一种利用GFRP对剪切缺陷钢梁加固的方法与流程

本发明涉及建筑构件技术领域，具体涉及一种利用gfrp对剪切缺陷钢梁加固的方法。

背景技术：

钢结构在受压、受弯、受剪或在复杂应力下，若板件的宽厚比过大，往往会出现局部失稳的现象，在发生局部失稳后，部分板件屈曲退出工作，使构件的有效截面减小，会加速构件整体失稳而丧失承载能力。传统的加强钢构件以避免局部失稳的方法往往是通过设置加劲肋来实现的，通过设置加劲肋来改变板件区格划分。加劲肋在腹板平面外提供了较大的刚度，对所围的板域形成支撑条件，以改变板件的宽厚比和长宽比，从而改变了局部失稳的条件。

但是加劲肋往往是通过焊接的方式加在腹板上，往往会由于应力集中而导致构件容易产生疲劳破坏。现有技术中，通过用复合材料对混凝土和砌体结构的加固是比较常见的，利用其平面内有较高的单轴抗拉强度来约束混凝土或砌体结构，增强其承载力，但未见利用gfrp对剪切缺陷钢梁加固的报道。

技术实现要素：

本发明针对有剪切缺陷的钢梁，提出了一种利用gfrp对剪切缺陷钢梁加固的方法，使腹板在剪力作用下不再容易屈曲，从而使构件本身的材料能够得到充分的利用，增大承载能力和屈服力。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种利用gfrp对剪切缺陷钢梁加固的方法，该方法为在需要加固的钢梁腹板两侧对称设置gfrp构件，其中，所述gfrp构件包括底板、一对垂直设于底板上的竖肋以及垂直设于底板上的多个橫肋，所述橫肋间隔分布于两块竖肋之间，并与竖肋垂直，所述竖肋与橫肋形成多个长方体空腔结构，所述底板粘结在钢梁腹板上。

进一步地，所述gfrp构件为玻璃纤维增强聚合物，通过一体挤压成型制得，以避免连接交界处成为薄弱点。

进一步地，所述gfrp构件倾斜设置在钢梁腹板上，所述gfrp构件的底板上端靠近钢梁的受力点，而下端远离钢梁受力点，根据力学知识可知，在受力点附近钢梁腹板受压且应力集中，易产生翘曲。进一步地，所述底板的两端分别与钢梁翼缘相接触，接触面中点与钢梁边缘处的距离为钢梁该边边长的零到四分之一之间，当钢梁中间的腹板的长度小于高度时，该距离为0，当钢梁中间腹板的长度大于二倍高度时，该距离为四分之一，因为通过对钢梁腹板的模态分析可以得知，在钢梁受到剪力的情况下这种布置方式可以覆盖绝大部分易于翘曲的钢梁腹板。进一步地，所述竖肋与橫肋形成的长方体空腔结构，长宽比为2：1，从而避免在荷载作用下竖肋和橫肋产生翘曲。

进一步地，所述竖肋与橫肋的高度一致，以便于加工。

进一步地，所述底板、竖肋与橫肋的厚度一致，以便于加工。

进一步地，所述底板的宽度为竖肋高度的两倍，从而使得gfrp能够加固覆盖更大范围内的钢梁腹板。

进一步地，所述竖肋距离底板边缘的距离为底板宽度的四分之一，以保证所述竖肋与橫肋所形成的长方体空腔能够有效的加固底板覆盖范围内的钢梁腹板不产生翘曲。

通过该方法，当钢梁受到的剪力过大，钢梁腹板开始屈曲时，薄弱处的腹板由于外贴gfrp构件，截面特性改变，抗弯刚度增大，在该剪力作用下不再屈曲，从而充分利用钢梁腹板本身的承载能力，增强了钢梁的承载能力和抗剪强度。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

1、选用价格较低的gfrp，相比其他方式而言要经济很多，有助于节省成本；

2、相比传统的焊接钢加劲肋的加固方法，不存在应力集中和疲劳的问题。

3、相比传统的贴碳纤维布的加固方式，本方法操作较为简便并且经济。

附图说明

图1为本发明gfrp构件设置在钢梁腹板的正视图；

图2为本发明gfrp构件的俯视图；

图3为本发明gfrp构件的侧视图；

图4、5为钢梁腹板在两种长宽比条件下的一阶模态；

图中：1-钢梁腹板；2-底板；3-竖肋；4-橫肋。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1所示，一种利用gfrp对剪切缺陷钢梁加固的方法，在需要加固的钢梁腹板1两侧对称设置gfrp构件，其中，gfrp构件包括底板2、一对垂直设于底板2上的竖肋3以及垂直设于底板上的多个橫肋4，橫肋4间隔分布于两块竖肋3之间，并与竖肋3垂直，竖肋3与橫肋4形成多个长方体空腔结构，底板2粘结在钢梁腹板1上。在实施时，可根据具体的受力条件，调整gfrp构件的各项参数，如厚度高度底板宽度等。

本实施例中，所采用的钢梁腹板单格的尺寸为800mm×500mm，gfrp底板2与钢梁腹板1通过粘结材料粘结，粘接材料选用粘性较强和延性较好的粘接剂。gfrp构件在腹板1两侧对称粘结。橫肋4与竖肋3环绕形成的矩形空腔，长宽比为1/2，分别为140mm和70mm，底板2的宽度为竖肋3高度的两倍，分别为140mm和70mm，竖肋3中心距离底板2边缘的距离为竖肋高度的1/2，为35mm，竖肋3与橫肋4的高度一致，均为70mm，底板2、竖肋3、橫肋4的厚度一致，均为6mm。由图1从左到右，gfrp构件的上端边缘中心位于钢梁垂直于剪力方向单格边长的1/4处，下端边缘中心与钢梁单格边长的1/4处。gfrp构件为玻璃纤维增强聚合物，通过一体挤压成型制得，底板2、竖肋3、橫肋4为挤压成型的一个整体，在二者连接处为固结。

在钢梁受到的剪力过大导致腹板1开始屈曲时，薄弱处的腹板1由于外贴的gfrp的作用，使得腹板1处截面特性改变，抗弯刚度增大，在该剪力作用下不再屈曲，避免了腹板的应力集中导致的局部屈曲。充分发挥了钢梁腹板本身的承载能力，增强了钢梁的承载能力和抗剪强度，图4、5为钢梁腹板在两种长宽比条件下的一阶模态。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种利用GFRP对剪切缺陷钢梁加固的方法，该方法为在需要加固的钢梁腹板两侧对称设置GFRP构件，其中，所述GFRP构件包括底板、一对垂直设于底板上的竖肋以及垂直设于底板上的多个橫肋，所述橫肋间隔分布于两块竖肋之间，并与竖肋垂直，所述竖肋与橫肋形成多个长方体空腔结构，所述底板粘结在钢梁腹板上。通过该方法，当钢梁受到的剪力过大，钢梁腹板开始屈曲时，薄弱处的腹板由于外贴GFRP构件，截面特性改变，抗弯刚度增大，在该剪力作用下不再屈曲，从而充分利用钢梁腹板本身的承载能力，增强了钢梁的承载能力和抗剪强度。

技术研发人员：鲁正;马晨智;林嘉丽
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：2018.07.17
技术公布日：2018.12.18