鋼板與預應力碳纖維布加固混凝土梁抗剪承載力的方法與流程
2023-12-11 13:25:22 3
本發明涉及一種混凝土梁加固的方法，具體涉及鋼板與預應力碳纖維布加固混凝土梁抗剪承載力的方法，主要應用於橋梁加固技術領域。
背景技術：
目前大多數橋梁存在下撓過大，承載力不足問題，特別是一些服役時間較長，承受交通量較大的橋梁。對這些承載力不足的橋梁進行拆除重建既妨礙交通，又不經濟，因此並不可取。
現有解決辦法是對橋梁進行加固處理，提高橋梁的承載力和剛度，使之能夠達到一定等級的荷載要求，繼續服役。常見的辦法是使用鋼板、碳纖維布、預應力碳纖維布等幾種材料對舊橋進行加固。鋼板加固對提升結構的承載力和剛度有較大的作用，同時鋼板也能保護梁混凝土，特別是已經發生裂縫的混凝土，鋼板的設置一方面延遲了混凝土的碳化，另一方面，也保護了內部鋼筋不受外部環境侵蝕。但是鋼板加固一個很明顯的缺點是其受力方式，鋼板加固為二次受力的方式，只有在梁再次承受荷載時鋼板才會受力，才能提供承載力。這對於損傷較輕，撓度不是很大的結構較為有效，但是對於損傷較嚴重的混凝土梁，作用則不明顯。
使用預應力碳纖維布進行加固是一種主動受力的方式，在完成加固之後結構即開始提供承載力，但是使用碳纖維布進行加固也存在一些弊病，比如預應力碳纖維布的錨固問題，由於預應力的設置，需要夾持碳纖維布的波形齒板能牢固地固定在混凝土梁上，而這一點是舊橋所難提供的，因為混凝土碳化會嚴重影響波形齒板的固定效果。
抗剪加固需要在豎向張拉預應力板材，笨重的張拉設備需要較大的空間，而混凝土梁抗剪承載力加固往往不具備此類條件，因此採用預應力抗剪承載力加固的情況較少。
技術實現要素：
本發明的目的之一在於提供一種鋼板與預應力碳纖維布組合加固的、同時也是抗剪承載力加固的混凝土梁加固方法，本發明是這樣實現的：
鋼板與預應力碳纖維布加固混凝土梁抗剪承載力的方法，包括如下步驟：
步驟1：混凝土梁處理
對混凝土梁進行表面處理，並根據鋼板及固定端波形齒板的尺寸和位置在混凝土梁上放樣，根據放樣位置鑽孔，鑽孔貫穿混凝土梁，鑽孔分別用於固定鋼板及固定端波形齒板；放樣、鑽孔完成後清理混凝土梁的灰塵；
步驟2：鋼板的下料及碳纖維布的裁剪
對鋼板進行下料處理，鋼板與混凝土梁接觸面進行拉毛處理；
對碳纖維布進行裁剪，根據波形齒板的寬度裁剪，並保證碳纖維布邊緣平整無缺口；
步驟3：鋼板的粘貼
在混凝土梁上根據鋼板放樣位置塗抹環氧膠，在環氧膠固化之前粘貼好鋼板，粘貼完成後使用貫穿混凝土梁的固定鋼板用螺栓對鋼板進行固定；
步驟4：波形齒板及反力塊的安裝固定
根據步驟1的用於錨固固定端波形齒板的鑽孔位置，利用貫穿螺栓，一端錨固固定端波形齒板，另一端固定錨固塊，從而將固定端波形齒板和錨固塊固定在混凝土梁上，在混凝土梁安裝有錨固塊的一側，安裝有張拉端波形齒板，張拉端波形齒板的一側設置有螺杆，螺杆依次穿過錨固塊和反力塊，在錨固塊和反力塊之間的螺杆上，設置有螺母；
步驟5：碳纖維布的張拉錨固
將碳纖維布的一端置於固定端波形齒版的底板與蓋板之間，使用高強螺栓進行固定，然後將碳纖維布配合鋼板方向布置，並將碳纖維布的另一端置於張拉端波形齒板的底板和蓋板之間，也使用高強螺栓進行固定，由於張拉端波形齒板沒有固定在混凝土梁上，此時將千斤頂置於錨固塊和反力塊之間施加力即可完成碳纖維布的張拉工作；張拉完成後擰緊錨固塊後面的螺母即完成加固安裝。
更進一步的方案是：步驟1中，對混凝土梁進行表面處理，包括：對混凝土梁表面進行平整處理，將碳化嚴重的混凝土鑿除，並使用水泥砂漿進行修補，對坑窪較嚴重的區域使用水泥砂漿進行抹平，保證處理完成後梁表面的最大坑窪深度在3mm以內。
更進一步的方案是：步驟2中，對鋼板進行下料處理，是在工廠完成，下料完成後保證鋼板沒有咬口、毛刺現象。
更進一步的方案是：步驟2中，拉毛處理，鋼板的拉毛方向為斜向混凝土梁內側45度。
更進一步的方案是：步驟3中，鋼板粘貼需保證環氧膠充滿鋼板與梁體之間空隙，並且排淨氣泡。
更進一步的方案是：所述的固定端波形齒板和張拉端波形齒板均包括底板、蓋板以及安裝在底板和蓋板之間的高強螺栓。
更進一步的方案是：在鋼板外表面的轉角處設置轉向板，轉向板材質為聚四氟乙烯，轉向板位於碳纖維布和鋼板中間，且轉向板的寬度不小於碳纖維布的寬度。
更進一步的方案是：所述的張拉端波形齒板進行了加寬的處理，使蓋板位於底板之內。
本發明不再是單一的加固方式，而是將鋼板加固和預應力碳纖維布加固兩種方法進行有效的組合，預應力的施加使結構在完成加固之後即可以提供抗剪承載力，並且預應力可以減小裂縫的寬度，甚至閉合裂縫，同時，解決了預應力碳纖維布材與混凝土梁的粘結問題，將碳纖維布材與鋼板進行粘結，粘結效果明顯優於粘結在混凝土上。此外張拉碳纖維布設備簡單，易於實現，相比於傳統笨重的張拉設備，只需一個千斤頂即可完成張拉，簡單方便，高效經濟。
目前結構加固大多為抗彎承載力加固，由於張拉設備空間影響，以及轉向設置困難，採用預應力進行抗剪承載力加固在工程中應用較少，但是結構由於抗剪承載力失效的事故卻並不少見，本發明通過以上的結構設置和方法，能對構件抗剪承載力進行有效的加固。
附圖說明
圖1是抗剪承載力組合加固方法的橫斷面圖；
圖2是抗剪承載力組合加固方法的側面圖；
圖3是碳纖維布錨固端波形齒板圖；
圖4是碳纖維布張拉端波形齒板圖；
圖5是波形齒板側面圖；
圖6是張拉端裝置圖；
其中：1、待加固的混凝土梁體，2、鋼板，3、碳纖維布，4、固定端波形齒板，5、張拉端波形齒板，6、錨固塊，7、反力塊，8、螺杆，9、貫穿螺栓，10、固定鋼板用螺栓，11、轉向板，12、底板，13、蓋板，14、高強螺栓，15、螺母。
具體實施方式
鋼板與預應力碳纖維布加固混凝土梁抗剪承載力的方法，通過以下步驟實現：
步驟1：
混凝土梁1的處理，將待加固的混凝土梁1表面進行平整處理，將碳化嚴重的混凝土鑿除，並使用砂漿進行修補，對坑窪較嚴重的區域使用水泥砂漿進行抹平，保證處理完成後梁表面的最大坑窪深度在3mm以內。然後根據鋼板及固定端波形齒板4的尺寸和位置進行放樣。並根據放樣的位置進行鑽孔，鑽孔應貫穿混凝土梁1，鑽孔分別用於固定鋼板2及固定端波形齒板4。放樣、鑽孔完成之後應再次對混凝土梁1進行處理，主要是清理灰塵。
步驟2：
鋼板2下料工作在工廠完成，下料完成後應保證鋼板的質量，不能有咬口、毛刺等現象，以防止預應力碳纖維布3被剪破。鋼板2與混凝土梁1的接觸面進行拉毛處理，鋼板的拉毛方向為斜向混凝土梁內側45度。根據固定端波形齒版4的寬度對碳纖維布3進行裁剪，裁剪應保證碳纖維布3邊緣平整無缺口。
步驟3：
鋼板2的粘貼。鋼板2下料完成後在混凝土梁上根據放樣位置塗抹環氧膠，並在環氧膠固化之間粘貼好鋼板2，粘貼鋼板2應保證環氧膠充滿鋼板與梁體之間空隙，並且要排淨氣泡。鋼板2定位之後使用貫穿混凝土梁1的固定鋼板用螺栓10進行固定。
步驟4：
根據步驟1的用於錨固固定端波形齒板4的鑽孔位置，利用貫穿螺栓9，一端錨固固定端波形齒板，另一端固定錨固塊6，從而將固定端波形齒板和錨固塊固定在混凝土梁上，在混凝土梁安裝有錨固塊的一側，安裝有張拉端波形齒板5，張拉端波形齒板的一側設置有螺杆8，螺杆依次穿過錨固塊6和反力塊7，在錨固塊和反力塊之間的螺杆8上，設置有螺母15。
步驟5：
碳纖維布3的張拉。在張拉端的波形齒板5不固定，波形齒板5的後面焊接有螺杆8，螺杆8依次通過錨固塊6和反力塊7。將千斤頂置於錨固塊6和反力塊7之間施加力即可完成碳纖維布3的張拉工作。張拉完成後擰緊錨固塊6之後的螺母15即可。
將碳纖維布3的一端置於固定端波形齒版的底板12與蓋板13之間，使用高強螺栓15進行固定，然後將碳纖維布配合鋼板方向布置，並將碳纖維布的另一端置於張拉端波形齒板的底板12和蓋板13之間，也使用高強螺栓14進行固定。
在鋼板外表面的轉角處設置轉向板11，轉向板材質為聚四氟乙烯，轉向板位於碳纖維布和鋼板中間，且轉向板的寬度不小於碳纖維布的寬度。
由於張拉端波形齒板沒有固定在混凝土梁上，此時將千斤頂置於錨固塊6和反力塊7之間施加力即可完成碳纖維布的張拉工作；張拉完成後擰緊錨固塊後面的螺母15即完成加固安裝。