一种利用frp加固混凝土剪力墙的装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及土木工程结构加固技术领域，具体涉及一种利用FRP加固混凝土剪力墙的装置，包括混凝土剪力墙、环氧树脂层、第一FRP条带和第二FRP条带，所述的混凝土剪力墙两个墙面均涂有环氧树脂层，位于混凝土剪力墙的下部的环氧树脂层的表面横向满粘第一FRP条带，所述第一FRP条带的上部等间距均匀横向粘贴若干个第二FRP条带，混凝土剪力墙的下部均匀设置有若干个通孔，所述FRP加固混凝土剪力墙的装置还包括钢板、螺杆和螺母，钢板上开设有安装孔，通孔的两端均覆盖有钢板并使安装孔与通孔相对，螺杆同时穿过混凝土剪力墙、环氧树脂层、第一FRP条带和钢板，钢板的两端安装有螺母。本实用新型不仅能够提高混凝土剪力墙的抗震能力，且能够防止FRP剥离破坏。
【专利说明】
_种利用FRP加固混凝土剪力墙的装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及土木工程结构加固技术领域，具体涉及一种利用FRP加固混凝土 剪力墙的装置及方法。
【背景技术】
[0002] 土木工程领域中，剪力墙又称抗震墙，是高层建筑结构中最重要的抗侧力构件，主 要用来承受风荷载或地震作用引起的水平荷载。当已有剪力墙结构由于设计、施工缺陷、甚 至灾害等原因，造成其承载力不足，影响建筑结构的安全和正常使用时，需要进行修复加 固。为解决剪力墙承载力不足的问题，现有的加固方法中，主要有将FRP布横向等间距或者 布满剪力墙表面粘贴，这样可提高剪力墙抗剪承载能力、延性以及耗能，从而改善其抗震性 能。但是，加固后的剪力墙在轴压力与水平力的作用下，剪力墙底部截面由于内力较大，更 易破坏。按照第一种加固方法，将FRP横向等间距粘贴于剪力墙表面，而剪力墙底部未粘贴 FRP混凝土条带，由于无 FRP约束，容易形成薄弱截面，会影响加固效果；按照另外一种加固 方法，将FRP布满剪力墙表面粘贴进行加固，这种加固方法对于剪力墙内力较小的上部，容 易造成加固过量，浪费材料。
[0003] 另外一方面，剪力墙在荷载作用下容易发生FRP剥离破坏，FRP剥离不仅降低了FRP 材料的抗拉强度利用率，同时使构件发生脆性破坏，影响结构安全。
[0004] 为了解决FRP剥离破坏的问题，专利公开号为CN 103866991 A的中国专利公开了 一种修复剪力墙时防止玄武岩纤维布和混凝土剥离的方法，该方法中的主要解决办法是将 玄武岩纤维条穿过剪力墙通孔，其两端呈花瓣状粘贴在玄武岩纤维布表面，通过对玄武岩 纤维条一端条片施加拉力的方法，提供混凝土表面和玄武岩纤维布之间粘贴正压力和防止 剥离破坏水平力，但是该方法提供的粘结正压力较小，且该方法施工工序繁琐，锚固效果受 施工质量影响较大。
[0005] 综上，需要一种既能够提高剪力墙抗震能力又能够防止FRP剥离破坏加固方法。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型的目的是针对上述存在的问题，提供一种有效提高混凝土剪力墙抗震 能力的一种利用FRP加固混凝土剪力墙的装置，本实用新型的目的还在于提供一种施工方 便且能有效阻止FRP和混凝土剥离的利用FRP加固混凝土剪力墙方法。
[0007] 本实用新型利用FRP加固混凝土剪力墙的装置的技术方案是:一种FRP加固混凝土 剪力墙的装置，包括混凝土剪力墙（1 )，平整的环氧树脂层，第一 FRP条带(2-1)和第二FRP条 带(2-2)，所述的混凝土剪力墙（1)两个墙面均涂有环氧树脂层，位于混凝土剪力墙（1)的下 部的环氧树脂层的表面横向满粘第一 FRP条带(2-1)，所述第一 FRP条带(2-1)的上部等间距 均匀横向粘贴若干个第二FRP条带(2-2)，混凝土剪力墙（1)的下部均匀设置有若干个通孔， 所述FRP加固混凝土剪力墙的装置还包括钢板(3)、螺杆(5)和螺母(4)，所述钢板(3)上开设 有安装孔，所述通孔的两端均覆盖有钢板(3)并使安装孔与通孔相对，所述螺杆(5)同时穿 过混凝土剪力墙（1)、环氧树脂层、第一 FRP条带（2-1)和钢板(3)，所述钢板(3)的两端安装 有螺母(4)。
[0008] 所述第一 FRP条带（2-1)的粘贴高度为从涂有环氧树脂层墙面底端到至少0.4倍墙 高的范围。
[0009] 所述钢板(3)为正方形，其边长为至少0.8倍FRP条带宽度，且安装孔的直径至少大 于螺杆(5)的螺纹外径2mm。
[0010] 所述螺杆(5)为4.8级以上的碳钢，螺杆的螺纹外径彡10mm，螺杆的长度大于等于 混凝土剪力墙(1)墙体厚度、钢板(3)厚度以及螺母(4)厚度之和；
[0011] 所述FRP为碳纤维布、玻璃纤维布、玄武岩纤维布或芳纶纤维布。
[0012] 本实用新型的有益效果是：
[0013] 1、本实用新型采取横向满粘与等间距均匀粘贴FRP条带相结合的加固方式，在剪 力墙下部内力较大高度范围内，沿墙面横向满粘FRP条带，加强了对混凝土的约束，阻止了 混凝土剪力墙裂缝的发展，在混凝土剪力墙的上部为内力较小的区域，取等间距横向均匀 粘贴FRP条带，这样不仅有效提高了混凝土剪力墙抗震能力，而且节省材料，经济合理。
[0014] 2、采用机械锚固防止FRP与混凝土剥离破坏，将螺杆穿过剪力墙预留通孔，通过对 螺杆施加一定预加扭矩的方法，利用螺杆、螺母及钢板提供了混凝土表面和FRP之间的正压 力，对施工人员技术要求较低，施工工序简单，不仅提高了FRP的利用率，且施工质量容易保 证，有效阻止了 FRP与混凝土剥离。
【附图说明】
[0015] 图1为本实用新型一种FRP加固混凝土剪力墙的装置的实施例一的结构示意图；
[0016] 图2为图1的A-A截面结构示意图；
[0017] 图3为与本实用新型对比加固方法一的结构示意图；
[0018] 图4为与本实用新型对比加固方法二的结构示意图。
【具体实施方式】
[0019] 本实用新型公开了一种利用FRP加固混凝土剪力墙的装置，以提高混凝土剪力墙 抗震能力并有效阻止FRP和混凝土剥离。
[0020] 下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清 楚、完整的描述，显然所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施 例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获 得所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。
[0021] 本实用新型提供的利用FRP加固混凝土剪力墙的装置的实施例一，如图1~2所示， 包括混凝土剪力墙1，平整的环氧树脂层，横向FRP条带2,所述的混凝土剪力墙1两个墙面均 涂有环氧树脂层，位于混凝土剪力墙1的下部的环氧树脂层的表面横向满粘第一 FRP条带2-1，第一 FRP条带2-1的粘贴高度为从涂有环氧树脂层墙面底端到至少0.4倍墙高的范围；所 述第一 FRP条带2-1的上部等间距均匀横向粘贴若干个第二FRP条带2-2,混凝土剪力墙1的 下部均匀设置有若干个通孔，所述FRP加固混凝土剪力墙的装置还包括钢板3、螺杆5和螺母 4，所述钢板3上开设有安装孔，钢板3采用Q235钢，形状为正方形，厚度至少为8mm，其边长至 少为0.8倍FRP条带宽度，且安装孔直径至少大于螺杆5螺纹外径2mm;所述通孔的两端均覆 盖有钢板3并使安装孔与通孔相对，所述螺杆5同时穿过混凝土剪力墙1、环氧树脂层、第一 FRP条带2-1和钢板3,所述钢板3的两端安装有螺母4,并对螺母施加扭矩。
[0022]螺杆5为4.8级以上的碳钢，螺纹外径多10mm，螺纹长度至少为剪力墙1墙体厚度、 钢板3厚度以及螺母4厚度之和;第一、二FRP条带可以为碳纤维布、玻璃纤维布、玄武岩纤维 布或芳纶纤维布;螺母4为六角螺母，螺纹规格与所述螺杆5规格保持一致。
[0023] 在本实施例中，剪力墙1尺寸为bXhXt=700 mmX1200 mmXlOO mm;FRP条带2为 碳纤维布(CFRP)，条带宽度为100mm，厚度为0.111mm;钢板3边长为80mm，厚度为8mm，中心孔 直径为12mm;螺母4为中华人民共和国国家标准《六角螺母C级》(GB/T 41-2000)规定的Ml0 六角螺母;螺杆5直径为10mm，长度为150mm;所述剪力墙1底部至墙高540mm范围内，横向满 粘FRP条带2-1，FRP条带2-1粘贴层数为一层，条带之间搭接长度为12mm;所述混凝土剪力墙 1墙高方向距底部540mm以上范围，等间距均匀横向粘贴FRP条带2-2，FRP条带2-2间净距为 120mm，条带粘贴层数为两层。
[0024]本实用新型上述提供的利用FRP加固混凝土剪力墙的装置的实施方法，如图1~4所 示，包括以下步骤：
[0025] (a)确定粘贴第一、二FRP条带的位置以及锚固位置，并在剪力墙1墙面划线标示出 FRP条带粘贴区域以及锚固通孔中心位置。
[0026] (b)利用钻孔机在确定锚固通孔中心位置处钻取直径为12mm通孔，利用高压气枪 和高压喷水枪将通孔内的灰尘清理干净。
[0027] (c)若剪力墙1表面出现蜂窝、麻面、凹陷等凹凸不平情况时，采用环氧砂浆等粘结 能力强的修复材料进行修补。利用打磨机将剪力墙棱角打磨成圆角，并将剪力墙1两个墙面 (bXh=700 mm X 1200 mm)粘贴FRP条带表面打磨平整，用钢刷清除表层酥松的混凝土和杂 质，直至完全露出新的骨料，用丙酮将混凝土表面清洗干净。
[0028] (d)按照质量比4:1配置环氧树脂胶结剂，在剪力墙1两侧表面需要粘贴FRP条带位 置刷环氧树脂胶结剂，保证刷环氧树脂胶结剂厚度均匀，并反复多次找平。刷胶完成后保证 环氧树脂胶结剂表面清洁。
[0029] (e)在步骤(d)环氧树脂胶结剂用指粘呈现拉丝状态时，将已经利用碳纤维粘结胶 浸渍的第一、二FRP条带2粘贴在剪力墙墙面，并注意在混凝土剪力墙的通孔附近将第一 FRP 条带2-1的纤维丝拨开，预留出安装螺杆空间，利用滚筒沿纤维方向多次滚压，挤出气泡，保 证FRP条带与混凝土粘结完好。
[0030] (f)在步骤(e)中碳纤维粘结胶硬化后，将螺杆5插入到钻孔内，利用注射器将环氧 植筋胶注入到通孔内。注意插入螺杆5时采取防护措施，以保证螺杆与螺栓的有效紧固。
[0031] (g)在步骤(f)环氧植筋胶固化后，将钢板3穿过螺杆5并利用环氧植筋胶将钢板粘 贴于FRP条带表面。
[0032] (h)在步骤(g)环氧植筋胶固化后，利用扳手将螺母4与螺杆5紧固，并利用数显扭 矩扳手对螺母4施加30.0 Nm扭矩。
[0033]本实用新型所述一种FRP加固混凝土剪力墙的方法与以下两种加固方法比较分析 如下：
[0034]方法一：如图3所示，该方法与本实用新型所述加固方法采用相同加固材料、相同 材料用量;不同的是不使用锚固装置、不同粘贴方式，图中与实施例相同的编号代表相同的 意义，不同的是:沿混凝土剪力墙1墙高度方向均匀横向粘贴CFRP条带2-2，CFRP条带宽度为 100mm，条带之间净距为120mm，粘贴两层。
[0035]方法二：如图4所示，该方法与本实用新型所述加固方法相同加固材料、相同材料 用量、相同粘贴方式;不同的是不使用锚固装置。具体参见图4,图中与实施例相同的编号代 表相同的意义，不同之处在于图中未使用螺杆、螺帽以及钢板。
[0036]先对原剪力墙、受火后剪力墙、以及方法一、方法二和本实用新型所述的加固方法 进行加固受火后剪力墙五种情况进行低周反复荷载试验，具体测试结果见表1:
[0037] 表1混凝土剪力墙抗震试验测试结果
[0038]
[0039] 注:表1中耗能为构件的极限荷载下降到85%的峰值荷载之前荷载-位移曲线循环 的所有滞回环面积之和。
[0040] 由表1可以看出：本实用新型加固方法可以有效提高受火后剪力墙抗震能力。受火 后剪力墙较原剪力墙承载力和耗能分别下降了 10.3%和21.7%;而CFRP加固后剪力墙可以达 到并超过了原剪力墙承载能力和耗能:利用方法一加固受火后剪力墙承载力和耗能较受火 后未加固分别提高了 11.5%和138.7%;利用方法二加固受火后剪力墙承载力和耗能较受火 后未加固分别提高了20.6%和261.4%;而利用本实用新型加固受火后剪力墙承载力和耗能 较受火后未加固分别提高了 26.8%和469.2%。
[0041] 综上所述，本实用新型的技术方法和装置能有效提高混凝土剪力墙的抗震能力， 可以为剪力墙加固方案的合理设计提供参考，工程实用性较强。
[0042] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新 型。对这些实施例的多种修改，对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的 一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本 实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖 特点相一致的最宽的范围。
【主权项】
1. 一种FRP加固混凝土剪力墙的装置，包括混凝土剪力墙（1)、平整的环氧树脂层，第一 FRP条带(2-1)和第二FRP条带(2-2 )，其特征在于:所述的混凝土剪力墙（1)两个墙面均涂有 环氧树脂层，位于混凝土剪力墙（1)的下部的环氧树脂层的表面横向满粘第一 FRP条带Ο-? )，所述第一 FRP 条带（2-1) 的上部等间距均匀横向粘贴若干个第二 FRP 条带（2-2)， 混凝土 剪力墙（1)的下部均匀设置有若干个通孔，所述FRP加固混凝土剪力墙的装置还包括钢板 (3)、螺杆(5)和螺母(4)，所述钢板(3)上开设有安装孔，所述通孔的两端均覆盖有钢板(3) 并使安装孔与通孔相对，所述螺杆(5)同时穿过混凝土剪力墙（1)、环氧树脂层、第一 FRP条 带(2-1)和钢板(3)，所述钢板(3)的两端安装有螺母(4)。2. 根据权利要求1所述的一种FRP加固混凝土剪力墙的装置，其特征在于:所述第一 FRP 条带(2-1)的粘贴高度为从涂有环氧树脂层墙面底端到至少0.4倍墙高的范围。3. 根据权利要求1所述的一种FRP加固混凝土剪力墙的装置，其特征在于:所述钢板(3) 为正方形，其边长为至少0.8倍FRP条带宽度，且安装孔的直径至少大于螺杆(5)的螺纹外径 2mm 〇4. 根据权利要求1所述的一种FRP加固混凝土剪力墙的装置，其特征在于:所述钢板(3) 采用Q235钢，厚度彡8mm。5. 根据权利要求1所述的一种FRP加固混凝土剪力墙的装置，其特征在于:所述螺杆(5) 为4.8级以上的碳钢，螺杆的螺纹外径多10mm，螺杆的长度大于等于混凝土剪力墙（1)墙体 厚度、钢板(3)厚度以及螺母(4)厚度之和。6. 根据权利要求1所述的一种FRP加固混凝土剪力墙的装置，其特征在于:所述FRP为碳 纤维布、玻璃纤维布、玄武岩纤维布或芳纶纤维布。
【文档编号】E04G23/02GK205577465SQ201620380462
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年4月29日
【发明人】刘桂荣, 曲福来, 赵顺波, 闫磊源, 萧飒, 于永奇, 王亚宇
【申请人】华北水利水电大学