梁性能退化和安全性下降的问题日益突出，使得对桥梁的服役安全提出了更高的要求，新型桥梁加固技术急需得到开发和应用。 [0003] 基于纤维增强复合材料（FRP）的桥梁加固技术相比传统混凝土桥梁加固方法具有较多优势，如，FRP比强度高，几乎不增大被加固结构的重量；耐腐蚀性好，能适应沿海等恶劣环境中的混凝土结构加固；加固效率高，环氧树脂胶粘剂三天即可达到设计强度的80%。诸多优点使得基于FRP的加固技术被广泛应用于混凝土结构中，尤其是混凝土桥梁的加固中，并取得了良好的效果。 [0004] 但FRP弹性模量相对其强度较低，因此加固混凝土结构时，其高强材料性能难以发挥，需要对其施加预应力。 [0005] 目前可行的预应力FRP加固方法主要有表面粘贴和表层嵌贴两种方式：其中，表面粘贴预应力FRP加固方法施工方便，但FRP与混凝土结构为单面粘结，粘结能力有限，对于FRP板等拉伸刚度较大的材料，FRP与混凝土之间的粘结无法抵抗预应力实现对FRP的锚固，同时FRP容易发生剥离。因此，往往需要设置FRP永久锚具来锚固预应力FRP并抑制FRP和混凝土剥离破坏，由此增加了成本。 [0006] 表层嵌贴是将FRP筋或板条张拉施加预应力后嵌入混凝土保护层的预开槽中，再用胶粘剂粘结将FRP与混凝土结构固定。与表面粘贴相比，表层嵌贴极大扩展了FRP与混凝土结构之间的粘结面积，提高了粘结能力，从而能仅靠粘结实现对预应力FRP的锚固，不再需要设置FRP永久锚具，极大降低了加固成本。但该方式需要在混凝土结构的保护层内开设与FRP长度相当的槽，开槽长度和面积较大，对于跨度和宽度较大的桥梁，显著增加了加固施工的工作量和难度，且存在施工时的安全问题。为此，一种端部嵌贴预应力FRP加固混凝土梁的新方法被提了出来。这种加固技术是结合了表面粘贴和表层嵌贴两种加固方法。端部嵌贴预应力FRP加固的混凝土结构中，FRP粘结区间包括表面粘贴段和端部嵌贴段，其中表贴段覆盖了绝大部分FRP粘结长度，仅靠近结构端部的一小段长度区域内为端部嵌贴段。表贴段FRP粘贴于混凝土构件受拉区表面，并在梁端通过斜嵌段导入平嵌段嵌贴于混凝土槽中。这种构造形式一方面大幅减小了开槽工作量和对结构的损伤；另一方面端部嵌贴段提供了充分粘结能力能够有效锚固预应力FRP而无需设置机械锚具，显著减小了施工难度和成本。 [0007] 由于预应力在FRP端部位置的混凝土槽壁引起极大的应力集中，表层嵌贴预应力FRP加固的混凝土结构容易发生端部混凝土保护层剥离破坏。端部嵌贴预应力FRP加固技术虽然设置了FRP弯折的构造，一定程度阻碍了拉伸应力向FRP端部的传递，减小了发生混凝土保护层剥离破坏的风险，但FRP板刚度或预应力水平过大时，或者FRP端部截面的弯矩剪力过大时，仍有相当可能发生这一破坏，造成被加固结构过早失效，加固效果无法充分发挥。另一方面，FRP刚度和预应力过大也可能引起混凝土槽壁被撕裂的内聚破坏，导致混凝土对预应力FRP的粘结锚固失效。为避免嵌贴预应力FRP加固结构的端部混凝土保护层剥离破坏，多种锚固构造或措施被提了出来，如在FRP板端部粘贴FRP布U形箍，但这种措施只适用于截面较窄的梁结构如T梁或矩形梁，对于截面较宽的箱梁或板梁不适用；又如化学锚栓+钢压板的锚固构造，这种构造应用于配筋较密结构或截面较窄结构可能遇到化学植筋困难，并且暴露在外的钢压板易锈蚀存耐久性风险。 [0008] 为避免表层嵌贴和端部嵌贴预应力FRP加固结构发生混凝土保护层剥离破坏，研究了一种简单方便、成本低廉、在加固混凝土结构的开槽过程中就能完成的，能够有效抑制嵌贴FRP加固混凝土结构端部保护层剥离的方法，可以极大地提高嵌贴预应力FRP加固混凝土结构的极限承载力，并充分利用FRP板的高强性能。发明内容 [0009] 本发明的目的在于提供一种抑制嵌贴FRP加固混凝土结构端部保护层剥离的方法，实现对嵌贴FRP加固混凝土结构可能发生的FRP粘结端部混凝土保护层剥离破坏的抑制，保证被加固结构性能有效提升。 [0010] 本发明的技术方案是：一种抑制嵌贴FRP加固混凝土结构端部保护层剥离的方法，包括如下步骤：步骤一，提供U型钢板、环氧树脂和FRP板；FRP板包括表面粘贴段和位于所述表面粘贴段两端的端部嵌贴段；步骤二，将被加固混凝土结构的受拉侧的两个端部开设深度小于混凝土保护层厚度的混凝土槽，混凝土槽尺寸大于U形钢板，以使U形钢板能完全放入槽中；步骤三，将U型钢板贴装在混凝土槽中；步骤四，将FRP板的表面粘贴段贴装在混凝土结构的受拉侧表面，且将所述FRP板的两个端部段分别伸入对应的混凝土槽中；步骤五，在所述混凝土槽中填充环氧树脂胶粘剂以覆盖所述端部嵌贴段。 [0011] 优选的，将所述混凝土槽的长度方向依次分为第一区、重叠区、延伸区和第二区，所述第一区靠近混凝土结构的中部设置，所述端部嵌贴段伸入第一区和重叠区中，并在所述第一区和重叠区中填充环氧树脂。 [0012] 优选的，所述U型钢板贴装在重叠区和延伸区中。 [0013] 优选的，重叠区和延伸区之间的交界线位于U形钢板的中点线，所述端部嵌贴段的末端位于所述U形钢板的中点线上。 [0014] 优选的，所述表面粘贴段的长度大于端部嵌贴段的长度；所述端部嵌贴段包括连接于表面粘贴段的斜嵌段、及自所述斜嵌段向远离中间粘贴段延伸的平嵌段；所述平嵌段与表面粘贴段平行。 [0015] 优选的，步骤三中，在U形钢板外表面和混凝土槽壁涂抹胶粘剂，再将U形钢板贴装在U型槽中。 [0016] 优选的，所述FRP板位于U型槽高度方向的中间。 [0017] 优选的，所述U形钢板的板厚大于或等于2mm。 [0018] 优选的，步骤一中，计算混凝土结构的受拉应力，再根据计算的受拉应力计算U形钢板的长度。 [0019] 优选的，所述混凝土结构为钢筋混凝土或预应力混凝土结构，步骤二中，混凝土槽深度不超过所在位置的混凝土保护层厚度。 [0020] 与相关技术相比，本发明的有益效果为：一、本发明通过在FRP粘结端部的混凝土槽内贴装U形钢板，引入更大长度范围内的混凝土参与锚固预应力FRP，显著减小了FRP粘结端部位置处混凝土承受的集中应力，从而抑制了端部混凝土保护层发生剥离破坏的风险。 [0021] 二、本发明通过贴装厚度不小于2mm的U形钢板，使得FRP传递至混凝土的剪切和拉伸应力被进行了有效分散，显著减小了槽壁混凝土发生内聚破坏的风险。 [0022] 三、本发明将U形钢板贴装于混凝土槽内，钢板完全被混凝土和环氧树脂胶粘剂保护，不暴露于自然环境中，避免了加固混凝土桥梁时长期环境作用下U形钢板易锈蚀失效的风险。附图说明 [0023] 图1为本发明提供的抑制嵌贴FRP加固混凝土结构的立体且为一端的局部示意图；图2为本发明提供的抑制嵌贴FRP加固混凝土结构的侧视示意图；图3为本发明提供的抑制嵌贴FRP加固混凝土结构的俯视示意图；图4为混凝土结构的受力示意图。具体实施方式 [0024] 以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。 [0025] 如图1所示，本实施例提供的一种抑制嵌贴FRP加固混凝土结构端部保护层剥离的方法包括如下步骤：步骤S1，提供U形钢板3、环氧树脂胶粘剂5和FRP板4。如图4所示，所述FRP板包括表面粘贴段41和位于所述表面粘贴段41两端的端部嵌贴段。所述表面粘贴段41的长度大于端部嵌贴段的长度。所述端部嵌贴段为折弯结构，具体包括连接于表面粘贴段41的斜嵌段42、及自所述斜嵌段42向远离表面粘贴段延伸的平嵌段43。所述平嵌段43与表面粘贴段41平行。混凝土结构1为钢筋混凝土。 [0026] 所述U形钢板3板厚度不小于2mm，U形钢板3长度根据预应力FRP板4的拉伸刚度和结构混凝土强度、混凝土槽壁厚度确定，高度和宽度略小于嵌贴FRP板4加固时在混凝土结构保护层中所开的混凝土槽2的截面尺寸，以使U形钢板3能被完整放入U型槽2中。 [0027] 步骤S2，将混凝土结构1的受拉侧的两个端部开设混凝土槽2。混凝土槽2尺寸大于U形钢板，以使U形钢板能完全放入槽中，且混凝土槽2的底部开设至混凝土结构1内部箍筋的表面。如图4所示，将所述混凝土槽的长度方向依次分为第一区21、重叠区22、延伸区23和第二区24。所述第一区21靠近混凝土结构1的中部设置。重叠区22和延伸区23的长度相等，两者长度之和等于U形钢板3的长度。 [0028] 步骤S3，将U形钢板3放入混凝土槽2的重叠区22和延伸区23，使重叠区22和延伸区23之间的交界线位于U形钢板3的中点线。并在U形钢板3和混凝土槽2的内壁之间填充胶粘剂，胶粘剂固化后将U形钢板3与混凝土槽2粘结固定。 [0029] 所述U形钢板3能使FRP板4端部混凝土中的应力集中得到分散，避免混凝土保护层因应力集中而剥离破坏，并保证混凝土不会因受到过大拉应力而发生内聚破坏的构造措施。 [0030] 步骤S4，将FRP板4的表面粘贴段41贴装在混凝土结构1的受拉侧表面，且将所述FRP板的两个端部嵌贴段（斜嵌段42和平嵌段43）分别埋入对应的混凝土槽2中，其中，斜嵌段42位于第一区21，平嵌段43同时位于第一区21和重叠区22中。如图2所示，所述FRP板4位于U型槽2高度方向的中间。 [0031] 步骤S5，在所述混凝土槽2的第一区21和重叠区22中填充环氧树脂5以覆盖所述端部嵌贴段（如图3、图4所示）。延伸区23和第二区24不填环氧树脂5（如图3所示）。 [0032] 通过所述U形钢板3对FRP板4的端部锚固，抵抗由FRP板4引起的抗剪应力，从而显著减小了平嵌段43处的混凝土保护层承受的应力集中。 [0033] 通过所述U形钢板3分散FRP板4的端部应力集中，再由环氧树脂5传递至混凝土结构1的中部，抑制混凝土结构1端部的剥离破坏，并充分利用FRP板4的材料的抗拉强度，增大了被加固的混凝土结构1的受力性能。 [0034] 本发明能避免被加固结构的混凝土保护层发生剥离破坏，其为一种简单有效、成本低廉、在加固混凝土结构的开槽过程中就能完成的一种构造措施。可以极大程度地提高嵌贴预应力FRP加固混凝土结构的极限承载力，并充分利用FRP板的高强性能。 [0035] 另外，采用本发明对混凝土结构加固后进行了相应的试验，试验结果如表1所示。 [0036] 表 1试件参数及试验结果以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

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