CN101672110B - 采用碳纤维加固砌体结构提高结构抗震性能的方法和结构 - Google Patents
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Abstract
一种采用碳纤维加固砌体结构提高结构抗震性能的方法和结构，步骤一：确定加固改造的部位，对砌体表面进行预处理；步骤二：在砌体表面涂刷粘结剂；步骤三：在砌体的表面呈网格状双面对称粘贴碳纤维布带；步骤四：钻通孔；步骤五：碳纤维销钉穿过通孔，通孔中注胶，碳纤维销钉与砌体粘接在一起；步骤六：碳纤维销钉露出砌体的两端呈条片状散开，且呈花瓣形分别与砌体两面的碳纤维布带拉结粘贴固定；步骤七：在上述条片粘贴固定的区域再加贴一块涂胶碳纤维布。解决砌体两面的碳纤维布带缺乏有机联系、不能保障碳纤维布带与砌体结构协同工作的技术问题。采用该方法能够有效增强砌体结构的整体抗震性能，同时该方法还具有施工简便、工期短、不占有原有空间、不增加结构及地基载荷、投资少的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种加固砌体结构、提高砌体抗震性能的方法，属于建筑抗震加固改造领域。
背景技术
砌体结构是被广泛地应用于我国的工业与民用建筑领域。但是，由于砌体结构砌体材料属于脆性性质，其抗拉抗剪和抗弯强度都比较低且自重较大；另外，砌体结构建筑物出现较早，许多砌体结构在最初设计时只考虑了重力荷载和风荷载而没有考虑地震荷载，砌体强度低，圈梁构造柱等构造措施缺乏。所以，从总体上看，砌体结构房屋墙体抗震性能较差，一旦发生较强的地震，其震害往往较为严重。因此对目前不能满足抗震要求的砌体结构墙体进行抗震加固规模巨大，而且十分必要。然而，砌体结构墙体传统的抗震加固方法通常采用钢丝网水泥砂浆面层或喷射现浇钢筋混凝土板墙(通称夹板墙)结合增设钢筋混凝土构造柱和圈梁的方法；这些方法从一定程度上可以提高结构的承载力，改善抗震性能，满足预定使用功能的要求。但这些加固方法存在施工周期长、增加结构及地基载荷、占用建筑空间并导致既有管线设备大量移位、投资大等缺点。
发明内容
为了解决传统加固砌体结构墙体传统的抗震加固方法存在的施工周期长、增加结构及地基载荷、占用建筑空间并导致既有管线设备大量移位、投资大等缺点，为解决砌体两面的碳纤维布带缺乏有机联系、不能保障碳纤维布带与砌体结构协同工作的技术问题，本发明提出了一种采用碳纤维加固砌体结构提高结构抗震性能的方法和结构，其使用成熟的碳纤维材料采用墙体交叉粘贴碳纤维布带，墙体边界粘贴碳纤维布带再造构造柱圈梁做法对砌体结构墙体进行抗震加固，该方法施工简便、工期短、不占有原有空间、不增加结构及地基载荷、投资少。
其技术方案如下：一种采用碳纤维加固砌体结构提高结构抗震性能的方法，其特征在于具体步骤如下：步骤一：根据抗震设计要求验算砌体结构的抗剪性能，根据抗震设计规范确定砌体结构墙体抗剪性能薄弱部位，从而确定用碳纤维布带加固改造砌体结构的部位，对粉化和受腐蚀的砌体表面进行预处理；步骤二：在需要加固改造砌体结构的表面涂刷粘结剂；步骤三：在砌体的表面呈网格状双面对称粘贴碳纤维布带；步骤四：在粘贴好碳纤维布带的砌体表面钻通孔；步骤五：用碳纤维销钉穿过砌体上的通孔，通孔中注入环氧树脂结构胶，碳纤维销钉与砌体粘接在一起；步骤六：碳纤维销钉露出砌体的两端呈条片状散开，且呈花瓣形分别与砌体两面的碳纤维布带拉结粘贴固定；步骤七：在上述条片粘贴固定的区域再加贴一块涂胶碳纤维布。
所述碳纤维销钉的钉杆是由碳纤维布带夹一段钢筋卷制而成，碳纤维销钉的钉杆穿透砌体后，抽出钢筋，两端露在砌体外面，碳纤维销钉的两端头剪裁成条片形，端部条片呈花瓣形展开、与砌体上面粘贴的碳纤维布带粘贴固定。
一种采用碳纤维加固砌体结构提高结构抗震性能的结构，在砌体表面的加固部位呈网格状双面对称粘贴碳纤维布带，其特征在于：在粘贴好碳纤维布带的砌体上钻有通孔，碳纤维销钉置入通孔中，通孔中注入环氧树脂结构胶，销钉与砌体粘接在一起，砌体外面露出的碳纤维销钉两端头是剪成的条片形，端部条片呈花瓣形展开、与砌体上面粘贴的碳纤维布带粘贴固定，固定区域再加盖一块涂胶碳纤维布。
所述砌体表面的加固部位包括砌体结构的墙面上、墙体与楼板交界处、墙体与柱的交界处、两墙体交界处、墙体拐角处和邻近门窗洞口处的墙面上。
所述的粘结剂是改性环氧树脂胶粘剂。
所述的碳纤维布带是在砌体的表面呈横竖网格状双面对称粘贴，或呈斜向格状双面对称粘贴，或呈横竖网格+对角斜线混合状网格双面对称粘贴，粘贴区域有一圈闭合的封边碳纤维布带。
所述的碳纤维布带是沿两砌体交界处竖向两面粘贴，碳纤维销钉为单排或双排拉结，形成丁字形或L形再造构造柱，碳纤维布带绕过阳角粘贴时，阳角转角处的曲线半径不小于20mm；或者，所述的碳纤维布带是沿墙体与楼板交界处横向两面粘贴，碳纤维销钉为单排或双排拉结，形成再造圈梁。
所述的碳纤维布带粘贴在墙面上等间距均匀布置，布带宽小于100mm，最大净间距不大于10皮砌体高度，也不大于600mm。
所述的碳纤维布带的搭接长不应小于200mm，在搭接中间设一道碳纤维销钉。
所述的碳纤维销钉为单排或双排拉结。
本发明的有益效果如下：本发明在需要加固改造砌体结构墙体的部位粘贴碳纤维布带，粘贴时两面碳纤维布带之间采用碳纤维销钉拉结，使碳纤维布带约束墙体。此方法能够阻止砌体结构墙体裂缝的开展，改善了砌体结构墙体的受力状态并提高了抗剪承载力，避免了在荷载达到极限状态时，由于砖砌体的脆性破坏而导致整体结构的突然破坏。碳纤维布带、碳纤维销钉和原有砌体结构墙体之间分别形成了具有钢筋混凝土性能的再造构造柱、再造圈梁，增强结构的整体抗震性能。
本发明的碳纤维销钉结构简单，制作容易，施工方便，碳纤维销钉两端部呈片状粘贴在加固砌体结构的碳纤维布带外面，能有效保障砌体两面的碳纤维布带与砌体结构连成一体、协同工作，使碳纤维布带约束墙体，有效阻止砌体结构墙体裂缝的开展，改善了砌体结构墙体的受力状态，并提高了抗剪承载力，避免了在荷载达到极限状态时，由于砖砌体的脆性破坏而导致整体结构的突然破坏。
采用碳纤维加固砌体结构提高结构抗震性能的方法和结构，具有施工简便、工期短、不占有原有空间、不增加结构及地基载荷以及投资少等优点。
附图说明
图1为碳纤维布带与碳纤维销钉加固砌体的立面图；图2为碳纤维布带与碳纤维销钉加固砌体的剖面图；图3为碳纤维布带与碳纤维销钉端部连接的示意图；图4为碳纤维布带与碳纤维销钉再造圈梁加固砌体的横截面图；图5为碳纤维布带与碳纤维销钉再造圈梁加固砌体的立面图；图6为碳纤维布带与碳纤维销钉再造丁字形加固砌体的构造图；图7为碳纤维布带与碳纤维销钉再造L字形加固砌体的构造图；图8为碳纤维布带在砌体的表面呈横竖网格状双面对称粘贴的示意图；图9为碳纤维布带在砌体的表面呈斜向网格状双面对称粘贴的示意图；图10为碳纤维布带在砌体的表面呈混合网格状双面对称粘贴的示意图；图11为碳纤维销钉的示意图。
附图标记：1-碳纤维布带；2-砌体；3-窗；4-门；5-碳纤维销钉；6-楼板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明对具体说明：如图1-3所示，本发明的碳纤维加固砌体结构墙体抗震性能的方法，其加固改造的具体步骤如下：步骤一：根据抗震设计要求验算砌体结构的抗剪性能，根据抗震设计规范确定砌体结构墙体抗剪性能薄弱部位，从而确定用碳纤维布带加固改造砌体结构墙体的部位，对粉化和受腐蚀的砌体表面进行处理，达到粘贴碳纤维布的要求。处理办法可采用聚合砂浆抹面，剔除风化、腐蚀部分或剔除20mm～30mm深灰缝，重新抹面勾缝。表面处理后再进行碳纤维加固。严重腐蚀或粉化的砌体不宜采用粘贴碳纤维布加固。
步骤二：在需要加固改造砌体结构墙体部位的两面均匀涂刷粘结剂。碳纤维布粘贴用胶粘剂，必须进行安全性能检验，其检验指标：粘结抗剪强度标准值应根据置信水平c＝0.90，保证率为95％的要求进行。浸渍、粘结碳纤维布的胶粘剂必须采用专门配制的改性环氧树脂胶粘剂，其安全性能指标必须符合表1、表2的规定。对砌体结构承重构件的抗震加固不准使用不饱和聚酯树脂，醇酸树脂等作浸渍、粘结胶粘剂。
表1碳纤维布浸渍、粘结用胶结剂安全性能指标
表2
步骤三：在墙体2的两面对称粘贴碳纤维布带1，粘贴时，碳纤维布带1要绷直、拉平。碳纤维材料性能必须符合下列要求：承重构件抗震加固选用的碳纤维为聚丙烯基(PAN基)12k或12k以下的小丝束纤维，严格禁用大丝束纤维；碳纤维的力学性能应符合表3的规定。
表3碳纤维布设计计算指标最低值
参见图4-图7，所述的碳纤维布带1是沿两砌体交界处竖向两面粘贴，碳纤维销钉5为单排或双排拉结，形成丁字形或L形再造构造柱，碳纤维布带1绕过阳角粘贴时，阳角转角处的曲半径不小于20mm；或者，所述的碳纤维布带1是沿墙体与楼板交界处横向两面粘贴，碳纤维销钉5为单排或双排拉结，形成再造圈梁。所述的碳纤维布带的搭接长不应小于200mm，在搭接中间设一道碳纤维销钉。
碳纤维布带1、碳纤维销钉5和原有砌体结构墙体2之间分别形成具有钢筋混凝土性能的再造丁字型或L型构造柱、再造圈梁，增强结构的整体抗震性能。
所述的碳纤维布带粘贴在墙面上等间距均匀布置，布带宽小于100mm，最大净间距不大于10皮砌体高度，也不大于600mm。
底层的碳纤维布应延长到砌体结构地圈梁位置，与地圈梁粘贴。压结片可选用20mm×3mm钢板，用粘贴加射钉固定。
此处的再造构造柱不限于本具体实施方式中的丁字型或L型，其它任何型式的墙体交界构造所形成的不同型的再造构造柱也均在本发明的保护范围内。其具体形式可根据具体工程需要确定。
参见图8，所述的碳纤维布带1是在砌体2的表面呈横竖网格状双面对称粘贴，粘贴区域有一圈闭合的封边碳纤维布带。
参见图9，所述的碳纤维布带1是在砌体2的表面呈斜向格状双面对称粘贴，粘贴区域有一圈闭合的封边碳纤维布带。
参见图10，所述的碳纤维布带1是在砌体2的表面呈横竖网格+对角斜线混合状网格双面对称粘贴，粘贴区域有一圈闭合的封边碳纤维布带。
粘贴碳纤维布的方法：涂刷底层浸渍胶后立即将预先裁剪好的碳纤维布均匀地敷设在底层浸渍胶上。用专用的橡皮刮刀或橡胶圆筒沿纤维方向滚压或刮平，应注意不要来回滚压，应沿一个方向滚压刮平，排除气泡和多余的胶液，使浸渍胶充分渗透碳纤维布并与结构表面牢固粘接，滚压刮平时不得损伤碳纤维。
涂抹上层浸渍胶。待碳纤维布指触干燥后，再在碳纤维布面上涂刷浸渍胶。
养护、固化：碳纤维布粘贴后需在一定条件下进行养护达到所需要的硬度。
当环境温度保持在20℃以上时，一般需24小时固化，有一定硬度后5～7天后方可承受荷载。碳纤维布粘贴后应防止雨淋或受潮，并防止风沙、污染物弄脏及保护施工面不受硬物损伤。
步骤四：在粘贴好碳纤维布带的砌体表面钻通孔。
步骤五：用碳纤维销钉5穿过砌体上的通孔，通孔中注入环氧树脂结构胶，碳纤维销钉与砌体粘接在一起。
步骤六：碳纤维销钉5露出砌体的两端呈条片状散开，且呈花瓣形分别与砌体两面的碳纤维布带拉结粘贴固定。
步骤七：在上述条片粘贴固定的区域再加贴一块涂胶碳纤维布。
贴布面积率：贴布面积应扣除交叉重复面积，并不包括封边面积；销钉密度为：(棵/平方米)。
参见图11，碳纤维销钉5是用碳纤维布裁成100mm×640mm规格，然后卷成直径小于12mm的纤维销钉。其端部条片展开粘贴在墙上呈放射形。碳纤维销钉的直径(6-8)mm，长为h+400mm，其中h为砌体厚度，将钉体中间h长段用浸渍胶粘剂浸透固化形成硬棒，两端各200mm用塑料布封紧(防止粘胶进入)。销钉制作完成以后，在粘贴好碳纤维布的砌体表面钻孔，孔径为(12-15)mm，钻好孔后将销钉置入孔中，并在孔中注入环氧树脂结构胶，保证销钉与砌体粘接在一起。将墙面两侧露出的200mm长销钉塑料套去掉，把碳纤维丝展成扇形，粘贴在碳纤维布上，再加盖一块250mm×50mm的涂胶碳纤维布，即完成销钉的布置。
碳纤维销钉的制作及粘贴：将裁剪好的碳纤维规格尺寸的片材卷成直径(6-8)mm的碳纤维销钉，穿入已打好的墙孔中，碳纤维销钉外露部分两边各200mm，然后将外露卷材裁剪成喇叭花瓣状分散到孔周围墙体，采用HYW-CQ胶粘贴于已粘贴碳纤维布外面，孔内灌注HYW-CQ将孔内径填满即可。
Claims (6)
1.一种采用碳纤维加固砌体结构提高结构抗震性能的方法，其特征在于具体步骤如下：
步骤一：根据抗震设计要求验算砌体结构的抗剪性能，根据抗震设计规范确定砌体结构墙体抗剪性能薄弱部位，从而确定用碳纤维布带加固改造砌体结构的部位，对粉化和受腐蚀的砌体表面进行预处理；
步骤二：在需要加固改造砌体结构的表面涂刷粘结剂；
步骤三：在砌体(2)的表面呈网格状双面对称粘贴碳纤维布带(1)；
步骤四：在粘贴好碳纤维布带的砌体表面钻通孔；
步骤五：用碳纤维销钉(5)穿过砌体上的通孔，通孔中注入环氧树脂结构胶，碳纤维销钉与砌体粘接在一起；
步骤六：碳纤维销钉(5)露出砌体的两端呈条片状散开，且呈花瓣形分别与砌体两面的碳纤维布带拉结粘贴固定；
步骤七：在上述条片粘贴固定的区域再加贴一块涂胶碳纤维布；
所述碳纤维销钉(5)的钉杆是由碳纤维布带夹一段钢筋卷制而成，碳纤维销钉的钉杆穿透砌体后，抽出钢筋，两端露在砌体外面，碳纤维销钉的两端头剪裁成条片形，端部条片呈花瓣形展开、与砌体上面粘贴的碳纤维布带(1)粘贴固定。
2.一种采用碳纤维加固砌体结构提高结构抗震性能的结构，在砌体表面的加固部位呈网格状双面对称粘贴碳纤维布带(1)，其特征在于：在粘贴好碳纤维布带的砌体上钻有通孔，碳纤维销钉(5)置入通孔中，通孔中注入环氧树脂结构胶，销钉与砌体粘接在一起，砌体外面露出的碳纤维销钉两端头是剪成的条片形，端部条片呈花瓣形展开、与砌体上面粘贴的碳纤维布带(1)粘贴固定，固定区域再加盖一块涂胶碳纤维布；
所述的碳纤维布带(1)是在砌体(2)的表面呈横竖网格状双面对称粘贴，或呈斜向格状双面对称粘贴，或呈横竖网格+对角斜线混合状网格双面对称粘贴，粘贴区域有一圈闭合的封边碳纤维布带；
所述砌体表面的加固部位包括砌体结构的墙面上、墙体与楼板交界处、墙体与柱的交界处、两墙体交界处、墙体拐角处和邻近门窗洞口处的墙面上。
3.如权利要求2所述的采用碳纤维加固砌体结构提高结构抗震性能的结构，其特征在于：所述的碳纤维布带(1)是沿两砌体交界处竖向两面粘贴，碳纤维销钉(5)为单排或双排拉结，形成丁字形或L形再造构造柱，碳纤维布带(1)绕过阳角粘贴时，阳角转角处的曲线半径不小于20mm；或者，所述的碳纤维布带(1)是沿墙体与楼板交界处横向两面粘贴，碳纤维销钉(5)为单排或双排拉结，形成再造圈梁。
4.如权利要求2所述的采用碳纤维加固砌体结构提高结构抗震性能的结构，其特征在于：所述的碳纤维布带粘贴在墙面上等间距均匀布置，布带宽小于100mm，最大净间距不大于10皮砌体高度，也不大于600mm。
5.如权利要求2所述的采用碳纤维加固砌体结构提高结构抗震性能的结构，其特征在于：所述的碳纤维布带的搭接长不应小于200mm，在搭接中间设一道碳纤维销钉。
6.如权利要求2所述的采用碳纤维加固砌体结构提高结构抗震性能的结构，其特征在于：所述的碳纤维销钉(5)为单排或双排拉结。
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