CN114753670B - 一种开裂木梁修复与frp加固装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种开裂木梁修复与FRP加固装置及方法，包括木梁、嵌固木条、带肋FRP筋、填充环氧树脂，带肋FRP筋通过胶粘剂嵌入X形沟槽与I型沟槽，嵌固木条通过胶粘剂嵌入裂缝沟槽，在X形沟槽未嵌筋区域及裂缝空隙填充环氧树脂，养护至胶结牢固后，带肋FRP筋与填充环氧树脂形成X形限制裂缝张开，并与嵌固木条形成整体。本发明采用的加固方法没有明显改变木梁的外观，在满足古建筑木结构“修旧如旧”加固原则的前提下，实现了开裂木梁的裂缝修复、抗剪性能同步提升的目标与效果。
Description
技术领域
本发明涉及古建筑木结构修复加固技术领域，特别涉及一种开裂木梁修复与FRP加固装置及方法。
背景技术
受自然环境以及木材自身缺陷的影响，古建筑木结构中的木构件通常存在腐朽、干裂等残损状况。其中，由含水率改变引起的干缩裂缝较为常见，其显著降低了木梁的抗弯和抗剪性能。通常轻微的开裂对木梁没有明显影响，但木梁上的干缩裂缝即便很微小，其也会逐渐扩展，进而影响木梁承载能力。木梁作为重要的承重构件，为了保证古建筑木结构的安全使用，需要对开裂木梁进行修复与加固。木梁上轻微的裂缝一般通过嵌固木条进行填补，来达到修复表面的目的，即便修复后也仍然存在一定的风险，内部裂缝可能在无法察觉的情况下继续扩展，最后严重危害木梁与木结构的安全。裂缝较深(如裂缝深度超过梁宽的1/3)时，裂缝减少了木梁横截面的连接范围，降低了木梁顺纹抗剪承载力，容易使开裂木梁在受弯时因裂缝所在平面的水平切应力大于该截面抗剪承载力而逐渐被分割为叠合梁，承载力大幅降低。因此，木梁开裂较严重时，除了填补裂缝外，还需限制裂缝扩展，以及对开裂木梁的抗剪性能进行加固增强。
常见的用于开裂木梁的加固方式有：钢箍法、粘贴钢板法、外支撑法、梁内植筋法、插销锚固法等。以上加固方法通常使用钢铁作为材料，存在自重大、体积大、安装困难、容易生锈等问题，从长远角度来看，上述加固方法不是用于加固开裂木梁的优选方案。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种开裂木梁修复与FRP加固装置及方法，解决现有开裂木梁加固领域的技术不足，如钢构件容易老化、锈蚀、体积大等技术问题。本发明采用的加固方法没有明显改变木梁的外观，在满足古建筑木结构“修旧如旧”加固原则的前提下，实现了开裂木梁的裂缝修复、抗剪性能同步提升的目标与效果。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种开裂木梁修复与FRP加固装置，包括木梁1、嵌固木条2、带肋FRP筋3、填充环氧树脂4，带肋FRP筋3通过胶粘剂嵌入X形沟槽12与I型沟槽13，嵌固木条2通过胶粘剂嵌入裂缝沟槽11，在X形沟槽12未嵌筋区域及裂缝空隙填充环氧树脂4，养护至胶结牢固后，带肋FRP筋3与填充环氧树脂4形成X形限制裂缝张开，并与嵌固木条2形成整体。
所述裂缝沟槽11是将木梁1裂缝修整得到的矩形截面沟槽，其深度与裂缝最深处一致，其宽度与裂缝最宽处相同，其长度与裂缝长度一致，木梁1裂缝形状各异，修整沟槽时，将位于同一平面的多个相邻裂缝修整成为一个沟槽。
所述X形沟槽12的加工覆盖在裂缝沟槽11之上，位于木梁1支座内侧的弯剪区，由两个矩形截面沟槽组成X形状，与裂缝夹角60°，在中性轴附近的X形沟槽12内需嵌入带肋FRP筋3用于木梁抗剪加固，应尽量在木梁两端均匀对称分布，间距无特殊要求，竖向高度不小于1/3梁高，深度与裂缝沟槽11一致，沟槽宽度无特殊要求，非中性轴附近的X形沟槽12不用于嵌筋，形状设置为X形即可，无特殊尺寸要求，裂缝较大的部位适当增大沟槽尺寸。
所述I形沟槽13的加工与X形沟槽12的加工同时进行，位于木梁支座外侧中性轴处，方向与木梁轴线垂直，其竖向高度不小于1/3梁高，深度与裂缝沟槽11一致，宽度无特殊要求，内部需嵌入带肋FRP筋3。
所述嵌固木条2采用与加固目标木梁1同种木材，从木纹相近、颜色相近木料的无缺陷处截取，视裂缝沟槽11的具体尺寸，嵌固木条2长度、宽度、深度略小于所需嵌入的裂缝沟槽11。
所述带肋FRP筋3为碳纤维(CFRP)、玻璃纤维(GFRP)、芳纶纤维(AFRP)、玄武岩纤维(BFRP)中的一种或其中几种混合而成，为带肋的FRP筋，用于提高开裂木梁抗剪性能，其直径视木梁尺寸且不小于5mm，长度根据X形沟槽12确定。
所述带肋FRP筋3嵌入X形沟槽12，组成X形沟槽12的两个沟槽中，若沟槽深度有限，或节约材料，可仅在一侧沟槽利用结构胶嵌入带肋FRP筋3，另一侧填充环氧树脂4与带肋FRP筋形成X形状的装置，若沟槽深度足够，也可两个沟槽均嵌入带肋FRP筋3形成X形装置以进一步提升木梁抗剪性能，上述由环氧树脂4与带肋FRP筋形成的X形结构装置可以将裂缝两侧拉结为一体，限制裂缝继续扩展、张开，同时嵌固FRP筋可增强木梁裂缝处的抗剪性能。
所述带肋FRP筋3嵌入I形沟槽13，并用结构胶粘剂粘结牢固，限制开裂木梁端部的顺纹剪切错动与裂缝进一步扩展。
一种开裂木梁修复与FRP加固装置的安装方法，包括以下步骤；
a)采用阻力仪或测量尺、探针等无损或微损方法对木梁1裂缝深度、宽度、走向进行测量确定；
b)对于非细小裂缝(裂缝宽度大于5mm)，使用切割片、凿子等工具将木梁裂缝修整为矩形截面的裂缝沟槽11，用于嵌补木条修复，沟槽宽度与该裂缝最大宽度一致，沟槽深度与裂缝深度一致；细小裂缝通过填充环氧树脂4修补，利用工具将各裂缝内部表面处理平滑即可，再使用毛刷、吸尘器或气流将木屑等杂物清理干净；
c)在裂缝沟槽11上依次开设X形沟槽12，深度与裂缝沟槽深度一致，X形沟槽12覆盖在裂缝沟槽11之上，位于木梁支座内侧的弯剪区，由两个矩形截面沟槽组成X形状，与裂缝夹角60°，中性轴附近的X形沟槽12尽量在木梁两端均匀对称分布，间距无特殊要求，竖向高度不小于1/3梁高，深度与裂缝沟槽11一致，沟槽宽度无特殊要求，非中性轴附近的X形沟槽不用于嵌筋，将形状设置为X形即可，完成后清理沟槽内杂物；
d)根据裂缝沟槽尺寸加工嵌固木条2，采用与加固目标木梁1同种木材，从木纹相近、颜色相近木料的无缺陷处截取，视裂缝沟槽11的具体尺寸，嵌固木条2长度、宽度、深度略小于所需嵌入的裂缝沟槽11，在木梁1的沟槽及其他裂缝开口边缘粘贴胶带，防止填充时胶水污染梁身；
e)在沟槽内注入适量结构胶粘剂，并将嵌固木条2嵌入裂缝沟槽11用于裂缝修复，将带肋筋体嵌入X形沟槽12与I形沟槽13用于抗剪增强，将填充用环氧树脂的颜色调配至与木梁一致，在剩余未嵌筋沟槽及细小裂缝内注入填充用环氧树脂4，环氧树脂4填满裂缝后将木梁表面刮平，将木梁1静置至粘接牢固后清理木梁1表面。
本发明的有益效果：
a)本方法在开裂木梁上将裂缝修整为规则的裂缝沟槽11，再使用嵌固木条2进行修复，保证粘结牢固与结构完整，能在修复裂缝的同时最大化还原木梁原貌；
b)带肋FRP筋3作为纤维增强材料，在近年来应用广泛，具有轻质高强、耐腐蚀等特点，克服了传统加固材料如钢材易锈蚀的缺点，筋上带肋增强了带肋FRP筋3自身在木梁内的锚固能力，一定程度上提高其限制木梁裂缝扩展的能力；
c)本方法利用所述X形沟槽12将带肋FRP筋3与环氧树脂组成X形结构，在修复裂缝并限制裂缝进一步扩展的同时，内嵌带肋FRP筋3增强了木梁抗剪性能。
附图说明
图1为一种开裂木梁修复与FRP加固装置及方法流程图。
图2为一种开裂木梁修复与FRP加固装置及方法裂缝修整沟槽示意图。
图3为一种开裂木梁修复与FRP加固装置及方法X形沟槽加工示意图。
图4为一种开裂木梁修复与FRP加固装置及方法俯视立体图。
图5为一种开裂木梁修复与FRP加固装置及方法正视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1-5所示，一种开裂木梁修复与FRP加固装置及方法，包括木梁1、嵌固木条2、带肋FRP筋3、填充环氧树脂4，带肋FRP筋3通过胶粘剂嵌入X形沟槽12与I型沟槽13，嵌固木条2通过胶粘剂嵌入裂缝沟槽11，在X形沟槽12未嵌筋区域及裂缝空隙填充环氧树脂4，养护至胶结牢固后，带肋FRP筋3与填充环氧树脂4形成X形限制裂缝张开，并与嵌固木条2形成整体。
所述裂缝沟槽11是将木梁裂缝修整得到的矩形截面沟槽，其深度与裂缝最深处一致，其宽度与裂缝最宽处相同，其长度与裂缝长度一致。木梁裂缝形状各异，修整沟槽时，将位于同一平面的多个相邻裂缝修整成为一个沟槽。
所述X形沟槽12的加工覆盖在裂缝沟槽11之上，位于木梁支座内侧的弯剪区，由两个矩形截面沟槽组成X形状，与裂缝夹角60°。在中性轴附近的X形沟槽12内需嵌入带肋FRP筋3用于木梁抗剪加固，应尽量在木梁两端均匀对称分布，间距无特殊要求，竖向高度不小于1/3梁高，深度与裂缝沟槽11一致，沟槽宽度无特殊要求。非中性轴附近的X形沟槽不用于嵌筋，形状设置为X形即可，无特殊尺寸要求，裂缝较大的部位适当增大沟槽尺寸。
所述I形沟槽13的加工与X形沟槽12的加工同时进行，位于木梁支座外侧中性轴处，方向与木梁轴线垂直，其竖向高度不小于1/3梁高，深度与裂缝沟槽11一致，宽度无特殊要求，内部需嵌入带肋FRP筋3。
所述嵌固木条2采用与加固目标木梁1同种木材，从木纹相近、颜色相近木料的无缺陷处截取，视裂缝沟槽11的具体尺寸，嵌固木条2长度、宽度、深度略小于所需嵌入的裂缝沟槽11。
所述带肋FRP筋3为碳纤维(CFRP)、玻璃纤维(GFRP)、芳纶纤维(AFRP)、玄武岩纤维(BFRP)中的一种或其中几种混合而成，为带肋的FRP筋，用于提高开裂木梁抗剪性能，其直径视木梁尺寸且不小于5mm，长度根据X形沟槽12确定。
所述带肋FRP筋3嵌入X形沟槽12，组成X形沟槽12的两个沟槽中，若沟槽深度有限，或节约材料，可仅在一侧沟槽利用结构胶嵌入带肋FRP筋3，另一侧填充环氧树脂4与带肋FRP筋形成X形状的装置，若沟槽深度足够，也可两个沟槽均嵌入带肋FRP筋3形成X形装置以进一步提升木梁抗剪性能。上述由环氧树脂与带肋FRP筋形成的X形结构装置可以将裂缝两侧拉结为一体，限制裂缝继续扩展、张开，同时嵌固FRP筋可增强木梁裂缝处的抗剪性能。
所述带肋FRP筋3嵌入I形沟槽13，并用结构胶粘剂粘结牢固，限制开裂木梁端部的顺纹剪切错动与裂缝进一步扩展。
一种开裂木梁修复与FRP加固装置及方法，包括以下步骤；
a)采用阻力仪或测量尺、探针等无损或微损方法对木梁1裂缝深度、宽度、走向进行测量确定；
b)对于非细小裂缝(裂缝宽度大于5mm)，使用切割片、凿子等工具将木梁裂缝修整为矩形截面的裂缝沟槽11，用于嵌补木条修复，沟槽宽度与该裂缝最大宽度一致，沟槽深度与裂缝深度一致；细小裂缝通过填充环氧树脂修补，利用工具将各裂缝内部表面处理平滑即可，再使用毛刷、吸尘器或气流将木屑等杂物清理干净；
c)在裂缝沟槽11上依次开设X形沟槽12，深度与裂缝沟槽深度一致，其特征在于X形沟槽12覆盖在裂缝沟槽11之上，位于木梁支座内侧的弯剪区，由两个矩形截面沟槽组成X形状，与裂缝夹角60°，中性轴附近的X形沟槽12尽量在木梁两端均匀对称分布，间距无特殊要求，竖向高度不小于1/3梁高，深度与裂缝沟槽11一致，沟槽宽度无特殊要求，非中性轴附近的X形沟槽不用于嵌筋，将形状设置为X形即可，完成后清理沟槽内杂物；
d)根据裂缝沟槽尺寸加工嵌固木条2，特征在于采用与加固目标木梁1同种木材，从木纹相近、颜色相近木料的无缺陷处截取，视裂缝沟槽11的具体尺寸，嵌固木条2长度、宽度、深度略小于所需嵌入的裂缝沟槽11，在木梁1的沟槽及其他裂缝开口边缘粘贴胶带，防止填充时胶水污染梁身；
e)在沟槽内注入适量结构胶粘剂，并将嵌固木条2嵌入裂缝沟槽11用于裂缝修复，将带肋筋体嵌入X形沟槽12与I形沟槽13用于抗剪增强，将填充用环氧树脂的颜色调配至与木梁一致，在剩余未嵌筋沟槽及细小裂缝内注入填充用环氧树脂，树脂填满裂缝后将木梁表面刮平，将木梁1静置至粘接牢固后清理木梁1表面。
Claims (6)
1.一种开裂木梁修复与FRP加固装置，其特征在于，包括木梁（1）、嵌固木条（2）、带肋FRP筋（3）、填充环氧树脂（4），带肋FRP筋（3）通过胶粘剂嵌入X形沟槽（12）与I形沟槽（13），嵌固木条（2）通过胶粘剂嵌入裂缝沟槽（11），在X形沟槽（12）未嵌筋区域及裂缝空隙填充环氧树脂（4），养护至胶结牢固后，带肋FRP筋（3）与填充环氧树脂（4）形成X形限制裂缝张开，并与嵌固木条（2）形成整体；
所述X形沟槽（12）的加工覆盖在裂缝沟槽（11）之上，位于木梁（1）支座内侧的弯剪区，由两个矩形截面沟槽组成X形状，与裂缝夹角60°，在中性轴附近的X形沟槽（12）内需嵌入带肋FRP筋（3）用于木梁抗剪加固，应尽量在木梁两端均匀对称分布，间距无特殊要求，竖向高度不小于1/3梁高，深度与裂缝沟槽（11）一致，沟槽宽度无特殊要求，非中性轴附近的X形沟槽（12）不用于嵌筋，形状设置为X形即可，无特殊尺寸要求，裂缝较大的部位适当增大沟槽尺寸；
所述I形沟槽（13）的加工与X形沟槽（12）的加工同时进行，位于木梁支座外侧中性轴处，方向与木梁轴线垂直，其竖向高度不小于1/3梁高，深度与裂缝沟槽（11）一致，宽度无特殊要求，内部需嵌入带肋FRP筋（3）；
所述裂缝沟槽（11）是将木梁（1）裂缝修整得到的矩形截面沟槽，其深度与裂缝最深处一致，其宽度与裂缝最宽处相同，其长度与裂缝长度一致，木梁（1）裂缝形状各异，修整沟槽时，将位于同一平面的多个相邻裂缝修整成为一个沟槽。
2.根据权利要求1所述的一种开裂木梁修复与FRP加固装置，其特征在于，所述嵌固木条（2）采用与加固目标木梁（1）同种木材，从木纹相近、颜色相近木料的无缺陷处截取，视裂缝沟槽（11）的具体尺寸，嵌固木条（2）长度、宽度、深度略小于所需嵌入的裂缝沟槽（11）。
3.根据权利要求1所述的一种开裂木梁修复与FRP加固装置，其特征在于，所述带肋FRP筋 （3）为碳纤维（CFRP）、玻璃纤维（GFRP）、芳纶纤维（AFRP）、玄武岩纤维（BFRP）中的一种或其中几种混合而成，为带肋的FRP筋，用于提高开裂木梁抗剪性能，其直径视木梁尺寸且不小于5mm，长度根据X形沟槽（12）确定。
4.根据权利要求1所述的一种开裂木梁修复与FRP加固装置，其特征在于，所述带肋FRP筋（3）嵌入X形沟槽（12），组成X形沟槽（12）的两个沟槽中，若沟槽深度有限，或节约材料，仅在一侧沟槽利用结构胶嵌入带肋FRP筋（3），另一侧填充环氧树脂（4）与带肋FRP筋形成X形状的装置，若沟槽深度足够，两个沟槽均嵌入带肋FRP筋（3）形成X形装置以进一步提升木梁抗剪性能，上述由环氧树脂（4）与带肋FRP筋形成的X形结构装置将裂缝两侧拉结为一体。
5.根据权利要求1所述的一种开裂木梁修复与FRP加固装置，其特征在于，所述带肋FRP筋（3）嵌入I形沟槽（13），并用结构胶粘剂粘结牢固，限制开裂木梁端部的顺纹剪切错动与裂缝进一步扩展。
6.基于权利要求1-5任一项所述的一种开裂木梁修复与FRP加固装置的安装方法，其特征在于，包括以下步骤；
a) 采用阻力仪或测量尺、探针等无损或微损方法对木梁（1）裂缝深度、宽度、走向进行测量确定；
b) 对于裂缝宽度大于5mm非细小裂缝，使用切割片、凿子等工具将木梁裂缝修整为矩形截面的裂缝沟槽（11），用于嵌补木条修复，裂缝沟槽宽度与该裂缝最大宽度一致，裂缝沟槽深度与裂缝深度一致；细小裂缝通过填充环氧树脂（4）修补，利用工具将各裂缝内部表面处理平滑即可，再使用毛刷、吸尘器或气流将木屑杂物清理干净；
c) 在裂缝沟槽（11）上依次开设X形沟槽（12），深度与裂缝沟槽深度一致， X形沟槽（12）覆盖在裂缝沟槽（11）之上，位于木梁支座内侧的弯剪区，由两个矩形截面沟槽组成X形状，与裂缝夹角60°，中性轴附近的X形沟槽（12）尽量在木梁两端均匀对称分布，间距无特殊要求，竖向高度不小于1/3梁高，深度与裂缝沟槽（11）一致，沟槽宽度无特殊要求，非中性轴附近的X形沟槽不用于嵌筋，将形状设置为X形即可，完成后清理沟槽内杂物；
d) 根据裂缝沟槽尺寸加工嵌固木条（2），采用与加固目标木梁（1）同种木材，从木纹相近、颜色相近木料的无缺陷处截取，视裂缝沟槽（11）的具体尺寸，嵌固木条（2）长度、宽度、深度略小于所需嵌入的裂缝沟槽（11），在木梁（1）的沟槽及其他裂缝开口边缘粘贴胶带，防止填充时胶水污染梁身；
e) 在沟槽内注入适量结构胶粘剂，并将嵌固木条（2）嵌入裂缝沟槽（11）用于裂缝修复，将带肋筋体嵌入X形沟槽（12）与I形沟槽（13）用于抗剪增强，将填充用环氧树脂的颜色调配至与木梁一致，在剩余未嵌筋沟槽及细小裂缝内注入填充用环氧树脂（4），环氧树脂（4）填满裂缝后将木梁表面刮平，将木梁（1）静置至粘接牢固后清理木梁（1）表面。
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