本實用新型屬于混凝土結(jié)構(gòu)加固
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種提升混凝土結(jié)構(gòu)承載能力的加固系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：目前，混凝土結(jié)構(gòu)加固有粘貼鋼板法、粘貼碳纖維、鋼絲繩網(wǎng)片-復(fù)合砂漿外加層加固法、加大截面加固法和體外預(yù)應(yīng)力加固法多種方法，但每種方法都存在不足之處。粘貼鋼板法，通過在被加固梁體底部粘貼鋼板來實現(xiàn)梁承載能力提高。粘貼鋼板法加固結(jié)構(gòu)形式單一，承載能力提升較低，鋼板與混凝土梁的連接部位是關(guān)鍵部位，同時也是薄弱部位，不能充分發(fā)揮鋼材的力學(xué)材料特性，加固結(jié)構(gòu)合理性有待進(jìn)提高。粘貼碳纖維，復(fù)合材料法通過在被加固梁底部粘貼碳纖維復(fù)合材料來實現(xiàn)梁承載能力的提高。碳纖維復(fù)合材料法對梁體承載能力提升較低，材料強(qiáng)度利用率不高，同時碳纖維材料存在耐久性和老化問題，尤其是復(fù)雜惡劣環(huán)境下，碳纖維復(fù)合材料不耐火，火災(zāi)會導(dǎo)致承載能力喪失。鋼絲繩網(wǎng)片-復(fù)合砂漿外加層加固法：通過粘結(jié)強(qiáng)度及彎曲強(qiáng)度優(yōu)秀的滲透性聚合砂漿附著，與混凝土緊密結(jié)合形成一體來實現(xiàn)梁承載能力的提高。不足之處是：(1)對復(fù)合砂漿性能和質(zhì)量的要求較高，而市場上供應(yīng)的產(chǎn)品(聚合物砂漿)一般性能較差，若不專門配制，容易發(fā)生安全質(zhì)量問題；(2)高強(qiáng)不銹鋼絲及高性能的復(fù)合砂漿的單價較高，就經(jīng)濟(jì)角度考慮有所欠缺，此外對結(jié)構(gòu)承載能力的加固效果有限；(3)使用前，需做較細(xì)致的技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合評估才能確定其適用性。加大截面加固法，采取增大混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)筑物的截面面積，以提高其承載力和滿足正常使用。對結(jié)構(gòu)承載能力提升較低，施工濕作業(yè)時間長，在混凝土養(yǎng)護(hù)期間需限制荷載，對交通影響比較大，加固后結(jié)構(gòu)自重增大、建筑使用空間減小。體外預(yù)應(yīng)力加固法，需要對橋梁主要受力結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固時，可在梁體外部(梁底與梁兩側(cè))設(shè)置鋼筋或鋼絲束，并施加預(yù)應(yīng)力，以改善橋梁的受力狀況，提高橋梁承載能力。存在的問題是(1)體外索布置在截面外，防腐、保護(hù)相對較困難，易受外界影響。(2)錨固及轉(zhuǎn)向區(qū)域易產(chǎn)生應(yīng)力集中，局部應(yīng)力大，對錨固施工要求高。(3)體外索張拉力較小，不能充分發(fā)揮體外索強(qiáng)度高的優(yōu)點，對錨具及夾片的要求很高。(4)體外預(yù)應(yīng)力筋的變形和混凝土的變形不一致，容易造成預(yù)應(yīng)力損失，且對結(jié)構(gòu)承載能力提升較低。技術(shù)實現(xiàn)要素：本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種能大幅度提高被加固結(jié)構(gòu)的承載能力，加固系統(tǒng)能夠靈活調(diào)整，結(jié)構(gòu)受力更加科學(xué)合理，加固效率高，后期維護(hù)方便、快捷，耐火性好，使用壽命長的提升混凝土結(jié)構(gòu)承載能力的加固系統(tǒng)及其施工方法。本實用新型采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題：一種提升混凝土結(jié)構(gòu)承載能力的加固系統(tǒng)，包括拱圈、拱腳和鋼梁；所述鋼梁連接在被加固結(jié)構(gòu)主梁的底面，拱圈的跨中頂部連接鋼梁底面，拱圈的兩個端部分別通過拱腳連接被加固結(jié)構(gòu)主梁兩側(cè)的混凝土構(gòu)筑物。所述拱圈的跨中頂部設(shè)有支座墊，支座置于支座墊上，支座頂部連接鋼梁底面。所述混凝土構(gòu)筑物的內(nèi)側(cè)設(shè)有預(yù)埋件，預(yù)埋件分別焊接鋼筋網(wǎng)和拱圈的端部，并澆注混凝土形成拱腳。所述鋼梁頂面與被加固結(jié)構(gòu)主梁底面粘貼并通過螺栓緊固。所述拱圈為多個，相鄰兩個拱圈之間用橫向聯(lián)系梁連接。一種提升混凝土結(jié)構(gòu)承載能力的加固系統(tǒng)的施工方法，包括以下步驟：①預(yù)制拱圈；②拱腳安裝處的表面處理對混凝土構(gòu)筑物內(nèi)側(cè)的拱腳安裝處表面清潔和粗糙處理；③搭設(shè)模板與支架；④綁扎鋼筋網(wǎng)；⑤焊接預(yù)埋件和安裝拱圈拱腳安裝處設(shè)有預(yù)埋件，將鋼筋網(wǎng)與預(yù)埋件焊接，然后吊裝拱圈，將拱圈的端部和預(yù)埋件焊接；⑥澆筑混凝土拱腳安裝處澆筑混凝土形成拱腳；⑦完成所有拱圈12和橫向聯(lián)系梁安裝重復(fù)步驟①至步驟⑥，直至完成所有拱圈的安裝；相鄰兩個拱圈之間用橫向聯(lián)系梁連接，橫向聯(lián)系梁的頂面與被加固結(jié)構(gòu)主梁底面栓接或焊接；⑧被加固結(jié)構(gòu)主梁底部安裝鋼梁鋼梁頂面與被加固結(jié)構(gòu)主梁底面粘貼并通過螺栓堅固；⑨在拱圈跨中頂部放置支座墊和支座使用千斤頂將鋼梁頂升，在拱圈跨中頂部依次放置支座墊和支座，然后移除千斤頂，施工完成。本實用新型的優(yōu)點在于：(1)承載能力提升方面。本實用新型可以大幅度地提高被加固結(jié)構(gòu)的承載能力，能通過靈活調(diào)整拱圈的矢跨比、截面形式、材料等級，型鋼的截面形式、材料等級，頂升力大小等，確定承載能力提高幅度，并且后期的調(diào)整和維護(hù)非常方便、快捷。(2)結(jié)構(gòu)形式方面。與現(xiàn)有加固方法相比，本實用新型的加固系統(tǒng)受力更加科學(xué)合理，既能充分的發(fā)揮材料特性，又能很好的利用結(jié)構(gòu)設(shè)計合理的優(yōu)勢。(3)受力機(jī)理方面。粘貼鋼板法，粘貼碳纖維法等是在被加固結(jié)構(gòu)一次受力的基礎(chǔ)上進(jìn)行加固，加固效率較低，本實用新型加固系統(tǒng)的加固效果可以抵消被加固結(jié)構(gòu)的一次受力和二次受力，加固效率能接近100％。與體外預(yù)應(yīng)力加固方法相比，本實用新型加固效果顯著，尤其是不存在后期的預(yù)應(yīng)力損失問題。(4)后期維護(hù)方面。與現(xiàn)有的加固方法相比，本實用新型加固系統(tǒng)后期可隨時進(jìn)行加固效果的調(diào)整，方便快捷，并且使用壽命遠(yuǎn)大于其它加固方法，綜合經(jīng)濟(jì)效益高。(5)耐火性方面。粘貼碳纖維法存在一個顯著的問題就是耐火性差，火災(zāi)作用下會瞬間喪失承載力，本實用新型的加固系統(tǒng)比粘貼碳纖維法在耐火性方面存在優(yōu)勢。附圖說明圖1是本實用新型加固系統(tǒng)安裝在被加固結(jié)構(gòu)上的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實用新型加固系統(tǒng)的平面示意圖。圖中，1：支座，2：支座墊，3：頂升墊板，4：千斤頂，5、預(yù)埋件，6：鋼筋網(wǎng)，7：拱腳，8：鋼梁，9：被加固結(jié)構(gòu)主梁，10：混凝土構(gòu)筑物，11：被加固結(jié)構(gòu)主梁支座，12：拱圈，13：橫向聯(lián)系梁。具體實施方式以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型的具體實施方式作詳細(xì)說明，但不構(gòu)成對本實用新型權(quán)利要求保護(hù)范圍的限制。一種提升混凝土結(jié)構(gòu)承載能力的加固系統(tǒng)，包括支座1、支座墊2、拱圈12、拱腳7和鋼梁8；所述鋼梁8連接在被加固結(jié)構(gòu)主梁9的底面，在拱圈12跨中頂部放置支座墊2，支座1置于支座墊2上，支座1頂部連接鋼梁8底面；拱圈12的兩個端部分別通過拱腳7連接被加固結(jié)構(gòu)主梁9兩側(cè)的混凝土構(gòu)筑物10。被加固結(jié)構(gòu)主梁9兩端分別通過被加固結(jié)構(gòu)主梁支座11連接混凝土構(gòu)筑物10的頂部。所述混凝土構(gòu)筑物10的內(nèi)側(cè)設(shè)有預(yù)埋件5，預(yù)埋件5分別焊接鋼筋網(wǎng)5和拱圈12的端部并澆注混凝土形成拱腳7。所述鋼梁8頂面與被加固結(jié)構(gòu)主梁9底面粘貼并通過螺栓堅固。所述拱圈為多個，相鄰兩個拱圈之間用橫向聯(lián)系梁連接。上述一種提升混凝土結(jié)構(gòu)承載能力的加固系統(tǒng)的施工步驟：①預(yù)制拱圈12根據(jù)需要達(dá)到的加固效果、橋下凈空等實際條件和要求，控制拱圈12特性例如材料等級、截面形式和矢跨比等，制作拱圈12。②拱腳7澆筑處的表面處理拱腳7澆筑處分別位于被加固結(jié)構(gòu)兩側(cè)的混凝土構(gòu)筑物的內(nèi)側(cè)。施工時要求混凝土表面潔凈、無污染、雜質(zhì)、油漬、塵土等。首先用鑿毛機(jī)對需要處理的混凝土表面進(jìn)行鑿毛處理，把表面的浮漿、雜物鑿除，露出受力鋼筋，注意不要損傷原結(jié)構(gòu)中鋼筋，然后用旋轉(zhuǎn)鋼絲刷清掃機(jī)清掃，再用鼓風(fēng)機(jī)或吸塵器清除浮沉、細(xì)粒，用高壓水槍沖洗一遍，待干燥后，即可進(jìn)行施工。③搭設(shè)模板與支架在拱腳7澆筑處搭設(shè)模板與支架。模板要具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，能安全可靠的承擔(dān)施工中可能出現(xiàn)的各種荷載，其次要保證結(jié)構(gòu)的設(shè)計形狀、尺寸及各部分相互之間位置的準(zhǔn)確性，最后模板的接縫必須密合，確?；炷翝仓^程中不漏漿。④綁扎鋼筋網(wǎng)6鋼筋網(wǎng)6要嚴(yán)格按設(shè)計圖紙要求綁扎，注意鋼筋間距、位置的準(zhǔn)確，綁扎點牢固，保證受力鋼筋不產(chǎn)生位移，雙向受力的鋼筋交叉點應(yīng)全部扎牢，拱腳7澆筑處鋼筋與原結(jié)構(gòu)中鋼筋連接在一起。⑤焊接預(yù)埋件5，安裝拱圈12拱腳7澆筑處設(shè)有預(yù)埋件5。將鋼筋網(wǎng)6與預(yù)埋件5焊接，然后吊裝拱圈12，將拱圈12端部分別和預(yù)埋件5焊接。⑥澆筑混凝土拱腳7澆筑混凝土?；炷恋燃壐鶕?jù)具體施工要求和加固設(shè)計計算選定。在澆筑過程中，振動棒應(yīng)避免與預(yù)埋件和鋼筋直接接觸，需小心謹(jǐn)慎振搗?；炷脸尚秃螅杓訌?qiáng)養(yǎng)護(hù)，確?；炷翝仓|(zhì)量。⑦完成所有拱圈12和橫向聯(lián)系梁13安裝重復(fù)以上施工步驟，直至完成所有拱圈12的安裝，最后進(jìn)行橫向聯(lián)系梁13安裝，橫向聯(lián)系梁13尺寸根據(jù)設(shè)計計算確定，橫向聯(lián)系梁13與各拱圈之間采用栓接或焊接。⑧搭設(shè)施工平臺在各拱圈12之間搭設(shè)下一步施工平臺，確保強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性符合安全生產(chǎn)施工標(biāo)準(zhǔn)。⑨被加固結(jié)構(gòu)主梁9底部安裝鋼梁8A、被加固結(jié)構(gòu)主梁9底面處理在被加固結(jié)構(gòu)主梁9的底面放出加固位置大樣，鑿除鋼梁8放置區(qū)混凝土表面2～5mm厚的表層砂漿，使堅實的混凝土外露，并形成平整的粗糙面，表面不平處應(yīng)用尖鑿輕鑿整平。再用鋼絲輪清除表面浮漿，剔除表層疏松物，最后用壓縮空氣吹凈表面粉塵，并用甲苯或工業(yè)丙酮擦拭表面。對較大面積的劣質(zhì)層，剔除后應(yīng)用聚合物水泥砂漿修復(fù)平整。加固前用丙酮擦洗干凈。B、在被加固結(jié)構(gòu)主梁9底部植埋錨固螺桿。C、安裝鋼梁8鋼梁8可選用型鋼或鋼板，依據(jù)實際放樣進(jìn)行下料和加工，并依據(jù)現(xiàn)場植埋的螺桿，對鋼梁8配套打孔，然后將鋼梁8的上表面用磨光砂輪機(jī)或鋼絲刷磨機(jī)進(jìn)行除銹和粗糙處理，打磨粗糙度越大越好，打磨紋路應(yīng)與加固裝置受力方向垂直。用脫脂棉沾丙酮將鋼梁8的上表面擦拭干。將鋼梁8固定在螺桿上，并保證鋼梁8的上表面與被加固結(jié)構(gòu)主梁9底面之間的間隙在3mm以上，以確保灌注膠層的厚度在3mm以上，焊接型鋼或鋼板接縫，完成安裝。D、配制結(jié)構(gòu)膠。E、封邊將鋼梁8用封邊膠封閉邊緣。F、灌注結(jié)構(gòu)膠往鋼梁8的上表面與被加固結(jié)構(gòu)主梁9底面之間的間隙灌注結(jié)構(gòu)膠直至灌注密實，最后用封邊膠堵住灌注孔。G、鋼梁8表面防腐處理鋼梁8固化密實效果可靠后，去除所有注入咀和排氣管，并清除鋼梁8表面污垢和銹斑，對鋼梁8外露處作防腐處理。⑩在拱圈12跨中頂部放置支座墊2和支座1使用多個千斤頂4同時將鋼梁8頂升，在拱圈12跨中頂部安裝支座墊2和支座1，支座1置于支座墊2上。為保護(hù)拱圈12，千斤頂4底部可放置頂升墊板3。安裝好支座墊2和支座1后拆卸千斤頂及頂升墊板3，施工完成?，F(xiàn)有的加固方法均是在一次受力的基礎(chǔ)上進(jìn)行加固，例如粘貼鋼板和碳纖維等，加固效率比較低，本實用新型加固系統(tǒng)安裝后可以抵消結(jié)構(gòu)的一次受力和二次受力，加固效果可控且后期調(diào)整方便、快捷，這是本實用新型加固系統(tǒng)與其它加固方法最大的不同之處，可以大幅提升結(jié)構(gòu)承載能力，具有顯著的加固效果。以單片梁為例，運用本加固系統(tǒng)，采用簡化的方法，在自重荷載作用下，分別從理論和有限元計算兩個方面對結(jié)構(gòu)加固系統(tǒng)進(jìn)行計算：(1)加固系統(tǒng)的理論方面計算加固效率公式為：式中：η：加固效率；MI：加固前被加固結(jié)構(gòu)主梁中最大彎矩；MII：加固后被加固結(jié)構(gòu)主梁中最大彎矩。其中，MI與MII計算方法：①加固前，在自重荷載作用下，被加固結(jié)構(gòu)主梁內(nèi)最大彎矩為：最大正彎矩：式中：MI-加固前被加固結(jié)構(gòu)主梁內(nèi)最大彎矩；q1-被加固結(jié)構(gòu)主梁自重均布荷載；l-被加固結(jié)構(gòu)主梁計算長度。②加固后，在自重荷載作用下，被加固結(jié)構(gòu)主梁內(nèi)最大彎矩為：最大正彎矩：式中：MII-加固前被加固結(jié)構(gòu)主梁內(nèi)最大彎矩；q1-被加固結(jié)構(gòu)主梁自重均布荷載；q2-被加固結(jié)構(gòu)主梁底部鋼梁8(型鋼)自重均布荷載；E1-混凝土彈性模量；E2-型鋼彈性模量；I1-被加固結(jié)構(gòu)主梁截面抗彎慣性矩；I2-被加固結(jié)構(gòu)主梁底部鋼梁8(型鋼)截面抗彎慣性矩；③加固效率實際加固中，可以采用輕質(zhì)高強(qiáng)的材料降低q2，不局限于鋼材，可以是鋁合金等，通過合理布置截面形式增大E2I2，使得加固效率接近100％。(2)加固系統(tǒng)的有限元計算方面計算為了驗證本專利的加固效果，采用ANSYS通用有限元軟件進(jìn)行計算，計算梁的橫截面尺寸為0.4m×0.5m，梁跨度10m，在自重荷載作用下，加固前梁上各個節(jié)點(主梁縱向每隔1m設(shè)置一個節(jié)點)的撓度見表1。加固鋼板厚度為0.015m，加固拱圈的跨度為10m，拱圈的矢高為4m，鋼材選用40#A工字鋼，尺寸為400mm×142mm×10.5mm。表1計算梁加固前后對比測點編號加固前撓度(mm)加固后撓度(mm)撓度提升值(mm)100021.60610.69330.912833.03821.29881.739444.15911.75562.403554.87092.03022.840765.11472.11672.998074.87092.03022.840784.15911.75562.403593.03821.29881.7394101.60610.69330.912811000由表1可知看出，采用本實用新型的加固系統(tǒng)，加固后梁體的撓度(剛度)得到了大幅度的提升，在實際加固中，由于橫梁聯(lián)系梁的整體增強(qiáng)作用，梁體的撓度還會進(jìn)一步提升，同時主拱圈工字鋼的型號、數(shù)量，橫向聯(lián)系梁的型號、數(shù)量等參數(shù)均可以調(diào)整，即梁體的加固效果可以根據(jù)不同的加固要求進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。當(dāng)前第1頁1 2 3