一种增强开洞钢筋混凝土梁承载力和抗震性能的装置的制作方法

本实用新型属于在钢筋混凝土梁上开洞的加固技术领域，具体地涉及一种增强开洞钢筋混凝土梁承载力和抗震性能的装置。

背景技术：

在钢筋混凝土结构建设期及后期改造加固工作中，由于附加设备管道等问题，经常需要在钢筋混凝土梁上开洞。开洞后洞口周边混凝土的主拉应力及剪应力将大幅增加，并在洞口处呈现应力集中，洞口附近混凝土局部稳定性将明显下降。

现有技术中的加固措施分建设期的预留洞加固及使用期的后开洞加固。

建设期预留洞加固，是在混凝土浇筑前将加固构件预埋在梁内。常见做法是在洞口处放置钢套管，并在钢套管周边布置加强钢板或者法兰或者补强筋。钢套管周边布置加强钢板的结构如图1(公开专利：CN204754280U)所示，强钢板截面呈T形，且由设于混凝土立柱内的翼缘及设于垂直于立柱的开洞梁内的腹板构成，所述钢套管穿套在开洞梁的孔洞内，钢套管垂直贯穿腹板并焊接固定，腹板两侧对称设有与其垂直的复数个栓钉。钢套管周边法兰的加固方法是将法兰套在钢套管上。采用补强钢筋的做法如图2和图3所示。图2的做法是预留出在现浇钢筋混凝土梁腹部开设的洞口位置，在洞口周围配置加强钢筋、约束箍筋和拉结筋；加强钢筋包括分别配置在洞口上部和下部的孔洞上部钢筋和孔洞下部钢筋；孔洞上部钢筋与梁上部钢筋通过约束箍筋缠绕，孔洞下部钢筋与梁下部钢筋通过约束箍筋缠绕；在洞口周围还设置有拉结筋，拉结筋从梁的一侧侧壁下部拉向另一侧侧壁上部并延伸至梁板内。图3的做法是在洞口周边布置加强钢筋。

使用期的后开洞加固，现有的补强加固方案是在孔周围粘帖型钢(如图4和图5所示)或者碳纤维的方法进行加固。

建设期预留洞加固的诸多做法都可部分提高梁的承载能力，但都有缺点。主要缺点是虽减小了原孔周边的剪切应力和压应力，但加大了孔周边的整体刚度，加固部件与周边混凝土的变形不协调，加固部件与混凝土接触面应力依然较大。不利抗震。除此之外，采用如图1所示的加固措施，强钢板翼缘是设在立柱内，因此开洞一般只能开在靠柱边的梁上，否则钢板将会很长，加大造价。由于钢板刚度很大，因此会在梁端钢板的端部位置造成刚度突变。

使用期的后开洞加固措施中，粘帖型钢或者碳纤维的加固方法虽将洞口周边的一部分剪应力分散到周边部位，但此种加固方法属于二次受力结构，并有赖于加固材料与混凝土的粘结强度，在后期的破坏中，往往会因为粘结强度不行导致撕脱破坏，同时加固前洞周边存在的较大应力无法减轻，并且还有如下缺点：1、受施工队伍的水平影响大；2、温度影响大；3、被加固的混凝土梁，其现场实测混凝土强度等级不得低于C15，且混凝土表面的粘接正拉强度不得低于1.5N/mm2；4、加固费用较高；5、粘帖曲线表面的构件不易吻合；6、钢板需作防锈处理等；6、若梁下有墙的加固安装，须拆除部分墙才能粘帖钢板，施工不方便。

技术实现要素：

本实用新型目的在于为解决上述问题而提供一种延性较好，对抗震有利，且安装方便，适应范围广，加固费用便宜，加固效果明显的增强开洞钢筋混凝土梁承载力和抗震性能的装置。

为此，本实用新型公开了一种增强开洞钢筋混凝土梁承载力和抗震性能的装置，包括一护套筒，所述护套筒穿设在开洞钢筋混凝土梁的孔洞内，护套筒的外壁与孔洞内壁贴合固定设置，所述护套筒由金属材料制成，所述金属材料的弹性模量为该开洞钢筋混凝土梁用的混凝土的1.4-2.5倍，泊松比为0.2-0.46。

进一步的，所述护套筒的长度与开洞钢筋混凝土梁的梁宽相等。

进一步的，所述护套筒由铝材料制成。

更进一步的，所述护套筒为圆管状，护套筒的外壁上设有外螺纹。

更进一步的，还包括第一固定装置和第二固定装置，所述第一固定装置和第二固定装置由金属材料制成，所述金属材料的弹性模量为该开洞钢筋混凝土梁用的混凝土的1.4-2.5倍，泊松比为0.2-0.46，所述第一固定装置包括第一固定管套，所述第一固定管套内壁设有与护套筒外壁的外螺纹相适配的内螺纹，所述第一固定管套外壁向外径向延伸一第一环形翼缘，所述第一固定装置与护套筒的第一端螺接固定，所述第一环形翼缘位于开洞钢筋混凝土梁内或第一环形翼缘的内表面与开洞钢筋混凝土梁的一侧面贴合固定；所述第二固定装置包括第二固定管套，所述第二固定管套内壁设有与护套筒外壁的外螺纹相适配的内螺纹，所述第二固定管套外壁向外径向延伸一第二环形翼缘，所述第二固定装置与护套筒的第二端螺接固定，所述第二环形翼缘位于开洞钢筋混凝土梁内或第二环形翼缘的内表面与开洞钢筋混凝土梁的另一侧面贴合固定。

更进一步的，所述第一环形翼缘的内外表面设有若干月牙状凸起。

进一步的，所述第二环形翼缘的内外表面设有若干月牙状凸起。

进一步的，所述第一环形翼缘的内表面靠近护套筒处设有若干沿护套筒圆周分布的凸块。

进一步的，所述第二环形翼缘靠近护套筒处设有若干沿护套筒圆周分布的通孔。

本实用新型的有益技术效果：

1、加固效果明显，采用铝制或其他较软金属护套筒，将孔周边混凝土的集中应力转移到强度更高的护套筒上来，有效防止混凝土产生裂缝，较大程度的提高开孔梁的承载力，且该护套筒的延性较好，对抗变形能力或抗震有利。通过模型计算可知，采用该结构在理想状态下变形能力略小于完整无开洞梁，而承载力比完整无开洞梁略高，变形能力和承载力都比钢制护套筒高出许多。

2、施工操作方便，性能稳定，耐久性好。本护套筒构造简单，施工方便，质量容易得到保证，铝制金属不生锈，后期不需防锈维护。

3、造价便宜。材料用料少，且施工简单，普通工人也能完成。

4、适用范围广。对使用温度无特别要求、原梁混凝土强度亦无特别要求等。甚至在承重墙或其他承重构件中也能使用。

附图说明

图1为本实用新型的背景技术的钢套管周边布置加强钢板的结构示意图；

图2为本实用新型的背景技术的采用补强钢筋的结构示意；

图3为本实用新型的背景技术的采用补强钢筋的另一结构示意；

图4为本实用新型的后开洞加固的现有的补强加固方案的结构示意图一；

图5为本实用新型的后开洞加固的的现有的补强加固方案的结构示意图二；

图6为本实用新型具体实施例的第一加固装置结构示意图；

图7为本实用新型具体实施例的第一加固装置另一视角结构示意图；

图8为本实用新型具体实施例的护套筒结构示意图；

图9为本实用新型具体实施例的护套筒另一视角结构示意图；

图10为本实用新型具体实施例的第二加固装置结构示意图；

图11为本实用新型具体实施例的第二加固装置结构示意图；

图12为本实用新型具体实施例后开洞的装置剖视图；

图13为本实用新型具体实施例的梁的总荷载－挠度曲线模拟图。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

如图6至12所示，一种增强开洞钢筋混凝土梁承载力和抗震性能的装置，包括一护套筒1、第一固定装置2和第二固定装置3，护套筒1、第一固定装置2和第二固定装置3均由金属材料制成，所述金属材料的弹性模量为该开洞钢筋混凝土梁4用的混凝土的1.4-2.5倍，泊松比为0.2-0.46，本具体实施例中，护套筒1、第一固定装置2和第二固定装置3优选为铝材料制成。

所述护套筒1穿设在开洞钢筋混凝土梁4的孔洞内，护套筒1的外壁与孔洞内壁贴合固定设置，当应用于预留洞加固时，护套筒1的外壁与孔洞内壁通过孔洞内壁本身的混凝土固定，当应用于后开洞加固时，护套筒1的外壁与孔洞内壁通过灌注膨胀水泥浆5固定。护套筒1的长度与开洞钢筋混凝土梁4的梁宽相等，护套筒1壁厚具体视开洞大小、开洞钢筋混凝土梁4的强度等级和护套筒1材料本身的强度而定，此是本领域技术人员可以轻易实现的，不再详细说明。

本具体实施例中，所述护套筒1为圆管状，当然，在其它实施例中，护套筒1可以根据开洞形状决定，护套筒1的外壁上设有外螺纹11，既可以增加与混凝土或灌注膨胀水泥的咬合力又可与第一固定装置2和第二固定装置3螺接。

所述第一固定装置2包括第一固定管套21，所述第一固定管套21内壁设有与护套筒1外壁的外螺纹11相适配的内螺纹(图中未示出)，所述第一固定管套21为圆管状，其外壁的外端向外径向延伸一第一环形翼缘22，所述第一固定装置2与护套筒1的第一端螺接固定，所述第一环形翼缘22位于开洞钢筋混凝土梁4内或第一环形翼缘22的内表面与开洞钢筋混凝土梁4的一侧面贴合固定(如图12所示)；所述第二固定装置3包括第二固定管套31，所述第二固定管套31内壁设有与护套筒1外壁的外螺纹11相适配的内螺纹(图中未示出)，所述第二固定管套31为圆管状，其外壁的外端向外径向延伸一第二环形翼缘32，所述第二固定装置3与护套筒1的第二端螺接固定，所述第二环形翼缘32位于开洞钢筋混凝土梁4内或第二环形翼缘32的内表面与开洞钢筋混凝土梁4的另一侧面贴合固定(如图12所示)。本具体实施例中，第一环形翼缘22和第二环形翼缘32的厚度约3-5mm，外直径大约比护套筒1身外直径大100-200mm。

本具体实施例中，所述第一环形翼缘22的内外表面和第二环形翼缘32的内外表面均设有若干月牙状凸起，以增加与混凝土或灌注膨胀水泥的咬合力。当然，在其它实施例中，第一环形翼缘22的内外表面和第二环形翼缘32的内外表面也可以设置若干其它形状凸起或凹槽以增加与混凝土或灌注膨胀水泥的咬合力。

进一步的，所述第一环形翼缘22的内表面靠近护套筒1处设有若干沿护套筒1圆周分布的凸块23，防止护套筒1身与孔壁贴得太紧，影响后开洞加固时灌注膨胀水泥浆5。所述第二环形翼缘32靠近护套筒1处设有若干沿护套筒1圆周分布的通孔33，用于后开洞加固时插入管状注浆管。本具体实施例中，凸块23和通孔33的数量均为4个，且均匀分布，当然，在其它实施例中，凸块23和通孔33的数量可以根据实际需要进行选择。

本实用新型的加固方法：

一.建设期的预留洞加固施工方案：

预留洞的加固施工比较简单，只需将第一固定装置2和第二固定装置3旋至护套筒1身三等分的位置，然后固定在预留洞位置即可，后期浇筑混凝土时注意在护套筒1身应当保证混凝土振动密实。如果翼缘比梁底面低，则可裁剪部分翼缘。

由于混凝土和铝制护套筒1热膨胀系数不同可能引起温度应力，为避免对混凝土产生拉应力，在混凝土浇筑完养护时在护套筒1位置应当采用蒸汽养护，保证混凝土强度的同时，后期气温低于养护温度时混凝土处于受压状态。

二.后开洞补强施工方案：

1、开洞钢筋混凝土梁4后开洞直径应当能容得下第一固定装置2的四个凸起23，但开洞直径不宜过大，以免对梁造成过大伤害，一般比护套筒1身直径大10mm足矣，只要后期缝隙能灌注满膨胀水泥浆5即可。开洞后，清理干净孔内泥沙粉末，用水湿润混凝土孔内部四周，但不要有积水。

2、将护套筒1放置于孔内，将第一固定装置2在护套筒1的第一端将其拧紧，在第一固定装置2的第一环形翼缘22内表面处抹上膨胀水泥浆，并顶紧开洞钢筋混凝土梁4的侧面。

3、在第二固定装置3的第二环形翼缘32内表面处抹上膨胀水泥浆，并与护套筒1稍微拧紧。清理四个通孔33的水泥浆，以免堵住。

4、用管状注浆管插入通孔33往里注入膨胀水泥浆5，膨胀水泥浆5须是比原开洞钢筋混凝土梁4的强度等级高一个等级。可以在水泥浆中掺减水剂以增加水泥浆的流动性方便注浆。先将管插到最深，边注浆边往外拔管，边注浆边小幅度来回插捣。直至孔内注满水泥浆。用相同方法把四个通孔33都注满水泥浆后，将第二固定装置3旋转约45°，用相同方法在四个通孔33内注满水泥浆。然后在第二环形翼缘32与梁接触面的四个通孔33处插入薄钢片并将护套筒1拧紧，防止膨胀水泥浆外溢。翼缘超过梁底面的可以裁剪。加固后的结构如图12所示。

采用Ansys软件模拟一段梁，梁宽200，高300，总长度3100，净跨度2660，在1000～1100及2100～2200施加集中面荷载。开孔孔径40，孔心位于950、高度110处，护套筒1厚度5mm，采用solid65及link180单元模拟混凝土及钢筋，护套筒1采用solid95单元。对无洞完整梁，有洞无护套筒，开洞采用钢护套筒及采用本实用新型的铝制护套筒四种情况分别进行模拟，得到如图13所示的数据，其中，纵坐标为荷载,单位P(KN/m)，横坐标为梁最大挠度，单位(mm)。

从图中可以看出，采用本实用新型的装置在理想状态下变形能力略小于完整无开洞梁，而承载力比完整无开洞梁略高，变形能力和承载力都比钢制护套筒高出许多。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。