CN111502326A - 一种快速预应力frp网格加固方法 - Google Patents

一种快速预应力frp网格加固方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种快速预应力FRP网格加固方法，包括如下步骤：(1)对待加固混凝土结构的表面进行清理；(2)在结构的表面安装预应力锚具；(3)向结构表面涂抹一层界面剂；(4)将FRP网格的两端分别紧固在预应力锚具中，再张拉预应力锚具；(5)采用聚合物砂浆对FRP网格中部进行封涂，并采用地聚物砂浆对该FRP网格两端进行封涂；(6)在两端地聚物砂浆达到设计强度后，拆除预应力锚具，并继续养护中部聚合物砂浆至其达到设计强度。本发明的加固方法工艺简单，成本较低，可在较短时间内完成加固，有效改善混凝土结构损伤部位的受力性能，提升结构承载力与耐久性。

Description

一种快速预应力FRP网格加固方法
技术领域
本发明涉及土建、交通的结构加固技术领域，具体是涉及一种快速预应力FRP网格加固方法，用于老旧建筑结构使用FRP网格来改善结构受力性能。
背景技术
随着建筑结构服役时间的增加，结构将逐步老化，特别是在恶劣的环境下，结构老化程度更加严重。钢筋混凝土结构老化是钢筋锈蚀、混凝土劣化、使用荷载变化共同作用的结果，降低了结构耐久性与使用性，这是一个不可逆的过程。目前我国有大量钢筋混凝土结构老化，导致了混凝土结构逐步破坏，性能不断劣化，承载能力降低，危害社会公共财产安全。因此合理有效地开展钢筋混凝土结构加固改造有着重要社会意义，有利于国家可持续发展。
目前，工程上广泛应用的加固方法都存在一些难以克服的缺陷，如增大截面加固法中现场施工的湿作业时间长，加固后影响结构净空。粘贴钢板加固法中粘钢容易空鼓，且钢板易生锈，后期维护成本高。相对而言，外贴纤维增强复合材料(FRP)布加固优势明显，施工速度快，不影响结构净空且耐久性好。但在某些领域的应用中仍面临一些限制，例如外贴FRP布对温度的敏感性较高，在升温过程中会由于纤维基体材料的软化和分解，从而使纤维间剪力传递丧失，造成FRP材料强度与刚度的显著降低，在防火要求比较高的室内环境中应用时需采取特别措施。同时用于FRP布与混凝土粘结的胶黏剂和传统水泥基修补材料相比，其透气性较弱，混凝土结构在外贴FRP后，易造成水分或湿气在FRP-混凝土粘结界面的滞留，进而劣化粘结材料及粘结界面的力学性能，最终造成FRP和混凝土的界面剥离。
FRP网格是连续纤维按一定工艺生产的网格状复合材料制品，一般为正交双向形式。结构采用FRP网格-聚合物砂浆薄面粘贴加固可以克服上述外贴FRP片材加固的缺点。该方法采用聚合物砂浆作为粘结材料，具有良好的抗老化性、透气性、抗冲击性以及耐火性能，特别适用于恶劣环境中。但普通外贴加固FRP网格强度利用率低，且存在加固效果滞后，限制了FRP网格进一步推广应用。部分加固方法中对FRP施加预应力提升加固效果，但张拉锚固装置完成张拉后一般作为永久机械锚具不进行拆除，对于结构其他部分加固则需要新的张拉锚固装置完成，因此，工程加固需要多套张拉锚固装置，材料成本较高。
发明内容
发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种工艺简单且快速高效的快速预应力FRP网格加固方法，实现结构加固与耐火耐腐蚀效果，减弱因结构加固施工对生产生活产生的不利影响。
技术方案：本发明所述快速预应力FRP网格加固方法，包括如下步骤：
(1)对待加固混凝土结构的表面进行清理，待加固混凝土结构为建筑中钢筋混凝土受力结构，加固面应为平面；
(2)在待加固混凝土结构的表面安装用于FRP网格张拉的预应力锚具；
(3)向待加固混凝土结构表面涂抹一层界面剂；
(4)将FRP网格的两端分别紧固在步骤(2)安装好的预应力锚具中，再张拉预应力锚具，对FRP网格施加预应力；
(5)采用聚合物砂浆对施加了预应力的FRP网格中部进行封涂，并采用地聚物砂浆对该FRP网格两端进行封涂；
(6)在两端地聚物砂浆达到设计强度后，拆除预应力锚具，并继续养护中部聚合物砂浆至其达到设计强度。
本发明进一步优选地技术方案为，步骤(2)中用于FRP网格张拉的预应力锚具为平板式，通过螺栓预紧产生的摩擦力对FRP网格锚固。
作为优选地，步骤(3)中界面剂为渗透性高的环氧基界面剂，涂抹厚度为0.1-0.5mm。
优选地，步骤(4)中FRP网格是将纤维与树脂通过模压工艺制成的网格状材料。
优选地，FRP网格可以是碳纤维网格、玄武岩纤维网格或芳纶纤维网格中的一种。
优选地，FRP网格幅宽与锚具宽度一致，FRP网格厚度为3-5mm，FRP网格纵横向网格筋间距大于20mm。
优选地，步骤(4)中采用千斤顶对预应力锚具进行张拉，千斤顶为穿心式液压千斤顶，在张拉过程张拉力匀速加载，并时刻监测FRP网格受力状态。
优选地，步骤(5)中聚合物砂浆中加入了PVA抗裂纤维。
优选地，步骤(5)中地聚物砂浆为高炉矿渣粉末通过水玻璃进行碱激发获得的无机胶凝材料，地聚物砂浆固化强度高于50MPa，且在2小时内达到强度的70％以上。
优选地，步骤(5)中地聚物砂浆对FRP网格两端进行封涂时，每一端封涂长度L按照下式进行计算，且不应小于400mm；
Figure BDA0002474915870000031
式中，Ep与tp分别为FRP网格的厚度与弹性模量；fc为混凝土抗压强度。
有益效果：本发明的加固方法工艺简单，成本较低，可在较短时间内完成加固，有效改善混凝土结构损伤部位的受力性能，提升结构承载力与耐久性。
本发明所提出的加固方法中对FRP网格施加预应力，与普通外贴FRP网格加固法相比，预应力FRP网格能进一步发挥材料强度，更有效抑制结构裂缝发展，提升结构性能。通过合理设计，采用硬化速度快且收缩率小的地聚物砂浆封涂FRP网格两端，预应力张拉装置可短时间内拆卸并投入再次使用，实现结构快速修复，减少对生产生活影响。
附图说明
图1为待加固结构表面处理与FRP网格安装示意图。
图2为FRP网格张拉与表面封涂示意图。
图3为网格夹具的结构示意图。
图4为预应力锚具的结构示意图。
图中，1-待加固混凝土结构、2-FRP网格、3-预应力锚具、3a-上盖板、3b-网格夹具、4-千斤顶、5-界面剂、6-聚合物砂浆、7-地聚物砂浆。
具体实施方式
下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例：一种快速预应力FRP网格加固方法，包括如下步骤：
(1)待加固混凝土结构1为建筑中钢筋混凝土受力结构，加固面应为平面；对待加固混凝土结构1的表面进行清理，对待加固混凝土结构1加固区域内表面的劣化层(如浮浆、风化层等)用砂轮机进行清除和打磨，错位与凸出部分进行磨平，然后用压缩空气除去粉尘，并用高压水枪冲洗加固表面。
(2)在待加固混凝土结构1的表面安装用于FRP网格2张拉的预应力锚具3；用于FRP网格2张拉的预应力锚具3为平板式，用固定螺栓将预应力锚具3的上盖板3a锚固在待加固混凝土结构1上。
(3)向待加固混凝土结构1表面涂抹一层界面剂5，界面剂5为渗透性高的环氧基界面剂5，涂抹厚度为0.1-0.5mm。
(4)将FRP网格2的两端通过预紧螺栓与网格夹具3b加紧，两端的网格夹具3b分别卡入预应力锚具3上盖板3a中，将张拉螺杆穿过预应力锚具3上盖板3a的张拉螺杆孔，并固定于网格夹具3b的张拉螺杆孔中。在张拉螺杆上拧入螺母，并将反力架与液压千斤顶4安装，拧紧螺母后对两端千斤顶4加压，带动张拉螺杆对FRP网格2进行张拉。FRP网格2张拉至设计荷载后拧紧螺母，若出现较大预应力损失，应立即补张拉。
FRP网格2可以是碳纤维网格、玄武岩纤维网格或芳纶纤维网格中的一种。FRP网格2幅宽与锚具宽度一致，FRP网格2厚度为3-5mm，FRP网格2纵横向网格筋间距大于20mm。
(5)采用聚合物砂浆6对施加了预应力的FRP网格2中部进行封涂，使用喷射工艺，聚合物砂浆6喷射的厚度宜超过FRP网格2表面10mm，并用镘刀进行充填、抹平、压实。
(6)采用地聚物砂浆7对该FRP网格2两端进行封涂，地聚物砂浆7对FRP网格2两端进行封涂时，每一端封涂长度L按照下式进行计算，且不应小于400mm；
Figure BDA0002474915870000051
式中，Ep与tp分别为FRP网格的厚度与弹性模量；fc为混凝土抗压强度。
聚合物砂浆6中加入了PVA抗裂纤维。地聚物砂浆7为高炉矿渣粉末通过水玻璃进行碱激发获得的无机胶凝材料，地聚物砂浆7固化强度高于50MPa，且在2小时内达到强度的70％以上。
(7)待2小时后地聚物砂浆7达到要求强度后拆除预应力锚具3。待中部聚合物砂浆6达到设计强度后待加固混凝土结构1可投入使用。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (10)

1.一种快速预应力FRP网格加固方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)对待加固混凝土结构的表面进行清理，待加固混凝土结构为建筑中钢筋混凝土受力结构，加固面应为平面；
(2)在待加固混凝土结构的表面安装用于FRP网格张拉的预应力锚具；
(3)向待加固混凝土结构表面涂抹一层界面剂；
(4)将FRP网格的两端分别紧固在步骤(2)安装好的预应力锚具中，再张拉预应力锚具，对FRP网格施加预应力；
(5)采用聚合物砂浆对施加了预应力的FRP网格中部进行封涂，并采用地聚物砂浆对该FRP网格两端进行封涂；
(6)在两端地聚物砂浆达到设计强度后，拆除预应力锚具，并继续养护中部聚合物砂浆至其达到设计强度。
2.根据权利要求1所述的快速预应力FRP网格加固方法，其特征在于，步骤(2)中用于FRP网格张拉的预应力锚具为平板式，通过螺栓预紧产生的摩擦力对FRP网格锚固。
3.根据权利要求1所述的快速预应力FRP网格加固方法，其特征在于，步骤(3)中界面剂为渗透性高的环氧基界面剂，涂抹厚度为0.1-0.5mm。
4.根据权利要求1所述的快速预应力FRP网格加固方法，其特征在于，步骤(4)中FRP网格是将纤维与树脂通过模压工艺制成的网格状材料。
5.根据权利要求4所述的快速预应力FRP网格加固方法，其特征在于，FRP网格可以是碳纤维网格、玄武岩纤维网格或芳纶纤维网格中的一种。
6.根据权利要求4所述的快速预应力FRP网格加固方法，其特征在于，FRP网格幅宽与锚具宽度一致，FRP网格厚度为3-5mm，FRP网格纵横向网格筋间距大于20mm。
7.根据权利要求1所述的快速预应力FRP网格加固方法，其特征在于，步骤(4)中采用千斤顶对预应力锚具进行张拉，千斤顶为穿心式液压千斤顶，在张拉过程张拉力匀速加载，并时刻监测FRP网格受力状态。
8.根据权利要求1所述的快速预应力FRP网格加固方法，其特征在于，步骤(5)中聚合物砂浆中加入了PVA抗裂纤维。
9.根据权利要求1所述的快速预应力FRP网格加固方法，其特征在于，步骤(5)中地聚物砂浆为高炉矿渣粉末通过水玻璃进行碱激发获得的无机胶凝材料，地聚物砂浆固化强度高于50MPa，且在2小时内达到强度的70％以上。
10.根据权利要求9所述的快速预应力FRP网格加固方法，其特征在于，步骤(5)中地聚物砂浆对FRP网格两端进行封涂时，每一端封涂长度L按照下式进行计算，且不应小于400mm；
Figure FDA0002474915860000021
式中，Ep与tp分别为FRP网格的厚度与弹性模量；fc为混凝土抗压强度。
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