CN115199076A - 基于Fe-SMA自预应力的砌体结构整体加固方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于Fe‑SMA自预应力的砌体结构整体加固方法,包括步骤为:确定砌体结构的待加固区域;剔除待加固区域原有灰缝至指定深度;清理灰缝并在不同位置的灰缝中填入高性能砂浆;在填有高性能砂浆的剔缝中嵌入预拉伸Fe‑SMA材料并预留通电位置;高性能砂浆养护完成后,采用通电激励设备通过预留的通电位置连接预拉伸Fe‑SMA材料进行通电加热操作,使Fe‑SMA材料产生回复应力以完成对砌体结构的整体加固。本发明能够显著降低对结构的扰动;被加固构件无需设置支撑体系,简化施工工序,减小人力、物力投入;在基本不扰动原有结构的情况下,实现砌体结构的整体性预应力嵌缝加固,使得结构具有更好的一体协同工作性能,实现较佳的低干预加固效果。
Description
技术领域
本发明涉及砌体结构加固技术领域,特别是一种基于Fe-SMA自预应力的砌体结构整体加固方法。
背景技术
在我国几千年的发展过程中,砌体结构作为一种造价经济、简单实用的建筑形式,得到了广泛的应用,成为我国建筑结构中最主要的形式之一。但由于砌体结构力学性能较差、构造防护措施缺失、不少房屋使用功能改变且年久失修等因素,许多砌体结构亟需修缮和加固。
然而,现存的许多加固方法对原砌体结构进行了过多的干预,造成用户使用面积减少、外立面建筑风貌受损等情况,难以满足砌体结构特别是历史文物建筑加固的最小干预原则和各项美观实用要求。近年来,嵌缝加固法作为一种日益兴起的低干预加固方法,得到了广泛的应用。该方法通过一定的方式替换掉原砌体结构的部分低强度砂浆,采用高性能砂浆进行置换,从而达到提高砌体结构抗震性能等目的。这种方法尤其适用于砂浆性能较弱的砌体结构,能够在不降低房屋使用面积和不影响建筑物外观的前提下,对砌体结构起到一定的加固效果。
现行的嵌缝加固法中,通常都是采用剔缝后直接嵌入高性能砂浆或者剔缝后嵌入加固筋材和高性能砂浆两种方法。而这两种方法对旧砂浆的约束能力有限,特别是在建筑使用状态时,不能很好地与建筑物协同工作,无法在灰缝的拉压弯剪的复杂应力状态下很好地发挥嵌缝新材料的性能,加固效果有限。同时,现行的嵌缝加固法仅适用于建筑物的一个部件,如仅用于一堵墙的加固,对于房屋整体性能的提升意义不大。
因此现有技术需要一种能够很好地利用嵌缝材料性能,更好地与建筑物协同工作,并能从建筑物的整体出发,***地完成建筑物加固修缮工作的加固方法。该方法应在提升嵌缝加固法效果的同时,能够广泛应用于如历史文物保护建筑在内的一系列需要加固的砌体结构。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足,提供一种基于Fe-SMA自预应力的砌体结构整体加固方法。该基于Fe-SMA自预应力的砌体结构整体加固方法,通过确定结构待加固区域,采用对应工具剔除待加固区域原有灰缝至指定深度,清理灰缝并在不同位置的灰缝中采用不同的加固方式并填入高性能砂浆,在填入高性能砂浆的灰缝中嵌入预拉伸Fe-SMA材料并预留通电位置,砂浆养护完成后采用通电激励设备通过预留的通电位置连接预拉伸Fe-SMA材料进行通电加热操作,使Fe-SMA材料产生回复应力,实现基于Fe-SMA通电激励自预应力技术的砌体结构整体加固。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:
一种基于Fe-SMA自预应力的砌体结构整体加固方法,包括如下步骤。
步骤1、确定待加固区域:根据待加固砌体结构的结构特性和受损待加固位置,确定待加固区域。
步骤2、剔除灰缝,具体包括如下步骤。
步骤2A、选择剔缝频次:针对步骤1确定的每个待加固区域,均按照从上至下或从下至上的顺序以及设定间隔频次选择原始灰缝作为待剔除灰缝。
步骤2B、剔除灰缝:对步骤2A选择的每个待剔除灰缝均进行剔缝。
步骤3、填充灰缝:在每个剔缝中均填入高性能砂浆。
步骤4、嵌设Fe-SMA材料:在填有高性能砂浆的剔缝中嵌设预拉伸的Fe-SMA材料,并预留通电位置。
步骤5、加固砌体结构:待高性能砂浆养护至指定强度后,采用通电激励设备通过预留的通电位置连接预拉伸Fe-SMA材料进行通电激励,使Fe-SMA材料产生回复应力以完成对砌体结构的整体加固。
步骤1中,待加固区域的具体确定方法为:
A、当待加固砌体结构具有圈梁时,仅需将待加固的整面墙体作为待加固区域。
B、当待加固砌体结构无圈梁时,则需将靠近每层楼板的顶部环形墙体区域和待加固的整面墙体作为待加固区域;其中,位于每层楼板的顶部环形墙体区域所对应的剔缝称为环形剔缝。
步骤3中,高性能砂浆填入前,当待加固砌体结构无圈梁时,位于每层楼板的顶部环形墙体区域的每个转角处均安装有L型钢片,L型钢片具有与环形剔缝相对应的嵌设部,嵌设部能嵌设在对应的环形剔缝内。
步骤4中,当待加固砌体结构无圈梁时,Fe-SMA材料在环形剔缝内呈闭环的环形嵌设。
步骤1中,当待加固砌体结构无圈梁时,顶部环形墙体区域的高度为4-8匹砖;环形剔缝具有至少两条。
步骤2A中,待剔除灰缝选择时的设定间隔频次为每1-4条原始灰缝剔缝一次;步骤2B中,剔缝深度为墙体厚度的10%-30%,剔缝高度与原始灰缝高度一致。
L 型钢片的嵌设部,其高度与深度应与环形剔缝的高度和深度均相对应,偏差控制在对应高度或对应深度的10%以内,长度一般不少于1块砌块的长度;嵌设部通过模具制作或力学挤压形成。
步骤4中,Fe-SMA材料在高性能砂浆中的嵌入深度不少于对应剔缝深度的10%。
步骤5中,通电激励设备是指输出电压低于36V,输出电流大于100A的低压高电流大功率电气装置,能够对Fe-SMA材料进行通电加热。
步骤5中,通电激励时,通电加热温度为200℃。
本发明具有如下有益效果:
1、本发明能最大程度降低对砌体结构的扰动。
2、本发明中待加固构件无需设置支撑体系,简化施工工序,减小人力、物力投入。
3、 实现较佳的低干预加固效果,提高砌体结构承压能力、整体性能及抗平面外倒塌能力。
附图说明
图1为本发明一种基于Fe-SMA自预应力的砌体结构整体加固方法的流程图。
图2为本发明在顶部环形墙体区域安装的一个L型钢片的结构示意图。
图3为实施例中未加固结构墙体剔缝后的剖视图。
图4为实施例中某墙体嵌缝完成后的剖面图。
图5为实施例中房屋加固完成的示意图。
其中的附图标记为:
1-砌块、2-原有砂浆、3-L型钢片、4-高性能砂浆、5- Fe-SMA材料、6-楼板。
具体实施方式
下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明的描述中,需要理解的是,术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度,因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案,并不限制本发明的保护范围。
如图1所示,一种基于Fe-SMA自预应力的砌体结构整体加固方法,包括如下步骤。
步骤1、确定待加固区域:根据待加固砌体结构的结构特性和受损待加固位置,确定砌体结构的待加固区域。
步骤1中,待加固区域的具体确定方法为。
A、当待加固砌体结构具有圈梁时,仅需将待加固的整面墙体作为待加固区域。
B、当待加固砌体结构无圈梁时,则需将靠近每层楼板的顶部环形墙体区域和待加固的整面墙体作为待加固区域;其中,位于每层楼板的顶部环形墙体区域所对应的剔缝称为环形剔缝。顶部环形墙体区域的高度优选为4-8匹砖;环形剔缝具有至少两条。如选取横截面为矩形的房屋每一层的4面墙体顶部6块砖的区域,以形成闭环。
步骤2、剔除灰缝,具体包括如下步骤:
步骤2A、选择剔缝频次:针对步骤1确定的每个待加固区域,均按照从上至下或从下至上的顺序以及设定间隔频次选择原始灰缝作为待剔除灰缝。
待剔除灰缝选择时的设定间隔频次优选为每1-4条原始灰缝剔缝一次。
步骤2B、剔除灰缝:采用鼓风机对灰缝进行清理,并对步骤2A选择的每个待剔除灰缝均进行剔缝;剔缝深度优选为墙体厚度的10%-30%,剔缝高度优选与原始灰缝高度一致,剔缝时的优选剔缝工具是指能够剔除原有灰缝至指定深度的工具,包括但不仅限于电钻、圆锯、高压水射流剔缝机等剔缝工具。
在本实施例中,选定未设置圈梁的结构楼板下部4面墙体顶部和其中2面墙为剔缝区域。每隔2匹砌块选定一条原有灰缝。
采用电钻对原有砂浆2进行由上到下的剔缝操作,剔缝深度为所需加固砌体厚度的20%,长度略小于墙体长度,幅度控制在20mm,高度应与灰缝保持一致,过程中尽量不损伤原有砌块1,如图3所示。选取楼板下第一块砖为起点,进行剔缝。其中,最先剔除的两条灰缝,即离楼板最近的2条被剔灰缝,应剔除4面墙体,形成环向灰缝。剩余的则仅将所选的墙体的灰缝进行剔除。
对于未设置圈梁的砌体结构每层楼板附近位置,在环向剔缝后,采用环向加固。具体为首先在未设置圈梁的砌体结构楼板下被剔除的环向区域的转角处,通常为被剔环向灰缝中间所夹区域及被剔环向灰缝上下1皮砖所包括区域这两个区域的墙体的转角,即环向被剔缝区域的墙体转角位置,安装可嵌入被剔灰缝的L型钢片,从而避免预应力施加时转角处端部砌块受力不均,影响加固效果。
也即当待加固砌体结构无圈梁时,位于每层楼板的顶部环形墙体区域的四个转角处均安装有L型钢片,L型钢片与顶部环形墙体区域的安装示意图,如图2和图5所示。
L型钢片具有与环形剔缝相对应的嵌设部,嵌设部能嵌设在对应的环形剔缝内。
本实施例中,L型钢片是指采用普通钢材制作,上下高度约为200mm,左右单侧肢宽度约为250mm,厚度为2-20mm的钢片。该钢片可以通过模具或者力学挤压形成至少1条可嵌入被剔灰缝的凹槽,凹槽在转折处需设置倒角,并可沿钢片中心线弯折90°。挤压的凹槽型嵌设部高度、深度应略小于被剔除灰缝的对应尺寸,幅度一般控制在2mm以内,嵌设部总长度与钢片总长度保持一致。钢片通过嵌设部卡入被剔除灰缝中,未挤压的左右平整表面与结构转角两侧的墙体进行贴合,从而实现安装,使得在施加预应力时墙体转角处的砌块能够与砂浆较好地协同受力。
步骤3、填充灰缝:在每个剔缝中均填入高性能砂浆。本实施例中的高性能砂浆是指能够应用于砌体结构施工并在至少200℃的高温下力学性能基本不受影响的砂浆。
步骤4、嵌设Fe-SMA材料:在填有高性能砂浆的剔缝中嵌设预拉伸的Fe-SMA材料,并预留通电位置。预留通电位置是指预留能够连接Fe-SMA材料,使得Fe-SMA材料在连接通电激励装置后能够与通电激励装置形成闭合回路的措施,其包括但不仅限于在Fe-SMA材料端部连接长度超过剔缝深度的通电导线并将该导线引出砂浆外、在Fe-SMA材料端部预留一定宽度的位置不嵌入砂浆以便后期能够连接通电设备等措施。
Fe-SMA材料是指采用铁基形状记忆合金制作的各种形状的可弯曲或者可进行弯曲操作的工业用品,包括但不仅限于Fe-SMA筋条、Fe-SMA条带、Fe-SMA丝绳等,其直径或高度应小于被剔灰缝的厚度和角钢凹槽的高度。
嵌入Fe-SMA材料的原则是:对于未设置圈梁的砌体结构每层楼板附近位置,通常为楼板附近被剔的至少两条环向灰缝,在填入高性能砂浆的灰缝中嵌入预拉伸的Fe-SMA材料,使得Fe-SMA材料埋入砂浆至少为对应剔缝深度的10%。嵌入该区域的Fe-SMA材料应形成闭环,在结构转角处剔缝区域的灰缝中压住钢片,以便施加预应力时能够形成环箍力,产生类似于圈梁的作用,对结构形成整体加固。该区域Fe-SMA材料形成闭环的措施可以为在同一个钢片位置对嵌入两面墙体的Fe-SMA材料端部进行螺栓连接或焊接等并嵌入高性能砂浆中;或者采用可弯曲的Fe-SMA材料箍住整个结构,并在嵌入砂浆形成闭环后对其两个端部采用螺杆连接或焊接等,随后将连接部位埋入高性能砂浆中。对于砌体结构其它位置,通常为各种墙体,则在灰缝中嵌入长度略小于被剔灰缝长度的Fe-SMA材料。
也即当待加固砌体结构无圈梁时,Fe-SMA材料在环形剔缝内呈闭环的环形嵌设。
进一步,Fe-SMA材料在高性能砂浆中的嵌入深度不少于对应剔缝深度的10%。
步骤5、加固砌体结构:待高性能砂浆养护至指定强度后,如养护28天之后,采用通电激励设备通过预留的通电位置连接预拉伸Fe-SMA材料进行通电激励,使Fe-SMA材料产生回复应力以完成对砌体结构的整体加固。
上述通电激励设备是指输出电压低于36V,输出电流大于100A的低压高电流大功率电气装置,能够对Fe-SMA材料进行通电加热。通电激励时,通电加热温度优选为200℃。
以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种等同变换,这些等同变换均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于Fe-SMA自预应力的砌体结构整体加固方法,其特征在于:包括如下步骤:
步骤1、确定待加固区域:根据待加固砌体结构的结构特性和受损待加固位置,确定待加固区域;
步骤2、剔除灰缝,具体包括如下步骤:
步骤2A、选择剔缝频次:针对步骤1确定的每个待加固区域,均按照从上至下或从下至上的顺序以及设定间隔频次选择原始灰缝作为待剔除灰缝;
步骤2B、剔除灰缝:对步骤2A选择的每个待剔除灰缝均进行剔缝;
步骤3、填充灰缝:在每个剔缝中均填入高性能砂浆;
步骤4、嵌设Fe-SMA材料:在填有高性能砂浆的剔缝中嵌设预拉伸的Fe-SMA材料,并预留通电位置;
步骤5、加固砌体结构:待高性能砂浆养护至指定强度后,采用通电激励设备通过预留的通电位置连接预拉伸Fe-SMA材料进行通电激励,使Fe-SMA材料产生回复应力以完成对砌体结构的整体加固。
2.根据权利要求1所述的基于Fe-SMA自预应力的砌体结构整体加固方法,其特征在于:步骤1中,待加固区域的具体确定方法为:
A、当待加固砌体结构具有圈梁时,仅需将待加固的整面墙体作为待加固区域;
B、当待加固砌体结构无圈梁时,则需将靠近每层楼板的顶部环形墙体区域和待加固的整面墙体作为待加固区域;其中,位于每层楼板的顶部环形墙体区域所对应的剔缝称为环形剔缝。
3.根据权利要求2所述的基于Fe-SMA自预应力的砌体结构整体加固方法,其特征在于:步骤3中,高性能砂浆填入前,当待加固砌体结构无圈梁时,位于每层楼板的顶部环形墙体区域的每个转角处均安装有L型钢片,L型钢片具有与环形剔缝相对应的嵌设部,嵌设部能嵌设在对应的环形剔缝内。
4.根据权利要求2所述的基于Fe-SMA自预应力的砌体结构整体加固方法,其特征在于:步骤4中,当待加固砌体结构无圈梁时,Fe-SMA材料在环形剔缝内呈闭环的环形嵌设。
5.根据权利要求2所述的基于Fe-SMA自预应力的砌体结构整体加固方法,其特征在于:步骤1中,当待加固砌体结构无圈梁时,顶部环形墙体区域的高度为4-8匹砖;环形剔缝具有至少两条。
6.根据权利要求1所述的基于Fe-SMA自预应力的砌体结构整体加固方法,其特征在于:步骤2A中,待剔除灰缝选择时的设定间隔频次为每1-4条原始灰缝剔缝一次;步骤2B中,剔缝深度为墙体厚度的10%-30%,剔缝高度与原始灰缝高度一致。
7.根据权利要求3所述的基于Fe-SMA自预应力的砌体结构整体加固方法,其特征在于:L
型钢片的嵌设部,其高度与深度应与环形剔缝的高度和深度均相对应,偏差控制在对应高度或对应深度的10%以内,长度一般不少于1块砌块的长度;嵌设部通过模具制作或力学挤压形成。
8.根据权利要求1所述的基于Fe-SMA自预应力的砌体结构整体加固方法,其特征在于:步骤4中,Fe-SMA材料在高性能砂浆中的嵌入深度不少于对应剔缝深度的10%。
9.根据权利要求1所述的基于Fe-SMA自预应力的砌体结构整体加固方法,其特征在于:步骤5中,通电激励设备是指输出电压低于36V,输出电流大于100A的低压高电流大功率电气装置,能够对Fe-SMA材料进行通电加热。
10.根据权利要求1所述的基于Fe-SMA自预应力的砌体结构整体加固方法,其特征在于:步骤5中,通电激励时,通电加热温度为200℃。
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