專利名稱：一種帶角部增強(qiáng)的frp加固矩形柱及施工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及到土木工程中的建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，特指一種可作結(jié)構(gòu)柱使用的帶角部增強(qiáng)的FRP加固矩形柱及施工方法。
背景技術(shù)：
纖維增強(qiáng)塑料(FRP)加固結(jié)構(gòu)是近年來(lái)快速發(fā)展加固技術(shù)。FRP具有輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕、易于現(xiàn)場(chǎng)施工等優(yōu)良特性，采用FRP對(duì)結(jié)構(gòu)柱進(jìn)行加固，在基本不改變結(jié)構(gòu)柱外型和增加結(jié)構(gòu)自重的前提下，大幅度提高結(jié)構(gòu)柱的承載力和延性，因而在即有建筑的加固和改造中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。FRP加固結(jié)構(gòu)柱的基本原理是約束混凝土理論結(jié)構(gòu)柱外包FRP加固層后形成組合柱，組合柱在軸向荷載作用下產(chǎn)生橫向膨脹，混凝土外包的約束 件(FRP加固層)產(chǎn)生拉應(yīng)力，對(duì)核心區(qū)混凝土提供側(cè)向約束，使混凝土處于三向受壓的應(yīng)力狀態(tài)，從而提高核心區(qū)混凝土的抗壓強(qiáng)度和壓縮變形能力，使得組合柱的承載力和延性大大提聞。我國(guó)大量已建建筑，特別是上世紀(jì)70、80年代建造的大量建筑，按照現(xiàn)行規(guī)范要求，其結(jié)構(gòu)柱的承載力和抗震性能達(dá)不到要求，急需加固處理。另外，大量建筑由于使用功能改變，加大了結(jié)構(gòu)荷載，結(jié)構(gòu)柱往往也需要進(jìn)行加固。在這一市場(chǎng)巨大的工程加固與改造領(lǐng)域，采用FRP對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固往往是首選技術(shù)方案。而大量的加固對(duì)象為矩形截面柱，這是建筑物中結(jié)構(gòu)柱的主要截面形式。大量研究表面，矩形柱的角部會(huì)使得外包的FRP加固層產(chǎn)生顯著的應(yīng)力集中現(xiàn)象，導(dǎo)致FRP加固層在角部區(qū)域過(guò)早破壞，影響FRP的利用效率和約束效應(yīng)的發(fā)揮，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)柱的承載力和延性的提高。試驗(yàn)表明，在不對(duì)矩形柱角部進(jìn)行倒角處理，F(xiàn)RP加固幾乎不能提高結(jié)構(gòu)柱的承載力，而且FRP加固矩形柱的承載力幾乎隨倒角曲率半徑的增加成線性增長(zhǎng)，延性也隨之大幅提高，倒角對(duì)FRP加固矩形柱的加固效應(yīng)有決定性影響。因此，對(duì)于采用FRP加固的矩形柱，角部的倒角處理必須盡可能與設(shè)計(jì)要求一致。此外，試驗(yàn)研究的破壞現(xiàn)象還顯示，倒角曲率半徑的增大可以改善FRP的應(yīng)力集中，但不能消除，F(xiàn)RP的破壞部位還是主要發(fā)生在倒角曲率半徑改變的區(qū)域，也就是FRP加固層在角部率先出現(xiàn)破壞，導(dǎo)致整個(gè)加固層失效。因此，對(duì)角部進(jìn)行局部增強(qiáng)可以有效延遲FRP加固層的破壞，提高FRP的利用效率與約束效應(yīng)，進(jìn)而提高加固柱的承載力和延性。目前，采用FRP加固矩形柱，主要存在的問(wèn)題是在加固設(shè)計(jì)階段，為了克服FRP加固層在加固柱倒角部位的應(yīng)力集中造成的加固效應(yīng)降低問(wèn)題，往往采用增加FRP加固層層數(shù)的辦法解決，這樣雖然加固柱的承載力和延性可以提高，但實(shí)際上并沒(méi)有改善倒角部位的應(yīng)力集中現(xiàn)象，F(xiàn)RP的利用效率反而降低了，導(dǎo)致了加固效率/費(fèi)用比值的降低；在現(xiàn)場(chǎng)施工階段，在鑿除矩形柱角部的混凝土(以混凝土柱為例)后，必須對(duì)角部進(jìn)行局部修復(fù)，按設(shè)計(jì)曲率半徑的要求成型倒角，而這一工作目前都由人工完成，成型的倒角曲率半徑往往無(wú)法保證沿整個(gè)柱高度均滿足設(shè)計(jì)要求，F(xiàn)RP的實(shí)際加固效果難以控制，影響結(jié)構(gòu)安全。因此，提出一種新的FRP加固矩形柱技術(shù)方案及施工方法已成為迫切要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題就在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種帶角部增強(qiáng)的FRP加固矩形柱及施工方法，具有FRP用量少、加固效率高、加固成本低、加固柱的承載力和延性好、FRP加固施工準(zhǔn)確性高、施工簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。本發(fā)明的解決方案為一種帶角部增強(qiáng)的FRP加固矩形柱及施工方法，其特征在于矩形柱的FRP加固層設(shè)置有預(yù)制倒角和角部增強(qiáng)。所述的帶角部增強(qiáng)的FRP加固矩形柱，其特征在于所述的預(yù)制倒角為塑料、纖維增強(qiáng)塑料(FRP)或金屬板材制成。所述的帶角部增強(qiáng)的FRP加固矩形柱，其特征在于所述的角部增強(qiáng)為纖維增強(qiáng)塑料(FRP)或金屬板材。所述的帶角部增強(qiáng)的FRP加固矩形柱，其特征在于所述的預(yù)制倒角由采用纖維增強(qiáng)塑料(FRP)或金屬板材制成時(shí)，預(yù)制倒角可直接作為角部增強(qiáng)。所述的帶角部增強(qiáng)的FRP加固矩形柱，其特征在于所述預(yù)制倒角由修補(bǔ)材料粘貼在矩形柱的角部。所述的帶角部增強(qiáng)的FRP加固矩形柱的施工方法，其特征在于所述施工方法按以下兩種方式進(jìn)行
方式一
第一步按照設(shè)計(jì)的倒角曲率半徑值，鑿除待加固的矩形柱的4個(gè)角部的混凝土(以混凝土柱為例)，鑿除混凝土的量要稍多于理論計(jì)算值；
第二步清除鑿除部位松散的混凝土，對(duì)矩形柱外表面進(jìn)行必要的清理和打毛處理； 第三步將修補(bǔ)材料涂抹在矩形柱的角部，然后將預(yù)制倒角粘貼在角部；
第四步將界面處理材料涂抹在待加固柱的外表面；
第五步待界面處理材料的粘結(jié)強(qiáng)度達(dá)到規(guī)定要求后，先將角部增強(qiáng)通過(guò)粘結(jié)劑粘貼在矩形柱的預(yù)制倒角的對(duì)應(yīng)部位，再用粘結(jié)劑將FRP加固層粘貼在矩形柱的整個(gè)外表面，完成現(xiàn)場(chǎng)施工。方式二
第一步按照設(shè)計(jì)的倒角曲率半徑值，鑿除待加固的矩形柱的4個(gè)角部的混凝土(以混凝土柱為例)，鑿除混凝土的量要稍多于理論計(jì)算值；
第二步清除鑿除部位松散的混凝土，對(duì)矩形柱外表面進(jìn)行必要的清理和打毛處理；第三步將修補(bǔ)材料涂抹在矩形柱的角部，然后將預(yù)制倒角粘貼在角部，預(yù)制倒角材料為FRP或金屬板材制成，預(yù)制倒角直接作為角部增強(qiáng)；
第四步將界面處理材料涂抹在待加固柱的外表面；
第五步待界面處理材料的粘結(jié)強(qiáng)度達(dá)到規(guī)定要求后，用粘結(jié)劑將FRP加固層粘貼在矩形柱的整個(gè)外表面，完成現(xiàn)場(chǎng)施工。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)就在于
①克服FRP加固層在加固柱倒角部位的應(yīng)力集中造成的加固效應(yīng)降低問(wèn)題。本發(fā)明提出在倒角部位設(shè)置角部增強(qiáng)，角部增強(qiáng)材料可以為FRP，也可以為金屬板材，通過(guò)局部增強(qiáng)，提高了角部的抗拉能力，提高了 FRP在角部破壞時(shí)加固柱的承載力和延性。通過(guò)局部增強(qiáng)，甚至可以改變FRP的破壞部位，進(jìn)一步調(diào)高FRP加固層的極限變形能力。
②經(jīng)濟(jì)性好。采用角部增強(qiáng)的方式提高FRP的約束效應(yīng)，相比于采用增加FRP加固層層數(shù)的辦法，可以大幅度減少FRP的用量，大大提高了加固效率/費(fèi)用比，具有突出的經(jīng)濟(jì)性。③施工準(zhǔn)確性高。在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)倒角曲率半徑，選用與之匹配的預(yù)制倒角，采用修補(bǔ)材料將預(yù)制倒角直接粘貼在矩形柱的角部，形成的倒角曲率半徑值完全滿足設(shè)計(jì)要求，且沿柱高度方向，整個(gè)倒角均勻一致，完全克服了由人工成型的倒角曲率半徑往往無(wú)法保證沿整個(gè)柱高度均滿足設(shè)計(jì)要求和FRP的實(shí)際加固效果難以控制的問(wèn)題。④施工方便。采用預(yù)制倒角施工，施工工藝簡(jiǎn)單，效率遠(yuǎn)高于人工成型倒角。如將采用FRP材料或金屬板材制成預(yù)制倒角使用，則可以取消角部增強(qiáng)，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了工藝，施工效率進(jìn)一步調(diào)高。


圖I是本發(fā)明帶角部增強(qiáng)的FRP加固矩形柱的結(jié)構(gòu)示意 圖2是帶角部增強(qiáng)的FRP加固柱的角部詳圖。圖例說(shuō)明
I矩形柱2 FRP加固層
3預(yù)制倒角4角部增強(qiáng)
5修補(bǔ)材料6界面處理材料
7矩形柱的角部。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例I :
一種帶角部增強(qiáng)的FRP加固矩形柱，如圖I、圖2所示，其特征在于矩形柱(I)的FRP加固層(2)設(shè)置有預(yù)制倒角(3)和角部增強(qiáng)(4)。預(yù)制倒角(3)為塑料、纖維增強(qiáng)塑料(FRP)或金屬板材制成。角部增強(qiáng)為纖維增強(qiáng)塑料(FRP)或金屬板材。預(yù)制倒角(3)由采用纖維增強(qiáng)塑料(FRP)或金屬板材制成時(shí)，預(yù)制倒角(3)可直接作為角部增強(qiáng)(4)。預(yù)制倒角(3)由修補(bǔ)材料(5)粘貼在矩形柱(I)的角部。施工方法按以下兩種方式進(jìn)行
方式一
第一步按照設(shè)計(jì)的倒角曲率半徑值，鑿除待加固的矩形柱(I)的4個(gè)角部(7)的混凝土(以混凝土柱為例)，鑿除混凝土的量要稍多于理論計(jì)算值；
第二步清除鑿除部位松散的混凝土，對(duì)矩形柱(I)外表面進(jìn)行必要的清理和打毛處
理；
第三步將修補(bǔ)材料(5)涂抹在矩形柱(I)的角部，然后將預(yù)制倒角(3)粘貼在角部； 第四步將界面處理材料(6)涂抹在待加固柱的外表面；
第五步待界面處理材料(6)的粘結(jié)強(qiáng)度達(dá)到規(guī)定要求后，先將角部增強(qiáng)(4)通過(guò)粘結(jié)劑粘貼在矩形柱(I)的預(yù)制倒角(3)的對(duì)應(yīng)部位，再用粘結(jié)劑將FRP加固層(2)粘貼在矩形柱(I)的整個(gè)外表面，完成現(xiàn)場(chǎng)施工。方式二
第一步按照設(shè)計(jì)的倒角曲率半徑值，鑿除待加固的矩形柱(I)的4個(gè)角部(7)的混凝土(以混凝土柱為例)，鑿除混凝土的量要稍多于理論計(jì)算值；
第二步清除鑿除部位松散的混凝土，對(duì)矩形柱(I)外表面進(jìn)行必要的清理和打毛處
理；
第三步將修補(bǔ)材料(5)涂抹在矩形柱(I)的角部，然后將預(yù)制倒角(3)粘貼在角部，預(yù)制倒角材料為FRP或金屬板材制成，預(yù)制倒角(3)直接作為角部增強(qiáng)(4)；
第四步將界面處理材料(6)涂抹在待加固柱的外表面；
第五步待界面處理材料(6)的粘結(jié)強(qiáng)度達(dá)到規(guī)定要求后，用粘結(jié)劑將FRP加固層(2)粘貼在矩形柱(I)的整個(gè)外表面，完成現(xiàn)場(chǎng)施工。需要說(shuō)明的是，以上的實(shí)施例及施工方式，只是本發(fā)明實(shí)施方式的一種簡(jiǎn)單形式。在本發(fā)明的啟示下，本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員可以在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，提出新的實(shí)施方式，如將角部增強(qiáng)(4)設(shè)置在FRP加固層(2)的外側(cè)等。這些實(shí)施方式自然也屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種帶角部增強(qiáng)的FRP加固矩形柱及施工方法，其特征在于矩形柱(I)的FRP加固層(2)設(shè)置有預(yù)制倒角(3)和角部增強(qiáng)(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的帶角部增強(qiáng)的FRP加固矩形柱，其特征在于所述的預(yù)制倒角(3)為塑料、纖維增強(qiáng)塑料(FRP)或金屬板材制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的帶角部增強(qiáng)的FRP加固矩形柱，其特征在于所述的角部增強(qiáng)(4)為纖維增強(qiáng)塑料(FRP)或金屬板材。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的帶角部增強(qiáng)的FRP加固矩形柱，其特征在于所述的預(yù)制倒角(3)由采用纖維增強(qiáng)塑料(FRP)或金屬板材制成時(shí)，預(yù)制倒角(3)可直接作為角部增強(qiáng)⑷。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的帶角部增強(qiáng)的FRP加固矩形柱，其特征在于所述預(yù)制倒角(3)由修補(bǔ)材料(5)粘貼在矩形柱(I)的角部。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的帶角部增強(qiáng)的FRP加固矩形柱，其特征在于所述預(yù)制倒角(3)由修補(bǔ)材料(5)粘貼在矩形柱(I)的角部。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的帶角部增強(qiáng)的FRP加固矩形柱的施工方法，其特征在于所述施工方法按以下兩種方式進(jìn)行 方式一 第一步按照設(shè)計(jì)的倒角曲率半徑值，鑿除待加固的矩形柱(I)的4個(gè)角部(7)的混凝土(以混凝土柱為例)，鑿除混凝土的量要稍多于理論計(jì)算值； 第二步清除鑿除部位松散的混凝土，對(duì)矩形柱(I)外表面進(jìn)行必要的清理和打毛處理； 第三步將修補(bǔ)材料(5)涂抹在矩形柱(I)的角部，然后將預(yù)制倒角(3)粘貼在角部； 第四步將界面處理材料(6)涂抹在待加固柱的外表面； 第五步待界面處理材料(6)的粘結(jié)強(qiáng)度達(dá)到規(guī)定要求后，先將角部增強(qiáng)(4)通過(guò)粘結(jié)劑粘貼在矩形柱(I)的預(yù)制倒角(3)的對(duì)應(yīng)部位，再用粘結(jié)劑將FRP加固層(2)粘貼在矩形柱(I)的整個(gè)外表面，完成現(xiàn)場(chǎng)施工； 方式二 第一步按照設(shè)計(jì)的倒角曲率半徑值，鑿除待加固的矩形柱(I)的4個(gè)角部(7)的混凝土(以混凝土柱為例)，鑿除混凝土的量要稍多于理論計(jì)算值； 第二步清除鑿除部位松散的混凝土，對(duì)矩形柱(I)外表面進(jìn)行必要的清理和打毛處理； 第三步將修補(bǔ)材料(5)涂抹在矩形柱(I)的角部，然后將預(yù)制倒角(3)粘貼在角部，預(yù)制倒角材料為FRP或金屬板材制成，預(yù)制倒角(3)直接作為角部增強(qiáng)(4)； 第四步將界面處理材料(6)涂抹在待加固柱的外表面； 第五步待界面處理材料(6)的粘結(jié)強(qiáng)度達(dá)到規(guī)定要求后，用粘結(jié)劑將FRP加固層(2)粘貼在矩形柱(I)的整個(gè)外表面，完成現(xiàn)場(chǎng)施工。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種帶角部增強(qiáng)的FRP加固矩形柱及施工方法，其特征在于矩形柱(1)的FRP加固層(2)設(shè)置有預(yù)制倒角(3)和角部增強(qiáng)(4)。本發(fā)明具有FRP用量少、加固效率高、加固成本低、加固柱的承載力和延性好、FRP加固施工準(zhǔn)確性高、施工簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)E04C3/34GK102777051SQ201210241730
公開(kāi)日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月13日
發(fā)明者單波, 肖巖, 龔建清 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)