热激励嵌入式形状记忆合金丝缠绕混凝土柱的加固方法与流程

本发明属于混凝土结构加固领域，具体涉及一种采用热激励嵌入式NiTiNb形状记忆合金丝缠绕混凝土柱的加固方法。

背景技术：

我国各类混凝土柱种类和数量众多，且服役时间长短不一，经常出现混凝土开裂、疏松、塌落、钢筋外露等病害，严重影响了结构的安全性。因此，需要对不满足受力要求的混凝土柱进行加固处理。

现有混凝土柱的加固方法主要分为被动加固和主动加固两大类。被动加固法主要有增大截面法、粘贴钢板法和粘贴纤维复合材料法等，由于施工操作简单，近些年得到了广泛应用。但由于加固材料提供的是被动约束力，不能主动调整原结构受力状态，加固材料存在严重应力滞后现象，浪费材料，影响加固效果。主动加固法主要包括预应力钢套箍加固法、预应力钢丝缠绕加固法、预应力纤维布加固法等，也受到众多研究者的重视。但由于预应力加固需要张拉机具，施工操作复杂，人力成本投入大；材料或锚具结构松弛引起预应力随时间变化而损失；加固材料和锚具外露，防护困难，耐久性及防火能力差。

随着新材料，新工艺的不断发展，近期有部分研究者提出NiTiNb形状记忆合金丝体外预应力加固的方法。NiTiNb形状记忆合金(Shape Memory Alloy——SMA)是一种具有超弹性、高阻尼和形状记忆特性的金属材料。超弹性性能是指在环境温度高于其逆向变结束温度的情况下，加载变形后的形状记忆合金会在卸载后自动恢复原状；高阻尼是指形状记忆合金具有应力应变滞后效应，从而实现耗能；形状记忆特性是指形状记忆合金在常温下受力变形后，加热至其相变结束温度以上(一般在150℃以内)，其变形会自动恢复的特性，如果对其加热时其变形受限，不能恢复原状，会产生很大的回复应力，且降温后仍有400～600Mpa的残余应力作为永久应力保留在材料中。现有的形状记忆合金加固方法由于采用体外预应力加固，加固材料和锚具外露，易受人为破坏等外部环境的影响，因此，急需提出一种高效实用的加固方法。

技术实现要素：

一种热激励嵌入式形状记忆合金丝缠绕混凝土柱的加固方法，步骤如下：

(1)根据待加固构件受力要求，确定待加固区域，全部或部分凿除待加固区域的保护层厚度；

(2)根据待加固构件受力要求，进一步确定形状记忆合金丝的缠绕范围、间距和直径，确定定位螺钉尺寸和位置，采用定位螺钉对形状记忆合金丝进行定位，以保证形状记忆合金丝的螺距并与混凝土柱保护层密贴，最后通过锚具固定；

(3)加热形状记忆合金丝至其逆向变结束温度以上，使其产生回复力；

(4)停止加热，待形状记忆合金丝自然冷却后，采用环氧水泥砂浆修复保护层，并在修复后的混凝土柱表面涂抹防火涂料。

本发明的有益效果：1)采用嵌入式加固方法，加固材料埋入保护层内部，耐腐蚀性好，无外露锚具，加固后结构耐久性好，易于成品保护，加固完成后与原结构一致，不影响外观；2)无需机械张拉，仅通过加热即可产生预应力，实现了混凝土柱的主动约束加固，主动约束施加的预应力可调整混凝土柱的受力状态，减小或弥合原结构的裂缝及损伤，提高结构的承载力和延性；3)形状记忆合金丝回复力高且稳定，应力损失小，永久性的有效预应力高，且该材料为高阻尼材料，耗能能力强，抗震性能好。

附图说明

图1为本发明中部分凿除混凝土柱保护层后的剖面图。

图2为本发明中形状记忆合金丝缠绕和锚固完成后的剖面图。

图3为本发明中形状记忆合金丝缠绕和锚固方式示意图。

图4为本发明中完成加固后的剖面图。

图5为本发明中锚具示意图。

图6为本发明中定位螺钉示意图。

图中：1混凝土柱主筋；2混凝土柱箍筋；3定位螺钉；4形状记忆合金丝；5锚具；6环氧水泥砂浆；7防火涂料；8调节螺母；9挤压板；10锚栓；11原结构钢筋保护层。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1～图4所示，本发明具体涉及一种采用热激励嵌入式形状记忆合金丝加固混凝土柱的方法，该方法具体包括以下步骤：

(1)根据待加固构件受力要求，确定待加固位置，全部或部分凿除待加固区域的保护层厚度；

(2)根据待加固构件受力要求，进一步确定形状记忆合金丝4的缠绕范围、间距和直径，确定定位螺钉3尺寸和位置，采用定位螺钉3对形状记忆合金丝4进行定位，以保证形状记忆合金丝4的螺距并与混凝土柱保护层密贴；最后通过锚具5固定；

(3)加热形状记忆合金丝4至其逆向变结束温度以上，使其产生回复力；

(4)停止加热，待形状记忆合金丝4自然冷却后，采用环氧水泥砂浆6修复保护层，并在修复后的混凝土柱表面涂抹防火涂料7。

步骤(2)所述形状记忆合金丝4为预变形后的形状记忆合金丝，其预变形方式如下：常温下对NiTiNb形状记忆合金丝进行冷拉，使其产生预变形，冷拉产生的预变形为6％左右。

步骤(2)所述锚固方法为：在加固段上下两端紧贴端部形状记忆合金丝4再缠绕一圈，将两圈紧贴的形状记忆合金丝锚固在一起。

如图5所示，所述的锚固装置5将形状记忆合金丝4的两端固定。形状记忆合金丝4两端放入U型螺栓10内部，将挤压板9安装在U型螺栓上，通过预紧螺母8提供挤压力，使形状记忆合金丝4两端锚固。

如图6所示，所述的定位螺钉3用于形状记忆合金丝4的定位，螺钉上部为供形状记忆合金丝4通过的可旋转圆孔。