一种混凝土梁的异形加固装置及其施工方法与流程

本发明属于桥梁结构
技术领域：
，特别涉及一种混凝土梁的异形加固装置及其施工方法。
背景技术：
：目前，混凝土主梁加固的方法主要有粘贴钢板法和粘贴碳纤维复合材料法。粘贴钢板法，是通过在被加固梁体底部粘贴钢板来实现梁承载能力的提高。粘贴钢板法加固结构形式单一，加固结构合理性有待进提高，不能充分发挥钢材的力学材料特性；粘贴钢板法存在钢板锈蚀问题，尤其是沿海地区，直接影响粘贴钢板法的使用寿命，增加后期除锈维护费用；钢板密度为7850kg/m3，粘贴钢板对结构自重的影响较大。粘贴碳纤维复合材料法，是通过在被加固梁底部粘贴碳纤维复合材料来实现梁承载能力的提高。碳纤维复合材料法存在耐久性和老化问题，尤其是复杂恶劣环境下；碳纤维复合材料不耐火，火灾会导致承载能力丧失；粘贴碳纤维材料提高梁体的承载能力较低，碳纤维材料的强度利用率不高。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是提供一种截面形式多样，结构受力更科学合理，轻质高强，耐久性更好、耐火性好，提升梁体抗弯刚度，施工简单，成本低的混凝土梁的异形加固装置及其施工方法。本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：一种混凝土梁的异形加固装置，所述加固装置为有一凹槽的铝合金槽体；该铝合金槽体的截面形状为异形，该铝合金槽体固定套接在混凝土梁底部外面。所述凹槽内表面与混凝土梁底部的外表面通过结构胶连接，凹槽的侧壁螺栓连接混凝土梁。所述的一种混凝土梁的异形加固装置的施工方法，步骤如下：①混凝土梁加固区表面处理：凿除混凝土梁加固区的表层砂浆，形成平整的粗糙面并清理干净，再用甲苯或工业丙酮擦拭加固区表面；②钻孔：在混凝土梁的两侧，对应与加固装置的螺栓连接处钻孔；在加固装置上钻注胶孔；③安装加固装置：根据设计要求加工所述加固装置，将加固装置的凹槽内表面进行除锈和粗糙处理并清理干净；将加固装置套在混凝土梁底部外并螺栓连接，加固装置的凹槽内表面与混凝土梁外表面之间留有1～3mm的间隙；④封边：在加固装置顶缘插入排气管，用封闭胶封闭加固装置四周边缘；⑤配制结构胶；⑥灌注：将结构胶通过注胶孔灌注到加固装置和混凝土梁的间隙中，直至排气管有胶液流出。所述步骤①中凿除混凝土梁加固区2～5mm厚的表层砂浆。所述步骤⑥的结构胶用泵以0.2～0.4MPa的压力从注胶孔灌注。本发明的有益效果在于：(1)从结构形式方面。与粘贴钢板和粘贴碳纤维复合材料相比，本发明的加固装置，截面形式多种多样，结构受力更加科学合理，既能充分的发挥铝合金材料的轻质高强特性，又能很好的利用结构设计合理的优势。(2)从耐久性方面。与粘贴钢板法相比，采用本发明的加固装置不存在结构的锈蚀问题，适应范围更广，尤其是沿海地区的混凝土梁结构，不需要额外的防腐蚀涂装，能够节约大量维护费用；与粘贴碳纤维复合材料相比，不存在日照作用下的老化问题，耐久性更好。(3)从耐火性方面。粘贴碳纤维法存在一个显著的问题就是耐火性差，火灾作用下会瞬间丧失承载力，而本发明的加固装置在火灾作用下，仍能保持原来的承载力。(4)从对结构影响方面。由于铝合金的密度是钢材密度的1/3，与粘贴钢板法相比，在同样体积下，本发明的加固装置对结构自重的影响更小。(5)从材料利用率方面。由于粘贴钢板法和粘贴碳纤维复合材料法的加固形式和截面比较单一，对材料的利用率不高，本发明的加固装置，通过截面形状的改变，能更好地实现对梁体抗弯刚度的提升。(6)从结构受力方面。本发明的加固装置的不同截面形状能实现不同梁体承载力提升等级的要求。(7)本发明加固装置结构简单，施工方法简单易操作，成本低。附图说明图1是本发明实施例1混凝土梁的异形加固装置安装后的结构示意图，图中，1：混凝土梁，2：加固装置，3：螺栓。图2是本发明实施例2混凝土梁的异形加固装置安装后的结构示意图，图中，1：混凝土梁，2：加固装置，3：螺栓。图3是本发明实施例3混凝土梁的异形加固装置安装后的结构示意图，图中，1：混凝土梁，2：加固装置，3：螺栓。图4是本发明实施例4混凝土梁的异形加固装置安装后的结构示意图，图中，1：混凝土梁，2：加固装置，3：螺栓。图5是本发明实施例5混凝土梁的异形加固装置安装后的结构示意图，图中，1：混凝土梁，2：加固装置，3：螺栓。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式作详细说明，但不构成对本发明权利要求保护范围的限制。实施例1：如图1所示，一种混凝土梁的异形加固装置，所述加固装置2为有一凹槽的铝合金槽体；该铝合金槽体的截面形状为：上部为矩形凹槽状，下部为耙齿状。所述凹槽内表面与混凝土梁1底部的外表面通过结构胶连接，凹槽的侧壁通过螺栓3连接混凝土梁1。上述混凝土梁的异形加固装置的施工方法，步骤如下：①混凝土梁加固区表面处理：在混凝土梁的表面放出加固位置大样，凿除加固区表面2～5mm厚的表层砂浆，使混凝土外露，并形成平整的粗糙面，表面不平处用尖凿轻凿整平。再用钢丝轮清除表面浮浆，剔除表层疏松物，最后用压缩空气吹净表面粉尘，并用甲苯或工业丙酮擦拭加固区表面。对较大面积的劣质层，处理后应用聚合物水泥砂浆修复平整，加固前用丙酮擦洗干净。②钻孔准备：检查混凝土梁表面是否完好，用钢筋探仪探测查明钢筋分布，核对标记锚栓部位；钻孔：根据螺栓尺寸要求及加固装置连接设计要求在混凝土梁两侧分别钻孔；清孔：利用压缩空气清孔，用毛刷刷三遍，吹三遍，确保孔壁无尘。必要时可用干净棉布沾少量丙酮或酒精擦净孔壁。确认锚固包无外观破损、药剂凝固等异常现象，将其放入孔内并推至孔底。使用电锤或电钻及专用安装夹具，将螺栓强力旋转插入直至孔底，以达到击碎玻璃管并强力混合锚固包药剂的目的。电锤或电钻的转速应调至慢速档，且不应采用冲击方式。当旋至孔底或螺栓上标志位置时，立刻停止旋转，取下安装夹具，凝胶后至完全固化前避免扰动。超时旋转将导致胶液流失，影响锚固力。外观检查固化是否正常。重要部位的螺栓需进行现场抗拔试验，检验其锚固力是否满足设计要求，合格后方可进行下一道工序的施工。③安装加固装置依据现场混凝土梁的实际放样进行所述加固装置的下料和加工，并依据步骤②现场植埋的螺栓，对加固装置进行配套打孔，然后将加固装置的凹槽内表面用磨光砂轮机或钢丝刷磨机进行除锈和粗糙处理，打磨粗糙度越大越好，打磨纹路应与加固装置受力方向垂直。用脱脂棉沾丙酮将加固装置的凹槽内表面擦拭干净。将加固装置固定在螺栓上，并保证加固装置与混凝土梁外表面的间隙在1～3mm，以确保灌注胶层的厚度。④封边：在加固装置上钻注胶孔；将注入座粘结在加固装置的注胶孔上，在加固装置顶缘插入排气管，排气管出口应高于加固装置；在螺栓头上涂抹封闭胶并罩上盖碗，然后用加固装置封边胶封闭加固装置四周边缘，完成封边。⑤结构胶配制：按要求配制结构胶，将结构胶用低速搅拌器，搅拌均匀，在适用期内用完。结构胶应在封边完成且加固装置封边胶达到完全固化有足够的强度后再进行配制和使用。⑥灌注用泵将结构胶从注胶孔灌注到加固装置和混凝土梁之间的间隙中，直到所有排气管均有胶液流出。在灌注过程中，用橡皮锤敲打加固装置以确认是否灌注密实。要求灌注之前先通气试压，以0.2～0.4MPa的压力将结构胶从注入座压入，当排气管出现浆液后停止加压，以封边胶堵孔，再以较低压力维持10分钟以上，直至浆液从最上方注胶孔或排气管流出。实施例2：如图2所示，一种混凝土梁的异形加固装置，所述加固装置2为有一凹槽的铝合金槽体；该铝合金槽体的截面形状为：上部为矩形凹槽状，下部为并排的四个方网格，其中每个方网格的底部均有缺口。其余同实施例1。实施例3：如图3所示，一种混凝土梁的异形加固装置，所述加固装置2为有一凹槽的铝合金槽体；该铝合金槽体的截面形状为：上部为矩形凹槽状，下部为并排的四个方网格。其余同实施例1。实施例4：如图4所示，一种混凝土梁的异形加固装置，所述加固装置2为有一凹槽的铝合金槽体；该铝合金槽体的截面形状为：上部为矩形凹槽状，下部为多个直角三角形拼接成的大方格。其余同实施例1。实施例5：如图5所示，一种混凝土梁的异形加固装置，所述加固装置2为有一凹槽的铝合金槽体；该铝合金槽体的截面形状为：上部为矩形凹槽状，下部为倒三角状网格。其余同实施例1。加固效果：一、对混凝土梁的异形加固装置进行受力分析，采用10m长T梁小算例进行加固效果评估，利用ANSYS有限元软件建立结构有限元模型。(1)材料特性混凝土采用C30，密度2710kg/m3，泊松比0.3，弹性模量30GPa；铝合金为6061-T6，厚度为1cm，密度2710kg/m3，泊松比0.3，弹性模量72GPa。(2)约束方式采用简支梁的形式进行约束。(3)荷载结构自重，重力加速度9.8m/s2。(二)模型截图：如图4所示。二、计算结果(1)加固前后自振特性对比加固前后自振特性计算结果见表1，由表1可以看出，加固后T梁的自振频率得到了不同程度的提高，即T梁的刚度得到了提高。表1加固前后自振特性计算结果对比序号自振频率阶数加固前自振频率加固后自振频率变化量1一阶11.14511.8010.6562二阶22.45522.9320.4773三阶28.25930.4512.1924四阶34.29637.4813.1855五阶57.04360.5173.4746六阶63.27764.9011.6247七阶64.95966.3831.4248八阶76.65476.7480.094(2)加固前后挠度对比在自重荷载作用下，进行静力分析，结果见表2，由表2可以看出，加固后挠度提高了10％，实际加固中，可以根据加固承载力提高要求，进行相应网格数量的增减以及铝合金板厚度的增减。表2加固前后挠度计算结果对比(3)加固前后应力对比在自重荷载作用下，进行静力分析，结果见表3，由表3可以看出，加固后T梁底部混凝土的纵向拉应力得到不同程度的降低，平均在20％左右，实际加固中，可以根据加固承载力提高要求，进行相应网格数量的增减以及铝合金板厚度的增减。表3加固前后应力计算结果对比当前第1页1 2 3