專利名稱：混凝土結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)的加固方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種混凝土結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)的加固方法，特別是針對(duì)空間結(jié)構(gòu)和受力都比較復(fù)雜的梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加固的方法。屬于土木工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的一種結(jié)構(gòu)形式，也是目前地震區(qū)應(yīng)用最為廣泛的一種抗震結(jié)構(gòu)形式。設(shè)計(jì)不當(dāng)、環(huán)境惡劣、用途改變等原因都會(huì)引起結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力和剛度的不足而需要進(jìn)行修復(fù)加固。同時(shí)，在地震區(qū)的框架結(jié)構(gòu)受到地震力而破壞時(shí)，也需要進(jìn)行修復(fù)加固。其中，梁柱節(jié)點(diǎn)的破壞時(shí)一個(gè)重要的方面。梁柱節(jié)點(diǎn)包括框架梁與框架柱相交的節(jié)點(diǎn)核心區(qū)及鄰近核心區(qū)的梁端和柱端，是混凝土框架的傳力樞紐，在結(jié)構(gòu)中發(fā)揮著傳遞、分配內(nèi)力和保持結(jié)構(gòu)整體性的作用，受力比較復(fù)雜，空間結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜。梁柱節(jié)點(diǎn)的破壞，將引起結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重?fù)p害，甚至坍塌，后果十分嚴(yán)重。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一般有有“強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)剪弱彎，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件”的要求。
鑒于梁柱節(jié)點(diǎn)的重要性，近幾十年來，工程界對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)的加固開展了大量的研究工作，提出了各種各樣的加固方法。比如，擴(kuò)大截面加固法，外包鋼加固法，預(yù)應(yīng)力加固法，噴射混凝土法等。然而，上述方法存在著許多問題。
擴(kuò)大截面加固法取材方便、施工技術(shù)簡單、加固效果穩(wěn)定可靠，提高原構(gòu)件的承載力的同時(shí)，還可以加大其截面剛度，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和抗震性能。但是，擴(kuò)大截面加固法現(xiàn)場濕作業(yè)多，施工周期長，對(duì)原結(jié)構(gòu)影響較大，如因截面增大而影響原有建筑效果，減小使用空間，增加結(jié)構(gòu)自重，有時(shí)甚至?xí)蚪Y(jié)構(gòu)之重的增加而致使須對(duì)原結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)進(jìn)行附加加固，從而大大增加加固成本，延長施工時(shí)間。采用這種施工方法時(shí)，往往造成原結(jié)構(gòu)的使用中斷，帶來相應(yīng)的間接損失。
外包鋼加固法可在基本上不增大構(gòu)件尺寸的情況下較多地提高其承載力，增大延性和剛度。以及使用上不允許增大原構(gòu)件截面尺寸，卻又要求大幅度地提高截面承載能力，增大延性和剛度的結(jié)構(gòu)的加固。本方法優(yōu)點(diǎn)是施工簡便，現(xiàn)場工作量較少，受力較為可靠；缺點(diǎn)是用鋼量較大，加固維修費(fèi)用較高，不宜用在具有腐蝕介質(zhì)的環(huán)境下。
噴射混凝土加固方法施工時(shí)噴射方向調(diào)節(jié)自由度大，而且具有施工速度快、節(jié)省模板、施工周期短的特點(diǎn)。但是，由于其自身的工藝特點(diǎn)，其在施工中會(huì)產(chǎn)生一定數(shù)量的回彈量，形成損耗，而且污染環(huán)境。從結(jié)構(gòu)構(gòu)造的角度講，噴射混凝土在形成時(shí)往往達(dá)不到經(jīng)過良好振搗澆筑混凝土的均勻密實(shí)程度，而且噴射混凝土所要求的原材料配合比的特殊性以及噴射施工操作質(zhì)量較普通混凝土施工不易控制，導(dǎo)致噴射混凝土在一些理化性能(主要為力學(xué)強(qiáng)度、抗?jié)B能力、耐久性等)方面表現(xiàn)出質(zhì)量的不穩(wěn)定性，尤其是抗裂的不足和減尋層。
預(yù)應(yīng)力加固法是在構(gòu)件外部用預(yù)應(yīng)力拉桿或者鋼絞線對(duì)構(gòu)件進(jìn)行加固的方法，可在基本不影響建筑物使用空間的條件下，提高構(gòu)件的承載能力，并降低原構(gòu)件中控制截面的應(yīng)力水平，但是使用環(huán)境中存在腐蝕性介質(zhì)、高溫、明火時(shí)，應(yīng)特別注意防護(hù)，且不便于施工，錨固比較困難。
此外，采用傳統(tǒng)加固方法加固材料的抗壓強(qiáng)度高，而抗拉強(qiáng)度低，影響加固效果；采用傳統(tǒng)加固方法對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)的抗剪強(qiáng)度，抗?jié)B能力的提高不是很顯著。尤其是對(duì)于存在雙向交叉的柱和梁的，空間結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的梁柱節(jié)點(diǎn)，采用傳統(tǒng)加固方法的效果不是很明顯，施工也比較困難。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種混凝土結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)的加固方法，其加固效果優(yōu)越、適用性強(qiáng)、應(yīng)用面廣、經(jīng)濟(jì)性好，尤其是施工特別簡單快捷。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
分為以噴射纖維混凝土加固和噴射短切FRP纖維環(huán)氧樹脂加固兩種方法，具體實(shí)施步驟分別如下:
1、噴射纖維混凝土對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)的加固方法:
(I)首先對(duì)柱和梁的的節(jié)點(diǎn)處表面進(jìn)行處理；
(2)其次，借助高壓水或者高壓風(fēng)對(duì)節(jié)點(diǎn)處露出的堅(jiān)實(shí)混凝土層進(jìn)行沖洗、清理干凈，再用水濕潤并涂抹界面劑；
(3)再次，將短切纖維與混凝土和水按比例混合均勻后，攪拌成纖維混凝土拌合料；
(4)然后，將攪拌好的纖維混凝土拌合料送入噴射機(jī)，以壓縮空氣作為動(dòng)力，經(jīng)輸料管送至噴嘴處，與外加劑相混合，借助風(fēng)壓將混合有外加劑的纖維混凝土拌合料噴射到梁柱節(jié)點(diǎn)處；
(5)最后，對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)處后期噴射上去的纖維混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。
2、噴射短切FRP纖維環(huán)氧樹脂對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)的加固方法:
(I)首先，對(duì)柱和梁的節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行適當(dāng)?shù)拇蚰ヌ幚?，以混凝土、水泥砂漿或環(huán)氧找平材料修補(bǔ)，修補(bǔ)后表面應(yīng)平整，干燥；
(2)其次，以混凝土、水泥砂漿或環(huán)氧找平材料對(duì)打磨處理過后的梁柱節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行修補(bǔ)，修補(bǔ)后梁柱節(jié)點(diǎn)處表面應(yīng)平整，干燥；
(3)再次，將短切FRP纖維與環(huán)氧樹脂和外加劑按比例混合均勻后，攪拌成短切FRP纖維環(huán)氧樹脂拌合料；
(4)然后，將攪拌好的短切FRP纖維環(huán)氧樹脂拌合料送入噴射機(jī)，以壓縮空氣作為動(dòng)力，經(jīng)輸料管送至噴嘴處，借助風(fēng)壓將短切FRP纖維環(huán)氧樹脂拌合料噴射到梁柱節(jié)點(diǎn)處；
(5)最后，對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)處后期噴射上去的短切FRP纖維環(huán)氧樹脂進(jìn)行固化處理。
采用本發(fā)明方案后，具有如下優(yōu)點(diǎn):
(I)本加固方法采用噴射干料的方法進(jìn)行加固，可不受結(jié)構(gòu)構(gòu)件形狀和尺度的影響，可對(duì)空間復(fù)雜的梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加固，較好的克服了梁柱節(jié)點(diǎn)由于存在雙向交叉的梁和柱而形成空間障礙造成的加固困難。
(2)本加固方法噴射層強(qiáng)度高，韌性好，由于有極短切纖維的存在，極大地提高了節(jié)點(diǎn)處混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度，對(duì)混凝土的裂縫控制效果更為突出，抗震性能得到了良好的改善，抗沖耐磨強(qiáng)度，抗折強(qiáng)度和耐久性由于有短切纖維的存在而得到了較大程度的提高。
(3)本加固方法加固施工過程中不需另設(shè)模板，不需錨固，也不需鋼筋網(wǎng)的架設(shè)就能和原梁柱節(jié)點(diǎn)的混凝土得到很好的粘結(jié)。節(jié)省了大量模板材料，省去支模工序，施工方便，簡單快捷。尤其是噴射混合有短切FRP纖維的環(huán)氧樹脂拌合料，只需打磨梁柱節(jié)點(diǎn)加固區(qū)就能夠繼續(xù)施工。
(4)本加固方法由于在干料當(dāng)中有均勻短切纖維的存在，在施工過程中干料的回彈率比較低，大大縮短了現(xiàn)場處理及繼續(xù)供料所耗用的時(shí)間，同時(shí)減少了干料的損耗，也不污染環(huán)境。
(5)本加固方法適用性強(qiáng)且具有廣泛的應(yīng)用前景，即可應(yīng)用于既有建筑節(jié)點(diǎn)承載力不足的加固，也可應(yīng)用于震損節(jié)點(diǎn)的震后快速修復(fù)。


圖1為本發(fā)明噴射纖維混凝土加固的工作原理圖2為本發(fā)明噴射FRP纖維環(huán)氧樹脂加固的工作原理圖3為圖1 (圖2)中A-A剖視圖4為噴射短切纖維混凝土施工工工藝圖5為噴射短切纖FRP維環(huán)氧樹脂施工工工藝圖。
圖中:
1.柱，2.梁，3.節(jié)點(diǎn)，4.攪拌機(jī)，5.纖維混凝土拌合料，6.FRP纖維環(huán)氧樹脂拌合料，7.噴射機(jī)，8.輸料管。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的鋼筋混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)加固方法，分為以噴射纖維混凝土加固和噴射短切FRP纖維環(huán)氧樹脂加固兩種方法，具體實(shí)施步驟分別如下:
1、噴射纖維混凝土加固方法施工方法，如圖1、圖3和圖4所示:
(I)首先，對(duì)柱I和梁2的的節(jié)點(diǎn)3處表面進(jìn)行鑿毛處理，剔除松散混凝土。
(2)其次，借助高壓水或者高壓風(fēng)對(duì)節(jié)點(diǎn)3處露出的堅(jiān)實(shí)混凝土層進(jìn)行沖洗、清理干凈，再用水濕潤并涂抹界面劑。
(3)再次，如圖3所示，將短切纖維與混凝土和水混合均勻后，在攪拌機(jī)4中攪拌成纖維混凝土拌合料5 ;經(jīng)過攪拌機(jī)4的攪拌后，短切纖維在纖維混凝土拌合料5中三維亂向均勻分布；所述的短切纖維是鋼纖維或有機(jī)纖維等，長度為15mm-40mm ;有機(jī)纖維主要指例如纖維素纖維，聚丙烯纖維等；所述的短切纖維與混凝土和水的最常規(guī)的重量比例為:混凝土占73% 84%、水占15% 22%、短切纖維占1% 5%。但上述比例不是絕對(duì)的，可按具體的環(huán)境條件加以調(diào)整，以利于噴射及噴射后的貼敷。
(4)然后，如圖1、圖3所示，用泵將攪拌好的纖維混凝土拌合料5送入噴射機(jī)7，以壓縮空氣作為動(dòng)力，經(jīng)輸料管8送至噴嘴處，與外加劑相混合，借助風(fēng)壓將混合有外加劑的纖維混凝土拌合料5噴射到梁柱節(jié)點(diǎn)3處，形成具有一定強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)增強(qiáng)、增韌材料，以得到加固效果；所述的外加劑是用于噴射混凝土施工中需要的能使混凝土迅速凝結(jié)硬化的速凝劑，是噴射混凝土施工法中不可缺少的一種添加劑，其摻用量占所述的纖維混凝土拌合料5重量的2% 5% ;所述的外加劑常用的是無機(jī)鹽類，主要型號(hào)有紅星I型、7 I1、728型、8604型等。如:紅星I型速凝劑是由鋁氧熟料(主要成分是氯酸鈉)、碳酸鈉、生石灰按質(zhì)量I:1:0.5的比例配制而成的一種粉狀物，7 II型速凝劑是鋁氧熟料與無水石膏按質(zhì)量比3:I配合粉末而成，等等。
(5)最后對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)3處后期噴射上去的纖維混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。
2、噴射短切FRP纖維環(huán)氧樹脂加固方法施工方法，如圖2、圖3和圖5所示:
(I)首先，對(duì)柱I和梁2的節(jié)點(diǎn)3處進(jìn)行適當(dāng)?shù)拇蚰ヌ幚?，以混凝土、水泥砂漿或環(huán)氧樹脂找平材料修補(bǔ)，修補(bǔ)后表面應(yīng)平整，干燥；
(2)其次，以混凝土、水泥砂漿或環(huán)氧樹脂找平材料對(duì)打磨處理過后的梁柱節(jié)點(diǎn)3處進(jìn)行修補(bǔ)，修補(bǔ)后梁柱節(jié)點(diǎn)3處表面應(yīng)平整，干燥；
(3)再次，如圖4所示，將短切FRP纖維與環(huán)氧樹脂和外加劑混合均勻后，在攪拌機(jī)4中攪拌成短切FRP纖維環(huán)氧樹脂拌合料6 ;所述的FRP纖維FRP英文名:Fiber ReinforcedPlastics ARP材料是由連續(xù)纖維和樹脂基體復(fù)合而成，常用的是碳纖維、玻璃纖維、聚酯纖維等。FRP纖維長度為10mm-25mm ;所述的外加劑與上述噴射纖維混凝土加固方法中使用的外加劑相同。其中短切FRP纖維用量為:占環(huán)氧樹脂重量的2% 5%。外加劑占環(huán)氧樹脂重量的1% 3%。
(4)然后，如圖2、圖3所示，用泵將攪拌好的短切FRP纖維環(huán)氧樹脂拌合料6送入噴射機(jī)7，以壓縮空氣作為動(dòng)力，經(jīng)輸料管8送至噴嘴處，借助風(fēng)壓將短切FRP纖維環(huán)氧樹脂拌合料6噴射到梁柱節(jié)點(diǎn)3處，形成具有一定強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)增強(qiáng)、增韌材料，以得到加固效果;
(5)最后對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)3處后期噴射上去的短切FRP纖維環(huán)氧樹脂進(jìn)行固化處理。
權(quán)利要求
1.一種以噴射纖維混凝土對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)的加固方法，其步驟為: (1)首先對(duì)柱和梁的的節(jié)點(diǎn)處表面進(jìn)行處理； (2)其次，借助高壓水或者高壓風(fēng)對(duì)節(jié)點(diǎn)處露出的堅(jiān)實(shí)混凝土層進(jìn)行沖洗、清理干凈，再用水濕潤并涂抹界面劑； (3)再次，將短切纖維與混凝土和水按比例混合均勻后，攪拌成纖維混凝土拌合料；經(jīng)過攪拌后，短切纖維在纖維混凝土拌合料中三維亂向均勻分布； (4)然后，將攪拌好的纖維混凝土拌合料送入噴射機(jī)，以壓縮空氣作為動(dòng)力，經(jīng)輸料管送至噴嘴處，與外加劑相混合，借助風(fēng)壓將混合有外加劑的纖維混凝土拌合料噴射到梁柱節(jié)點(diǎn)處； (5)最后，對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)處后期噴射上去的纖維混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加固方法，在步驟(3)中，所述的短切纖維是鋼纖維或有機(jī)纖維，有機(jī)纖維主要指纖維素纖維，聚丙烯纖維；短切纖維長度為15mm-40mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的加固方法，在步驟(3)中，短切纖維與混凝土和水是在攪拌機(jī)中攪拌成纖維混凝土拌合料；所述短切纖維與混凝土和水的重量比例為:混凝土占73% 84%、水占15% 22%、短切纖維占1% 5%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加固方法，在步驟(4)中，所述的外加劑是能使混凝土迅速凝結(jié)硬化的速凝劑，其摻用量占所述的纖維混凝土拌合料重量的2% 5% ;所述的外加劑常用的是無機(jī)鹽類，型號(hào)有紅星I型、7 I1、728型或8604型。
5.一種以噴射短切FRP纖維環(huán)氧樹脂對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)的加固方法，其步驟為: (O首先，對(duì)柱和梁的節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行適當(dāng)?shù)拇蚰ヌ幚?，以混凝土、水泥砂漿或環(huán)氧找平材料修補(bǔ)，修補(bǔ)后表面應(yīng)平整，干燥； (2)其次，以混凝土、水泥砂漿或環(huán)氧找平材料對(duì)打磨處理過后的梁柱節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行修補(bǔ)，修補(bǔ)后梁柱節(jié)點(diǎn)處表面應(yīng)平整，干燥； (3)再次，將短切FRP纖維與環(huán)氧樹脂和外加劑按比例混合均勻后，攪拌成短切FRP纖維環(huán)氧樹脂拌合料； (4)然后，將攪拌好的短切FRP纖維環(huán)氧樹脂拌合料送入噴射機(jī)，以壓縮空氣作為動(dòng)力，經(jīng)輸料管送至噴嘴處，借助風(fēng)壓將短切FRP纖維環(huán)氧樹脂拌合料噴射到梁柱節(jié)點(diǎn)處； (5)最后，對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)處后期噴射上去的短切FRP纖維環(huán)氧樹脂進(jìn)行固化處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的加固方法，在步驟(3)中，所短切述的FRP纖維常用的是碳纖維、玻璃纖維或聚酯纖維，纖維長度為10mm-25mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的的加固方法，在步驟(3)中，所述的外加劑與上述噴射纖維混凝土加固方法中使用的外加劑相同。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的加固方法，在步驟(3)中，短切FRP纖維與環(huán)氧樹脂和外加劑是在攪拌機(jī)中攪拌成短切FRP纖維環(huán)氧樹脂拌合料；其中短切FRP纖維:占環(huán)氧樹脂重量的2% 5%，外加劑占環(huán)氧樹脂重量的1% 3%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種混凝土結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)的加固方法，特別是針對(duì)空間結(jié)構(gòu)和受力都比較復(fù)雜的梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加固的方法。它是將短切纖維與混凝土，水混合攪拌成拌合料，并在噴射機(jī)噴嘴處加入速凝劑，噴射到梁柱節(jié)點(diǎn)處?；?qū)⒍糖蠪RP纖維與環(huán)氧樹脂，外加劑混合攪拌成拌合料，用噴射機(jī)噴射到梁柱節(jié)點(diǎn)處,以對(duì)節(jié)點(diǎn)加固。本發(fā)明不受構(gòu)件形狀和尺度的影響對(duì)空間復(fù)雜的梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加固；噴射層強(qiáng)度高，韌性好；施工過程中干料的回彈率較低，大大縮短了施工時(shí)間，減少了干料損耗，不污染環(huán)境；施工中不需另設(shè)模板，不需錨固和架設(shè)鋼筋網(wǎng)，節(jié)省了大量材料，省去支模工序，施工方便、簡單快捷。本加固方法既可應(yīng)用于既有建筑節(jié)點(diǎn)固，也可應(yīng)用于震后快速修復(fù)。
文檔編號(hào)E04G23/02GK103161323SQ20131006986
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月6日
發(fā)明者周長東, 潘慶龍, 張葆妍, 王京京 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)