基于表层嵌贴预应力FRP板条的混凝土结构加固方法

摘要

一种基于表层嵌贴预应力FRP板条的混凝土结构加固方法，其步骤为：①开槽；在待加固的混凝土结构上开设一条以上的预制槽；②安装FRP板条的张拉机具和FRP板条夹具；③通过张拉机具和FRP板条夹具张拉内置FRP板条，使内置FRP板条发生拉伸；将内置FRP板条放置于预制槽内，填充粘接剂，保持夹锚状态一段时间后固化；④放张：当粘结树脂固化完毕达到强度后，拆FRP板条夹具。本发明具有成本低廉、施工简便、使用寿命长、可靠性好等优点。

说明书

技术领域

本发明主要涉及到混凝土结构的加固技术领域，特指一种采用表层嵌贴预应力FRP板条来加固混凝土结构的方法。

背景技术

由于环境侵蚀、荷载增加、维修养护不当等原因，已修建的混凝土结构，如桥梁、建筑结构等受到损伤或损伤进一步加剧的现象日益突出，造成了严重的结构安全隐患，威胁着人们的生命财产安全。因此研究开发新型实用、性能优越且成本较低的结构加固技术并应用于大量的即有混凝土结构加固，以提高在役结构的承载能力和安全性能，对基础设施建设发展具有重要的现实意义。

纤维增强复合材料（FRP, Fiber Reinforced Polymer）作为一种新型工程材料，由于具有高强的力学性能和优良的耐久性能，已得到土木和交通行业的广泛认可。外贴FRP片材加固混凝土结构技术是现在国内外普遍采用的一种加固方法，因其工艺简单、施工方便，受到了工程界的青睐。但随着研究与应用深入，外贴FRP加固混凝土结构的缺陷逐渐暴露。一方面，FRP的弹性模量与材料强度不协调的特性使得外贴工艺难以发挥这种材料的高强性能；另一方面，外贴FRP加固结构往往出现FRP-混凝土剥离的破坏形态，这种呈现脆性特征的破坏致使结构在充分发挥FRP材料性能前即丧失承载能力。

体外粘贴预应力FRP技术是针对外贴式FRP加固法中材料模量与强度不协调，难以发挥材料强度的缺陷而提出的，这个技术通过对FRP板条预先施加预应力，使板条预先发挥一定强度，从而提高了材料的强度利用率，但是该项技术未能彻底解决FRP-混凝土之间的剥离问题；同时，由于体外粘贴方式下粘结树脂提供的粘结能力有限，无法实现对预应力FRP的锚固，必须另外设置永久式的FRP锚具，增加了应用FRP加固工程结构的造价。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种成本低廉、施工简便、使用寿命长、可靠性好的基于表层嵌贴预应力FRP板条的混凝土结构加固方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于表层嵌贴预应力FRP板条的混凝土结构加固方法，其步骤为：

 开槽；在待加固的混凝土结构上开设一条以上的预制槽；

 安装FRP板条的张拉机具和FRP板条夹具； 

 通过张拉机具和FRP板条夹具张拉内置FRP板条，使内置FRP板条发生拉伸；将内置FRP板条放置于预制槽内，填充粘接剂，保持夹锚状态一段时间以使粘接剂固化；

 放张：当粘接剂固化完毕达到强度后，拆FRP板条夹具。

作为本发明的进一步改进：

所述步骤中，所述FRP板条夹具包括固定端FRP板条夹具和张拉端FRP板条夹具，所述固定端FRP板条夹具固定于待加固的混凝土结构上预制槽的一端，所述张拉端FRP板条夹具和张拉机具固定于待加固的混凝土结构上预制槽的另一端。

所述步骤中，在开设预制槽后，使用压缩空气清除预制槽内残余的混凝土粉尘，再用无水乙醇清洗。

所述步骤中，填充程度以粘接剂充满预制槽内三分之二的体积为宜。

所述步骤中，在张拉过程中，张拉目标应力应大于内置FRP板条极限拉伸强度的50%，且应小于内置FRP板条极限拉伸强度的80%。

所述步骤放张结束后，向预制槽两端用于安装FRP板条夹具的预凿位置填入环氧砂浆，修补至与原待加固的混凝土结构的表面齐平。

所述步骤 中，先向预制槽中填充粘接剂，然后张拉、放置内置FRP板条，接着往预制槽内继续填入粘接剂，直至粘接剂填满预制槽内空腔并完全覆盖内置FRP板条；或者，先张拉、放置内置FRP板条，然后再向预制槽中填充粘接剂，直至粘接剂填满预制槽内空腔并完全覆盖内置FRP板条。

所述张拉机具可于所述步骤中张拉完成并通过FRP板条夹具锚固FRP板条后拆除，也可于所述步骤中拆除FRP板条夹具时一并拆除。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明对采用嵌入方式粘贴加固的FRP板条预先施加应力，通过预应力技术克服FRP材料强度与弹性模量不协调的痼疾，充分发挥了FRP材料的高强性能。本发明通过开设预制槽并利用嵌贴技术增强了FRP板条与混凝土之间的粘结能力，避免了两者的剥离破坏；同时直接利用FRP板条与混凝土之间的粘结能力实现对FRP板条的锚固，不需设置永久性锚具，显著节约了结构的加固成本。

附图说明

图1是本发明加固方法的流程示意图；

图2是采用本发明方法在具体应用实例中的主视结构示意图；

图3是采用本发明方法在具体应用实例中的俯视结构示意图；

图4是采用本发明方法在具体应用实例中的侧视结构示意图；

图5是图2中A-A处的剖视结构示意图。

图例说明：

1、待加固梁；2、预制槽；3、固定端FRP板条夹具；4、张拉端FRP板条夹具；5、张拉机具；6、内置FRP板条；7、千斤顶；8、荷载传感器；9、应变传感器。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1～图5所示，本发明的基于表层嵌贴预应力FRP板条的混凝土结构加固方法，其步骤为：

（1）、开槽；

以待加固的混凝土结构为待加固梁1为例。采用开槽机在待加固梁1上的预定位置处开设一条以上的预制槽2，预制槽2的深度、宽度、长度、间距及数量按有关技术要求以及结构加固方案确定；并在预制槽2两端预先凿出FRP板条夹具的安装位置。预制槽2开设完成后，使用压缩空气清除预制槽2内残余的混凝土粉尘，再用无水乙醇清洗，以保证预制槽2的内壁无粉尘、油污，可与粘接剂形成良好粘结。

（2）、安装FRP板条夹具和FRP板条的张拉机具；   

本实施例中，FRP板条夹具为用于保持FRP的拉力并将其传递到混凝土内部的锚固工具，其包括固定端FRP板条夹具3和张拉端FRP板条夹具4。FRP板条的张拉机具5为用于施加预应力值所用的设备，通过设备工作张拉产生预应力相关的数值。通过化学螺栓将固定端FRP板条夹具3固定于待加固梁1上预制槽2的一端，并通过化学螺栓将张拉端FRP板条夹具4和张拉机具5固定于待加固梁1上预制槽2的另一端，从而确保FRP板条夹具及张拉机具5的安装位置可使内置FRP板条6被夹锚后位于预制槽2内。 

（3）、填充粘接剂（例如：粘结树脂或其它类型结构胶）； 

检查预制槽2，保证预制槽2内无粉尘、油污、水分后，向预制槽2内填入预先配制好的粘接剂（粘结树脂或其它类型结构胶）。在较佳的实施例中，填充程度以粘接剂充满预制槽2内三分之二的体积为宜。

（4）、张拉内置FRP板条；  

将内置FRP板条6放置于预制槽2内并安装至固定端FRP板条夹具3、张拉端FRP板条夹具4以及张拉机具5上完成锚固；在这过程中，内置FRP板条6一般在预制槽2内位居中设置，即不贴附于预制槽2的内壁上，仅通过粘接剂与预制槽2的内壁相连接，且内置FRP板条6的高度一般不大于预制槽2的深度。安装好千斤顶7、荷载传感器8以及应变传感器9。通过千斤顶7顶推张拉机具5，使其带动锚固在夹具内的内置FRP板条6发生拉伸。在张拉过程中根据“双控”原则观察荷载和应变的变化情况，张拉目标应力不宜小于内置FRP板条6极限拉伸强度的50%，也不应大于内置FRP板条6极限拉伸强度的80%。达到目标初始应力后，通过张拉端FRP板条夹具4锚固内置FRP板条6，卸载千斤顶7，解除张拉机具5上锚具，观察确认固定端FRP板条夹具3、张拉端FRP板条夹具4、内置FRP板条6应力保持稳定且未发生滑移、撕裂、断裂等异常情况后，撤除张拉机具5、千斤顶7及各传感器。在上述过程中，应变传感器9可以采用电阻应变片，它是能将机械构件上应变的变化转换为电阻变化的元件，配合应变仪，用来测量物体在应力作用下所发生的变化。荷载传感器8可以采用能感受外力并转换成可用输出信号的力传感器。  

（5）、固化；  

向预制槽2内继续填入预先配制好的粘接剂，直至粘接剂填满预制槽2内空腔并完全覆盖内置FRP板条6，当然也可以进一步采取人工加压等措施以保证上述粘接剂灌满作业。保持固定端FRP板条夹具3和张拉端FRP板条夹具4的夹锚状态持续一段时间，以使粘接剂完全固化。例如，可以视环境温度及粘接剂性能，使其保持夹锚状态3～7天。

（6）、放张；  

当粘接剂固化完毕达到强度后，使张拉端FRP板条夹具4发生小距离滑动，释放内置FRP板条6的预应力。放张过程中密切观察混凝土-粘接剂界面是否出现开裂现象。放张完成后拆除固定端FRP板条夹具3、张拉端FRP板条夹具4。向预制槽2两端用于安装FRP板条夹具的预凿位置填入环氧砂浆，修补至与原结构表面齐平。

可以理解，在上述实施例的步骤中，做一些施工次序上的调整也应属于本发明的保护范围。例如，所述步骤中，先向预制槽2中填充粘结剂，然后张拉、放置内置FRP板条6，接着往预制槽2内继续填入粘接剂，直至粘接剂填满预制槽2内空腔并完全覆盖内置FRP板条6；或者，先张拉、放置内置FRP板条6，然后再向预制槽2中填充粘结剂，直至粘接剂填满预制槽2内空腔并完全覆盖内置FRP板条6。又例如，先张拉内置FRP板条6后，再将内置FRP板条6放置于预制槽2内；或者，先将内置FRP板条6放置于预制槽2内，再张拉。这些变化形式都应属于本发明的保护范围。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。