預應力混凝土結構受彎構件的復合加固結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于土木工程結構加固技術領域，具體涉及一種預應力混凝土結構受彎構件的復合加固結構。
【背景技術】
[0002]對預應力混凝土結構受彎構件進行加固技術改造，其根本目的是為了恢復或提高結構的抗彎承載力。目前針對預應力混凝土結構抗彎加固的常見方法有:加強結構截面剛度，如粘鋼及加筋加固法、增大截面加固法、體外預應力加固法；增加輔助構件加固，如加墩、換梁；改變結構體系，如變簡支為連續(xù)等。這些方法均能在一定程度上提高結構抗彎承載力，增大截面剛度，優(yōu)化結構內力分布，保障結構的安全使用，但往往難以有效控制結構的既有病害。
[0003]近年來，基于主動加固的預應力纖維片材(纖維布、纖維板)加固技術已逐步得到推廣應用，該方法可以有效延緩混凝土結構裂縫的開展。受限于混凝土較低的抗拉強度和現(xiàn)有錨固方式對碳纖維材料錨固的不足，預應力碳纖維材料易與混凝土結構發(fā)生界面剪切滑移破壞，導致碳纖維材料與混凝土產生剝離，且往往伴隨著纖維絲的突發(fā)性局部脆性斷裂破壞，因此預應力纖維片材加固對混凝土結構的極限抗彎承載力的提高較為有限。粘鋼加固技術施工簡便、易于錨固，感官安全度高，節(jié)約使用空間，鋼板粘貼于混凝土結構表面時延展性較好，能顯著提高被加固結構的極限抗彎承載能力。但粘鋼加固屬于被動技術技術，存在鋼板應變滯后、鋼板的厚度及層數(shù)均受到限制(實際工程中一般為粘貼一層，厚度在2mm?6mm之間)等問題，嚴重制約了粘鋼加固技術對極限承載力的提高水平。
[0004]考慮到單一加固技術的局限性，復合加固技術與方法成為結構加固領域的熱點。已有的針對混凝土結構抗彎復合加固的方法，主要是碳纖維布與鋼板復合加固的方法，共計有2類。
[0005]第一類加固方法主要的代表是實用新型專利CN 201649682U公布的“一種復合加固混凝土受彎構件”，其主要特征是:在被加固結構混凝土底面黏貼無預應力的碳纖維布，后在碳纖維布外側粘貼鋼板(碳纖維布寬度小于鋼板寬度)；鋼板與碳纖維布之間使用鋼板條作為U形箍錨固于混凝土受彎構件的腹板位置。該方法存在碳纖維布強度利用率較低、鋼板U形箍側面錨固效率低的缺點。此外，受限于部分混凝土結構(如橋梁)的橫向寬度較大，該方法存在著無法安裝U形箍錨固的問題。
[0006]第二類加固方法主要的代表是發(fā)明專利CN 101994398A公布的“混凝土結構鋼板一FRP復合加固方法”，其主要特征是:在被加固混凝土結構底面黏貼無預應力的碳纖維布，后在碳纖維布外側粘貼鋼板(鋼板寬度大于碳纖維布寬度)；鋼板與混凝土之間用化學螺栓錨固并壓實碳纖維布。該方法可對碳纖維布進行全粘貼面圍合封閉式錨固，碳纖維布的橫向與縱向錨固效果均較好。但該方法未對碳纖維布施加預應力，浪費了碳纖維材料的高強特性。此外，碳纖維布薄且軟，在粘貼施工時纖維絲紋路容易錯絲、絲絮紊亂，因此其整體性較差，將導致纖維絲橫向與縱向受力不均勻，混凝土結構構件在使用過程中碳纖維絲因局部應力集中易產生突發(fā)性斷絲破壞。
【實用新型內容】
[0007]本實用新型為了解決現(xiàn)有技術中的不足之處，提供一種預應力混凝土結構受彎構件的復合加固結構，該結構不僅可以充分發(fā)揮碳纖維材料的高強特性，顯著地改善混凝土結構的抗裂性能(延緩新裂縫的產生與發(fā)展，閉合既有裂縫)，還可大幅度提高預應力混凝土結構的極限抗彎承載力；同時利用鋼板對預應力碳纖維板的全粘貼面圍合封閉式錨固，既加強了碳纖維板、鋼板與混凝土間的抗剝離能力，也使鋼板、碳纖維板兩種材料更好地協(xié)同受力，充分發(fā)揮兩種加固材料的優(yōu)異性能。
[0008]為解決上述技術問題，本實用新型采用如下技術方案:預應力混凝土結構受彎構件的復合加固結構，包括碳纖維板、鋼板和分別設在混凝土結構兩端底面的夾持裝置，碳纖維板的兩端分別張拉并夾持在一個夾持裝置上，碳纖維板上表面與混凝土結構底面通過碳纖維專用膠粘接，碳纖維專用膠在碳纖維板上表面與混凝土結構底面之間形成碳纖維膠層，鋼板設在碳纖維板下表面，鋼板寬度大于碳纖維板寬度，鋼板上表面分別與碳纖維板和混凝土結構的下表面之間通過粘鋼膠粘接，粘鋼膠在鋼板上表面分別與碳纖維板和混凝土結構的下表面之間形成粘鋼膠層，混凝土結構內設有垂直朝下穿過鋼板的化學螺栓，化學螺栓沿混凝土結構的長度方向均勻設置兩排，化學螺栓上螺紋連接有緊固螺母，緊固螺母與鋼板下表面壓緊配合。
[0009]所述夾持裝置包括上夾板和下夾板，上夾板通過錨固螺栓固定在混凝土結構底面上，下夾板通過固定螺栓固定在上夾板下表面，碳纖維板兩端夾持在上夾板和下夾板之間。
[0010]采用上述技術方案，本實用新型主要安裝步驟如下:
[0011](I)確定結構加固方案，合理選定碳纖維板及鋼板在待加固混凝土結構底面的加固用量及粘貼位置。依據(jù)設計圖紙及實際結構的截面尺寸，合理確定夾持裝置在混凝土結構底面的安裝位置及碳纖維板和鋼板的粘貼位置，并在待加固混凝土結構底面鉆孔施工，以安裝化學錨栓錨固鋼板。
[0012](2)加工夾持裝置和加固用鋼板。加工上夾板、下夾板，并在上夾板和下夾板的對應位置對錨固螺栓、固定螺栓位置處開孔。采購加固用鋼板，并依據(jù)加固計算方案加工錨固鋼板的化學錨栓的螺栓孔，鋼板上的化學錨栓的螺栓孔可依據(jù)規(guī)范和實際情況合理選定螺栓孔間距和排列形式。
[0013](3)碳纖維板與鋼板復合加固粘貼區(qū)域定位與清潔。在待加固混凝土結構底面上使用不同顏色的線條劃線定位，分別標示出碳纖維板與鋼板兩種不同加固材料的粘貼區(qū)域。使用角磨機打磨兩種材料粘貼區(qū)域的混凝土表面，并對底面混凝土粘貼區(qū)域有凸起或凹陷部位的混凝土適當休整或填平，確保整個混凝土底面粘結區(qū)域的平整。清除劃線區(qū)域混凝土底面的浮塵、雜物，用酒精擦拭各粘貼區(qū)域，待酒精揮發(fā)完畢方可進行碳纖維板與鋼板的粘貼工序。
[0014](4)夾持裝置與加固材料一碳纖維板與鋼板的清潔。清理較薄的上夾板、較厚的下夾板與碳纖維板粘貼表面的銹跡、浮塵，用酒精擦拭夾持裝置各組件的碳纖維板粘貼區(qū)域及已裁剪好的碳纖維板，待酒精揮發(fā)完畢方可進行碳纖維板粘貼。對已采購并加工好孔的鋼板進行整體打磨。用角磨機清除鋼板表面的銹跡、浮塵、鋼肩，使鋼板與碳纖維板粘結區(qū)域可見明顯的亮絲線為準。
[0015](5)安裝碳纖維板預應力張拉固定端的夾持裝置。其主要施工順序為:采用粘鋼膠與錨固螺栓將上夾板安裝在待加固混凝土結構底面的一端，對碳纖維板一端的端部上下表面刷膠區(qū)域及上夾板下表面、下夾板上表面夾持區(qū)域涂抹碳纖維專用膠，及時擰緊固定上夾板和下夾板之間的固定螺栓夾持固定碳纖維板。
[0016](6)安裝碳纖維板預應力張拉端的夾持裝置。其主要施工順序為:對碳纖維板另一端的端部上下表面刷膠區(qū)域及上夾板下表面、下夾板上表面夾持區(qū)域涂抹碳纖維專用膠，及時擰緊固定兩夾板的固定螺栓夾持固定碳纖維板，待碳纖維專用膠達到所需的養(yǎng)護強度后，完成碳纖維板的預應力張拉工藝施工的準備工作。
[0017](7)碳纖維板預應力張拉施工。其主要施工順序為:安裝碳纖維板的預應力施加裝置，在碳纖維板的上表面涂刷碳纖維專用膠，對張拉端的夾持裝置施加張拉力，待碳纖維板達到張拉設計控制力后，采用粘鋼膠與錨固螺栓將張拉端的上夾板安裝在待加固混凝土結構底面，最后拆除預應力施加裝置。
[0018](8)鋼板粘貼與錨固施工。將加工完成并打磨、清潔后的鋼板的上表面涂刷粘鋼膠，使用擰緊化學錨栓的緊固螺母及時錨固鋼板。壓實粘鋼膠使膠體填滿鋼板與碳纖維板之間的縫隙，確保粘鋼膠能與碳纖維板及混凝土之間的無縫黏貼。
[0019]本實用新型既適用于有一定反拱的預應力混凝土梁式橋結構的加固，也適用于變高度連續(xù)梁橋等大跨預應力混凝土橋梁結構的加固，亦適用于鋼筋混凝土結構構件的加固。相較于單一加固方法一僅使用粘貼碳纖維板或粘鋼加固，本實用新型具有以下突出優(yōu)占.V.
[0020](I)預應力碳纖維板與鋼板復合加固充分利用了兩種加固材料存在的優(yōu)勢，彌補了單一加固方法存在的不足，使兩種材料更好地協(xié)同受力，