CN105781143A - 一种利用frp加固混凝土剪力墙的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及土木工程结构加固技术领域，具体涉及一种利用FRP加固混凝土剪力墙的装置及方法，包括混凝土剪力墙、环氧树脂层、第一FRP条带和第二FRP条带，所述的混凝土剪力墙两个墙面均涂有环氧树脂层，位于混凝土剪力墙下部的环氧树脂层的表面横向满粘第一FRP条带，所述第一FRP条带的上部等间距均匀横向粘贴若干个第二FRP条带，混凝土剪力墙的下部均匀设置有若干个通孔，所述FRP加固混凝土剪力墙的装置还包括钢板、螺杆和螺母，钢板上开设有安装孔，通孔的两端均覆盖有钢板并使安装孔与通孔相对，螺杆同时穿过混凝土剪力墙、环氧树脂层、第一FRP条带和钢板，钢板的两端安装有螺母。本发明不仅能够提高混凝土剪力墙的抗震能力，且能够防止FRP剥离破坏。

Description

一种利用FRP加固混凝土剪力墙的装置及方法

技术领域

本发明涉及土木工程结构加固技术领域，具体涉及一种利用FRP加固混凝土剪力墙的装置及方法。

背景技术

土木工程领域中，剪力墙又称抗震墙，是高层建筑结构中最重要的抗侧力构件，主要用来承受风荷载或地震作用引起的水平荷载。当已有剪力墙结构由于设计、施工缺陷、甚至灾害等原因，造成其承载力不足，影响建筑结构的安全和正常使用时，需要进行修复加固。为解决剪力墙承载力不足的问题，现有的加固方法中，主要有将FRP布横向等间距或者布满剪力墙表面粘贴，这样可提高剪力墙抗剪承载能力、延性以及耗能，从而改善其抗震性能。但是，加固后的剪力墙在轴压力与水平力的作用下，剪力墙底部截面由于内力较大，更易破坏。按照第一种加固方法，将FRP横向等间距粘贴于剪力墙表面，而剪力墙底部未粘贴FRP混凝土条带由于无FRP约束，容易形成薄弱截面，会影响加固效果；按照另外一种加固方法，将FRP布满剪力墙表面粘贴进行加固，这种加固方法对于剪力墙内力较小的上部，容易造成加固过量，浪费材料。

另外一方面，FRP加固剪力墙在荷载作用下容易发生FRP剥离破坏，FRP剥离不仅降低了FRP材料的抗拉强度利用率，同时使构件发生脆性破坏，影响结构安全。

为了解决FRP剥离破坏的问题，专利公开号为CN103866991A的中国专利公开了一种修复剪力墙时防止玄武岩纤维布和混凝土剥离的方法，该方法中的主要解决办法是将玄武岩纤维条穿过剪力墙通孔，其两端呈花瓣状粘贴在玄武岩纤维布表面，通过对玄武岩纤维条一端条片施加拉力的方法，提供混凝土表面和玄武岩纤维布之间粘贴正压力和防止剥离破坏水平力，但是该方法提供的粘结正压力较小，且该方法施工工序繁琐，锚固效果受施工质量影响较大。

综上，需要一种既能够提高剪力墙抗震能力又能够防止FRP剥离破坏加固方法。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在的问题，提供一种有效提高混凝土剪力墙抗震能力的一种利用FRP加固混凝土剪力墙的装置，本发明的目的还在于提供一种施工方便且能有效阻止FRP和混凝土剥离的利用FRP加固混凝土剪力墙方法。

本发明利用FRP加固混凝土剪力墙的装置的技术方案是：一种FRP加固混凝土剪力墙的装置，包括混凝土剪力墙(1)，平整的环氧树脂层，第一FRP条带(2-1)和第二FRP条带（2-2），所述的混凝土剪力墙(1)两个墙面均涂有环氧树脂层，位于混凝土剪力墙(1)的下部的环氧树脂层的表面横向满粘第一FRP条带(2-1)，所述第一FRP条带(2-1)的上部等间距均匀横向粘贴若干个第二FRP条带(2-2)，混凝土剪力墙(1)的下部均匀设置有若干个通孔，所述FRP加固混凝土剪力墙的装置还包括钢板(3)、螺杆(5)和螺母(4)，所述钢板(3)上开设有安装孔，所述通孔的两端均覆盖有钢板(3)并使安装孔与通孔相对，所述螺杆(5)同时穿过混凝土剪力墙(1)、环氧树脂层、第一FRP条带(2-1)和钢板(3)，所述钢板(3)的两端安装有螺母(4)。

所述第一FRP条带(2-1)的粘贴高度为从涂有环氧树脂层墙面底端到至少0.4倍墙高的范围。

所述钢板(3)为正方形，其边长为至少0.8倍FRP条带宽度，且安装孔的直径至少大于螺杆(5)的螺纹外径2mm。

所述螺杆(5)为4.8级以上的碳钢，螺杆的螺纹外径≥10mm，螺杆的长度大于等于混凝土剪力墙(1)墙体厚度、钢板(3)厚度以及螺母(4)厚度之和。

所述FRP为碳纤维布、玻璃纤维布、玄武岩纤维布或芳纶纤维布。

本发明利用FRP加固混凝土剪力墙的方法的技术方案是：一种FRP加固混凝土剪力墙方法，包括以下步骤：

(a)确定粘贴第一、二FRP条带的位置以及锚固位置，并在混凝土剪力墙(1)的墙面划线标示出FRP条带粘贴区域以及锚固通孔中心位置；

(b)利用钻孔机在确定锚固通孔中心位置处钻取通孔，利用高压***和高压喷水枪将通孔内的灰尘清理干净；

(c)按照比例配置环氧树脂胶结剂，在混凝土剪力墙(1)两侧表面需要粘贴FRP条带的位置刷环氧树脂胶结剂，保证刷环氧树脂胶结剂厚度均匀，并反复多次找平，刷胶完成后保证环氧树脂胶结剂表面清洁；

(d)在步骤(c)环氧树脂胶结剂用指粘呈现拉丝状态时，将已经利用碳纤维粘结胶浸渍的第一、二FRP条带粘贴在剪力墙的墙面，并预留出螺杆(5)的安装空间，而后利用滚筒顺纤维方向多次滚压，挤出气泡，保证FRP条带(2)与混凝土粘结完好；

(e)在步骤(d)中碳纤维粘结胶硬化后，将螺杆(5)***到钻孔内，利用注射器将环氧植筋胶注入到通孔内，注意***螺杆(5)时采取防护措施，以保证螺杆(5)与螺母(4)的有效紧固；

(f)在步骤(e)环氧植筋胶固化后，将钢板(3)穿过螺杆(5)并利用环氧植筋胶将钢板(3)粘贴于FRP条带表面；

(g)在步骤(f)环氧植筋胶固化后，将螺母(4)与螺杆(5)紧固，并利用数显扭矩扳手对螺母(4)施加扭矩；

在步骤(c)中，若剪力墙(1)表面出现蜂窝、麻面、凹陷等凹凸不平情况时，采用环氧砂浆等粘结能力强的修复材料进行修补，自然养护一周后，利用打磨机将剪力墙棱角打磨成圆角，并将剪力墙(1)两个墙面粘贴FRP条带表面打磨平整，用钢刷清除表层酥松的混凝土和杂质，直至完全露出新的骨料，用丙酮将混凝土表面清洗干净。

步骤(b)所述的通孔直径至少大于螺杆(5)螺纹外径2mm。

步骤(d)所述剪力墙(1)底部到至少0.4倍墙高范围内，FRP条带(2-1)横向布满墙面粘贴。从满粘FRP条带粘贴区域的顶端至剪力墙顶部等间距横向均匀粘贴FRP条带(2-2)。

步骤(g)所述预加扭矩根据螺栓扭矩-压力试验测得曲线，取峰值扭矩值的0.7倍。

本发明的有益效果是：

1、本发明采取横向满粘与等间距均匀粘贴FRP条带相结合的加固方式，在剪力墙下部内力较大高度范围内，沿墙面横向满粘FRP条带，加强了对混凝土的约束，阻止了混凝土剪力墙裂缝的发展，在混凝土剪力墙的上部内力较小的区域，等间距横向均匀粘贴FRP条带，这样不仅有效提高了混凝土剪力墙抗震能力，而且节省材料，经济合理。

2、采用机械锚固防止FRP与混凝土剥离破坏，将螺杆穿过剪力墙预留通孔，通过对螺杆施加一定预加扭矩的方法，利用螺杆、螺母及钢板提供了混凝土表面和FRP之间的正压力，对施工人员技术要求较低，施工工序简单，不仅提高了FRP的利用率，且施工质量容易保证，有效阻止了FRP与混凝土剥离。

附图说明

图1为本发明一种FRP加固混凝土剪力墙的装置的实施例一的结构示意图；

图2为图1的A-A截面结构示意图；

图3为与本发明对比加固方法一的结构示意图；

图4为与本发明对比加固方法二的结构示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种利用FRP加固混凝土剪力墙的装置及方法，以提高混凝土剪力墙抗震能力并有效阻止FRP和混凝土剥离。

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明提供的利用FRP加固混凝土剪力墙的装置的实施例一，如图1~2所示，包括混凝土剪力墙1，平整的环氧树脂层，横向FRP条带2，所述的混凝土剪力墙1两个墙面均涂有环氧树脂层，位于混凝土剪力墙1的下部的环氧树脂层的表面横向满粘第一FRP条带2-1，第一FRP条带2-1的粘贴高度为从涂有环氧树脂层墙面底端到至少0.4倍墙高的范围；所述第一FRP条带2-1的上部等间距均匀横向粘贴若干个第二FRP条带2-2，混凝土剪力墙1的下部均匀设置有若干个通孔，所述FRP加固混凝土剪力墙的装置还包括钢板3、螺杆5和螺母4，所述钢板3上开设有安装孔，钢板3采用Q235钢，形状为正方形，厚度至少为8mm，其边长至少为0.8倍FRP条带宽度，且安装孔直径至少大于螺杆5螺纹外径2mm；所述通孔的两端均覆盖有钢板3并使安装孔与通孔相对，所述螺杆5同时穿过混凝土剪力墙1、环氧树脂层、第一FRP条带2-1和钢板3，所述钢板3的两端安装有螺母4，并对螺母施加扭矩。

螺杆5为4.8级以上的碳钢，螺纹外径≥10mm，螺纹长度至少为剪力墙1墙体厚度、钢板3厚度以及螺母4厚度之和；第一、二FRP条带可以为碳纤维布、玻璃纤维布、玄武岩纤维布或芳纶纤维布；螺母4为六角螺母，螺纹规格与所述螺杆5规格保持一致。

在本实施例中，剪力墙1尺寸为b×h×t=700mm×1200mm×100mm；FRP条带2为碳纤维布(CFRP)，条带宽度为100mm，厚度为0.111mm；钢板3边长为80mm，厚度为8mm，中心孔直径为12mm；螺母4为中华人民共和国国家标准《六角螺母C级》(GB/T41-2000)规定的M10六角螺母；螺杆5直径为10mm，长度为150mm；所述剪力墙1底部至墙高540mm范围内，横向满粘FRP条带2-1，FRP条带2-1粘贴层数为一层，条带之间搭接长度为12mm；所述混凝土剪力墙1墙高方向距底部540mm以上范围，等间距均匀横向粘贴FRP条带2-2，FRP条带2-2间净距为120mm，条带粘贴层数为两层。

本发明提供的利用FRP加固混凝土剪力墙的方法的实施例一，如图1~4所示，包括以下步骤：

(a)确定粘贴第一、二FRP条带的位置以及锚固位置，并在剪力墙1墙面划线标示出FRP条带粘贴区域以及锚固通孔中心位置。

(b)利用钻孔机在确定锚固通孔中心位置处钻取直径为12mm通孔，利用高压***和高压喷水枪将通孔内的灰尘清理干净。

(c)若剪力墙1表面出现蜂窝、麻面、凹陷等凹凸不平情况时，采用环氧砂浆等粘结能力强的修复材料进行修补。利用打磨机将剪力墙棱角打磨成圆角，并将剪力墙1两个墙面(b×h=700mm×1200mm)粘贴FRP条带表面打磨平整，用钢刷清除表层酥松的混凝土和杂质，直至完全露出新的骨料，用丙酮将混凝土表面清洗干净。

(d)按照质量比4:1配置环氧树脂胶结剂，在剪力墙1两侧表面需要粘贴FRP条带位置刷环氧树脂胶结剂，保证刷环氧树脂胶结剂厚度均匀，并反复多次找平。刷胶完成后保证环氧树脂胶结剂表面清洁。

(e)在步骤(d)环氧树脂胶结剂用指粘呈现拉丝状态时，将已经利用碳纤维粘结胶浸渍的第一、二FRP条带2粘贴在剪力墙墙面，并注意在混凝土剪力墙的通孔附近将第一FRP条带2-1的纤维丝拨开，预留出安装螺杆空间，利用滚筒沿纤维方向多次滚压，挤出气泡，保证FRP条带与混凝土粘结完好。

(f)在步骤(e)中碳纤维粘结胶硬化后，将螺杆5***到钻孔内，利用注射器将环氧植筋胶注入到通孔内。注意***螺杆5时采取防护措施，以保证螺杆与螺栓的有效紧固。

(g)在步骤(f)环氧植筋胶固化后，将钢板3穿过螺杆5并利用环氧植筋胶将钢板粘贴于FRP条带表面。

(h)在步骤(g)环氧植筋胶固化后，利用扳手将螺母4与螺杆5紧固，并利用数显扭矩扳手对螺母4施加30.0Nm扭矩。

本发明所述一种FRP加固混凝土剪力墙的方法与以下两种加固方法比较分析如下：

方法一：如图3所示，该方法与本发明所述加固方法采用相同加固材料、相同材料用量；不同的是不使用锚固装置、不同粘贴方式，图中与实施例相同的编号代表相同的意义，不同的是：沿混凝土剪力墙1墙高度方向均匀横向粘贴CFRP条带2-2，CFRP条带宽度为100mm，条带之间净距为120mm，粘贴两层。

方法二：如图4所示，该方法与本发明所述加固方法相同加固材料、相同材料用量、相同粘贴方式；不同的是不使用锚固装置。具体参见图4，图中与实施例相同的编号代表相同的意义，不同之处在于图中未使用螺杆、螺帽以及钢板。

先对原剪力墙、受火后剪力墙、以及方法一、方法二和本发明所述的加固方法进行加固受火后剪力墙五种情况进行低周反复荷载试验，具体测试结果见表1：

表1混凝土剪力墙抗震试验测试结果

注：表1中耗能为构件的极限荷载下降到85%的峰值荷载之前荷载-位移曲线循环的所有滞回环面积之和。

由表1可以看出：本发明加固方法可以有效提高受火后剪力墙抗震能力。受火后剪力墙较原剪力墙承载力和耗能分别下降了10.3%和21.7%；而CFRP加固后剪力墙可以达到并超过了原剪力墙承载能力和耗能：利用方法一加固受火后剪力墙承载力和耗能较受火后未加固分别提高了11.5%和138.7%；利用方法二加固受火后剪力墙承载力和耗能较受火后未加固分别提高了20.6%和261.4%；而利用本发明加固受火后剪力墙承载力和耗能较受火后未加固分别提高了26.8%和469.2%。

综上所述，本发明的技术方法和装置能有效提高混凝土剪力墙的抗震能力，可以为剪力墙加固方案的合理设计提供参考，工程实用性较强。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改，对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种FRP加固混凝土剪力墙的装置，包括混凝土剪力墙(1)，平整的环氧树脂层，第一FRP条带(2-1)和第二FRP条带（2-2），其特征在于：所述的混凝土剪力墙(1)两个墙面均涂有环氧树脂层，位于混凝土剪力墙(1)的下部的环氧树脂层的表面横向满粘第一FRP条带(2-1)，所述第一FRP条带(2-1)的上部等间距均匀横向粘贴若干个第二FRP条带(2-2)，混凝土剪力墙(1)的下部均匀设置有若干个通孔，所述FRP加固混凝土剪力墙的装置还包括钢板(3)、螺杆(5)和螺母(4)，所述钢板(3)上开设有安装孔，所述通孔的两端均覆盖有钢板(3)并使安装孔与通孔相对，所述螺杆(5)同时穿过混凝土剪力墙(1)、环氧树脂层、第一FRP条带(2-1)和钢板(3)，所述钢板(3)的两端安装有螺母(4)。

2.根据权利要求1所述的一种FRP加固混凝土剪力墙的装置，其特征在于：所述第一FRP条带(2-1)的粘贴高度为从涂有环氧树脂层墙面底端到至少0.4倍墙高的范围。

3.根据权利要求1所述的一种FRP加固混凝土剪力墙的装置，其特征在于：所述钢板(3)为正方形，其边长为至少0.8倍FRP条带宽度，且安装孔的直径至少大于螺杆(5)的螺纹外径2mm。

4.根据权利要求1所述的一种FRP加固混凝土剪力墙的装置，其特征在于：所述螺杆(5)为4.8级以上的碳钢，螺杆的螺纹外径≥10mm，螺杆的长度大于等于混凝土剪力墙(1)墙体厚度、钢板(3)厚度以及螺母(4)厚度之和。

5.根据权利要求1所述的一种FRP加固混凝土剪力墙的装置，其特征在于：所述FRP为碳纤维布、玻璃纤维布、玄武岩纤维布或芳纶纤维布。

6.一种利用FRP加固混凝土剪力墙的方法，其特征在于：包括以下步骤：

(a)确定粘贴第一、二FRP条带的位置以及锚固位置，并在混凝土剪力墙(1)的墙面划线标示出FRP条带粘贴区域以及锚固通孔中心位置；

(b)利用钻孔机在确定锚固通孔中心位置处钻取通孔，利用高压***和高压喷水枪将通孔内的灰尘清理干净；

(c)按照比例配置环氧树脂胶结剂，在剪力墙(1)两侧表面需要粘贴FRP条带的位置刷环氧树脂胶结剂，保证刷环氧树脂胶结剂厚度均匀，并反复多次找平，刷胶完成后保证环氧树脂胶结剂表面清洁；

(d)在步骤(c)环氧树脂胶结剂用指粘呈现拉丝状态时，将已经利用碳纤维粘结胶浸渍的FRP条带(2)粘贴在剪力墙墙面，并预留出螺杆(5)的安装空间，而后利用滚筒顺纤维方向多次滚压，挤出气泡，保证FRP条带(2)与混凝土粘结完好；

(e)在步骤(d)中碳纤维粘结胶硬化后，将螺杆(5)***到钻孔内，利用注射器将环氧植筋胶注入到通孔内，注意***螺杆(5)时采取防护措施，以保证螺杆(5)与螺母(4)的有效紧固；

(f)在步骤(e)环氧植筋胶固化后，将钢板(3)穿过螺杆(5)并利用环氧植筋胶将钢板(3)粘贴于FRP条带表面；

(g)在步骤(f)环氧植筋胶固化后，将螺母(4)与螺杆(5)紧固，并利用数显扭矩扳手对螺母(4)施加扭矩。

7.根据权利要求6所述利用FRP加固混凝土剪力墙的方法，其特征在于：在步骤(c)中，若剪力墙(1)表面出现蜂窝、麻面、凹陷等凹凸不平情况时，采用环氧砂浆等粘结能力强的修复材料进行修补，自然养护一周后，利用打磨机将剪力墙棱角打磨成圆角，并将剪力墙(1)两个墙面粘贴FRP条带表面打磨平整，用钢刷清除表层酥松的混凝土和杂质，直至完全露出新的骨料，用丙酮将混凝土表面清洗干净。

8.根据权利要求6所述利用FRP加固混凝土剪力墙的方法，其特征在于：步骤(b)所述的通孔直径至少大于螺杆(5)螺纹外径2mm。

9.根据权利要求6所述利用FRP加固混凝土剪力墙的方法，其特征在于：步骤(d)所述剪力墙(1)底部到至少0.4倍墙高范围内，FRP条带(2-1)横向布满墙面粘贴；从满粘FRP条带粘贴区域的顶端至剪力墙顶部等间距横向均匀粘贴FRP条带(2-2)。

10.根据权利要求6所述利用FRP加固混凝土剪力墙的方法，其特征在于：步骤(g)所述预加扭矩根据螺栓扭矩-压力试验测得曲线，取峰值扭矩值的0.7倍。