基于超高性能水泥基复合材料的锈蚀钢梁加固方法

本发明属于桥梁工程，具体涉及一种基于超高性能水泥基复合材料的锈蚀钢梁加固方法。

背景技术：

1、锈蚀是钢结构的一种主要损伤形式，锈蚀会导致钢结构截面面积削减，承载能力下降，大大降低结构的使用寿命。

2、目前钢梁锈蚀加固技术主要有加大钢构件截面加固法、增设附加杆件和支撑加固法、预应力加固法等。其中，加大钢构件截面加固法是通过在原钢构件截面削弱处增加钢板、纤维混凝土、超高性能混凝土等高性能材料的方式来对锈蚀钢结构进行加固。加大钢构件截面加固法可恢复锈蚀钢梁的抗剪承载力、局部承压能力，但仍存在不足，如：当采用钢板作为加固材料时，不仅成本较高，结构还容易出现二次锈蚀；采用纤维混凝土、超高性能混凝土等水泥基复合材料作为加固材料时，其内部掺入的钢纤维成本较高，掺入的普通合成纤维又容易结团，带来新的孔隙或缺陷，无法有效保证混凝土的性能，进而无法保证锈蚀钢梁加固的有效性。因此，采用合理的加固技术有效加固锈蚀钢梁，提升其承载性能，同时还能保证成本“平民化”，是桥梁工程领域亟需解决的一个关键问题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术在于克服上述现有技术的缺点，提供一种构造简单、受力性能优越、成本低的基于超高性能水泥基复合材料的锈蚀钢梁加固方法。

2、解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种基于超高性能水泥基复合材料的锈蚀钢梁加固方法，包括以下步骤：

3、s1.去除钢梁锈蚀区域的锈层；

4、s2.将连接件设置在钢梁加固区域；

5、s3.在钢梁加固区安装模板，并浇筑超高性能水泥基材料，连接件被浇筑在超高性能水泥基复合材料中；

6、s4.待超高性能水泥基复合材料终凝后，拆除模板，进行养生，完成锈蚀钢梁加固；

7、所述1m3的超高性能水泥基复合材料由下述质量配比的材料组成：

8、

9、作为一种优选的技术方案，所述水泥为p.o42.5硅酸盐水泥；所述硅灰的颗粒分布范围0.1～0.15μm、比表面积为15-27m2/g；所述标准砂或河砂最大粒径小于0.8mm；所述减水剂a组份为3301c型高效减水剂；所述减水剂b组份为微珠粉，与减水剂a组份配合使用；所述共聚甲醛纤维的规格长度为12mm，直径为200μm，弹性模量为10gpa，断裂强度为7.0～8.5cn/dtex，断裂伸长率为13～15％。

10、作为一种优选的技术方案，所述混杂纤维超高性能水泥基复合材料，1m3的混杂纤维超高性能水泥基复合材料由下述质量配比的材料组成：

11、

12、作为一种优选的技术方案，所述共聚甲醛纤维长度为12mm，直径为200μm，弹性模量为10gpa，断裂强度为7.0～8.5cn/dtex，断裂伸长率为13％～15％；所述水泥为p.o42.5硅酸盐水泥；所述硅灰的颗粒分布范围0.1～0.15μm、比表面积为15-27m2/g；标准砂或河砂最大粒径小于0.8mm；所述减水剂a组份为3301c型高效减水剂；所述减水剂b组份为微珠粉，与减水剂a组份配合使用；所述钢纤维表面镀铜，长度为13mm、直径为0.2mm。

13、作为一种优选的技术方案，所述连接件由螺栓连接键、钢波折键、栓钉连接键中的一种或两种组成。

14、作为一种优选的技术方案，所述钢波折键通过结构胶与锈蚀钢梁冷连接；所述螺栓连接键包括螺杆、螺母，螺栓连接键的螺杆螺母安装在锈蚀钢梁上的螺栓孔上进行冷连接；所述栓钉连接键通过焊接或结构胶粘贴方式与锈蚀钢梁进行连接。

15、本发明的有益效果如下：

16、本发明使用的超高性能水泥基复合材料中的共聚甲醛纤维为新型合成纤维，具有分散均匀、不易结团、低引气性的特点，使超高性能水泥基复合材料在施工过程中流动性更好、密实度更高，可满足复杂区域的浇筑要求，力学指标方面，抗压性能、抗弯性能提高效果显著。超高性能水泥基复合材料浇筑成型的结构由于共聚甲醛纤维的存在，能约束裂缝的发展，具备较强的持荷能力和韧性，可大幅度提高锈蚀钢梁的耐久性。经测试，超高性能水泥基复合材料平均立方体抗压强度可超过100mpa，平均抗弯强度可超过13mpa。

17、本发明的加固结构简单，降低了施工难度。通过连接件的连接实现超高性能水泥基复合材料与锈蚀钢梁受损区域的有效组合，大幅降低了组合结构中连接件引入的焊接残余应力，达到恢复锈蚀钢梁的抗剪承载力、局部承压能力的目的。

技术特征：

1.一种基于超高性能水泥基复合材料的锈蚀钢梁加固方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述基于超高性能水泥基复合材料的锈蚀钢梁加固方法，其特征在于：所述水泥为p.o42.5硅酸盐水泥；所述硅灰的颗粒分布范围0.1～0.15μm、比表面积为15-27m2/g；所述标准砂或河砂最大粒径小于0.8mm；所述减水剂a组份为3301c型高效减水剂；所述减水剂b组份为微珠粉，与减水剂a组份配合使用；所述共聚甲醛纤维的规格长度为12mm，直径为200μm，弹性模量为10gpa，断裂强度为7.0～8.5cn/dtex，断裂伸长率为13～15％。

3.根据权利要求1所述基于超高性能水泥基复合材料的锈蚀钢梁加固方法，其特征在于：所述混杂纤维超高性能水泥基复合材料，1m3的混杂纤维超高性能水泥基复合材料由下述质量配比的材料组成：

4.根据权利要求3所述基于超高性能水泥基复合材料的锈蚀钢梁加固方法，其特征在于：所述水泥为p.o42.5硅酸盐水泥；所述硅灰的颗粒分布范围0.1～0.15μm、比表面积为15-27m2/g；标准砂或河砂最大粒径小于0.8mm；所述减水剂a组份为3301c型高效减水剂；所述减水剂b组份为微珠粉，与减水剂a组份配合使用；所述共聚甲醛纤维长度为12mm，直径为200μm，弹性模量为10gpa，断裂强度为7.0～8.5cn/dtex，断裂伸长率为13％～15％；所述钢纤维表面镀铜，长度为13mm、直径为0.2mm。

5.根据权利要求1-4任一项所述基于超高性能水泥基复合材料的锈蚀钢梁加固方法，其特征在于：所述连接件由螺栓连接键、钢波折键、栓钉连接键中的一种或两种组成。

6.根据权利要求5所述基于超高性能水泥基复合材料的锈蚀钢梁加固方法，其特征在于：所述钢波折键通过结构胶与锈蚀钢梁冷连接；所述螺栓连接键包括螺杆、螺母，螺栓连接键的螺杆螺母安装在锈蚀钢梁的螺栓孔上进行冷连接；所述栓钉连接键通过焊接或结构胶粘贴方式与锈蚀钢梁进行连接。

技术总结
一种基于超高性能水泥基复合材料的锈蚀钢梁加固方法，包括：去除钢梁锈蚀区域的锈层；将连接件设置在钢梁加固区域；在钢梁加固区安装模板，并浇筑超高性能水泥基材料，连接件被浇筑在超高性能水泥基复合材料中；待超高性能水泥基复合材料终凝后，拆除模板，进行养生，完成锈蚀钢梁加固。本发明的加固结构简单，降低了施工难度。通过连接件的连接实现超高性能水泥基复合材料与锈蚀钢梁受损区域的有效组合，大幅降低了组合结构中连接件引入的焊接残余应力，达到恢复锈蚀钢梁的抗剪承载力、局部承压能力的目的。

技术研发人员：王春生,张洋,刘文涛,李奕凡
受保护的技术使用者：长安大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14