一种钢筋混凝土受弯加固构件及加固方法

1.本发明涉及钢筋混凝土受弯构件技术领域，尤其涉及一种钢筋混凝土受弯构件加固方法。


背景技术：

2.纤维增强复合材料(fiber reinforced plastic，简称frp)是由增强纤维材料，具有强度高、质量轻、抗腐蚀、耐疲劳等优点。这些特点使得frp材料能满足现代建筑施工工业化发展的要求，因此被越来越广泛地应用于各种民用建筑、桥梁、公路、海洋、水工结构以及地下结构等领域中。随着基础设施建设的大力发展，我国建造了大量的钢筋混凝土结构房屋、桥梁，经受荷载和环境的耦合作用，不少结构已经或将步入老化期，处于危旧状态，亟需进行加固修复。目前针对钢筋混凝土受弯构件的加固方法主要有粘钢加固法、外贴纤维片材加固法和增大截面法等。减小对原结构的开孔植筋范围，采用新型纤维增强复合材料加固是一种新的趋势。
3.但现有完全嵌入式加固方法将削弱原有截面，同时减小钢筋保护层净距，可能造成混凝土开裂，承载力、韧性下降；外贴式加固方法存在粘结力不足，易剥离的情况；开孔植筋加固操作繁琐，施工量大；所植入的筋多为钢筋，在加固时存在混凝土保护层浅的情况，无法满足加固混凝土时耐腐蚀的要求，影响混凝土的耐久性。因此需要探索一种钢筋混凝土受弯构件加固方法以克服以上问题。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种钢筋混凝土受弯构件加固方法，用以解决目前现有钢筋混凝土受弯构件加固承载力差、韧性差、易剥离、耐久性差、施工繁琐的问题。
5.为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种钢筋混凝土受弯加固构件，包括钢筋混凝土受弯构件、frp复材、锚固组件和uhpc层；所述钢筋混凝土受弯构件下表面沿其长度方向或宽度方向设置有若干凹槽；所述frp复材半嵌入凹槽内，并通过锚固组件固定；所述uhpc层覆盖在frp复材与锚固组件的下方形成保护层。
6.作为上述方案的进一步改进：
7.所述钢筋混凝土受弯构件的凹槽深度为frp复材高度的0.4～0.6倍，宽度为frp复材单管宽度的1.1～1.4倍。
8.所述frp复材为frp筋或frp格栅。
9.所述uhpc层的uhpc骨料粒径小于2mm，所述uhpc层的厚度为15-20mm。
10.所述锚固组件包括若干个u型扣件；所述u型扣件与钢筋混凝土受弯构件固定连接，u型扣件设有至少3个等间隔分布在frp复材长度方向上的首尾两端及中部，使所述frp复材通过u型扣件紧固。
11.所述u型扣件包括锚固板和铆钉，所述锚固板的两端开有小口，所述铆钉穿过小口
与钢筋混凝土受弯构件固定连接，使所述frp复材位于锚固板的上方且处于锚固板两侧的铆钉之间。
12.所述锚固板的凸起处设置有预留孔，当锚固力不足时增设小尺寸铆钉穿过预留孔与钢筋混凝土受弯构件固定连接。
13.一种钢筋混凝土受弯构件加固方法，用于施工上述的钢筋混凝土受弯加固构件，包括以下步骤：
14.s1、加工凹槽：在钢筋混凝土受弯构件的下表面，沿其长度方向或宽度方向开出凹槽，并清理灰尘。
15.s2、嵌入frp复材：将frp复材半嵌入凹槽内。
16.s3、固定frp复材：将锚固板沿钢筋混凝土受弯构件沿其长度方向均匀设置有若干块，将铆钉穿过锚固板打入混凝土。
17.s4、浇筑uhpc层：浇筑uhpc填充凹槽与frp复材之间的缝隙，直至覆盖在锚固板上形成保护层。
18.与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明提出了一种钢筋混凝土受弯加固构件及加固方法，通过采用半嵌入式frp复材，减小了对原有截面的影响，保留了更多原有结构钢筋保护层净距，延迟混凝土开裂，保证其承载力与韧性；且能更有效的粘结，易于锚固，对外观影响较小；通过设有锚固组件能防止加固结构过早剥离，尽可能地发挥加固材料的性能，提高加固效果；通过设有uhpc层有效保护frp复材与原有结构钢筋，提升加固结构的耐久性，且加固结构层面平整美观；加固结构简单，对钢筋混凝土受弯构件破坏小，施工方便。
附图说明
19.图1是本发明实施例中钢筋混凝土受弯加固构件的结构示意立体图。
20.图2是本发明实施例中钢筋混凝土受弯加固构件的结构示意正视图。
21.图3是本发明实施例中钢筋混凝土受弯加固构件的结构示意俯视图。
22.图4是本发明实施例中钢筋混凝土受弯加固构件的结构示意侧视图。
23.图5是本发明实施例中u型扣件的结构示意立体图。
24.图中各标号表示：1、钢筋混凝土受弯构件；11、凹槽；2、u型扣件；21、锚固板；22、开口；23、铆钉；3、frp复材；4、uhpc层。
具体实施方式
25.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。
26.装置实施例：
27.图1至图5示出了本发明的一种钢筋混凝土受弯加固构件的一种实施例，包括钢筋混凝土受弯构件1、frp复材3、锚固组件和uhpc层4；钢筋混凝土受弯构件1下表面沿其长度方向或宽度方向设置有若干凹槽11；frp复材3半嵌入凹槽11内，并通过锚固组件固定；uhpc层4覆盖在frp复材3与锚固组件的下方形成保护层。
28.该结构中，frp复材3为纤维增强复合材料(fiber reinforced plastic，简称frp)制成的构件，可在工厂加工制作成型，易于保证质量，具有强度高、质量轻、抗腐蚀、耐疲劳
等优点。uhpc层4由超高性能混凝土(ultra-high performance concrete，简称uhpc)浇筑形成，具有强度高、刚度大、耐久性好、界面粘结性强、渗透性低、抗火性能好的特点。frp复材3外形轻薄，对钢筋混凝土受弯构件1的外观影响小；frp复材半嵌入凹槽中，较之于全嵌入式加固方法，半嵌入式加固方法对原有截面的影响更小，保留了更多原有结构钢筋保护层净距，延迟混凝土开裂，保证其承载力与韧性；较之于外贴式加固方法，使用半嵌入方法能更有效的粘结，增强不同材料的协同受力性能，易于锚固，对外观影响较小，且加固筋材与外界隔离，提高耐久性。通过设有锚固组件，能防止加固结构过早剥离，尽可能地发挥加固材料的性能，提高加固效果。通过设有uhpc层4，能保护frp复材与原有结构钢筋使frp复材3与被加固表面结合效果好、不易产生剥离，且可以很好地防止frp复材3的老化，使加固结构整体平整美观。
29.本实施例中，钢筋混凝土受弯构件1的凹槽11深度为frp复材3高度的0.4～0.6倍，宽度为frp复材3单管宽度的1.1～1.4倍。该结构中，钢筋混凝土受弯构件1的凹槽11深度为8mm，frp复材3高度为16mm，宽度为20mm。通过该结构，避免凹槽11开设得过大，对钢筋混凝土受弯构件1造成过多的破坏，也避免凹槽11开设的过小，不利于对frp复材3进行紧固，影响加固结构的耐久性。
30.本实施例中，frp复材3为frp筋或frp格栅。该结构中，frp筋截面较frp格栅面积更大，承载力高；frp格栅更薄，且能提供横向约束力。
31.本实施例中，超高性能混凝土层的超高性能混凝土骨料粒径不大于2mm，以保证浆料能填充加固结构间的空隙；超高性能混凝土层的厚度为15-20mm，以保证能有效保护frp复材与原有结构钢筋。
32.本实施例中，锚固组件包括若干个u型扣件2；u型扣件2与钢筋混凝土受弯构件1固定连接，u型扣件2设有至少3个等间隔分布在frp复材3长度方向上的首尾两端及中部，使frp复材3通过u型扣件2紧固。该结构中，通过在frp复材3的首部、中部、及尾部设置u型扣件2进行紧固，进一步通过uhpc层4形成内锚结构，有效地大幅降低了frp复材3的剥离风险，进一步提升了加固结构的稳定性与耐久性，且结构简单，施工方便，稳定效果好。u型扣件2通过计算设置至少3个等间隔分布在frp复材3的关键部位上，以保证对frp复材3的紧固效果，位于frp复材3端部的u型扣件2距离frp复材3的端部不宜过长，应控制在20mm以内，以降低frp复材3端部的剥离概率，保证紧固效果；u型扣件2具体设置数量通过计算所需锚固力可进行适当的调整，但设置的数量不宜过多，避免对钢筋混凝土受弯构件1造成了不必要的破坏，降低了加固结构的耐久性。
33.本实施例中，u型扣件2包括锚固板21和铆钉23，锚固板21的两端开有小口，铆钉23穿过小口与钢筋混凝土受弯构件1固定连接，使frp复材3位于锚固板21的上方且处于锚固板21两侧的铆钉23之间。通过该结构，形成u型扣件2，结构简单，施工方便，紧固效果好，对钢筋混凝土受弯构件1的破坏小。该结构中，锚固板21的宽度需大于frp复材3整体宽度，锚固板21的每侧留出30mm-50mm便于铆钉23穿过，开口22可设置一个位于短边的中部，以保证受力均衡，提升结构稳定性，减少对钢筋混凝土受弯构件1的破坏。锚固板21可为钢材或复合材料，复合材料的耐久性更好。
34.本实施例中，锚固板21为波浪形板，使锚固板21紧固frp复材3的同时其凸起处能与钢筋混凝土受弯构件1表面相贴合。该结构中，锚固板21可为直板或波浪形板，采用波浪
形板时，应该使波浪形板的凹陷处与frp复材3相贴合，凸起处能与钢筋混凝土受弯构件1表面相贴合，能有效减小锚固板21与钢筋混凝土受弯构件1之间的间隙，以进一步提升加固结构的稳定性与耐久性。
35.本实施例中，所述锚固板21的凸起处设置有预留孔，当锚固力不足时可增设小尺寸铆钉穿过预留孔与钢筋混凝土受弯构件1固定连接。通过该结构，可根据实际情况，当锚固力不足时直接通过增设铆钉对frp复材3进行加固，对钢筋混凝土受弯构件1破坏较小，增强装置的灵活性。
36.方法实施例：
37.本实施例示出了一种钢筋混凝土受弯构件加固方法，采用上述的钢筋混凝土受弯构件1进行加固，包括以下步骤：
38.s1、加工凹槽11：在钢筋混凝土受弯构件1的下表面，沿其长度方向或宽度方向开出凹槽11，并清理灰尘。
39.s2、嵌入frp复材3：将frp复材3半嵌入凹槽11内。
40.s3、固定frp复材3：将锚固板21沿钢筋混凝土受弯构件1沿其长度方向均匀设置有若干块，将铆钉23穿过锚固板21打入混凝土。
41.s4、浇筑uhpc层4：浇筑uhpc填充凹槽11与frp复材3之间的缝隙，直至覆盖在锚固板21上形成保护层。
42.该加固方法对钢筋混凝土受弯构件1外观影响小，加固结构与被加固表面结合效果好、不易产生剥离，加固结构层面平整美观，加固构件具有良好的力学性能、韧性以及耐久性，对混凝土结构的加固效果好，使用寿命长；且加固结构简单，对钢筋混凝土受弯构件破坏小，施工方便。
43.虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

技术特征：
1.一种钢筋混凝土受弯加固构件，其特征在于：包括钢筋混凝土受弯构件(1)、frp复材(3)、锚固组件和uhpc层(4)；所述钢筋混凝土受弯构件(1)下表面沿其长度方向或宽度方向设置有若干凹槽(11)；所述frp复材(3)半嵌入凹槽(11)内，并通过锚固组件固定；所述uhpc层(4)覆盖在frp复材(3)与锚固组件的下方形成保护层。2.根据权利要求1所述的钢筋混凝土受弯加固构件，其特征在于：所述钢筋混凝土受弯构件(1)的凹槽(11)深度为frp复材(3)高度的0.4～0.6倍，宽度为frp复材(3)单管宽度的1.1～1.4倍。3.根据权利要求2所述的钢筋混凝土受弯加固构件，其特征在于：所述frp复材(3)为frp筋或frp格栅。4.根据权利要求1所述的钢筋混凝土受弯加固构件，其特征在于：所述uhpc层(4)的uhpc骨料粒径小于2mm，所述uhpc层(4)的厚度为15-20mm。5.根据权利要求4所述的钢筋混凝土受弯加固构件，其特征在于：所述锚固组件包括若干个u型扣件(2)；所述u型扣件(2)与钢筋混凝土受弯构件(1)固定连接，u型扣件(2)设有至少3个等间隔分布在frp复材(3)长度方向上的首尾两端及中部，使所述frp复材(3)通过u型扣件(2)紧固。6.根据权利要求5所述的钢筋混凝土受弯加固构件，其特征在于：所述u型扣件(2)包括锚固板(21)和铆钉(23)，所述锚固板(21)的两端开有小口，所述铆钉(23)穿过小口与钢筋混凝土受弯构件(1)固定连接，使所述frp复材(3)位于锚固板(21)的上方且处于锚固板(21)两侧的铆钉(23)之间。7.根据权利要求6所述的钢筋混凝土受弯加固构件，其特征在于：所述锚固板(21)为波浪形板，使锚固板(21)紧固frp复材(3)的同时其凸起处能与钢筋混凝土受弯构件(1)表面相贴合。8.根据权利要求7所述的钢筋混凝土受弯加固构件，其特征在于：所述锚固板(21)的凸起处设置有预留孔，当锚固力不足时增设小尺寸铆钉穿过预留孔与钢筋混凝土受弯构件(1)固定连接。9.一种钢筋混凝土受弯构件加固方法，其特征在于：用于施工权利要求1至8任一项所述的钢筋混凝土受弯加固构件，包括以下步骤：s1、加工凹槽(11)：在钢筋混凝土受弯构件(1)的下表面，沿其长度方向或宽度方向开出凹槽(11)，并清理灰尘；s2、嵌入frp复材(3)：将frp复材(3)半嵌入凹槽(11)内；s3、固定frp复材(3)：将锚固板(21)沿钢筋混凝土受弯构件(1)沿其长度方向均匀设置有若干块，将铆钉(23)穿过锚固板(21)打入混凝土；s4、浇筑uhpc层(4)：浇筑uhpc填充凹槽(11)与frp复材(3)之间的缝隙，直至覆盖在锚固板(21)上形成保护层。

技术总结
本发明公开了一种钢筋混凝土受弯加固构件及加固方法，加固后构件包括钢筋混凝土受弯构件、FRP复材、锚固组件和UHPC层；所述钢筋混凝土受弯构件下表面沿其长度方向或宽度方向设置有若干凹槽；所述FRP复材半嵌入凹槽内，并通过特定形状的锚固组件固定；所述UHPC层覆盖在FRP复材与锚固组件的下方形成保护层。方法用于施工上述的钢筋混凝土受弯加固构件。通过采用半嵌入式FRP复材加固，减小了对原有截面的影响，保证其承载力与韧性；通过设有锚固组件能防止加固结构过早剥离；通过设有UHPC层有效保护FRP构件与原有结构钢筋，提升加固结构的耐久性，且加固结构层面平整美观，结构简单，施工方便。施工方便。施工方便。


技术研发人员：汪毅 唐嘉 叶凝
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：2023.04.17
技术公布日：2023/7/25