CN107435445B - 一种钢筋混凝土框架结构外立面节点的加固方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种钢筋混凝土框架结构外立面节点的加固方法，包括以下几个步骤：(1)预制ECC预制板；(2)安装ECC预制板；在节点核心区和周边梁、柱端外立面粘贴ECC预制板，在节点核心区和梁端采用机械锚固；(3)在柱端粘贴纤维布进行环包，即本发明在加固钢筋混凝土框架结构外立面节点时，在节点核心区及其周边梁、柱端外立面粘贴ECC预制板，并在节点核心区、梁端和柱端分别对ECC预制板进行机械锚固和粘贴纤维布包裹，提高了节点核心区的抗剪强度和梁端的抗弯强度，实现了梁端塑性铰外移，提高了节点整体抗震性能，克服了传统加固方法的诸多不足，施工便捷、安全性高且耐久性好。

Description

一种钢筋混凝土框架结构外立面节点的加固方法
技术领域
本发明涉及土木工程中的混凝土加固工程技术领域，特别涉及一种钢筋混 凝土框架结构外立面节点的加固方法。
背景技术
在水平地震作用下，钢筋混凝土框架节点(简称“RC节点”)易发生脆 性的剪切破坏而引起建筑破坏或倒塌。现存较多的RC框架结构建筑按早期规 范设计，其节点往往不能满足现行规范的要求，如存在核心区配筋不足、锚 固不牢等缺陷，不满足“强节点弱构件”的抗震设计原则。作为整个框架结 构的传力枢纽，对这些抗震性能不足的RC节点采取有效的抗震加固措施是十 分必要的。
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、高强钢绞线网-聚合物砂浆、外包型钢、 粘贴钢板和粘贴纤维增强复合材料(FRP)等。混凝土加大截面、高强钢绞线 网-聚合物砂浆等方法均费力费时；外包型钢、粘贴钢板、外贴FRP布或板条 等方法快捷方便，但对空间节点适用性不强，且前两者耐久性较差，而后者 普遍存在加载后期FRP的剥离破坏及问题。
发明内容
本发明的目的还在于提供一种钢筋混凝土框架结构外立面节点的加固方 法，通过在节点核心区及其周边梁、柱端外立面粘贴ECC预制板，并在节点 核心区、梁端和柱端分别对ECC预制板进行机械锚固和粘贴纤维布包裹，提 高了节点核心区的抗剪强度和梁端的抗弯强度，实现了梁端塑性铰外移，提 高了节点整体抗震性能，克服了传统加固方法的诸多不足，施工便捷、安全 性高且耐久性好。
为了解决上述问题，本发明提供了一种钢筋混凝土框架结构外立面节点 的加固方法，包括以下几个步骤：
(1)预制ECC预制板；
(2)安装ECC预制板
在节点核心区和周边梁、柱端外立面粘贴ECC预制板，在节点核心区和 梁端采用机械锚固；
(3)在柱端粘贴纤维布进行环包。
依照本申请较佳实施例所述的一种钢筋混凝土框架结构外立面节点的加 固方法，在步骤(1)中，根据待加固节点尺寸及配筋情况，确定ECC预制板 的尺寸、形状及厚度，并制作相应的模板；查明待加固节点钢筋的位置，确 定预制板的预留孔的位置，并在模板中放置与所需预留孔尺寸相同的圆柱体 泡沫；将拌制好的ECC材料注入所述的模板中成型。
依照本申请较佳实施例所述的一种钢筋混凝土框架结构外立面节点的加 固方法，所述ECC预制板的尺寸、形状及厚度根据待加固节点的形状、尺寸 确定：
所述ECC预制板沿柱轴线方向的高度取梁高与两倍柱截面高度之和；
所述ECC预制板沿梁轴线方向的宽度，或十字形节点取柱宽加两倍梁高， 或T形节点取柱宽加一倍梁高；
所述ECC预制板厚度，或当梁、柱外立面平齐时，采用等厚板；或当梁、 柱外立面不平齐时，采用非等厚板，梁端的预制板厚度与柱端和核心区不同， 保证外立面平齐。
依照本申请较佳实施例所述的一种钢筋混凝土框架结构外立面节点的加 固方法，所述ECC预制板的预留孔洞直径为18mm，孔边距和间距均不小于 100mm，若干预留孔对称布置。
依照本申请较佳实施例所述的一种钢筋混凝土框架结构外立面节点的加 固方法，所述ECC预制板优选PVA-ECC预制板，所述ECC材料由聚乙烯醇纤 维、水泥、粉煤灰、细砂、减水剂和水搅拌均匀而制得。
依照本申请较佳实施例所述的一种钢筋混凝土框架结构外立面节点的加 固方法，所述ECC预制板的拌制参数为每1千克所述水泥中配置0.80～0.82千克 I级粉煤灰、0.71～0.73千克黄沙和0.5％高效减水剂，其中水胶比为0.25～0.35， 所述聚乙烯醇纤维的体积掺入量为1.8％～2.2％。
依照本申请较佳实施例所述的一种钢筋混凝土框架结构外立面节点的加 固方法，在步骤(2)中，在节点核心区和梁外立面相应位置进行钻孔，同时 清理，然后采用扩孔钻头进行二次扩孔，并用气泵清理干净；清理框架外立 面节点核心区及其周边一倍梁、柱截面高度范围内的梁、柱混凝土表面，并 涂覆结构胶，将ECC预制板牢固粘贴于节点区；将后扩底锚栓各个组件拧紧， 然后将锚栓装入成型孔中拧紧。
依照本申请较佳实施例所述的一种钢筋混凝土框架结构外立面节点的加 固方法，所述ECC预制板利用M16扩底型锚栓通过所述预留孔在核心区和梁端 进行机械锚固，钻孔深度不小于100mm。
依照本申请较佳实施例所述的一种钢筋混凝土框架结构外立面节点的加 固方法，所述ECC预制板采用结构胶仅粘贴在框架节点的外立面，所述ECC 预制板中心与节点核心区中心重合。
依照本申请较佳实施例所述的一种钢筋混凝土框架结构外立面节点的加 固方法，在步骤(3)中，对上、下柱端包裹区混凝土表面进行打磨、倒角并 清理，然后粘贴纤维布进行环包锚固。
依照本申请较佳实施例所述的一种钢筋混凝土框架结构外立面节点的加 固方法，所述纤维布的粘贴高度为一倍柱截面高度，宽度为柱端ECC预制板 的高度。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：
1、本发明针对“强构件弱节点”的节点缺陷，通过在节点核心区及周边 梁、柱端外立面粘贴ECC预制板，提高了节点核心区的抗剪强度和梁端的抗 弯强度，实现了梁铰外移，提高了节点整体抗震性能；
2、本发明采用变厚度ECC预制板，可用于加固梁柱外立面不平齐的空间 节点，较外贴纤维复合材料(FRP)和钢板，适用范围更广，且兼具施工便捷、 安全性高且耐久性好等优点，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1-a为本发明实例1PVA-ECC预制板的结构示意图；
图1-b为本发明实例1PVA-ECC预制板的结构示意图；
图1-c为本发明实例1PVA-ECC预制板的预留孔位置图；
图2为本发明实例1PVA-ECC板粘贴区域示意图；
图3为本发明实例1PVA-ECC板安装后的整体示意图；
图4为本发明实例1节点加固后的整体效果示意图；
图5-a为本发明实例2PVA-ECC预制板的结构示意图；
图5-b为本发明实例2PVA-ECC预制板的结构示意图；
图5-c为本发明实例2PVA-ECC预制板的预留孔位置图；
图6为本发明实例2PVA-ECC板粘贴区域示意图；
图7为本发明实例2PVA-ECC板安装后的整体示意图；
图8为本发明实例2节点加固后的整体效果示意图。
具体实施方式
本发明提供一种钢筋混凝土框架结构外立面节点的加固结构，即在节点 核心区和周边梁、柱端外立面设置ECC预制板，并在节点核心区和梁端采用 机械锚固，在柱端环包纤维布，对应于此加固结构的施工方法分为以下几个 步骤：
(1)预制ECC预制板
在步骤(1)中，根据待加固节点尺寸及配筋情况，确定ECC预制板的尺 寸、形状及厚度，并制作相应的模板；查明待加固节点钢筋的位置，确定预 制板的预留孔的位置，并在模板中放置与所需预留孔尺寸相同的圆柱体泡沫； 将拌制好的ECC材料注入所述的模板中成型。
本发明中，工程水泥基复合材料(ECC)是经***的微观力学设计，在拉伸 和剪切荷载下呈现高延展性的一种纤维增强水泥基复合材料，它可以有效地 提高水泥基材的韧性，使其呈现应***化的特征，并且可以提高基材的抗拉、 抗折强度，使其呈现多微裂缝开裂的特征，从而很好的解决了混凝土的耐久 性问题。本发明的ECC预制板优选聚乙烯醇纤维水泥基复合材料(PVA-ECC) 预制板，但本发明并不局限于此，可在ECC材料中添加除PVA材料外其他纤维 材料，但需保证强度、施工和易性、耐久性等要求，如PVA-ECC预制板由聚乙烯醇纤维、水泥、粉煤灰、细砂、减水剂和水搅拌均匀而制得。
进一步的，PVA-ECC预制板的拌制参数为每1千克所述水泥中配置 0.80～0.82千克I级粉煤灰、0.71～0.73千克黄沙和0.5％高效减水剂，其中水胶比 为0.25～0.35，聚乙烯醇纤维的体积掺入量为1.8％～2.2％。
在本发明中，PVA-ECC预制板的尺寸、形状根据待加固节点的形状、尺 寸确定：
PVA-ECC预制板沿柱轴线方向的高度取梁高与两倍柱截面高度之和；
在本发明中，节点可能是十字形节点(请参考图1a—图4)，也可能是T 形节点(请参考图5a—图8)，本发明对此不做限制，因此，PVA-ECC预制板 沿梁轴线方向的宽度也分为两种情况：当节点为十字形节点时，PVA-ECC预 制板沿梁轴线方向的宽度，为十字形节点取柱宽加两倍梁高；当节点为T形节 点时，PVA-ECC预制板沿梁轴线方向的宽度，为T形节点取柱宽加一倍梁高；
有关PVA-ECC预制板厚度，也分两种情况，即当梁、柱外立面平齐时， 采用等厚板；当梁、柱外立面不平齐时，采用非等厚板，梁端的预制板厚度 与柱端和节点核心区不同，保证外立面平齐，具体厚度则根据待加固节点实 际情况计算确定。
(2)安装PVA-ECC预制板
在节点核心区和周边梁、柱端外立面粘贴PVA-ECC预制板，在节点核心 区和梁端采用机械锚固。本发明优选在节点核心区和周边梁、柱端外立面采 用结构胶粘贴的方式连接ECC预制板，结构胶优选环氧树脂胶。
在步骤(2)中，在节点核心区和梁外立面相应位置进行钻孔，同时清理， 然后采用扩孔钻头进行二次扩孔，并用气泵清理干净；清理框架外立面节点 核心区及其周边一倍梁、柱截面高度范围内的梁、柱混凝土表面，并涂覆结 构胶，将PVA-ECC牢固粘贴于节点区；将后扩底锚栓各个组件拧紧，然后将 锚栓装入成型孔中拧紧。
进一步的，PVA-ECC预制板预留孔洞直径为18mm，孔边距和间距均不小 于100mm，若干预留孔对称布置。PVA-ECC预制板利用M16扩底型锚栓通过 预制板预留孔在核心区和梁端进行机械锚固，钻孔深度不小于100mm，钻孔 直径根据所选用锚栓尺寸确定。
进一步的，PVA-ECC预制板采用结构胶仅粘贴在框架节点的外立面， PVA-ECC预制板中心与节点核心区中心重合。
(3)在柱端粘贴纤维布进行环包
本发明的纤维布优选碳纤维布(CFRP)，但本发明并不局限于此，亦可 使用其他种类纤维布，如玻璃纤维、玄武岩纤维或芳纶纤维的一种或几种。
在步骤(3)中，对上、下柱端包裹区混凝土表面进行打磨、倒角并清理， 然后逐层粘贴纤维布进行环包锚固。粘贴高度为一倍柱截面高度，宽度为柱 端PVA-ECC预制板的高度，包裹2～3层纤维布。
综上所述，钢筋混凝土框架结构外立面节点的加固方法可细化为以下几 个具体步骤：
(1)预制PVA-ECC预制板
根据待加固节点尺寸及配筋情况，确定PVA-ECC预制板的形状(十 字形或T形)及尺寸(等厚或不等厚)。PVA-ECC预制板沿柱轴线方向的高 度取梁高与两倍柱截面高度之和。对于PVA-ECC预制板沿梁轴线方向的 宽度，十字形节点取柱宽加两倍梁高，T形节点取柱宽加一倍梁高。对于 PVA-ECC预制板厚度，当梁柱外立面平齐时，采用等厚板；当梁柱外立 面不平齐时，采用非等厚板，即梁端的预制板厚度与柱端和核心区不同， 保证外立面平齐，具体厚度则根据待加固节点实际情况计算确定。
查明待加固节点钢筋的位置，确定预制板的预留孔的位置，孔边距 和间距均不小于100mm，孔距可为250～300mm；制作相应的木模,并在模 板中放置与所需预留孔尺寸相等同的圆柱体泡沫，将按所述配合比拌制的 PVA-ECC材料注入所述的模板中成型。
(2)安装ECC预制板
钻孔：按照PVA-ECC预制板所预留孔洞位置使用与锚栓相匹配的钻头进 行钻孔，不得损伤钢筋，孔深度不小于100mm，清理孔洞，然后采用扩孔钻 头进行二次扩孔，并用气泵清理干净；
清理节点粘结区：十字形节点清理节点核心区、上下一倍柱截面高度范 围内及左右一倍梁截面高度范围内的混凝土外表面；T形节点清理节点核心 区、上下一倍柱截面高度及一倍梁高范围内的混凝土外表面；
粘贴PVA-ECC预制板：在粘结区涂覆结构胶，粘贴所述的PVA-ECC预制 板，保证其中心与节点核心区中心重合；
锚固PVA-ECC预制板：将后扩底锚栓各个组件拧紧，保证没有松动，然 后将锚栓装入成型孔中，并用扭力扳手按照锚栓的规格型号的要求施加扭力 拧紧螺母，安装完成。
(3)环包纤维布锚固柱端的ECC预制板
对柱上、下端包裹区混凝土表面进行打磨、倒角并清理，然后逐层粘贴 碳纤维布进行环包锚固，缠裹宽度为柱端预制板高度，包裹2～3层，所用胶水 为环氧树脂胶。缠裹柱端的纤维布推荐使用碳纤维布，亦可使用其他种类纤 维布，如可为玻璃纤维布、玄武岩纤维布或芳纶纤维布的一种或几种。
为了更好的说明和理解本发明，下方通过实施例1和实施例2并结合附图 对本发明进行详细的描述。
实施例1：
请参考图1a—图4，以某边框架中节点为例，其柱3截面尺寸为450× 450mm，梁4截面尺寸为350×700mm，梁柱外立面不平齐，梁轴线向外偏移 25mm，此节点存在“弱节点强构件”问题(如核心区箍筋配置不足)。
根据待加固节点情况，PVA-ECC预制板1形状和尺寸如图1-a、1-b和1-c所 示，其为一十字形不等厚板，其中梁端30mm厚，核心区及柱端55mm厚。预 留孔2共计16个，直径18mm，对称放置，其中核心区呈菱形分布，4个孔均位 于核心区各边的中线位置，且距各边100mm，具***置如图1-c所示。
制作模板，保证梁端比柱底膜低25mm，将直径18mm的圆柱体泡沫布置 相应位置；然后将搅拌好的PVA-ECC材料注入模板中，形成十字形PVA-ECC 预制板1。
在构件核心区和梁端外立面相应位置进行钻孔，深度100mm，采用毛刷 清理，然后采用扩孔钻头进行二次扩孔5，并用气泵清理干净。
如图2所示，对节点核心区、节点上下一倍柱截面高度范围内的柱表面以 及节点左右一倍梁高范围内的混凝土外表面8进行打磨直至露出新面，并将灰 尘清除干净。
如图3所示，在粘结区涂覆结构胶，粘贴PVA-ECC预制板1。将后扩底锚 栓各个组件拧紧，然后将其装入成型孔中，并用扭力扳手按照锚栓的规格型 号的要求施加扭力拧紧螺母，安装完成。
如图4所示，上、下端柱粘贴0.167mm厚碳纤维布7进行环包锚固，缠裹高 度为一倍柱截面高度。具体先将包裹区表面混凝土打磨、倒角并清理，先刷 一层环氧树脂胶，CFRP布包裹一层，再刷一层环氧树脂胶，CFRP布再包裹一 层，依此包裹三层CFRP布，保证胶水的充分浸润。图4即为本实施例1边框架 中节点加固后的整体效果示意图。
实施例2：
请参考图5a—图8，以某边框架边节点为例，其柱3截面尺寸为450× 450mm，梁4截面尺寸为350×700mm，梁柱外立面不平齐，梁轴线向外偏移 25mm，此节点存在“弱节点强构件”问题(如核心区箍筋配置不足)。
根据待加固节点情况，PVA-ECC预制板9形状和尺寸如图5-a、5-b和5-c所 示，其为一T形不等厚板，其中梁端30mm厚，核心区及柱端55mm厚。预留孔 2共计10个，直径18mm，对称放置，其中核心区呈菱形分布，4个孔均位于核 心区各边的中线位置，且距各边100mm，具***置如图5-c所示。
制作模板，保证梁端比柱底膜低25mm，将直径18mm的圆柱体泡沫布置 相应位置；然后将搅拌好的PVA-ECC材料注入模板中，形成T形PVA-ECC预 制板9。
在构件核心区和梁端外立面相应位置进行钻孔，深度100mm，采用毛刷 清理，然后采用扩孔钻头进行二次扩孔10，并用气泵清理干净。
如图6所示，对节点核心区、节点上下一倍柱截面高度范围内的柱表面以 及一倍梁高范围内的混凝土外表面11进行打磨直至露出新面，并将灰尘清除 干净。
如图7所示，在粘结区涂覆结构胶，粘贴PVA-ECC预制板。将后扩底锚栓 各个组件拧紧，然后将其装入成型孔中，并用扭力扳手按照锚栓的规格型号 的要求施加扭力拧紧螺母，安装完成。
如图8所示，上、下端柱粘贴0.167mm厚碳纤维布7进行环包锚固，缠裹高 度为一倍柱截面高度。具体先将包裹区表面混凝土打磨、倒角并清理，先刷 一层环氧树脂胶，CFRP布包裹一层，再刷一层环氧树脂胶，CFRP布再包裹一 层，依此包裹三层CFRP布，保证胶水的充分浸润。图8即为本实施例2边框架 边节点加固后的整体效果示意图。
以上公开的仅为本申请的一个具体实施例，但本申请并非局限于此，任 何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (11)

1.一种钢筋混凝土框架结构外立面节点的加固方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
(1)预制ECC预制板；
(2)安装ECC预制板
在节点核心区和周边梁、柱端外立面粘贴ECC预制板，在节点核心区和梁端采用机械锚固；
(3)在柱端粘贴纤维布进行环包。
2.如权利要求1所述的一种钢筋混凝土框架结构外立面节点的加固方法，其特征在于，在步骤(1)中，根据待加固节点尺寸及配筋情况，确定ECC预制板的尺寸、形状及厚度，并制作相应的模板；查明待加固节点钢筋的位置，确定预制板的预留孔的位置，并在模板中放置与所需预留孔尺寸相同的圆柱体泡沫；将拌制好的ECC材料注入所述的模板中成型。
3.如权利要求2所述的一种钢筋混凝土框架结构外立面节点的加固方法，其特征在于，所述ECC预制板的尺寸、形状及厚度根据待加固节点的形状、尺寸确定：
所述ECC预制板沿柱轴线方向的高度取梁高与两倍柱截面高度之和；
所述ECC预制板沿梁轴线方向的宽度，或十字形节点取柱宽加两倍梁高，或T形节点取柱宽加一倍梁高；
所述ECC预制板厚度，或当梁、柱外立面平齐时，采用等厚板；或当梁、柱外立面不平齐时，采用非等厚板，梁端的预制板厚度与柱端和核心区不同，保证外立面平齐。
4.如权利要求2所述的一种钢筋混凝土框架结构外立面节点的加固方法，其特征在于，所述ECC预制板的预留孔直径为18mm，孔边距和间距均不小于100mm，若干预留孔对称布置。
5.如权利要求2所述的一种钢筋混凝土框架结构外立面节点的加固方法，其特征在于，所述ECC预制板优选PVA-ECC预制板，所述ECC材料由聚乙烯醇纤维、水泥、粉煤灰、细砂、减水剂和水搅拌均匀而制得。
6.如权利要求5所述的一种钢筋混凝土框架结构外立面节点的加固方法，其特征在于，所述ECC预制板的拌制参数为每1千克所述水泥中配置0.80～0.82千克I级粉煤灰、0.71～0.73千克细砂和0.5％高效减水剂，其中水胶比为0.25～0.35，所述聚乙烯醇纤维的体积掺入量为1.8％～2.2％。
7.如权利要求1所述的一种钢筋混凝土框架结构外立面节点的加固方法，其特征在于，在步骤(2)中，在节点核心区和梁外立面相应位置进行钻孔，同时清理，然后采用扩孔钻头进行二次扩孔，并用气泵清理干净；清理框架外立面节点核心区及其周边一倍梁、柱截面高度范围内的梁、柱混凝土表面，并涂覆结构胶，将ECC预制板牢固粘贴于节点区；将后扩底锚栓各个组件拧紧，然后将锚栓装入成型孔中拧紧。
8.如权利要求2所述的一种钢筋混凝土框架结构外立面节点的加固方法，其特征在于，所述ECC预制板利用M16扩底型锚栓通过所述预留孔在核心区和梁端进行机械锚固，钻孔深度不小于100mm。
9.如权利要求7所述的一种钢筋混凝土框架结构外立面节点的加固方法，其特征在于，所述ECC预制板采用结构胶仅粘贴在框架节点的外立面，所述ECC预制板中心与节点核心区中心重合。
10.如权利要求1所述的一种钢筋混凝土框架结构外立面节点的加固方法，其特征在于，在步骤(3)中，对上、下柱端包裹区混凝土表面进行打磨、倒角并清理，然后逐层粘贴纤维布进行环包锚固。
11.如权利要求10所述的一种钢筋混凝土框架结构外立面节点的加固方法，其特征在于，所述纤维布的粘贴高度为一倍柱截面高度，宽度为柱端ECC预制板的高度。
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