一種利用frp加固混凝土剪力墻的裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及土木工程結(jié)構(gòu)加固技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用FRP加固混凝土剪力墻的裝置，包括混凝土剪力墻、環(huán)氧樹(shù)脂層、第一FRP條帶和第二FRP條帶，所述的混凝土剪力墻兩個(gè)墻面均涂有環(huán)氧樹(shù)脂層，位于混凝土剪力墻的下部的環(huán)氧樹(shù)脂層的表面橫向滿粘第一FRP條帶，所述第一FRP條帶的上部等間距均勻橫向粘貼若干個(gè)第二FRP條帶，混凝土剪力墻的下部均勻設(shè)置有若干個(gè)通孔，所述FRP加固混凝土剪力墻的裝置還包括鋼板、螺桿和螺母，鋼板上開(kāi)設(shè)有安裝孔，通孔的兩端均覆蓋有鋼板并使安裝孔與通孔相對(duì)，螺桿同時(shí)穿過(guò)混凝土剪力墻、環(huán)氧樹(shù)脂層、第一FRP條帶和鋼板，鋼板的兩端安裝有螺母。本實(shí)用新型不僅能夠提高混凝土剪力墻的抗震能力，且能夠防止FRP剝離破壞。
【專利說(shuō)明】
_種利用FRP加固混凝土剪力墻的裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及土木工程結(jié)構(gòu)加固技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用FRP加固混凝土 剪力墻的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 土木工程領(lǐng)域中，剪力墻又稱抗震墻，是高層建筑結(jié)構(gòu)中最重要的抗側(cè)力構(gòu)件，主 要用來(lái)承受風(fēng)荷載或地震作用引起的水平荷載。當(dāng)已有剪力墻結(jié)構(gòu)由于設(shè)計(jì)、施工缺陷、甚 至災(zāi)害等原因，造成其承載力不足，影響建筑結(jié)構(gòu)的安全和正常使用時(shí)，需要進(jìn)行修復(fù)加 固。為解決剪力墻承載力不足的問(wèn)題，現(xiàn)有的加固方法中，主要有將FRP布橫向等間距或者 布滿剪力墻表面粘貼，這樣可提高剪力墻抗剪承載能力、延性以及耗能，從而改善其抗震性 能。但是，加固后的剪力墻在軸壓力與水平力的作用下，剪力墻底部截面由于內(nèi)力較大，更 易破壞。按照第一種加固方法，將FRP橫向等間距粘貼于剪力墻表面，而剪力墻底部未粘貼 FRP混凝土條帶，由于無(wú) FRP約束，容易形成薄弱截面，會(huì)影響加固效果；按照另外一種加固 方法，將FRP布滿剪力墻表面粘貼進(jìn)行加固，這種加固方法對(duì)于剪力墻內(nèi)力較小的上部，容 易造成加固過(guò)量，浪費(fèi)材料。
[0003] 另外一方面，剪力墻在荷載作用下容易發(fā)生FRP剝離破壞，F(xiàn)RP剝離不僅降低了FRP 材料的抗拉強(qiáng)度利用率，同時(shí)使構(gòu)件發(fā)生脆性破壞，影響結(jié)構(gòu)安全。
[0004] 為了解決FRP剝離破壞的問(wèn)題，專利公開(kāi)號(hào)為CN 103866991 A的中國(guó)專利公開(kāi)了 一種修復(fù)剪力墻時(shí)防止玄武巖纖維布和混凝土剝離的方法，該方法中的主要解決辦法是將 玄武巖纖維條穿過(guò)剪力墻通孔，其兩端呈花瓣?duì)钫迟N在玄武巖纖維布表面，通過(guò)對(duì)玄武巖 纖維條一端條片施加拉力的方法，提供混凝土表面和玄武巖纖維布之間粘貼正壓力和防止 剝離破壞水平力，但是該方法提供的粘結(jié)正壓力較小，且該方法施工工序繁瑣，錨固效果受 施工質(zhì)量影響較大。
[0005] 綜上，需要一種既能夠提高剪力墻抗震能力又能夠防止FRP剝離破壞加固方法。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006] 本實(shí)用新型的目的是針對(duì)上述存在的問(wèn)題，提供一種有效提高混凝土剪力墻抗震 能力的一種利用FRP加固混凝土剪力墻的裝置，本實(shí)用新型的目的還在于提供一種施工方 便且能有效阻止FRP和混凝土剝離的利用FRP加固混凝土剪力墻方法。
[0007] 本實(shí)用新型利用FRP加固混凝土剪力墻的裝置的技術(shù)方案是:一種FRP加固混凝土 剪力墻的裝置，包括混凝土剪力墻（1 )，平整的環(huán)氧樹(shù)脂層，第一 FRP條帶(2-1)和第二FRP條 帶(2-2)，所述的混凝土剪力墻（1)兩個(gè)墻面均涂有環(huán)氧樹(shù)脂層，位于混凝土剪力墻（1)的下 部的環(huán)氧樹(shù)脂層的表面橫向滿粘第一 FRP條帶(2-1)，所述第一 FRP條帶(2-1)的上部等間距 均勻橫向粘貼若干個(gè)第二FRP條帶(2-2)，混凝土剪力墻（1)的下部均勻設(shè)置有若干個(gè)通孔， 所述FRP加固混凝土剪力墻的裝置還包括鋼板(3)、螺桿(5)和螺母(4)，所述鋼板(3)上開(kāi)設(shè) 有安裝孔，所述通孔的兩端均覆蓋有鋼板(3)并使安裝孔與通孔相對(duì)，所述螺桿(5)同時(shí)穿 過(guò)混凝土剪力墻（1)、環(huán)氧樹(shù)脂層、第一 FRP條帶（2-1)和鋼板(3)，所述鋼板(3)的兩端安裝 有螺母(4)。
[0008] 所述第一 FRP條帶（2-1)的粘貼高度為從涂有環(huán)氧樹(shù)脂層墻面底端到至少0.4倍墻 高的范圍。
[0009] 所述鋼板(3)為正方形，其邊長(zhǎng)為至少0.8倍FRP條帶寬度，且安裝孔的直徑至少大 于螺桿(5)的螺紋外徑2mm。
[0010] 所述螺桿(5)為4.8級(jí)以上的碳鋼，螺桿的螺紋外徑彡10mm，螺桿的長(zhǎng)度大于等于 混凝土剪力墻(1)墻體厚度、鋼板(3)厚度以及螺母(4)厚度之和；
[0011] 所述FRP為碳纖維布、玻璃纖維布、玄武巖纖維布或芳綸纖維布。
[0012] 本實(shí)用新型的有益效果是：
[0013] 1、本實(shí)用新型采取橫向滿粘與等間距均勻粘貼FRP條帶相結(jié)合的加固方式，在剪 力墻下部?jī)?nèi)力較大高度范圍內(nèi)，沿墻面橫向滿粘FRP條帶，加強(qiáng)了對(duì)混凝土的約束，阻止了 混凝土剪力墻裂縫的發(fā)展，在混凝土剪力墻的上部為內(nèi)力較小的區(qū)域，取等間距橫向均勻 粘貼FRP條帶，這樣不僅有效提高了混凝土剪力墻抗震能力，而且節(jié)省材料，經(jīng)濟(jì)合理。
[0014] 2、采用機(jī)械錨固防止FRP與混凝土剝離破壞，將螺桿穿過(guò)剪力墻預(yù)留通孔，通過(guò)對(duì) 螺桿施加一定預(yù)加扭矩的方法，利用螺桿、螺母及鋼板提供了混凝土表面和FRP之間的正壓 力，對(duì)施工人員技術(shù)要求較低，施工工序簡(jiǎn)單，不僅提高了FRP的利用率，且施工質(zhì)量容易保 證，有效阻止了 FRP與混凝土剝離。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1為本實(shí)用新型一種FRP加固混凝土剪力墻的裝置的實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖2為圖1的A-A截面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖3為與本實(shí)用新型對(duì)比加固方法一的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖4為與本實(shí)用新型對(duì)比加固方法二的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 本實(shí)用新型公開(kāi)了一種利用FRP加固混凝土剪力墻的裝置，以提高混凝土剪力墻 抗震能力并有效阻止FRP和混凝土剝離。
[0020] 下面結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清 楚、完整的描述，顯然所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型的一部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施 例。基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲 得所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0021] 本實(shí)用新型提供的利用FRP加固混凝土剪力墻的裝置的實(shí)施例一，如圖1~2所示， 包括混凝土剪力墻1，平整的環(huán)氧樹(shù)脂層，橫向FRP條帶2,所述的混凝土剪力墻1兩個(gè)墻面均 涂有環(huán)氧樹(shù)脂層，位于混凝土剪力墻1的下部的環(huán)氧樹(shù)脂層的表面橫向滿粘第一 FRP條帶2-1，第一 FRP條帶2-1的粘貼高度為從涂有環(huán)氧樹(shù)脂層墻面底端到至少0.4倍墻高的范圍；所 述第一 FRP條帶2-1的上部等間距均勻橫向粘貼若干個(gè)第二FRP條帶2-2,混凝土剪力墻1的 下部均勻設(shè)置有若干個(gè)通孔，所述FRP加固混凝土剪力墻的裝置還包括鋼板3、螺桿5和螺母 4，所述鋼板3上開(kāi)設(shè)有安裝孔，鋼板3采用Q235鋼，形狀為正方形，厚度至少為8mm，其邊長(zhǎng)至 少為0.8倍FRP條帶寬度，且安裝孔直徑至少大于螺桿5螺紋外徑2mm;所述通孔的兩端均覆 蓋有鋼板3并使安裝孔與通孔相對(duì)，所述螺桿5同時(shí)穿過(guò)混凝土剪力墻1、環(huán)氧樹(shù)脂層、第一 FRP條帶2-1和鋼板3,所述鋼板3的兩端安裝有螺母4,并對(duì)螺母施加扭矩。
[0022]螺桿5為4.8級(jí)以上的碳鋼，螺紋外徑多10mm，螺紋長(zhǎng)度至少為剪力墻1墻體厚度、 鋼板3厚度以及螺母4厚度之和;第一、二FRP條帶可以為碳纖維布、玻璃纖維布、玄武巖纖維 布或芳綸纖維布;螺母4為六角螺母，螺紋規(guī)格與所述螺桿5規(guī)格保持一致。
[0023] 在本實(shí)施例中，剪力墻1尺寸為bXhXt=700 mmX1200 mmXlOO mm;FRP條帶2為 碳纖維布(CFRP)，條帶寬度為100mm，厚度為0.111mm;鋼板3邊長(zhǎng)為80mm，厚度為8mm，中心孔 直徑為12mm;螺母4為中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《六角螺母C級(jí)》(GB/T 41-2000)規(guī)定的Ml0 六角螺母;螺桿5直徑為10mm，長(zhǎng)度為150mm;所述剪力墻1底部至墻高540mm范圍內(nèi)，橫向滿 粘FRP條帶2-1，F(xiàn)RP條帶2-1粘貼層數(shù)為一層，條帶之間搭接長(zhǎng)度為12mm;所述混凝土剪力墻 1墻高方向距底部540mm以上范圍，等間距均勻橫向粘貼FRP條帶2-2，F(xiàn)RP條帶2-2間凈距為 120mm，條帶粘貼層數(shù)為兩層。
[0024]本實(shí)用新型上述提供的利用FRP加固混凝土剪力墻的裝置的實(shí)施方法，如圖1~4所 示，包括以下步驟：
[0025] (a)確定粘貼第一、二FRP條帶的位置以及錨固位置，并在剪力墻1墻面劃線標(biāo)示出 FRP條帶粘貼區(qū)域以及錨固通孔中心位置。
[0026] (b)利用鉆孔機(jī)在確定錨固通孔中心位置處鉆取直徑為12mm通孔，利用高壓氣槍 和高壓噴水槍將通孔內(nèi)的灰塵清理干凈。
[0027] (c)若剪力墻1表面出現(xiàn)蜂窩、麻面、凹陷等凹凸不平情況時(shí)，采用環(huán)氧砂漿等粘結(jié) 能力強(qiáng)的修復(fù)材料進(jìn)行修補(bǔ)。利用打磨機(jī)將剪力墻棱角打磨成圓角，并將剪力墻1兩個(gè)墻面 (bXh=700 mm X 1200 mm)粘貼FRP條帶表面打磨平整，用鋼刷清除表層酥松的混凝土和雜 質(zhì)，直至完全露出新的骨料，用丙酮將混凝土表面清洗干凈。
[0028] (d)按照質(zhì)量比4:1配置環(huán)氧樹(shù)脂膠結(jié)劑，在剪力墻1兩側(cè)表面需要粘貼FRP條帶位 置刷環(huán)氧樹(shù)脂膠結(jié)劑，保證刷環(huán)氧樹(shù)脂膠結(jié)劑厚度均勻，并反復(fù)多次找平。刷膠完成后保證 環(huán)氧樹(shù)脂膠結(jié)劑表面清潔。
[0029] (e)在步驟(d)環(huán)氧樹(shù)脂膠結(jié)劑用指粘呈現(xiàn)拉絲狀態(tài)時(shí)，將已經(jīng)利用碳纖維粘結(jié)膠 浸漬的第一、二FRP條帶2粘貼在剪力墻墻面，并注意在混凝土剪力墻的通孔附近將第一 FRP 條帶2-1的纖維絲撥開(kāi)，預(yù)留出安裝螺桿空間，利用滾筒沿纖維方向多次滾壓，擠出氣泡，保 證FRP條帶與混凝土粘結(jié)完好。
[0030] (f)在步驟(e)中碳纖維粘結(jié)膠硬化后，將螺桿5插入到鉆孔內(nèi)，利用注射器將環(huán)氧 植筋膠注入到通孔內(nèi)。注意插入螺桿5時(shí)采取防護(hù)措施，以保證螺桿與螺栓的有效緊固。
[0031] (g)在步驟(f)環(huán)氧植筋膠固化后，將鋼板3穿過(guò)螺桿5并利用環(huán)氧植筋膠將鋼板粘 貼于FRP條帶表面。
[0032] (h)在步驟(g)環(huán)氧植筋膠固化后，利用扳手將螺母4與螺桿5緊固，并利用數(shù)顯扭 矩扳手對(duì)螺母4施加30.0 Nm扭矩。
[0033]本實(shí)用新型所述一種FRP加固混凝土剪力墻的方法與以下兩種加固方法比較分析 如下：
[0034]方法一：如圖3所示，該方法與本實(shí)用新型所述加固方法采用相同加固材料、相同 材料用量;不同的是不使用錨固裝置、不同粘貼方式，圖中與實(shí)施例相同的編號(hào)代表相同的 意義，不同的是:沿混凝土剪力墻1墻高度方向均勻橫向粘貼CFRP條帶2-2，CFRP條帶寬度為 100mm，條帶之間凈距為120mm，粘貼兩層。
[0035]方法二：如圖4所示，該方法與本實(shí)用新型所述加固方法相同加固材料、相同材料 用量、相同粘貼方式;不同的是不使用錨固裝置。具體參見(jiàn)圖4,圖中與實(shí)施例相同的編號(hào)代 表相同的意義，不同之處在于圖中未使用螺桿、螺帽以及鋼板。
[0036]先對(duì)原剪力墻、受火后剪力墻、以及方法一、方法二和本實(shí)用新型所述的加固方法 進(jìn)行加固受火后剪力墻五種情況進(jìn)行低周反復(fù)荷載試驗(yàn)，具體測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1:
[0037] 表1混凝土剪力墻抗震試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果
[0038]
[0039] 注:表1中耗能為構(gòu)件的極限荷載下降到85%的峰值荷載之前荷載-位移曲線循環(huán) 的所有滯回環(huán)面積之和。
[0040] 由表1可以看出：本實(shí)用新型加固方法可以有效提高受火后剪力墻抗震能力。受火 后剪力墻較原剪力墻承載力和耗能分別下降了 10.3%和21.7%;而CFRP加固后剪力墻可以達(dá) 到并超過(guò)了原剪力墻承載能力和耗能:利用方法一加固受火后剪力墻承載力和耗能較受火 后未加固分別提高了 11.5%和138.7%;利用方法二加固受火后剪力墻承載力和耗能較受火 后未加固分別提高了20.6%和261.4%;而利用本實(shí)用新型加固受火后剪力墻承載力和耗能 較受火后未加固分別提高了 26.8%和469.2%。
[0041] 綜上所述，本實(shí)用新型的技術(shù)方法和裝置能有效提高混凝土剪力墻的抗震能力， 可以為剪力墻加固方案的合理設(shè)計(jì)提供參考，工程實(shí)用性較強(qiáng)。
[0042] 對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本實(shí)用新 型。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改，對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的 一般原理可以在不脫離本實(shí)用新型的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本 實(shí)用新型將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎 特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種FRP加固混凝土剪力墻的裝置，包括混凝土剪力墻（1)、平整的環(huán)氧樹(shù)脂層，第一 FRP條帶(2-1)和第二FRP條帶(2-2 )，其特征在于:所述的混凝土剪力墻（1)兩個(gè)墻面均涂有 環(huán)氧樹(shù)脂層，位于混凝土剪力墻（1)的下部的環(huán)氧樹(shù)脂層的表面橫向滿粘第一 FRP條帶Ο-? )，所述第一 FRP 條帶（2-1) 的上部等間距均勻橫向粘貼若干個(gè)第二 FRP 條帶（2-2)， 混凝土 剪力墻（1)的下部均勻設(shè)置有若干個(gè)通孔，所述FRP加固混凝土剪力墻的裝置還包括鋼板 (3)、螺桿(5)和螺母(4)，所述鋼板(3)上開(kāi)設(shè)有安裝孔，所述通孔的兩端均覆蓋有鋼板(3) 并使安裝孔與通孔相對(duì)，所述螺桿(5)同時(shí)穿過(guò)混凝土剪力墻（1)、環(huán)氧樹(shù)脂層、第一 FRP條 帶(2-1)和鋼板(3)，所述鋼板(3)的兩端安裝有螺母(4)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種FRP加固混凝土剪力墻的裝置，其特征在于:所述第一 FRP 條帶(2-1)的粘貼高度為從涂有環(huán)氧樹(shù)脂層墻面底端到至少0.4倍墻高的范圍。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種FRP加固混凝土剪力墻的裝置，其特征在于:所述鋼板(3) 為正方形，其邊長(zhǎng)為至少0.8倍FRP條帶寬度，且安裝孔的直徑至少大于螺桿(5)的螺紋外徑 2mm 〇4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種FRP加固混凝土剪力墻的裝置，其特征在于:所述鋼板(3) 采用Q235鋼，厚度彡8mm。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種FRP加固混凝土剪力墻的裝置，其特征在于:所述螺桿(5) 為4.8級(jí)以上的碳鋼，螺桿的螺紋外徑多10mm，螺桿的長(zhǎng)度大于等于混凝土剪力墻（1)墻體 厚度、鋼板(3)厚度以及螺母(4)厚度之和。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種FRP加固混凝土剪力墻的裝置，其特征在于:所述FRP為碳 纖維布、玻璃纖維布、玄武巖纖維布或芳綸纖維布。
【文檔編號(hào)】E04G23/02GK205577465SQ201620380462
【公開(kāi)日】2016年9月14日
【申請(qǐng)日】2016年4月29日
【發(fā)明人】劉桂榮, 曲福來(lái), 趙順波, 閆磊源, 蕭颯, 于永奇, 王亞宇
【申請(qǐng)人】華北水利水電大學(xué)