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外包型钢加固,受弯构件正截面加固设计(一)加固方法
采用外粘型钢法加固混凝土梁时,应首先将梁截面的四隅打磨成圆角,然后用卡具勒紧,使角钢肢紧贴于混凝土表面,以消除过大间隙引起的变形。若梁的受压区有翼缘或有楼板时,可将梁顶面两隅的角钢改为钢板加固。沿梁轴线每隔一定距离设置箍板,并与角钢焊接,当梁上部有楼板时,U形箍应穿过楼板,与另加的型钢焊接,或注胶锚固,箍板应在注胶黏结前与加固角钢焊接。在加固完成后,还需在型钢表面喷抹高强度水泥砂浆保护层,并在保护层中布置钢丝网防裂。
(二)构造要求
1) 采用外粘型钢加固梁时,应优先选用角钢;角钢的厚度不应小于5 mm,角钢的边长不应小于50 mm。沿梁轴线方向应每隔一定距离用扁俐制作的箍板或缀板与角钢焊接。
当有楼板时,U 形箍板或其附加的螺杆应穿过楼板,与另加的条形钢板焊接或嵌入楼板后予以胶锚。箍板、缀板应在胶黏前与加固角钢焊接,当钢箍板需穿过楼板或胶锚时,可采用半重叠钻孔法,将圆孔扩成矩形扁孔;
待箍板穿插安装、焊接完毕后,再用结构胶注入孔中予以封闭或锚固。箍板或缀板截面不应小于40mmx4 mm,其间距不应大于20r(r为单根角钢截面的小回转半径),且不应大于500mm;在节点区,其间距应适当加密。
(2)外粘型钢的两端应有可靠的连接和锚固。梁角钢应与柱角钢相互焊接,必要时可加焊钢带或钢筋条,使柱两侧的梁相互连接。
(3)外粘型钢的注胶应在型钢构架焊接完成后进行,胶缝厚度宜控制在3-5 mm;局部允许有长度不大于300 mm,厚度不大于8 mm的胶缝,但不得出现在角钢端部600 mm范围内。
混凝土梁***形态不同,加固措施如何做?我们通过对外粘FRP加固混凝土梁受弯性能试验结果的观察发现,加固梁出现多种***模式,但是,无论发生何种***模式,加固梁具有两个重要特征:正截面受弯承载力提高和延性降低。
FRP加固混凝土梁的***模式主要与原构件配筋率、FRP加固量、粘贴底胶质量以及锚固措施有关,在试验中我们观察到的主要***模式有下列几类:
1、受压区混凝土压碎***Ⅰ
这类***的特点是受拉钢筋先屈服,此后拉应力主要由FRP承受,当 FRP拉应变较高或接近极限拉应变时,受压区混凝土随后压碎。这类***发生时,混凝土、钢筋和FRP均得到充分发挥。
尽管加固梁与未加固梁相比,截面***时延性会降低,但梁的弯曲裂缝仍可以给予人们***征兆,此类***模式为加固设计的期望***模式。
2、受压区混凝土压碎***Ⅱ
这类***的特点是受压区混凝土压坏时受拉钢筋没有屈服,***时显脆性。***主要与未加固前梁的配筋率、FRP加固量有关。当受压区混凝土***时,受拉钢筋没有屈服,FRP拉应变较小,其高强性能远远未得到发挥,加固效率和经济效益较低。
3、FRP拉断***
如果FRP端部锚固可靠,当未加固前梁的配筋率较低,FRP材料的加固量不足时,发生FRP拉断***。***的主要特点是受拉钢筋屈服后FRP突然拉断。
在FRP拉断***前,裂缝条数较少,裂缝间距较大,跨中弯曲主裂缝开展较宽,钢筋已达到屈服,荷载继续增加,FRP拉应变增加较快,当FRP拉应变超过自身的极限拉应变时,在跨中附近FRP拉断***。由于FRP是弹性材料,FRP拉断***较为突然,属于脆性***类型。
4、端部剥离***
这类***主要由于FRP端部区域界面的剪应力和正应力存在明显的应力集中,当界面应力超过相对薄弱层的强度时,发生端部剥离***,一般情况下,由于胶层强度高于混凝土强度,剥离往往发生在混凝土表层,***后FRP 表面会黏附一层混凝土颗粒。发生这类***时,加固梁的承载力提高程度较小。
5、中部裂缝引起的剥离
这类***发生在远离FRP端部的弯曲裂缝或弯剪混合裂缝处,并向一侧端部发展。一般情况下,由于胶层强度高于混凝土强度,剥离往往发生在混凝土表层,***后FRP表面会黏附一层混凝土颗粒。
这种***主要由于弯曲主裂缝处的混凝土拉应力释放,导致FRP与混凝土之间的界面应力集中,而当界面应力达到一个临界值时,裂缝处发生剥离,随看裂缝宽度的增加,剥离向一侧近端部扩展。
6、胶层***
当结构胶黏剂质量较差时,端部剥离和中部弯曲剥离将发生在胶层界面,***时加固梁的承载力和延性非常低,这是FRP加固中不允许出现的***。目前规范中设计公式主要针对***模式,即受拉钢筋屈服后,FRP应变基本达到设计值,然后混凝土压碎,尽管这类***的延性与未加固梁相比降低很多,但是,在发生***前弯曲裂缝较宽,可以给出***的征兆。
对于第二类***模式,受压区混凝土压碎前受拉钢筋未屈服,使得FRP的高强特性远远没有发挥,加固效率较低,所以设计时应尽可能合理配置 FRP,避免这类***的发生。
对于第四、第五和第六类***形态,通过构造措施和对结构胶物理力学质量的检测加以防止。
增设圈梁的加固机理有如下几个方面:
(1)加强房屋的整体性。由于圈梁的约束作用,减小了预制板散开及墙体出平面倒塌的***性,使纵、横墙能保持为一个整体的箱形结构,可充分发挥各片墙体的平面内抗剪强度,有效抵御来自任何方向的水平作用;
(2)圈梁作为楼盖的边缘构件,提高了楼盖的水平刚度,同时箍住楼(屋)盖,增强了楼盖的整体性;
(3)圈梁可限制墙体斜裂缝的开展和延伸,使墙体裂缝仅在两道圈梁之间的墙段内发生,使墙体的抗剪强度得以充分发挥,使墙体的稳定性得到提高;
(4)圈梁可减轻震时地基不均匀沉陷对房屋的影响;
(5)圈梁可减轻和防止震时的地表裂隙将房屋撕裂。