一种预应力碳纤维板与钢-混凝土加固混凝土梁的方法
【专利摘要】本发明提出一种预应力碳纤维板与钢?混凝土加固混凝土梁的方法，其主要施工步骤是：首先，凿除混凝土梁底面的混凝土保护层，并钻孔植筋，布置一层钢筋网；其次，钢板下料，在钢板的锚固端和张拉端分别焊接波形齿板，用以约束碳纤维板；再次，将钢板固定在钢筋网上，并以此加固钢板为底模，制备并浇筑自密实混凝土；然后，采用千斤顶施加预应力，张拉碳纤维板并锚固；最后，在预应力碳纤维板表面及波形齿板上粉饰水泥复合砂浆作为防护层，完成对混凝土梁的抗弯加固。本发明提供的加固方法施工方便，所需设备简单，尤其适用于混凝土梁底有混凝土剥落、碳化等病害的情况，能显著提高现有混凝土梁的抗弯承载力、刚度及耐久性，延长使用寿命。
【专利说明】
一种预应力碳纤维板与钢-混凝土加固混凝土梁的方法
技术领域
[0001]本发明属于土木工程学科的桥梁工程技术领域，尤其涉及一种预应力碳纤维板与钢-混凝土加固混凝土梁的方法。
【背景技术】
[0002]随着社会经济和交通运输事业的快速发展，交通流量大幅度增长，行车密度及车辆载重越来越大，加上桥梁所处环境的侵蚀，我国大量桥梁出现了桥梁老化加速，承载力不足的问题，并且由于施工、环境影响等方面的原因桥梁保护层混凝土碳化严重，对内部钢筋的保护能力下降，并且伴随着混凝土表面上的裂缝，桥梁结构内部钢筋的腐蚀加快，桥梁承载力下降较快，使在用桥梁存在潜在的安全隐患，不利于国民经济建设的发展。采取有效的改造加固措施恢复和提高它们的承载力，使其继续为现代交通服务，可以给国家带来巨大的经济效益。国内已有的一些经验表明，桥梁的加固费用约为新建桥梁的30%左右，比重建新桥可以节省大量的资金，经济社会效益十分显著，符合构建节约型社会的理念。
[0003]对桥梁结构进行加固，是提高现有桥梁结构的承载力、刚度及耐久性、延长使用寿命的有效办法。目前常用的加固方法有增大截面加固法、粘贴钢板加固法、粘贴纤维复合材料加固法、体外预应力加固法、改变结构体系加固法等，其中前三种方法属于被动加固范畴，其加固效果只有在桥梁结构再次受荷时才会显现，对原结构的受力性能无明显改善作用，提高的承载能力有限。后两种方法属于主动加固范畴，但受结构形式、锚固或材料特性的影响，均有一定的局限性。
[0004]预应力碳纤维板加固是对粘贴碳纤维板(布)加固方法的一次升级。它是一个主动受力的过程，能够在加固施工完成后即对梁施加作用，对裂缝有很好的闭合作用。但也有其不足之处，如:预应力碳纤维板的锚固系统不易处理，碳纤维板加固的混凝土梁易出现脆性破坏。此外，目前的碳纤维板张拉设备比较复杂，施工时不方便。
[0005]基于组合结构的原理对现有混凝土受弯构件进行加固是对结构加固技术的一种创新与发展，为结构加固提供了一种新的思路。但是由于采用组合结构加固时，模板和原有构件之间的间隙较小，采用普通混凝土，存在混凝土不能振捣密实，无法保证混凝土质量，新旧混凝土不能有效共同工作的问题，限制了组合结构加固技术的应用。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题在于针对上述存在的问题，提供一种预应力碳纤维板与钢-混凝土加固混凝土梁的方法，用三种材料组合加固混凝土梁，既可以大幅度提高混凝土梁的承载力，又可以提高混凝土梁的刚度、延性、整体性和可靠性，且施工方便，经济适用，具有广阔的应用前景。
[0007]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是:一种预应力碳纤维板与钢-混凝土加固混凝土梁的方法，其特征在于，包括如下步骤:
[0008]A)对待加固的混凝土梁进行处理，凿除混凝土梁底面的混凝土保护层，直至露出钢筋层;然后在进行清洁处理后钻孔植筋，植入的钢筋采用结构胶固定;待所植钢筋固定后，布置一层钢筋网，采用扎丝将钢筋网固定在所植钢筋上；
[0009]B)钢板的下料及处理，先根据钢板设计尺寸，采用工厂自动或半自动切割方法进行切割，成型后的钢板的切割边缘表面光滑、无毛刺、咬口及翘曲等缺陷;然后，在钢板背面焊接有剪力钉，钢板正面焊接有固定端波形齿板和固定块，所述固定块上开有通孔；
[0010]C)固定钢板，钢板背面的剪力钉与钢筋网用扎丝绑扎固定；
[0011 ] D)浇筑混凝土，以钢板为梁底模板，配制并浇筑混凝土，待混凝土龄期达到7天并且混凝土强度达到设计强度的90%以上后，再进行后一步操作；
[0012]E)预应力碳纤维板的张拉和锚固，根据设计尺寸裁剪预应力碳纤维板，并将裁剪好的预应力碳纤维板的一端置于固定端波形齿板的底板与盖板之间，另一端置于张拉端波形齿板的底板与盖板之间，并使预应力碳纤维板纵向轴线通过波形齿板的中心线，将张拉端波形齿板上的螺杆穿过固定块上的通孔，在螺杆的伸出端依次套设固定螺母、反力块和反力螺母;然后用扳手对波形齿板的各个螺母施加相应的扭力，确保波形齿板对碳纤维板的有效锚固又不剪断碳丝;将千斤顶置于固定块和反力块之间，拧紧反力螺母后，逐级张拉千斤顶至张拉控制应力;张拉完成后，用扳手拧紧固定螺母，卸除千斤顶;最后，在预应力碳纤维板表面及波形齿板上粉饰水泥复合砂浆作为防护层，完成对混凝土梁的抗弯加固。
[0013]按上述方案，所述步骤A)中所述清洁处理是使用水清洗混凝土表面的浮渣和尘土，所述植筋的布置为纵向间距I Ocm，横向间距5cm ο
[0014]按上述方案，所述步骤B)中所述剪力钉设置的密度为1cmX 1cm，采用直径为10_、长度为50mm的剪力钉。
[0015]按上述方案，所述步骤D)所采用的混凝土为高流态自密实混凝土，所述高流态自密实混凝土的坍落度在20?22cm，混凝土设计强度不低于C40。
[0016]按上述方案，所述固定端波形齿板和张拉端波形齿板均包括盖板和底板，所述盖板和底板的对应的内侧端面均为波浪面，底板和盖板通过螺栓定位相连，张拉端波形齿板的底板的外侧端面设有螺杆。
[0017]本发明的有益效果是:1、提供一种预应力碳纤维板与钢-混凝土加固混凝土梁的方法，将钢板加固和预应力碳纤维板的优点集中在一起，互相补充各自的弊端，使之成为一个主动受力的结构，施工完成之后梁体即开始受力，使混凝土梁的承载力有较大幅度的提高;2、钢板的设置解决了预应力碳纤维板锚固难的问题，将固定端波形齿板焊接在钢板上，两者之间不会产生相对滑移，因此而产生的预应力损失也将避免;3、张拉端波形齿板通过在固定块和反力块之间的千斤顶进行施加预应力，方便有效，扩大了使用预应力碳纤维板材进行加固的应用范围；4、将梁底面的保护层混凝土全部凿除，在钢板与梁之间浇筑自密实混凝土，这样保证了主梁内部钢筋不再受环境侵蚀，提高结构的耐久性。
【附图说明】
[0018]图1为本发明一个实施例的主视图。
[0019]图2为本发明一个实施例的仰视图。
[0020]图3为本发明一个实施例的固定端波形齿板的结构示意图。
[0021]图4为本发明一个实施例的张拉端波形齿板的结构示意图。
[0022]其中:1.钢板，2.预应力碳纤维板，3.固定端波形齿板，4.螺栓，5.混凝土梁，6.张拉端波形齿板，7.固定块，8.反力块，9.螺杆，10.固定螺母，11.反力螺母，12.底板，13.盖板，14.植入的钢筋，15.钢筋网，16.剪力钉。
【具体实施方式】
[0023]为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明进一步的描述。
[0024]如图1-4所示，一种预应力碳纤维板与钢-混凝土加固混凝土梁的方法，包括如下步骤:
[0025]1、对待加固的混凝土梁5进行处理，凿除混凝土梁底面的混凝土保护层，直至露出钢筋层;然后在进行清洁处理后钻孔植筋，植入的钢筋14采用结构胶固定，植筋的布置为纵向间距10cm，横向间距5cm;待所植钢筋固定后，布置一层钢筋网15，采用扎丝将钢筋网固定在所植钢筋上；
[0026]2、钢板I的下料及处理，先根据钢板设计尺寸，采用工厂自动或半自动切割方法进行切割，成型后的钢板的切割边缘表面光滑、无毛刺、咬口及翘曲等缺陷;然后，在钢板背面焊接有剪力钉16，剪力钉设置的密度为1cmX 1cm，采用直径为10mm、长度为50mm的剪力钉，钢板正面焊接有固定端波形齿板3和固定块7，固定块上开有通孔；
[0027]3、固定钢板，钢板背面的剪力钉与钢筋网用扎丝绑扎固定；
[0028]4、浇筑混凝土，以钢板为梁底模板，配制并浇筑混凝土，待混凝土龄期达到7天并且混凝土强度达到设计强度的90%以上后，再进行后一步操作，所采用的混凝土为高流态自密实混凝土，高流态自密实混凝土的坍落度在20?22cm，混凝土设计强度不低于C40;
[0029]5、预应力碳纤维板2的张拉和锚固，根据设计尺寸裁剪预应力碳纤维板，并将裁剪好的预应力碳纤维板的两端分别通过固定端波形齿板和张拉端波形齿板6固定，，固定端波形齿板和张拉端波形齿板均包括盖板13和底板12，盖板和底板的对应的内侧端面均为波浪面，底板和盖板通过螺栓4定位相连，张拉端波形齿板的底板的外侧端面设有螺杆，预应力碳纤维板的两端分别置于固定端波形齿板和张拉端波形齿板的底板与盖板之间，并使预应力碳纤维板纵向轴线通过波形齿板的中心线，将张拉端波形齿板上的螺杆9穿过固定块上的通孔，在螺杆的伸出端依次套设固定螺母10、反力块8和反力螺母11;然后用扳手对波形齿板的各个螺母施加相应的扭力，确保波形齿板对碳纤维板的有效锚固又不剪断碳丝;将千斤顶置于固定块和反力块之间，拧紧反力螺母后，逐级张拉千斤顶至张拉控制应力;张拉完成后，用扳手拧紧固定螺母，卸除千斤顶;最后，在预应力碳纤维板表面及波形齿板上粉饰水泥复合砂浆作为防护层，完成对混凝土梁的抗弯加固。
[0030]本发明将两种常用的加固方法进行有效的结合，S卩:将钢板加固和预应力碳纤维板的优点集中在一起，互相补充各自的弊端。单独使用预应力碳纤维板材加固混凝土梁一个很大的难题就是锚固问题，并且随着时间的推移，预应力损失将随之增大。钢板的设置解决了预应力碳纤维板锚固难的问题，将锚固波形齿板焊接在钢板上，两者之间不会产生相对滑移，因此而产生的预应力损失也将避免。
[0031]本发明解决了碳纤维板材张拉困难的问题。波形齿板一端固定一端自由，通过在固定块和反力块之间的千斤顶进行施加预应力，方便有效，扩大了使用预应力碳纤维板材进行加固的应用范围。
[0032]仅采用钢板对梁进行加固是一种被动的二次受力的加固方法，只有在梁再次受外荷载时钢板才会提供承载力，而施加预应力则是一个很好的解决方法。本发明将施加预应力的碳纤维板材与钢材加固结合，使之称为一个主动受力的结构，施工完成之后梁体即开始受力，使混凝土梁的承载力有较大幅度的提高。本发明将梁底保护层混凝土全部凿除，在钢板与梁之间浇筑自密实混凝土，这样保证了内部钢筋不再受环境侵蚀，提高结构耐久性。
[0033]本发明提供的加固方法施工方便，无需大型复杂的张拉设备，仅一个千斤顶即可完成加固工作，尤其适用于混凝土梁底混凝土有碳化、剥落，或者允许增加构件截面高度的情况，在土木工程结构加固技术领域有很广阔的应用前景。
【主权项】
1.一种预应力碳纤维板与钢-混凝土加固混凝土梁的方法，其特征在于，包括如下步骤: A)对待加固的混凝土梁进行处理，凿除混凝土梁底面的混凝土保护层，直至露出钢筋层;然后在进行清洁处理后钻孔植筋，植入的钢筋采用结构胶固定;待所植钢筋固定后，布置一层钢筋网，采用扎丝将钢筋网固定在所植钢筋上； B)钢板的下料及处理，先根据钢板设计尺寸，采用工厂自动或半自动切割方法进行切害J，成型后的钢板的切割边缘表面光滑、无毛刺、咬口及翘曲等缺陷;然后，在钢板背面焊接有剪力钉，钢板正面焊接有固定端波形齿板和固定块，所述固定块上开有通孔； C)固定钢板，钢板背面的剪力钉与钢筋网用扎丝绑扎固定； D)浇筑混凝土，以钢板为梁底模板，配制并浇筑混凝土，待混凝土龄期达到7天并且混凝土强度达到设计强度的90%以上后，再进行后一步操作； E)预应力碳纤维板的张拉和锚固，根据设计尺寸裁剪预应力碳纤维板，并将裁剪好的预应力碳纤维板的一端置于固定端波形齿板的底板与盖板之间，另一端置于张拉端波形齿板的底板与盖板之间，并使预应力碳纤维板纵向轴线通过波形齿板的中心线，将张拉端波形齿板上的螺杆穿过固定块上的通孔，在螺杆的伸出端依次套设固定螺母、反力块和反力螺母;然后用扳手对波形齿板的各个螺母施加相应的扭力，确保波形齿板对碳纤维板的有效锚固又不剪断碳丝;将千斤顶置于固定块和反力块之间，拧紧反力螺母后，逐级张拉千斤顶至张拉控制应力;张拉完成后，用扳手拧紧固定螺母，卸除千斤顶;最后，在预应力碳纤维板表面及波形齿板上粉饰水泥复合砂浆作为防护层，完成对混凝土梁的抗弯加固。2.根据权利要求1所述的一种预应力碳纤维板与钢-混凝土加固混凝土梁的方法，其特征在于，所述步骤A)中所述清洁处理是使用水清洗混凝土表面的浮渣和尘土，所述植筋的布置为纵向间距I Ocm，横向间距5cm ο3.根据权利要求1所述的一种预应力碳纤维板与钢-混凝土加固混凝土梁的方法，其特征在于，所述步骤B)中所述剪力钉设置的密度为1cm X 10cm，采用直径为10mm、长度为50mm的剪力钉。4.根据权利要求1所述的一种预应力碳纤维板与钢-混凝土加固混凝土梁的方法，其特征在于，所述步骤D)所采用的混凝土为高流态自密实混凝土，所述高流态自密实混凝土的坍落度在20?22cm，混凝土设计强度不低于C40。5.根据权利要求1所述的一种预应力碳纤维板与钢-混凝土加固混凝土梁的方法，其特征在于，所述固定端波形齿板和张拉端波形齿板均包括盖板和底板，所述盖板和底板的对应的内侧端面均为波浪面，底板和盖板通过螺栓定位相连，张拉端波形齿板的底板的外侧端面设有螺杆。
【文档编号】E01D22/00GK105887702SQ201610247722
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月20日
【发明人】康俊涛, 张亚州, 邱奕龙, 马雷, 李豪, 谷倩, 周旺保, 秦世强, 曹鸿猷
【申请人】武汉理工大学