一种疲劳荷载作用下提高植筋端头截面抗剪承载力的方法

摘要

本发明公开了一种疲劳荷载作用下提高植筋端头截面抗剪承载力的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤一，根据公式计算出植筋锚固深度设计值a；步骤二，检测植筋的植筋端头在b范围内是否存在原构件箍筋；当b范围内存在原构件箍筋时，将植筋的植筋锚固深度减小，使植筋端头位于原构件箍筋位置处；当b范围内不存在原构件箍筋时，植筋端头位置不动，植筋的植筋锚固深度为a，在植筋端头位置处原构件的外围粘贴钢板；原构件箍筋与植筋的轴向垂直；所述b＝3×植筋直径。经过本方法改进后植筋端头截面抗剪能力大幅提高，消除了疲劳荷载作用下植筋端头截面抗剪承载力不足导致构件突然破坏的安全隐患。

说明书

技术领域

本发明建筑工程中的结构加固与维修领域，具体是一种疲劳荷载作用下提高植筋端头截面抗剪承载力的方法。

背景技术

植筋技术在建筑、路桥等工程领域中的各类建筑加固、改造与工程维修中得到广泛应用。对于承受动荷载的工程结构例如吊车梁、桥梁等，极容易在结构薄弱部位产生疲劳损伤而发生失效破坏。研究发现承受疲劳荷载的植筋构件的植筋锚固深度在满足《混凝土结构加固设计规范GB50367-2013》规定时仍有可能因为植筋端头混凝土出现剪切斜裂缝导致脆性破坏，植筋技术应用到此类结构时存在脆性破坏安全隐患。植筋构件破坏形式与植筋锚固深度关系密切，植筋锚固深度小于一定值a，构件发生受剪脆性破坏；达到a后构件在静力破坏时发生延性破坏，但疲劳荷载下植筋端头处混凝土会出现较大的受剪裂缝，导致脆性破坏。但一味增加植筋锚固深度对植筋端头截面抗剪承载力提高作用很小，且施工难度会大幅提高。因此需要一种新的方法来解决植筋锚固深度一定的情况下，疲劳荷载作用导致植筋端头截面出现剪切脆性破坏的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种疲劳荷载作用下提高植筋端头截面抗剪承载力的方法。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种疲劳荷载作用下提高植筋端头截面抗剪承载力的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一，根据公式计算出植筋锚固深度设计值a；

步骤二，检测植筋的植筋端头在b范围内是否存在原构件箍筋；当b范围内存在原构件箍筋时，将植筋的植筋锚固深度减小，使植筋端头位于原构件箍筋位置处；当b范围内不存在原构件箍筋时，植筋端头位置不动，植筋的植筋锚固深度为a，在植筋端头位置处原构件的外围粘贴钢板；原构件箍筋与植筋的轴向垂直；所述b＝3×植筋直径。

步骤一所述公式为：

式中：α_spt为防止混凝土劈裂引用的计算系数，查表可知；为考虑各种因素对植筋受拉承载力影响而需加大锚固深度的修正系数，查表可知；为考虑植筋位移延性要求的修正系数，查表可知；d为植筋直径；f_y为植筋用钢筋的抗拉强度设计值；f_bd为植筋用胶粘剂的粘结强度设计值。

该方法还包括步骤三；所述步骤三是：浇筑混凝土，形成植筋梁或者植筋板。

所述钢板为平面钢板或U形钢板。U形钢板的粘贴方法是：在原构件底部植筋端头处粘贴加固钢板，然后在加固钢板外围沿原构件底部及侧面方向粘贴U形钢板，最后在U形钢板外粘贴钢板压条并通过锚栓锚固；粘贴后的U形钢板垂直于原构件的轴向。粘贴后的平面钢板平行于原构件的轴向。

与现有技术相比，本发明有益效果在于：

(1)经过本方法改进后植筋端头截面抗剪能力大幅提高，消除了疲劳荷载作用下植筋端头截面抗剪承载力不足导致构件突然破坏的安全隐患。

(2)植筋端头设置在原构件箍筋处的原理是抵抗疲劳荷载在植筋端头产生的附加剪应力，减小植筋端头处梁底受剪裂缝的开展，改变构件最终破坏形式，由脆性破坏变为延性破坏。将植筋端头设置在原构件箍筋处改善了结构的受力性能，削弱了裂缝的产生因素，减小了安全隐患。

(3)植筋锚固深度不变，在植筋端头附近外包钢板，利用外加钢板抗剪。外包钢板施工简便，不仅可以防治植筋端头截面受剪破坏，且成本低廉，施工简便。破坏形式由脆性破坏变为延性破坏，延性系数、极限承载力均得到提高，主裂缝不再出现在植筋端头处，且破坏时裂缝分布较均匀。

附图说明

图1是本发明疲劳荷载作用下提高植筋端头截面抗剪承载力的方法实施例1的植筋锚固深度达到a后的示意图；

图2是本发明疲劳荷载作用下提高植筋端头截面抗剪承载力的方法实施例1的植筋锚固深度达到a-b后的示意图；

图3是本发明疲劳荷载作用下提高植筋端头截面抗剪承载力的方法实施例1在植筋端头位置处粘贴钢板的示意图；

图4是本发明疲劳荷载作用下提高植筋端头截面抗剪承载力的方法图3的局部示意图；

图5是本发明疲劳荷载作用下提高植筋端头截面抗剪承载力的方法图3粘贴钢板位置处的断面示意图；

图6是本发明疲劳荷载作用下提高植筋端头截面抗剪承载力的方法实施例2的修复后示意图；(图中：1、原构件；2、原构件箍筋；3、植筋；4、植筋梁；5、植筋端头；6、钢板；7、钢板压条；8、锚栓；9、植筋板；10、加固钢板)

具体实施方式

下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。

本发明提供了一种疲劳荷载作用下提高植筋端头截面抗剪承载力的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一，根据原构件1的承载力、植筋抗拉强度设计值、植筋截面面积和计算修正系数等参数，计算出植筋锚固深度设计值a；

具体计算公式为：

式中：α_spt为防止混凝土劈裂引用的计算系数，查表可知；为考虑各种因素对植筋受拉承载力影响而需加大锚固深度的修正系数，查表可知；为考虑植筋位移延性要求的修正系数，查表可知；d为植筋直径；f_y为植筋用钢筋的抗拉强度设计值；f_bd为植筋用胶粘剂的粘结强度设计值；

步骤二，利用超声波探测或参照原构件图纸检测植筋3的植筋端头5在b范围内是否存在原构件箍筋2；当b范围内存在原构件箍筋2时，将植筋3的植筋锚固深度减小，使植筋端头5位于原构件箍筋2位置处，利用原构件箍筋2抵抗疲劳荷载引起的剪应力；当b范围内不存在原构件箍筋2时，植筋端头5位置不动，植筋3的植筋锚固深度为a，在植筋端头5位置处原构件1的外围粘贴钢板6，利用外加钢板抗剪切；原构件箍筋2与植筋3的轴向垂直；

步骤三，浇筑混凝土，形成植筋梁4或者植筋板9。

所述钢板6为平面钢板或U形钢板；所述b＝3×植筋直径d。

(一)进行了植筋端头设置在原构件箍筋处的梁试验：

经试验验证，改良的植筋梁试件的延性得到明显提高，与未经改良的试件相比静载加荷时延性提高了16.54％，疲劳加荷时延性提高了10.18％。另外，没有改良的试件经200万次疲劳后极限承载力下降了3.49％，改良后的试件承载力仅下降了1.96％。试验表明，经过植筋端头设置在原构件箍筋处这一构造改良措施，试件极限承载力、挠度、延性系数、主裂缝位置等均得到明显改善。

改良前经过200万次疲劳加载后进行静载破坏，主裂缝出现在植筋端头附近，为剪切斜裂缝，具有脆性破坏的特征，破坏时极限荷载为324kN。

改良后试件在200万次疲劳加载后进行静载破坏，主裂缝出现在跨中附近，为受弯竖向裂缝，极限荷载为358kN，呈明显的延性破坏状态，梁的挠度变形较改良前好，裂缝分布更均匀。

(二)通过试验及数值模拟的方式对7组不同植筋锚固深度下植筋梁构造改良前后的力学性能进行研究，得出结论：

对植筋混凝土梁进行改良可以有效提高植筋混凝土梁的极限承载力和极限变形能力，在植筋搭接长度为22d时(改良前需达到25d)，改良后的植筋混凝土梁的整体受力性能已经趋于稳定。

改良后可以使构件的极限承载力提高10％左右，植筋最大应变提高20％，从而可以减小植筋锚固深度2～3d。实际施工中可以适当减小植筋锚固深度使植筋端头位于原有构件箍筋处，即能保证原设计的承载力，又可减少植筋端头附加剪应力的产生。

实施例1

将该方法应用于原构件为梁时(参见图1)，具体施工步骤如下：

步骤一，根据公式计算出植筋锚固深度设计值a；

步骤二，利用超声波探测或参照原构件图纸检测植筋3的植筋端头5在b范围内是否存在原构件箍筋2；当b范围内存在原构件箍筋2时，将植筋3的植筋锚固深度减小，使植筋端头5位于原构件箍筋2位置处(参见图2)；当b范围内不存在原构件箍筋2时，植筋端头5位置不动，植筋3的植筋锚固深度为a，在植筋端头5位置处原构件1的外围粘贴U形钢板(参见图3)；原构件箍筋2与植筋3的轴向垂直；

步骤三，完成后浇筑混凝土，形成植筋梁4；

所述U形钢板的粘贴方法是(参见图4-5)：在原构件1底部植筋端头5处粘贴加固钢板10，然后在加固钢板10外围沿原构件1底部及侧面方向粘贴U形钢板，最后在U形钢板外粘贴钢板压条7并通过锚栓8锚固，以确保U形钢板与原构件1的整体性；所述U形钢板垂直于原构件1的轴向；U形钢板在植筋端头5位置处粘贴后，可以在原构件1的外围再等距离粘贴数个U形钢板；

所述a＝625mm，b＝75mm，d＝25mm；

实施例2

将该方法应用于原构件为板结构时(参见图6)，具体施工步骤如下：

步骤一，根据公式计算出植筋锚固深度设计值a；

步骤二，植入植筋3，原构件箍筋2与植筋3的轴向垂直，并使得植筋锚固深度达到植筋锚固深度设计值a，在原构件1表面植筋端头5处粘贴平面钢板；平面钢板平行于原构件1的轴向；

步骤三，将植筋3浇筑成植筋板9；

本发明未述及之处适用于现有技术。