CN106481090A - 一种既有钢筋混凝土框架梁柱节点的抗震加固方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种既有钢筋混凝土框架梁柱节点的抗震加固方法，通过在节点核心区及相邻柱端粘贴弧形纤维混凝土块体，以局部增大节点核心区，然后在该块体及相邻梁端表面粘贴纤维增强复合材料(FRP)，以增强约束效应，提高了节点的整体抗震性能，具体包括以下步骤：预制弧形纤维混凝土块体、粘贴弧形纤维混凝土块体和粘贴FRP。本发明在该块体的粘贴面预留凹槽，提高了其与加固节点及FRP的粘结性能，阻滞了粘结界面的剥离；并通过增大节点核心区和梁端粘贴FRP，使得梁铰外移，提高了节点的耗能能力；弧面粘贴FRP也有利于解决矩形截面拐角处的应力集中问题。本发明适用于加固各类空间节点，施工便捷且效果明显，具有广阔的应用前景。

Description

一种既有钢筋混凝土框架梁柱节点的抗震加固方法
技术领域
本发明属于土木工程技术领域，特别涉及一种既有钢筋混凝土框架梁柱节点的抗震加固方法。
背景技术
钢筋混凝土框架节点(简称“RC节点”)包括梁与柱相交的节点核心区以及邻近的梁端、柱端，在框架结构中起到传递内力和保持结构整体性的作用。在水平地震作用下，节点核心区所受剪力可高达相邻柱剪力的4～6倍，易发生剪切破坏而引起建筑破坏或倒塌。
按早期规范设计的RC节点往往不能满足现行抗震规范的要求，有悖于“强节点弱构件”的抗震概念设计原则，如存在节点核心区箍筋配置不足、锚固不良等典型问题；同时，现存的诸多节点因设计等原因，导致“强梁弱柱”不利情况，此外，还存在施工上的失误、建筑功能的改变以及城镇抗震设防烈度的调整等不利因素。近期，地震活动频繁，对这些抗震性能不足的RC节点而采取有效的抗震加固措施是十分紧迫和必要的。
目前，对于RC节点的抗震加固，已有大量的试验研究和工程实践，常用的加固方法主要有混凝土加大截面、粘贴钢板、外包型钢、高强钢绞线网-聚合物砂浆和粘贴纤维增强复合材料(FRP)等。与其它方法相比较，FRP具有高效高强、耐久性好等优点，自上世纪末，FRP用于提高RC节点抗震性能以来，一直是工程界的研究热点。研究表明，利用FRP外贴、环包可以有效约束混凝土、延缓裂缝的开展，不同程度地提高节点的抗震性能，但同时单独采用FRP加固节点也存在如下主要问题：(1)加载后期因混凝土开裂错动而导致外贴FRP的剥离破坏现象普遍存在；(2)加固后即使由节点核心区剪切破坏转变为梁铰破坏，但梁铰靠近柱面，容易引起梁筋在节点核心区内的锚固粘结破坏，使得节点抗剪强度发生退化，仍出现“弱节点强构件”的不利情况；(3)目前研究大多针对平面节点，与实际结构情况存在较大差异，如直交梁的存在使节点核心区无法直接进行加固，或带板节点也无法采用FRP环包约束。
发明内容
本发明提供一种既有钢筋混凝土框架梁柱节点的抗震加固方法，通过在节点核心区及相邻柱端分段粘贴表面预留凹槽的预制弧形纤维混凝土块体，然后在该块体及相邻梁端表面粘贴FRP材料，增强了节点核心区的强度和提高了梁端抗弯强度，实现了梁铰外移，解决了现有FRP加固RC节点出现的界面易剥离、梁铰不外移及空间节点加固受限等问题。
本发明的技术方案如下：
一种既有钢筋混凝土框架梁柱节点的抗震加固方法，包括以下步骤：
(1)预制弧形纤维混凝土块体
在弧形纤维混凝土块体的模板中放置若干小木条，以在所述的弧形纤维混凝土块体的两侧粘贴面上预留若干凹槽，将拌制好的纤维混凝土注入所述的模板中成型；
(2)粘贴弧形纤维混凝土块体
清理所述的弧形纤维混凝土块体的槽道，并在其中一侧所述的粘贴面上涂覆结构胶，将所述的弧形纤维混凝土块体粘贴在节点核心区及相邻柱端；
(3)粘贴FRP材料
然后分别在另一侧所述的粘贴面和相邻梁端的表面涂覆结构胶，再粘贴FRP布，即完成既有钢筋混凝土框架梁柱节点的抗震加固。
进一步的优选，所述的弧形纤维混凝土块体由聚乙烯醇纤维、水泥、粉煤灰、减水剂和水搅拌均匀而制得。
进一步的优选，所述的纤维混凝土的拌制参数为每1千克所述的水泥中配置1.5-1.8千克I级粉煤灰和0.5％高效减水剂，其中水胶比为0.30～0.32，砂胶比为0.36～0.38，所述的聚乙烯醇纤维的体积掺入量为1.3％～1.5％。
进一步的优选，所述的凹槽以间距50mm、宽度4mm、深度8mm设置在所述的弧形纤维混凝土块体的两侧粘贴面上。
进一步的优选，所述的弧形纤维混凝土块体的形状为矩形、凹形或L形的一种或几种。
进一步的优选，所述的弧形纤维混凝土块体的宽度为柱的截面宽度或高度；所述的弧形纤维混凝土块体的厚度由形成以柱截面的中心为圆心、以此圆心与柱角连线为半径的圆确定；所述的弧形纤维混凝土块体粘贴于上、下柱端的高度均为柱的截面高度。
进一步的优选，所述的FRP材料为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或芳纶纤维的一种或几种。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
一、本发明的一种既有钢筋混凝土框架梁柱节点的抗震加固方法，针对“强构件弱节点”的节点缺陷，通过在节点核心区及相邻柱端分段粘贴表面预留凹槽的预制弧形纤维混凝土块体，然后在该块体及相邻梁端表面粘贴纤维增强复合材料，增强了节点核心区的强度和提高了梁端抗弯强度，实现了梁铰外移；同时本发明的加固方法也适用于存在“强梁弱柱”问题的节点构件；
二、本发明的一种既有钢筋混凝土框架梁柱节点的抗震加固方法，通过在节点分段粘贴弧形纤维混凝土块体，改变了节点的表面形状，避免了FRP在矩形截面拐角处粘贴的应力集中问题，提高了节点的约束效应；
三、本发明的一种既有钢筋混凝土框架梁柱节点的抗震加固方法，通过在预制弧形纤维混凝土块体的两侧粘贴面预留凹槽，增加了界面的粘贴性能，解决了FRP易剥离的问题。
当然，实施本发明的任一方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
图1为本发明的弧形纤维混凝土块体的模板的结构示意图；
图2-a为本发明实施例1的弧形纤维混凝土矩形块体的结构示意图；图2-b为本发明实施例1的弧形纤维混凝土L形块体的结构示意图；
图3为本发明的实施例1待加固节点的结构示意图；
图4-a为本发明的实施例1无直交梁的柱面粘贴弧形纤维混凝土矩形块体的加固示意图；图4-b为本发明的实施例1楼板上的柱面粘贴弧形纤维混凝土矩形块体的加固示意图；图4-c为本发明的实施例1楼板下有直交梁的柱面粘贴弧形纤维混凝土L形块体的加固示意图；图4-d为图4-c的A-A’剖面图；
图5-a为本发明的实施例1在无直交梁的块体表面沿柱轴向粘贴FRP布条的加固示意图；图5-b为本发明的实施例1在块体表面及楼板面粘贴L形FRP布条的加固示意图；图5-c为本发明的实施例1沿梁、柱轴向粘贴L形FRP布的加固示意图；
图6-a为本发明的实施例1在节点外侧有直交梁的块体表面环向粘贴FRP布条的结构示意图；图6-b为本发明的实施例1在节点内侧有直交梁的块体表面环向粘贴FRP布条的结构示意图；图6-c为本发明的实施例1在无直交梁的块体表面环向粘贴FRP布的结构示意图；
图7为本发明的实施例1梁端粘贴U形FRP布的结构示意图；
图8为本发明的实施例1梁柱节点整体加固的效果示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限定本发明的保护范围。在实际应用中本领域技术人员根据本发明做出的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
本发明的一种既有钢筋混凝土框架梁柱节点的抗震加固方法，具体包括以下步骤：
(1)预制弧形纤维混凝土块体
在弧形纤维混凝土块体的模板中放置若干小木条，以在所述的弧形纤维混凝土块体的两侧粘贴面上预留若干凹槽，所述的凹槽之间的间距50mm、宽度4mm、深度8mm，将拌制好的纤维混凝土注入所述的模板中成型，所述的纤维混凝土的拌制参数为每1千克所述的水泥中配置1.5-1.8千克I级粉煤灰和0.5％高效减水剂，其中水胶比为0.30～0.32，砂胶比为0.36～0.38，所述的聚乙烯醇纤维的体积掺入量为1.3％～1.5％；
所述的弧形纤维混凝土块体的宽度为柱的截面宽度或高度；所述的弧形纤维混凝土块体的厚度由形成以柱截面的中心为圆心、以此圆心与柱角连线为半径的圆确定；所述的弧形纤维混凝土块体粘贴于上、下柱端的高度均为柱的截面高度；
(2)粘贴弧形纤维混凝土块体
清理所述的弧形纤维混凝土块体的槽道，并在其中一侧所述的粘贴面上涂覆结构胶，将所述的弧形纤维混凝土块体粘贴在节点核心区及相邻柱端；
根据节点的粘贴面是否存在直交梁以及直交梁与柱轴线的相对位置，粘贴不同形状的弧形纤维混凝土块体，如矩形、凹形或L形。当粘贴面无直交梁(如角节点外侧面)，可直接在节点核心区的粘贴面上粘贴预制矩形块体，并沿着柱轴线向上下柱端各延伸一个柱高的距离；若粘贴面上存在直交梁，则可根据直交梁与柱的相对位置，在板下粘贴凹形或L形块体，凹形或L形块体的具体尺寸由直交梁及其与柱的相对位置决定，浇注时制定相应的模板；
(3)粘贴FRP材料
然后分别在另一侧所述的粘贴面和相邻梁端的表面涂覆结构胶，再粘贴FRP布，即完成既有钢筋混凝土框架梁柱节点的抗震加固；所述的FRP材料为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或芳纶纤维的一种或几种，粘贴厚度由设计确定；
块体表面沿柱轴向粘贴FRP时，在无直交梁的块体表面沿柱轴向直接粘贴FRP布，在有直交梁柱面的块体表面和板面以及梁端粘贴L形FRP布条；块体表面沿柱环向粘贴FRP时，在无直交梁的块体表面沿柱环向包裹FRP布，在有直交梁的块体表面沿柱环向粘贴FRP布条并沿相邻梁端延伸一倍梁高的距离。
为了更好的说明和理解本发明，下方通过实施例1并结合附图对本发明进行详细的描述。
实施例1
以角节点为例，此节点存在“弱节点强构件”问题(如核心区箍筋配置不足)。
如图1、2-a和2-b所示，将特定形状、尺寸的泡沫1塞进相应尺寸的矩形模板2中，同时为了增加弧形纤维混凝土块体与FRP和原节点之间的粘结强度，事先在弧形纤维混凝土块体的模板内侧对应部位放置间距50mm、截面宽度4mm、高度8mm的小木条，使弧形纤维混凝土块体表面的两侧粘贴面形成小凹槽3，凹槽3的尺寸与小木条一致，然后把搅拌好的纤维混凝土注入模板中，形成弧形纤维混凝土矩形块体4和弧形纤维混凝土L形块体5。
如图3所示，先将原节点梁下方的墙体凿除，预留足够的施工空间，并对原节点的梁、柱以及板表面进行打磨，同时采用空气压力枪将灰尘清除干净。
如图4所示，清理各弧形纤维混凝土块体上的槽道，并将环氧树脂结构胶涂刷到一侧粘贴面上，胶层中间厚两边薄，保证约2mm厚。在无直交梁的粘贴面上粘贴矩形块体4-1(如图4-a所示)和4-2(如图4-b所示)，而在有直交梁的粘贴面上粘贴L形块体5(图4-c)，并加压固定，其中，弧形纤维混凝土矩形块体4-1与4-2形状相同，仅长度存在差异，图4-d为图4-c的A-A’剖面图，为圆形截面。
如图5所示，待环氧树脂结构胶固化后，在弧形纤维混凝土矩形块体4-1另一侧粘贴面上涂刷环氧树脂结构胶，沿柱轴向粘贴FRP布6(如图5-a所示)；分别在矩形块体4-2另一侧粘贴面和板面上涂刷环氧树脂结构胶，粘贴L形FRP布条7，板面的粘贴长度为一倍梁高(如图5-b)。同理，楼板下方L形块体5和梁底面分别粘贴L形FRP布条8，梁底粘贴长度为一倍梁高(如图5-c所示)。
如图6所示，在弧形纤维混凝土矩形块体4-1表面沿柱环向粘贴FRP布条9，宽度为梁高，并沿两直交梁端延伸一倍梁高的距离(如图6-a所示)；然后在弧形纤维混凝土块体5表面沿柱环向粘贴FRP布条10，宽度为梁高，并沿相邻梁端延伸一倍梁高的距离(如图6-b所示)；最后在上、下柱端无直交梁的块体表面环向包裹FRP布11(如图6-c所示)。
如图7所示，在梁端粘贴U形FRP布12，以锚固伸入梁端的FRP布，U形FRP布的厚度由计算或构造确定。
图8所示的是本实施例1角节点整体加固后的效果示意图。
本发明的加固方法不仅可以加固角节点，也可以加固混凝土框架结构其他部位的空间节点，加固方法与本实例1相似，仅粘贴面存在直交梁的数量不同，弧形纤维混凝土块体尺寸和形状具体由待加固节点确定。
本实施例1主要针对存在“强构件弱节点”缺陷的角节点加固进行了说明，若节点仅存在“强梁弱柱”缺陷，且节点核心区具有足够的强度，则可省略本实施例1加固过程中如图6所示的步骤，即在弧形纤维混凝土块体表面沿柱环向粘贴宽度为梁高的FRP布条，并沿两直交梁端延伸一倍梁高的距离。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.一种既有钢筋混凝土框架梁柱节点的抗震加固方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)预制弧形纤维混凝土块体
在弧形纤维混凝土块体的模板中放置若干小木条，以在所述的弧形纤维混凝土块体的两侧粘贴面上预留若干凹槽，将拌制好的纤维混凝土注入所述的模板中成型；
(2)粘贴弧形纤维混凝土块体
清理所述的弧形纤维混凝土块体的槽道，并在其中一侧所述的粘贴面上涂覆结构胶，将所述的弧形纤维混凝土块体粘贴在节点核心区及相邻柱端；
(3)粘贴纤维增强复合材料
然后分别在另一侧所述的粘贴面和相邻梁端的表面涂覆结构胶，再粘贴纤维增强复合材料，即完成既有钢筋混凝土框架梁柱节点的抗震加固。
2.根据权利要求1所述的一种既有钢筋混凝土框架梁柱节点的抗震加固方法，其特征在于，所述的弧形纤维混凝土块体由聚乙烯醇纤维、水泥、粉煤灰、减水剂和水搅拌均匀而制得。
3.根据权利要求2所述的一种既有钢筋混凝土框架梁柱节点的抗震加固方法，其特征在于，所述的纤维混凝土的拌制参数为每1千克所述的水泥中配置1.5-1.8千克I级粉煤灰和0.5％高效减水剂，其中水胶比为0.30～0.32，砂胶比为0.36～0.38，所述的聚乙烯醇纤维的体积掺入量为1.3％～1.5％。
4.根据权利要求1所述的一种既有钢筋混凝土框架梁柱节点的抗震加固方法，其特征在于，所述的弧形纤维混凝土块体的形状为矩形、凹形或L形的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种既有钢筋混凝土框架梁柱节点的抗震加固方法，其特征在于，所述的凹槽以间距50mm、宽度4mm、深度8mm设置在所述的弧形纤维混凝土块体的两侧粘贴面上。
6.根据权利要求1所述的一种既有钢筋混凝土框架梁柱节点的抗震加固方法，其特征在于，所述的弧形纤维混凝土块体的宽度为柱的截面宽度或高度；所述的弧形纤维混凝土块体的厚度由形成以柱截面的中心为圆心、以此圆心与柱角连线为半径的圆确定；所述的弧形纤维混凝土块体粘贴于上、下柱端的高度均为柱的截面高度。
7.根据权利要求1所述的一种既有钢筋混凝土框架梁柱节点的抗震加固方法，其特征在于，所述的FRP材料为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或芳纶纤维的一种或几种。
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