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混凝土梁的FRP格栅格构式嵌入加固方法
申请号	CN202410203962.0	申请日	2024-02-23	公开(公告)号	CN117868007A	公开(公告)日	2024-04-12
申请人	西安科技大学;			发明人	孙亚民; 王先佩; 任翔; 宋飞;
摘要	一种混凝土梁的FRP格栅格构式嵌入加固方法，包括混凝土梁底板表层处理、混凝土梁底板纵、横向开槽形成格构槽、FRP格栅分层定位并放置在格构槽内、灌注粘结介质及养护。本发明与传统加固方式相比，约束了粘结介质和FRP格栅变形量，有效增加了FRP格栅、混凝土梁底板以及粘结介质之间的粘结性能。此外，通过在FRP格栅端部区域节点布设特殊设计的锚固装置，进一步增强了FRP格栅与混凝土梁之间的粘结，能够有效的抑制传统的FRP嵌入式加固以及FRP格栅表面粘贴加固方式早期脱粘及粘结介质分层的破坏模式，使得FRP材料高强性能在加固实践中的得以充分的利用。本发明提出的加固方法能够有效提升老旧混凝土梁的刚度和承载能力，延长老旧混凝土梁的服役寿命。
权利要求	1.一种混凝土梁的FRP格栅格构式嵌入加固方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.混凝土梁底板表层处理用高压水枪或气枪将混凝土梁底板表面被流水侵蚀钙化及松散的混凝土材料清除掉，对于有涂层的混凝土梁，事先打磨掉混凝土梁底板涂层，用高压水枪冲洗掉混凝土梁底板灰尘，显露出清晰、干净的混凝土梁底板；步骤2.混凝土梁底板纵、横向开槽形成格构槽根据FRP格栅在底混凝土梁板的水平铺设位置，预先在混凝土梁底板上画出开槽轮廓线和锚固孔标记，沿轮廓线按照预设的开槽深度在混凝土梁底板开出纵向、横向交织的格构槽，格构槽以混凝土梁长度方向为纵向，并根据锚固孔标记开设锚固孔，同时在混凝土梁两侧腹板外表面上开设有与格构槽横向槽相连通的凹槽，待开槽结束后使用鼓风机清理残余的混凝土碎屑；步骤3.FRP格栅层分层固定并放置在格构槽内先将至少1层的FRP格栅层通过锚固定位件逐层固定后形成FRP格栅组件，两层以上的FRP格栅层之间间隔一定距离，再在格构槽和腹板凹槽及锚固孔内涂刷一层粘结介质层，粘结介质层的厚度大于FRP格栅层的厚度将FRP格栅组件放置在格构槽内，使锚固定位件的锚固螺栓位于锚固孔内，最内层FRP格栅层与粘结介质层充分接触，将每层FRP格栅层的横向纤维的两端弯折一定角度并埋置于腹板的凹槽内；步骤4.灌注粘结介质并养护在格构槽内灌注粘结介质，并对粘结介质进行养护，使其达到设计强度，从而使FRP格栅层、混凝土梁、粘结介质、锚固定位件形成受力整体，最后，对混凝土梁底面进行抹平施工，保证混凝土梁底的干净、平整。 2.根据权利要求1所述混凝土梁的FRP格栅格构式嵌入加固方法，其特征在于，所述锚固定位件包括至少一组垫板组、四个锚固螺栓、上调节螺母、下调节螺母、定位螺母，所述垫板组由结构相同的上垫板和下垫板组成，上垫板和下垫板的四个角设置在四个锚固螺栓上，锚固螺栓上螺纹连接有控制锚固螺栓伸入到锚固孔长度的定位螺母，上垫板和下垫板夹持在FRP格栅层上，位于上垫板和下垫板两侧锚固螺栓上设置有上调节螺母和下调解螺母。 3.根据权利要求1所述混凝土梁的FRP格栅格构式嵌入加固方法，其特征在于，所述步骤3中两层以上的FRP格栅层之间间隔距离为1mm～1/2格构槽深度。 4.根据权利要求1所述混凝土梁的FRP格栅格构式嵌入加固方法，其特征在于，所述粘结介质为环氧树脂或水泥基材料。
说明书全文	混凝土梁的FRP格栅格构式嵌入加固方法技术领域 [0001] 本发明属于混凝土桥梁抗弯加固技术领域，具体涉及到一种混凝土梁的FRP格栅格构式嵌入加固方法。背景技术 [0002] 随着服役期的增长和交通荷载的不断提升，越来越多老旧桥面临着结构损伤和承载能力退化的问题。针对老旧混凝土梁桥的修复加固已成为土木工程领域面临的重要问题。纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,或Fiber Reinforced Plastic,简称FRP)具有轻质、高强、耐腐蚀、耐疲劳的优良特性，特别是FRP格栅由纵向及横向FRP纤维交织组成，在纵向及横向均具有较好的强度，因此FRP格栅被认为是加固混凝土梁桥的理想材料。 [0003] 目前采用FRP加固混凝土梁有两种形式，一种为嵌入式加固，另一种为表面粘贴加固。现有的FRP嵌入式加固方法采用将FRP筋材或板材埋置于在混凝土梁底开设的纵向槽中实现对混凝土梁的加固。但这种加固方法容易在加固界面出现脱粘破坏，或是为了防止脱粘破坏，需要在FRP筋材或板材端部设置较大或较复杂的锚固装置，混凝土在锚固区需要大范围开槽造成混凝土梁额外损伤。对于现有的FRP表面粘贴加固方法，特别是FRP格栅表面粘贴加固来说，由于粘结介质和FRP格栅均在混凝土梁外，外荷载作用下它们在纵向和横向不被约束而具有较大的变形，从而在混凝土梁与粘结介质接触面、FRP格栅与粘结介质接触面存在较大的相对滑移，容易出现粘结介质与混凝土梁之间的脱粘破坏当FRP格栅加固层数过多时，在粘结介质厚度方向同样容易发生分层破坏。发明内容 [0004] 本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的缺点，提供一种混凝土梁的FRP格栅格构式嵌入加固方法。 [0005] 解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种混凝土梁的FRP格栅格构式嵌入加固方法，包括以下步骤： [0006] 步骤1.混凝土梁底板表层处理 [0007] 用高压水枪或气枪将混凝土梁底板表面被流水侵蚀钙化及松散的混凝土材料清除掉，对于有涂层的混凝土梁，事先打磨掉混凝土梁底板涂层，用高压水枪冲洗掉混凝土梁底板灰尘，显露出清晰、干净的混凝土梁底板； [0008] 步骤2.混凝土梁底板纵、横向开槽形成格构槽 [0009] 根据FRP格栅在底混凝土梁板的水平铺设位置，预先在混凝土梁底板上画出开槽轮廓线和锚固孔标记，沿轮廓线按照预设的开槽深度在混凝土梁底板开出纵向、横向交织的格构槽，格构槽以混凝土梁长度方向为纵向，并根据锚固孔标记开设锚固孔，同时在混凝土梁两侧腹板外表面上开设有与格构槽横向槽相连通的凹槽，待开槽结束后使用鼓风机清理残余的混凝土碎屑； [0010] 步骤3.FRP格栅层分层固定并放置在格构槽内 [0011] 先将至少1层的FRP格栅层通过锚固定位件逐层固定后形成FRP格栅组件，两层以上的FRP格栅层之间间隔一定距离，再在格构槽和腹板凹槽及锚固孔内涂刷一层粘结介质层，粘结介质层的厚度大于FRP格栅层的厚度将FRP格栅组件放置在格构槽内，使锚固定位件的锚固螺栓位于锚固孔内，最内层FRP格栅层与粘结介质层充分接触，将每层FRP格栅层的横向纤维的两端弯折一定角度并埋置于腹板的凹槽内； [0012] 步骤4.灌注粘结介质并养护 [0013] 在格构槽内灌注粘结介质，并对粘结介质进行养护，使其达到设计强度，从而使FRP格栅层、混凝土梁、粘结介质、锚固定位件形成受力整体，最后，对混凝土梁底面进行抹平施工，保证混凝土梁底的干净、平整。 [0014] 作为一种优选的技术方案，所述锚固定位件包括至少一组垫板组、四个锚固螺栓、上调节螺母、下调节螺母、定位螺母，所述垫板组由结构相同的上垫板和下垫板组成，上垫板和下垫板的四个角设置在四个锚固螺栓上，锚固螺栓上螺纹连接有控制锚固螺栓伸入到锚固孔长度的定位螺母，上垫板和下垫板夹持在FRP格栅层上，位于上垫板和下垫板两侧锚固螺栓上设置有上调节螺母和下调解螺母。 [0015] 作为一种优选的技术方案，所述步骤3中两层以上的FRP格栅层之间间隔距离为1mm～1/2格构槽深度。 [0016] 作为一种优选的技术方案，所述粘结介质为环氧树脂或水泥基材料。 [0017] 本发明的有益效果如下： [0018] (1)本发明所采用的开槽灌注粘结介质的方法，能尽可能小的对梁体造成二次破坏，粘结介质可选用高强、高韧粘结材料，能显著增强结构强度、刚度。 [0019] (2)本发明所提出的FRP格栅抗弯加固方法，能进一步提升粘结介质与混凝土梁以及FRP格栅与粘结介质之间的粘结性能，有效抑制脱粘及分层破坏的发生。 [0020] (3)本发明所提出的FRP格栅节点锚固措施，不仅能够起到抑制FRP格栅与混凝土表面脱粘破坏的作用，还能够起到调节FRP格栅在凹槽中埋置深度的作用，增加了施工便利性。 [0021] (4)本发明所提出的FRP格栅节点锚固措施，可以实现对混凝土梁多层FRP格栅加固的需求。 [0022] (5)本发明所提出的FRP格栅延伸至腹板并通过粘结介质与混凝土梁共同作用的锚固措施，可以进一步抑制FRP格栅‑混凝土界面之间的分层脱粘。 [0023] (6)本发明能有效满足混凝土简支梁桥、连续梁桥以及连续刚构桥通过加固恢复承载力的需求，该加固方法对建筑结构混凝土梁的加固同样适用。而且该加固方法不会影响建筑使用面积，也不会影响结构的外观。附图说明 [0024] 图1是本发明混凝土梁的FRP格栅格构式嵌入加固方法的流程示意图。 [0025] 图2是实施例中采用本发明方法加固的混凝土梁倒置结构示意图。 [0026] 图3是图2的主视图。 [0027] 图4是实施例中FRP格栅组件的立体结构示意图。 [0028] 图5是实施例中FRP格栅组件的主视图。 [0029] 图6是实施例中FRP格栅层的结构示意图。 [0030] 图7是实施例中锚固定位件的结构示意图。 [0031] 其中：混凝土梁1；FRP格栅层2；格构槽3；凹槽4；锚固定位件5；上垫板51；下垫板52；锚固螺栓53；定位螺母54；上调节螺母55；下调解螺母56。具体实施方式 [0032] 下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于下述的实施方式。 [0033] 实施例 [0034] 在图1、2、3中，一种混凝土梁的FRP格栅格构式嵌入加固方法，包括以下步骤： [0035] 步骤1.混凝土梁1底板表层处理 [0036] 用高压水枪或气枪将混凝土梁1底板表面以被流水侵蚀钙化及松散的混凝土材料清除掉，对于有涂层的混凝土梁1，事先打磨掉混凝土梁1底板涂层，用高压水枪冲洗掉混凝土梁1底板灰尘，显露出清晰、干净的混凝土梁1底板； [0037] 步骤2.混凝土梁1底板纵、横向开槽形成格构槽3 [0038] 根据FRP格栅在底混凝土梁1板的水平铺设位置，预先在混凝土梁1底板上画出开槽轮廓线和锚固孔标记，沿轮廓线按照预设的开槽深度20～25mm在混凝土梁1底板开出纵向、横向交织的格构槽3，格构槽3以混凝土梁1长度方向为纵向，并根据锚固孔标记开设锚固孔，同时在混凝土梁1两侧腹板外表面上开设有与格构槽3横向槽相连通的凹槽4，待开槽结束后使用鼓风机清理残余的混凝土碎屑； [0039] 步骤3.FRP格栅分层固定并放置在格构槽3内 [0040] 先将三层FRP格栅层2通过锚固定位件5逐层固定后形成FRP格栅组件，相邻两层FRP格栅层2之间间隔距离为1mm～1/2格构槽深，本实施例为8mm,如图4、5，再在格构槽3和腹板凹槽4及锚固孔内涂刷一层粘结介质层，粘结介质层的厚度大于FRP格栅层2的厚度，将FRP格栅组件放置在格构槽3内，使锚固定位件5的锚固螺栓53位于锚固孔内，最内层FRP格栅层2与粘结介质层充分接触，将每层FRP格栅层2的横向纤维的两端弯折一定角度并埋置于腹板的凹槽4内，进一步增强FRP格栅层2与混凝土梁1之间的粘结性； [0041] 其中，如图6、7，锚固定位件5包括三组垫板组、四个锚固螺栓53、上调节螺母55、下调节螺母56、定位螺母54，垫板组由结构相同的上垫板51和下垫板52组成，上垫板51和下垫板52的四个角套装在四个锚固螺栓53上，通过调整相邻两组垫板组之间的距离，实现调整相邻两层FRP格栅层2之间的距离，锚固螺栓53上螺纹连接有定位螺母54，定位螺母54用于控制锚固螺栓53伸入到锚固孔的长度，从而消除锚固孔开孔深度的误差。在锚固螺栓53放入锚固孔之前，先将四个锚固螺栓53的定位螺母54调节至合适高度，从靠近定位螺母54的FRP格栅层2起，逐层固定FRP格栅层2，每层FRP格栅层2的固定方式为先将下调节螺母56固定在锚固螺栓53的合适高度，再依次将下垫板52、FRP格栅层2、上垫板51、上调节螺母55套装在锚固螺栓53上，通过紧固上调节螺母55使下垫板52与上垫板51将FRP格栅层2夹紧固定。本实施例FRP格栅层2的固定方式，最大程度避免了脱粘和分层破坏，而且能够消除格构槽3开槽深度的误差，提高了施工的便利性。 [0042] 步骤4.灌注粘结介质 [0043] 在格构槽3内灌注粘结介质，并对粘结介质进行养护，使其达到设计强度，从而使FRP格栅层2、混凝土梁1、粘结介质、锚固定位件5形成受力整体，对混凝土梁1底面进行抹平施工，保证混凝土梁1底的干净、平整。格构槽3形成的混凝土结构对FRP格栅层2中的横向纤维形成机械咬合锚固，限制了FRP格栅层2的纵向纤维与粘结介质之间的滑移量，从而避免了FRP格栅与粘结介质之间的脱粘破坏。 [0044] 本实施例的粘结介质为水泥基材料，也可以是环氧树脂。

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