專利名稱：基于表層嵌貼預(yù)應(yīng)力frp板條的混凝土結(jié)構(gòu)加固方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及到混凝土結(jié)構(gòu)的加固技術(shù)領(lǐng)域，特指一種采用表層嵌貼預(yù)應(yīng)力 FRP板條來加固混凝土結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
由于環(huán)境侵蝕、荷載增加、維修養(yǎng)護(hù)不當(dāng)?shù)仍?，已修建的混凝土結(jié)構(gòu)，如橋梁、建筑結(jié)構(gòu)等受到損傷或損傷進(jìn)一步加劇的現(xiàn)象日益突出，造成了嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)安全隱患，威脅著人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。因此研究開發(fā)新型實(shí)用、性能優(yōu)越且成本較低的結(jié)構(gòu)加固技術(shù)并應(yīng)用于大量的即有混凝土結(jié)構(gòu)加固，以提高在役結(jié)構(gòu)的承載能力和安全性能，對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(FRP，F(xiàn)iber Reinforced Polymer)作為一種新型工程材料， 由于具有高強(qiáng)的力學(xué)性能和優(yōu)良的耐久性能，已得到土木和交通行業(yè)的廣泛認(rèn)可。外貼FRP 片材加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)是現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外普遍采用的一種加固方法，因其工藝簡(jiǎn)單、施工方便，受到了工程界的青睞。但隨著研究與應(yīng)用深入，外貼FRP加固混凝土結(jié)構(gòu)的缺陷逐漸暴露。一方面，F(xiàn)RP的彈性模量與材料強(qiáng)度不協(xié)調(diào)的特性使得外貼工藝難以發(fā)揮這種材料的高強(qiáng)性能；另一方面，外貼FRP加固結(jié)構(gòu)往往出現(xiàn)FRP-混凝土剝離的破壞形態(tài)，這種呈現(xiàn)脆性特征的破壞致使結(jié)構(gòu)在充分發(fā)揮FRP材料性能前即喪失承載能力。體外粘貼預(yù)應(yīng)力FRP技術(shù)是針對(duì)外貼式FRP加固法中材料模量與強(qiáng)度不協(xié)調(diào)，難以發(fā)揮材料強(qiáng)度的缺陷而提出的，這個(gè)技術(shù)通過對(duì)FRP板條預(yù)先施加預(yù)應(yīng)力，使板條預(yù)先發(fā)揮一定強(qiáng)度，從而提高了材料的強(qiáng)度利用率，但是該項(xiàng)技術(shù)未能徹底解決FRP-混凝土之間的剝離問題；同時(shí)，由于體外粘貼方式下粘結(jié)樹脂提供的粘結(jié)能力有限，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)應(yīng)力FRP的錨固，必須另外設(shè)置永久式的FRP錨具，增加了應(yīng)用FRP加固工程結(jié)構(gòu)的造價(jià)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種成本低廉、施工簡(jiǎn)便、使用壽命長(zhǎng)、可靠性好的基于表層嵌貼預(yù)應(yīng)力FRP板條的混凝土結(jié)構(gòu)加固方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種基于表層嵌貼預(yù)應(yīng)力FRP板條的混凝土結(jié)構(gòu)加固方法，其步驟為 Φ開槽；在待加固的混凝土結(jié)構(gòu)上開設(shè)一條以上的預(yù)制槽； ②安裝FRP板條的張拉機(jī)具和FRP板條夾具；
通過張拉機(jī)具和FRP板條夾具張拉內(nèi)置FRP板條，使內(nèi)置FRP板條發(fā)生拉伸；將內(nèi)置FRP板條放置于預(yù)制槽內(nèi)，填充粘接劑，保持夾錨狀態(tài)一段時(shí)間以使粘接劑固化； S:放張當(dāng)粘接劑固化完畢達(dá)到強(qiáng)度后，拆FRP板條夾具。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)所述步驟②中，所述FRP板條夾具包括固定端FRP板條夾具和張拉端FRP板條夾具，所述固定端FRP板條夾具固定于待加固的混凝土結(jié)構(gòu)上預(yù)制槽的一端，所述張拉端FRP板條夾具和張拉機(jī)具固定于待加固的混凝土結(jié)構(gòu)上預(yù)制槽的另一端。所述步驟①中，在開設(shè)預(yù)制槽后，使用壓縮空氣清除預(yù)制槽內(nèi)殘余的混凝土粉塵， 再用無水乙醇清洗。所述步驟〈1中，填充程度以粘接劑充滿預(yù)制槽內(nèi)三分之二的體積為宜。所述步驟③中，在張拉過程中，張拉目標(biāo)應(yīng)力應(yīng)大于內(nèi)置FRP板條極限拉伸強(qiáng)度的50%，且應(yīng)小于內(nèi)置FRP板條極限拉伸強(qiáng)度的80%。所述步驟放張結(jié)束后，向預(yù)制槽兩端用于安裝FRP板條夾具的預(yù)鑿位置填入環(huán)氧砂漿，修補(bǔ)至與原待加固的混凝土結(jié)構(gòu)的表面齊平。所述步驟貧中，先向預(yù)制槽中填充粘接劑，然后張拉、放置內(nèi)置FRP板條，接著往預(yù)制槽內(nèi)繼續(xù)填入粘接劑，直至粘接劑填滿預(yù)制槽內(nèi)空腔并完全覆蓋內(nèi)置FRP板條；或者， 先張拉、放置內(nèi)置FRP板條，然后再向預(yù)制槽中填充粘接劑，直至粘接劑填滿預(yù)制槽內(nèi)空腔并完全覆蓋內(nèi)置FRP板條。所述張拉機(jī)具可于所述步驟！中張拉完成并通過FRP板條夾具錨固FRP板條后拆除，也可于所述步驟€中拆除FRP板條夾具時(shí)一并拆除。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明對(duì)采用嵌入方式粘貼加固的FRP板條預(yù)先施加應(yīng)力，通過預(yù)應(yīng)力技術(shù)克服FRP材料強(qiáng)度與彈性模量不協(xié)調(diào)的痼疾，充分發(fā)揮了 FRP材料的高強(qiáng)性能。本發(fā)明通過開設(shè)預(yù)制槽并利用嵌貼技術(shù)增強(qiáng)了 FRP板條與混凝土之間的粘結(jié)能力，避免了兩者的剝離破壞；同時(shí)直接利用FRP板條與混凝土之間的粘結(jié)能力實(shí)現(xiàn)對(duì)FRP板條的錨固，不需設(shè)置永久性錨具，顯著節(jié)約了結(jié)構(gòu)的加固成本。


圖1是本發(fā)明加固方法的流程示意圖2是采用本發(fā)明方法在具體應(yīng)用實(shí)例中的主視結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是采用本發(fā)明方法在具體應(yīng)用實(shí)例中的俯視結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是采用本發(fā)明方法在具體應(yīng)用實(shí)例中的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是圖2中A-A處的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖例說明
1、待加固梁；2、預(yù)制槽；3、固定端FRP板條夾具；4、張拉端FRP板條夾具；5、張拉機(jī)具； 6、內(nèi)置FRP板條；7、千斤頂；8、荷載傳感器；9、應(yīng)變傳感器。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1 圖5所示，本發(fā)明的基于表層嵌貼預(yù)應(yīng)力FRP板條的混凝土結(jié)構(gòu)加固方法，其步驟為
(1)、開槽；以待加固的混凝土結(jié)構(gòu)為待加固梁1為例。采用開槽機(jī)在待加固梁1上的預(yù)定位置處開設(shè)一條以上的預(yù)制槽2，預(yù)制槽2的深度、寬度、長(zhǎng)度、間距及數(shù)量按有關(guān)技術(shù)要求以及結(jié)構(gòu)加固方案確定；并在預(yù)制槽2兩端預(yù)先鑿出FRP板條夾具的安裝位置。預(yù)制槽2開設(shè)完成后，使用壓縮空氣清除預(yù)制槽2內(nèi)殘余的混凝土粉塵，再用無水乙醇清洗，以保證預(yù)制槽 2的內(nèi)壁無粉塵、油污，可與粘接劑形成良好粘結(jié)。(2)、安裝FRP板條夾具和FRP板條的張拉機(jī)具；
本實(shí)施例中，F(xiàn)RP板條夾具為用于保持FRP的拉力并將其傳遞到混凝土內(nèi)部的錨固工具，其包括固定端FRP板條夾具3和張拉端FRP板條夾具4。FRP板條的張拉機(jī)具5為用于施加預(yù)應(yīng)力值所用的設(shè)備，通過設(shè)備工作張拉產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力相關(guān)的數(shù)值。通過化學(xué)螺栓將固定端FRP板條夾具3固定于待加固梁1上預(yù)制槽2的一端，并通過化學(xué)螺栓將張拉端FRP 板條夾具4和張拉機(jī)具5固定于待加固梁1上預(yù)制槽2的另一端，從而確保FRP板條夾具及張拉機(jī)具5的安裝位置可使內(nèi)置FRP板條6被夾錨后位于預(yù)制槽2內(nèi)。(3)、填充粘接劑(例如粘結(jié)樹脂或其它類型結(jié)構(gòu)膠)；
檢查預(yù)制槽2，保證預(yù)制槽2內(nèi)無粉塵、油污、水分后，向預(yù)制槽2內(nèi)填入預(yù)先配制好的粘接劑(粘結(jié)樹脂或其它類型結(jié)構(gòu)膠)。在較佳的實(shí)施例中，填充程度以粘接劑充滿預(yù)制槽 2內(nèi)三分之二的體積為宜。(4)、張拉內(nèi)置FRP板條；
將內(nèi)置FRP板條6放置于預(yù)制槽2內(nèi)并安裝至固定端FRP板條夾具3、張拉端FRP板條夾具4以及張拉機(jī)具5上完成錨固；在這過程中，內(nèi)置FRP板條6 —般在預(yù)制槽2內(nèi)位居中設(shè)置，即不貼附于預(yù)制槽2的內(nèi)壁上，僅通過粘接劑與預(yù)制槽2的內(nèi)壁相連接，且內(nèi)置FRP 板條6的高度一般不大于預(yù)制槽2的深度。安裝好千斤頂7、荷載傳感器8以及應(yīng)變傳感器 9。通過千斤頂7頂推張拉機(jī)具5，使其帶動(dòng)錨固在夾具內(nèi)的內(nèi)置FRP板條6發(fā)生拉伸。在張拉過程中根據(jù)“雙控”原則觀察荷載和應(yīng)變的變化情況，張拉目標(biāo)應(yīng)力不宜小于內(nèi)置FRP 板條6極限拉伸強(qiáng)度的50%，也不應(yīng)大于內(nèi)置FRP板條6極限拉伸強(qiáng)度的80%。達(dá)到目標(biāo)初始應(yīng)力后，通過張拉端FRP板條夾具4錨固內(nèi)置FRP板條6，卸載千斤頂7，解除張拉機(jī)具5 上錨具，觀察確認(rèn)固定端FRP板條夾具3、張拉端FRP板條夾具4、內(nèi)置FRP板條6應(yīng)力保持穩(wěn)定且未發(fā)生滑移、撕裂、斷裂等異常情況后，撤除張拉機(jī)具5、千斤頂7及各傳感器。在上述過程中，應(yīng)變傳感器9可以采用電阻應(yīng)變片，它是能將機(jī)械構(gòu)件上應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)換為電阻變化的元件，配合應(yīng)變儀，用來測(cè)量物體在應(yīng)力作用下所發(fā)生的變化。荷載傳感器8可以采用能感受外力并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的力傳感器。 (5)、固化；
向預(yù)制槽2內(nèi)繼續(xù)填入預(yù)先配制好的粘接劑，直至粘接劑填滿預(yù)制槽2內(nèi)空腔并完全覆蓋內(nèi)置FRP板條6，當(dāng)然也可以進(jìn)一步采取人工加壓等措施以保證上述粘接劑灌滿作業(yè)。 保持固定端FRP板條夾具3和張拉端FRP板條夾具4的夾錨狀態(tài)持續(xù)一段時(shí)間，以使粘接劑完全固化。例如，可以視環(huán)境溫度及粘接劑性能，使其保持夾錨狀態(tài)3 7天。(6)、放張；
當(dāng)粘接劑固化完畢達(dá)到強(qiáng)度后，使張拉端FRP板條夾具4發(fā)生小距離滑動(dòng)，釋放內(nèi)置 FRP板條6的預(yù)應(yīng)力。放張過程中密切觀察混凝土-粘接劑界面是否出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。放張完成后拆除固定端FRP板條夾具3、張拉端FRP板條夾具4。向預(yù)制槽2兩端用于安裝FRP板條夾具的預(yù)鑿位置填入環(huán)氧砂漿，修補(bǔ)至與原結(jié)構(gòu)表面齊平?？梢岳斫?，在上述實(shí)施例的步驟中，做一些施工次序上的調(diào)整也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。例如，所述步驟中，先向預(yù)制槽2中填充粘結(jié)劑，然后張拉、放置內(nèi)置FRP板條6， 接著往預(yù)制槽2內(nèi)繼續(xù)填入粘接劑，直至粘接劑填滿預(yù)制槽2內(nèi)空腔并完全覆蓋內(nèi)置FRP 板條6 ；或者，先張拉、放置內(nèi)置FRP板條6，然后再向預(yù)制槽2中填充粘結(jié)劑，直至粘接劑填滿預(yù)制槽2內(nèi)空腔并完全覆蓋內(nèi)置FRP板條6。又例如，先張拉內(nèi)置FRP板條6后，再將內(nèi)置FRP板條6放置于預(yù)制槽2內(nèi)；或者，先將內(nèi)置FRP板條6放置于預(yù)制槽2內(nèi)，再張拉。 這些變化形式都應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例， 凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于表層嵌貼預(yù)應(yīng)力FRP板條的混凝土結(jié)構(gòu)加固方法，其特征在于步驟為I:開槽；在待加固的混凝土結(jié)構(gòu)上開設(shè)一條以上的預(yù)制槽(2)； 安裝FRP板條的張拉機(jī)具(5)和FRP板條夾具；:S通過張拉機(jī)具(5 )和FRP板條夾具張拉內(nèi)置FRP板條(6 )，使內(nèi)置FRP板條(6 )發(fā)生拉伸；將內(nèi)置FRP板條(6)放置于預(yù)制槽(2)內(nèi)，填充粘接劑，保持夾錨狀態(tài)一段時(shí)間后固化；φ放張當(dāng)粘接劑固化完畢達(dá)到強(qiáng)度后，拆除FRP板條夾具。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于表層嵌貼預(yù)應(yīng)力FRP板條的混凝土結(jié)構(gòu)加固方法，其特征在于所述步驟S中，所述FRP板條夾具包括固定端FRP板條夾具(3)和張拉端FRP板條夾具(4)，所述固定端FRP板條夾具(3)固定于待加固的混凝土結(jié)構(gòu)上預(yù)制槽(2)的一端， 所述張拉端FRP板條夾具(4)和張拉機(jī)具(5)固定于待加固的混凝土結(jié)構(gòu)上預(yù)制槽(2)的另一端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于表層嵌貼預(yù)應(yīng)力FRP板條的混凝土結(jié)構(gòu)加固方法，其特征在于所述步驟 中，在開設(shè)預(yù)制槽(2)后，使用壓縮空氣清除預(yù)制槽(2)內(nèi)殘余的混凝土粉塵，再用無水乙醇清洗。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于表層嵌貼預(yù)應(yīng)力FRP板條的混凝土結(jié)構(gòu)加固方法，其特征在于所述步驟Φ中，填充程度以粘接劑充滿預(yù)制槽(2)內(nèi)三分之二的體積為宜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于表層嵌貼預(yù)應(yīng)力FRP板條的混凝土結(jié)構(gòu)加固方法，其特征在于所述步驟S中，在張拉過程中，張拉目標(biāo)應(yīng)力應(yīng)大于內(nèi)置FRP板條(6)極限拉伸強(qiáng)度的50%，且應(yīng)小于內(nèi)置 FRP板條(6)極限拉伸強(qiáng)度的80%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于表層嵌貼預(yù)應(yīng)力FRP板條的混凝土結(jié)構(gòu)加固方法，其特征在于所述步驟；I〉放張結(jié)束后，向預(yù)制槽(2)兩端用于安裝FRP板條夾具的預(yù)鑿位置填入環(huán)氧砂漿，修補(bǔ)至與原待加固的混凝土結(jié)構(gòu)的表面齊平。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于表層嵌貼預(yù)應(yīng)力FRP板條的混凝土結(jié)構(gòu)加固方法，其特征在于所述步驟1中，先向預(yù)制槽(2)中填充粘結(jié)劑，然后張拉、放置內(nèi)置FRP板條(6)，接著往預(yù)制槽(2 )內(nèi)繼續(xù)填入粘接劑，直至粘接劑填滿預(yù)制槽(2 )內(nèi)空腔并完全覆蓋內(nèi)置FRP 板條(6);或者，先張拉、放置內(nèi)置FRP板條(6)，然后再向預(yù)制槽(2)中填充粘結(jié)劑，直至粘接劑填滿預(yù)制槽(2 )內(nèi)空腔并完全覆蓋內(nèi)置FRP板條(6 )。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于表層嵌貼預(yù)應(yīng)力FRP板條的混凝土結(jié)構(gòu)加固方法，其特征在于所述張拉機(jī)具(5)可于所述步驟 中張拉完成并通過FRP板條夾具錨固FRP板條后拆除，也可于所述步驟Φ中拆除FRP板條夾具時(shí)一并拆除。
全文摘要
一種基于表層嵌貼預(yù)應(yīng)力FRP板條的混凝土結(jié)構(gòu)加固方法，其步驟為①開槽；在待加固的混凝土結(jié)構(gòu)上開設(shè)一條以上的預(yù)制槽；②安裝FRP板條的張拉機(jī)具和FRP板條夾具；③通過張拉機(jī)具和FRP板條夾具張拉內(nèi)置FRP板條，使內(nèi)置FRP板條發(fā)生拉伸；將內(nèi)置FRP板條放置于預(yù)制槽內(nèi)，填充粘接劑，保持夾錨狀態(tài)一段時(shí)間后固化；④放張當(dāng)粘結(jié)樹脂固化完畢達(dá)到強(qiáng)度后，拆FRP板條夾具。本發(fā)明具有成本低廉、施工簡(jiǎn)便、使用壽命長(zhǎng)、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)E04G23/02GK102425311SQ20111025958
公開日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2011年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月5日
發(fā)明者劉揚(yáng), 張建仁, 彭暉 申請(qǐng)人:長(zhǎng)沙理工大學(xué)