本發(fā)明屬于在鋼筋混凝土梁上開洞的加固技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種增強開洞鋼筋混凝土梁承載力和抗震性能的裝置。

背景技術(shù)：

在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建設(shè)期及后期改造加固工作中，由于附加設(shè)備管道等問題，經(jīng)常需要在鋼筋混凝土梁上開洞。開洞后洞口周邊混凝土的主拉應(yīng)力及剪應(yīng)力將大幅增加，并在洞口處呈現(xiàn)應(yīng)力集中，洞口附近混凝土局部穩(wěn)定性將明顯下降。

現(xiàn)有技術(shù)中的加固措施分建設(shè)期的預留洞加固及使用期的后開洞加固。

建設(shè)期預留洞加固，是在混凝土澆筑前將加固構(gòu)件預埋在梁內(nèi)。常見做法是在洞口處放置鋼套管，并在鋼套管周邊布置加強鋼板或者法蘭或者補強筋。鋼套管周邊布置加強鋼板的結(jié)構(gòu)如圖1(公開專利：cn204754280u)所示，強鋼板截面呈t形，且由設(shè)于混凝土立柱內(nèi)的翼緣及設(shè)于垂直于立柱的開洞梁內(nèi)的腹板構(gòu)成，所述鋼套管穿套在開洞梁的孔洞內(nèi)，鋼套管垂直貫穿腹板并焊接固定，腹板兩側(cè)對稱設(shè)有與其垂直的復數(shù)個栓釘。鋼套管周邊法蘭的加固方法是將法蘭套在鋼套管上。采用補強鋼筋的做法如圖2和圖3所示。圖2的做法是預留出在現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁腹部開設(shè)的洞口位置，在洞口周圍配置加強鋼筋、約束箍筋和拉結(jié)筋；加強鋼筋包括分別配置在洞口上部和下部的孔洞上部鋼筋和孔洞下部鋼筋；孔洞上部鋼筋與梁上部鋼筋通過約束箍筋纏繞，孔洞下部鋼筋與梁下部鋼筋通過約束箍筋纏繞；在洞口周圍還設(shè)置有拉結(jié)筋，拉結(jié)筋從梁的一側(cè)側(cè)壁下部拉向另一側(cè)側(cè)壁上部并延伸至梁板內(nèi)。圖3的做法是在洞口周邊布置加強鋼筋。

使用期的后開洞加固，現(xiàn)有的補強加固方案是在孔周圍粘帖型鋼(如圖4和圖5所示)或者碳纖維的方法進行加固。

建設(shè)期預留洞加固的諸多做法都可部分提高梁的承載能力，但都有缺點。主要缺點是雖減小了原孔周邊的剪切應(yīng)力和壓應(yīng)力，但加大了孔周邊的整體剛度，加固部件與周邊混凝土的變形不協(xié)調(diào)，加固部件與混凝土接觸面應(yīng)力依然較大。不利抗震。除此之外，采用如圖1所示的加固措施，強鋼板翼緣是設(shè)在立柱內(nèi)，因此開洞一般只能開在靠柱邊的梁上，否則鋼板將會很長，加大造價。由于鋼板剛度很大，因此會在梁端鋼板的端部位置造成剛度突變。

使用期的后開洞加固措施中，粘帖型鋼或者碳纖維的加固方法雖將洞口周邊的一部分剪應(yīng)力分散到周邊部位，但此種加固方法屬于二次受力結(jié)構(gòu)，并有賴于加固材料與混凝土的粘結(jié)強度，在后期的破壞中，往往會因為粘結(jié)強度不行導致撕脫破壞，同時加固前洞周邊存在的較大應(yīng)力無法減輕，并且還有如下缺點：1、受施工隊伍的水平影響大；2、溫度影響大3、被加固的混凝土梁，其現(xiàn)場實測混凝土強度等級不得低于c15，且混凝土表面的粘接正拉強度不得低于1.5n/mm2。4、加固費用較高。5、粘帖曲線表面的構(gòu)件不易吻合；6、鋼板需作防銹處理等。6、若梁下有墻的加固安裝，須拆除部分墻才能粘帖鋼板，施工不方便。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于為解決上述問題而提供一種延性較好，對抗震有利，且安裝方便，適應(yīng)范圍廣，加固費用便宜，加固效果明顯的增強開洞鋼筋混凝土梁承載力和抗震性能的裝置。

為此，本發(fā)明公開了一種增強開洞鋼筋混凝土梁承載力和抗震性能的裝置，包括一護套筒，所述護套筒穿設(shè)在開洞鋼筋混凝土梁的孔洞內(nèi)，護套筒的外壁與孔洞內(nèi)壁貼合固定設(shè)置，所述護套筒由金屬材料制成，所述金屬材料的彈性模量為該開洞鋼筋混凝土梁用的混凝土的1.4-2.5倍，泊松比為0.2-0.46。

進一步的，所述護套筒的長度與開洞鋼筋混凝土梁的梁寬相等。

進一步的，所述護套筒由鋁材料制成。

更進一步的，所述護套筒為圓管狀，護套筒的外壁上設(shè)有外螺紋。

更進一步的，還包括第一固定裝置和第二固定裝置，所述第一固定裝置和第二固定裝置由金屬材料制成，所述金屬材料的彈性模量為該開洞鋼筋混凝土梁用的混凝土的1.4-2.5倍，泊松比為0.2-0.46，所述第一固定裝置包括第一固定管套，所述第一固定管套內(nèi)壁設(shè)有與護套筒外壁的外螺紋相適配的內(nèi)螺紋，所述第一固定管套外壁向外徑向延伸一第一環(huán)形翼緣，所述第一固定裝置與護套筒的第一端螺接固定，所述第一環(huán)形翼緣位于開洞鋼筋混凝土梁內(nèi)或第一環(huán)形翼緣的內(nèi)表面與開洞鋼筋混凝土梁的一側(cè)面貼合固定；所述第二固定裝置包括第二固定管套，所述第二固定管套內(nèi)壁設(shè)有與護套筒外壁的外螺紋相適配的內(nèi)螺紋，所述第二固定管套外壁向外徑向延伸一第二環(huán)形翼緣，所述第二固定裝置與護套筒的第二端螺接固定，所述第二環(huán)形翼緣位于開洞鋼筋混凝土梁內(nèi)或第二環(huán)形翼緣的內(nèi)表面與開洞鋼筋混凝土梁的另一側(cè)面貼合固定。

更進一步的，所述第一環(huán)形翼緣的內(nèi)外表面設(shè)有若干月牙狀凸起。

進一步的，所述第二環(huán)形翼緣的內(nèi)外表面設(shè)有若干月牙狀凸起。

進一步的，所述第一環(huán)形翼緣的內(nèi)表面靠近護套筒處設(shè)有若干沿護套筒圓周分布的凸塊。

進一步的，所述第二環(huán)形翼緣靠近護套筒處設(shè)有若干沿護套筒圓周分布的通孔。

本發(fā)明的有益技術(shù)效果：

1、加固效果明顯，采用鋁制或其他較軟金屬護套筒，將孔周邊混凝土的集中應(yīng)力轉(zhuǎn)移到強度更高的護套筒上來，有效防止混凝土產(chǎn)生裂縫，較大程度的提高開孔梁的承載力，且該護套筒的延性較好，對抗變形能力或抗震有利。通過模型計算可知，采用該結(jié)構(gòu)在理想狀態(tài)下變形能力略小于完整無開洞梁，而承載力比完整無開洞梁略高，變形能力和承載力都比鋼制護套筒高出許多。

2、施工操作方便，性能穩(wěn)定，耐久性好。本護套筒構(gòu)造簡單，施工方便，質(zhì)量容易得到保證，鋁制金屬不生銹，后期不需防銹維護。

3、造價便宜。材料用料少，且施工簡單，普通工人也能完成。

4、適用范圍廣。對使用溫度無特別要求、原梁混凝土強度亦無特別要求等。甚至在承重墻或其他承重構(gòu)件中也能使用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的背景技術(shù)的鋼套管周邊布置加強鋼板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的背景技術(shù)的采用補強鋼筋的結(jié)構(gòu)示意；

圖3為本發(fā)明的背景技術(shù)的采用補強鋼筋的另一結(jié)構(gòu)示意；

圖4為本發(fā)明的后開洞加固的現(xiàn)有的補強加固方案的結(jié)構(gòu)示意圖一；

圖5為本發(fā)明的后開洞加固的的現(xiàn)有的補強加固方案的結(jié)構(gòu)示意圖二；

圖6為本發(fā)明具體實施例的第一加固裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明具體實施例的第一加固裝置另一視角結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明具體實施例的護套筒結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本發(fā)明具體實施例的護套筒另一視角結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為本發(fā)明具體實施例的第二加固裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11為本發(fā)明具體實施例的第二加固裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖12為本發(fā)明具體實施例后開洞的裝置剖視圖；

圖13為本發(fā)明具體實施例的梁的總荷載－撓度曲線模擬圖。

具體實施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進一步說明。

如圖6至12所示，一種增強開洞鋼筋混凝土梁承載力和抗震性能的裝置，包括一護套筒1、第一固定裝置2和第二固定裝置3，護套筒1、第一固定裝置2和第二固定裝置3均由金屬材料制成，所述金屬材料的彈性模量為該開洞鋼筋混凝土梁4用的混凝土的1.4-2.5倍，泊松比為0.2-0.46，本具體實施例中，護套筒1、第一固定裝置2和第二固定裝置3優(yōu)選為鋁材料制成。

所述護套筒1穿設(shè)在開洞鋼筋混凝土梁4的孔洞內(nèi)，護套筒1的外壁與孔洞內(nèi)壁貼合固定設(shè)置，當應(yīng)用于預留洞加固時，護套筒1的外壁與孔洞內(nèi)壁通過孔洞內(nèi)壁本身的混凝土固定，當應(yīng)用于后開洞加固時，護套筒1的外壁與孔洞內(nèi)壁通過灌注膨脹水泥漿5固定。護套筒1的長度與開洞鋼筋混凝土梁4的梁寬相等，護套筒1壁厚具體視開洞大小、混凝土梁4的強度等級和護套筒1材料本身的強度而定，此是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以輕易實現(xiàn)的，不再詳細說明。

本具體實施例中，所述護套筒1為圓管狀，當然，在其它實施例中，護套筒1可以根據(jù)開洞形狀決定，護套筒1的外壁上設(shè)有外螺紋11，既可以增加與混凝土或灌注膨脹水泥的咬合力又可與第一固定裝置2和第二固定裝置3螺接。

所述第一固定裝置2包括第一固定管套21，所述第一固定管套21內(nèi)壁設(shè)有與護套筒1外壁的外螺紋11相適配的內(nèi)螺紋(圖中未示出)，所述第一固定管套21為圓管狀，其外壁的外端向外徑向延伸一第一環(huán)形翼緣22，所述第一固定裝置2與護套筒1的第一端螺接固定，所述第一環(huán)形翼緣22位于開洞鋼筋混凝土梁4內(nèi)或第一環(huán)形翼緣22的內(nèi)表面與開洞鋼筋混凝土梁4的一側(cè)面貼合固定(如圖12所示)；所述第二固定裝置3包括第二固定管套31，所述第二固定管套31內(nèi)壁設(shè)有與護套筒1外壁的外螺紋11相適配的內(nèi)螺紋(圖中未示出)，所述第二固定管套31為圓管狀，其外壁的外端向外徑向延伸一第二環(huán)形翼緣32，所述第二固定裝置3與護套筒1的第二端螺接固定，所述第二環(huán)形翼緣32位于開洞鋼筋混凝土梁4內(nèi)或第二環(huán)形翼緣32的內(nèi)表面與開洞鋼筋混凝土梁4的另一側(cè)面貼合固定(如圖12所示)。本具體實施例中，第一環(huán)形翼緣22和第二環(huán)形翼緣32的厚度約3-5mm，外直徑大約比護套筒1身外直徑大100-200mm。

本具體實施例中，所述第一環(huán)形翼緣22的內(nèi)外表面和第二環(huán)形翼緣32的內(nèi)外表面均設(shè)有若干月牙狀凸起，以增加與混凝土或灌注膨脹水泥的咬合力。當然，在其它實施例中，第一環(huán)形翼緣22的內(nèi)外表面和第二環(huán)形翼緣32的內(nèi)外表面也可以設(shè)置若干其它形狀凸起或凹槽以增加與混凝土或灌注膨脹水泥的咬合力。

進一步的，所述第一環(huán)形翼緣22的內(nèi)表面靠近護套筒1處設(shè)有若干沿護套筒1圓周分布的凸塊23，防止護套筒1身與孔壁貼得太緊，影響后開洞加固時灌注膨脹水泥漿5。所述第二環(huán)形翼緣32靠近護套筒1處設(shè)有若干沿護套筒1圓周分布的通孔33，用于后開洞加固時插入管狀注漿管。本具體實施例中，凸塊23和通孔33的數(shù)量均為4個，且均勻分布，當然，在其它實施例中，凸塊23和通孔33的數(shù)量可以根據(jù)實際需要進行選擇。

本發(fā)明的加固方法：

一.建設(shè)期的預留洞加固施工方案：

預留洞的加固施工比較簡單，只需將第一固定裝置2和第二固定裝置3旋至護套筒1身三等分的位置，然后固定在預留洞位置即可，后期澆筑混凝土時注意在護套筒1身應(yīng)當保證混凝土振動密實。如果翼緣比梁底面低，則可裁剪部分翼緣。

由于混凝土和鋁制護套筒1熱膨脹系數(shù)不同可能引起溫度應(yīng)力，為避免對混凝土產(chǎn)生拉應(yīng)力，在混凝土澆筑完養(yǎng)護時在護套筒1位置應(yīng)當采用蒸汽養(yǎng)護，保證混凝土強度的同時，后期氣溫低于養(yǎng)護溫度時混凝土處于受壓狀態(tài)。

二.后開洞補強施工方案：

1、混凝土梁4后開洞直徑應(yīng)當能容得下第一固定裝置2的四個凸起23，但開洞直徑不宜過大，以免對梁造成過大傷害，一般比護套筒1身直徑大10mm足矣，只要后期縫隙能灌注滿膨脹水泥漿5即可。開洞后，清理干凈孔內(nèi)泥沙粉末，用水濕潤混凝土孔內(nèi)部四周，但不要有積水。

2、將護套筒1放置于孔內(nèi)，將第一固定裝置2在護套筒1的第一端將其擰緊，在第一固定裝置2的第一環(huán)形翼緣22內(nèi)表面處抹上膨脹水泥漿，并頂緊混凝土梁4的側(cè)面。

3、在第二固定裝置3的第二環(huán)形翼緣32內(nèi)表面處抹上膨脹水泥漿，并與護套筒1稍微擰緊。清理四個通孔33的水泥漿，以免堵住。

4、用管狀注漿管插入通孔33往里注入膨脹水泥漿5，膨脹水泥漿5須是比原鋼筋混凝土梁4的強度等級高一個等級。可以在水泥漿中摻減水劑以增加水泥漿的流動性方便注漿。先將管插到最深，邊注漿邊往外拔管，邊注漿邊小幅度來回插搗。直至孔內(nèi)注滿水泥漿。用相同方法把四個通孔33都注滿水泥漿后，將第二固定裝置3旋轉(zhuǎn)約45°，用相同方法在四個通孔33內(nèi)注滿水泥漿。然后在第二環(huán)形翼緣32與梁接觸面的四個通孔33處插入薄鋼片并將護套筒1擰緊，防止膨脹水泥漿外溢。翼緣超過梁底面的可以裁剪。加固后的結(jié)構(gòu)如圖12所示。

采用ansys軟件模擬一段梁，梁寬200，高300，總長度3100，凈跨度2660，在1000～1100及2100～2200施加集中面荷載。開孔孔徑40，孔心位于950、高度110處，護套筒1厚度5mm，采用solid65及l(fā)ink180單元模擬混凝土及鋼筋，護套筒1采用solid95單元。對無洞完整梁，有洞無護套筒，開洞采用鋼護套筒及采用本發(fā)明的鋁制護套筒四種情況分別進行模擬，得到如圖13所示的數(shù)據(jù)，其中，縱坐標為荷載,單位p(kn/m)，橫坐標為梁最大撓度，單位(mm)。

從圖中可以看出，采用本發(fā)明的裝置在理想狀態(tài)下變形能力略小于完整無開洞梁，而承載力比完整無開洞梁略高，變形能力和承載力都比鋼制護套筒高出許多。

盡管結(jié)合優(yōu)選實施方案具體展示和介紹了本發(fā)明，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，在不脫離所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，在形式上和細節(jié)上可以對本發(fā)明做出各種變化，均為本發(fā)明的保護范圍。