CN103306491A

CN103306491A - 一种frp加固圆弧化混凝土抗冲击柱

Info

Publication number: CN103306491A
Application number: CN2013101894365A
Authority: CN
Inventors: 郭永昌; 李云雷; 陈光明; 李丽娟
Original assignee: Guangdong University of Technology
Current assignee: Guangdong University of Technology
Priority date: 2013-05-21
Filing date: 2013-05-21
Publication date: 2013-09-18

Abstract

本发明公开了一种FRP加固圆弧化混凝土抗冲击柱，在现有混凝土柱的外表面粘贴预制圆弧状HDPE管混凝土块，形成圆形或椭圆形的圆弧化混凝土柱，然后在HDPE管混凝土块表面缠绕粘贴FRP条带，得到FRP加固圆弧化混凝土抗冲击柱；混凝土柱加固之后，FRP布包裹HDPE管对混凝土柱提供侧向约束，在轴心受压荷载作用下，混凝土三向受压，延缓了受压时的纵向开裂，可以显著提高混凝土的轴压强度和延性；该混凝土抗冲击柱受力性能合理、耐腐蚀、变形能力强、抗冲击性能好、施工方便，具有较大的推广应用价值。

Description

一种FRP加固圆弧化混凝土抗冲击柱

技术领域：

本发明涉及一种FRP加固圆弧化混凝土抗冲击柱。

背景技术：

桥梁、多层以及高层建筑中的结构柱，是最基本、最重要的结构承重构件。由于地理环境、自然灾害（如地震等）、年久失修以及设计标准的提高等，许多混凝土柱都存在承载力不足、混凝土酥松剥落、裂缝等问题。这些问题的出现，实际情况并不允许将其全部推倒重建，而采取适当的技术措施对其进行补强与加固处理更符合实际。加大截面法和外包钢法是加固钢筋混凝土柱的两种传统方法。外包钢法比钢筋混凝土加大截面法更为有效，因为加大截面法使结构自重和截面尺寸都有较大的增加。这两种方法都较为耗费人工且现场施工有时较为困难。除了钢材较重以外，外包钢围套抵御恶劣环境侵蚀的能力较差。相比较而言，FRP(Fiber Reinforced Plastics)即纤维强化塑料,一般指用玻璃纤维增强不饱和聚脂、环氧树脂与酚醛树脂基体,俗称玻璃钢。FRP加固技术具有高强高效、耐腐蚀、耐久、便于施工等优点，有重要的工程价值和广泛的应用前景。

试验研究和工程实践表明，外贴FRP对圆形柱提供了有效的约束，但是对矩形柱的约束效果远远低于圆柱。这是因为，矩形柱中FRP约束应力的分布是不均匀的，仅有部分核心混凝土受到有效约束。因此，如果将矩形柱截面形状先改为圆形或椭圆形（以下简称“圆弧化”），再用FRP约束，可以得到更好的效果。对于小尺寸、小范围的矩形柱（如试验研究所用短柱）圆弧化，可采用粘贴预制混凝土块或人工砂浆抹面等方法，但在实际工程应用中所涉及的柱尺寸、高度较大，现场施工、安装较为困难；耗费大量人工，不容易控制施工质量，对加固效果有不利影响。

随着我国船运行业的发展，船只吨位和通航密度增加，桥梁受到船撞的可能性也在增加，桥梁受到船撞的后果也越来越严重，如武汉长江一桥自建成以来受到船舶撞击达70多次，多次修补，2007年广东九江大桥发生被撞垮塌事故，造成重大人员伤亡。所以，对桥梁进行抗冲击加固，应该受到足够的重视。

发明内容：

本发明的目的是：针对现有技术存在的问题，提出一种能够提高FRP材料加固混凝土柱利用率、且反腐性能优越、延性好、施工简便、抗冲击性能好的FRP加固圆弧化混凝土抗冲击柱。

本发明提供的一种FRP加固圆弧化混凝土抗冲击柱，在现有混凝土柱的外表面粘贴预制圆弧状HDPE管混凝土块，形成圆形或椭圆形的圆弧化混凝土柱，然后在HDPE管混凝土块表面缠绕粘贴FRP条带，得到FRP加固圆弧化混凝土抗冲击柱。

所述的预制圆弧状HDPE管混凝土块是半圆形、半椭圆形或圆弧形HDPE 管，HDPE管中填充混凝土。

所述的现有混凝土柱是矩形混凝土柱或圆形混凝土柱。

所述的缠绕粘贴FRP条带由树脂浸润粘贴包裹于HDPE管混凝土块表面，纤维方向沿柱环向。

所述FRP条带根据实际工程所在环境、承载力以及成本要求等选取CFRP（碳纤维）、AFRP（芳纶纤维）、GFRP（玻璃纤维）、BFRP（玄武岩纤维），缠绕层数根据实际工程中构件周向箍紧力与变形大小要求不同以及所选用FRP材料性能不同变化。缠绕层数为10～20层。

上述HDPE管壁厚、截面尺寸根据实际工程中构件周向箍紧力与变形大小要求不同以及混凝土柱截面大小不同变化。HDPE管壁厚3-20mm。

HDPE管内部填充混凝土强度等级根据实际工程中构件抗压能力不同，采用不同强度等级混凝土。混凝土强度等级宜选为C25～C60；

本发明是采用预制的内部填充混凝土的半圆形、半椭圆形或圆弧形HDPE（高密度聚乙烯）管（简称“圆弧状HDPE管混凝土块”），粘贴于矩形混凝土柱或圆形混凝土柱表面，然后采用FRP 布由树脂浸润粘贴包裹于HDPE（高密度聚乙烯）管表面，对混凝土柱进行加固补强。

与现有技术中传统的混凝土柱加固相比，本发明的有益效果是：

（1）力学性能有效提高。混凝土柱加固之后，FRP布包裹HDPE管对混凝土柱提供侧向约束，在轴心受压荷载作用下，混凝土三向受压，延缓了受压时的纵向开裂，可以显著提高混凝土的轴压强度和延性。

（2）整体性好。聚乙烯材料具有良好的可焊性，将外贴HDPE管焊接为一个整体，有利于提高对混凝土柱的约束效果。

（3）抗冲击性能好。聚乙烯材料耐冲击性较好，适用于有防撞抗冲击要求的桥梁工程加固中，同样适用于其它容易发生撞击事故的场所

（4）抗震性能有效提高。聚乙烯材料的变形能力很强，在地震作用下，可消耗大量地震能，达到耗能减震效果，尤其适合有抗震要求的结构加固中。

（5）经济效益得以充分发挥。作为一种较为合理的结构加固形式，采用半圆形或半椭圆形的HDPE管对矩形混凝土柱圆弧化处理后，再使用CFRP布包裹约束，比直接对矩形柱约束的有效性大为增加，使材料得到更为充分和合理的应用。

（6）施工方便。本发明中的高密度聚乙烯管在燃气输送、供水、供热、建筑给排水等领域得到了广泛的应用，已形成规模化生产，定制方便；同时可直接在HDFE管上缠绕浸润树脂的FRP条带，不需要特殊的表面处理，相比其它的加固方式，简化了施工安装工艺，节约了人工成本。

附图说明：

图1～图2是本发明预制的圆弧状HDPE混凝土块横截面示意图，由预制的高密度聚乙烯管内填充混凝土而成。

其中图1—适用于矩形柱加固；图2—适用于圆形柱加固。

图3～图5是本发明——FRP加固圆弧化混凝土抗冲击柱的横截面图。

其中图3—矩形柱不进行倒角处理；图4—为减小加固后柱的截面尺寸，将原有矩形柱的角部进行倒角处理；图5—圆形柱加固。

图中标号说明：1－HDPE管；2－填充混凝土；3—FRP条带包裹层；4—矩形柱；5—圆形柱。

具体实施方式：

本发明FRP加固圆弧化混凝土抗冲击柱的结构示意图如图2所示，由外而内依次为FRP条带包裹层、圆弧状高密度聚乙烯管混凝土块、矩形柱，具体实施步骤如下：

（1）根据工程实际，设计混凝土柱圆弧化的曲率，合理选择HDPE管的壁厚和截面尺寸；

（2）在预制的HDPE管内填充混凝土，制成圆弧状HDPE管混凝土块,混凝土强度等级宜选为C25～C60；

（3）对混凝土柱表面进行适当的处理，去除劣化、疏松的混凝土，选择适当的找平材料修补找平；

（4）将预制的圆弧状HDPE管混凝土块用粘结材料（如：环氧树脂）粘贴于混凝土柱表面；

（5）用FRP布由树脂浸润粘贴缠绕于HDPE管混凝土块表面，缠绕层数为10～20层，纤维方向沿柱环向，完成补强加固。

Claims

1.一种FRP加固圆弧化混凝土抗冲击柱，其特征在于：在现有混凝土柱的外表面粘贴预制圆弧状HDPE管混凝土块，形成圆形或椭圆形的圆弧化混凝土柱，然后在HDPE管混凝土块表面缠绕粘贴FRP条带，得到FRP加固圆弧化混凝土抗冲击柱。

2.根据权利要求1所述的FRP加固圆弧化混凝土抗冲击柱，其特征在于：所述的预制圆弧状HDPE管混凝土块是半圆形、半椭圆形或圆弧形HDPE 管，HDPE管中填充混凝土。

3.根据权利要求1所述的FRP加固圆弧化混凝土抗冲击柱，其特征在于：所述的现有混凝土柱是矩形混凝土柱或圆形混凝土柱。

4.根据权利要求1所述的FRP加固圆弧化混凝土抗冲击柱，其特征在于：所述的缠绕粘贴FRP条带由树脂浸润粘贴包裹于HDPE管混凝土块表面，纤维方向沿柱环向。

5.根据权利要求1所述的FRP加固圆弧化混凝土抗冲击柱，其特征在于：所述FRP是CFRP、AFRP、GFRP或BFRP，缠绕层数为10～20层。