钢筋混凝土矩形柱的加固装置及其加固方法与流程

本发明涉及钢筋混凝土矩形柱加固技术领域，特别是属于一种钢筋混凝土矩形柱的加固装置及其加固方法。

背景技术：

钢筋混凝土结构是目前工程实践中应用最为广泛的结构形式。混凝土柱作为混凝土结构中的主要受力构件，其安全性往往决定了整个结构的安全性能。钢筋混凝土柱随着使用时间的增长，将会不断地出现劣化，主要表现为混凝土的碳化深度增加、内部钢筋锈胀、混凝土开裂、强度与延性降低等。由于施工质量差、设计规范等级提高、暴露于恶劣环境、结构超载、自然灾害(地震、飓风等)等原因，在中、大地震中很容易遭到破坏，一旦钢筋混凝土柱出现上述缺陷，将会直接导致钢筋混凝土柱的承载力、延性发生明显的下降,使得该柱存在安全隐患，可能造成生命和财产安全。因此，有许多钢筋混凝土柱需要进行加固补强。

钢板、加大混凝土截面等传统的钢筋混凝土(rc)柱加固方法，在工程使用中存在一定问题，如；钢材易腐蚀，加大截面法施工复杂，并会影响建筑物的使用等。粘贴纤维增强复合(frp)材料的加固技术具有轻质高强、施工速度快、维护费用低、耐腐蚀、耐疲劳、可监测性、不明显增加混凝土柱截面等优点，近年来在混凝土结构加固中得到广泛应用。frp材料对圆形截面柱核心区混凝土约束比较均匀，加固效果很好，可以直接使用；对于矩形柱，由于在截面角部区域，frp材料会产生很强的毅力集中现象，影响材料性能的发挥，通常要对柱进行“倒角”处理或改变截面形状。但由于柱内原有纵向钢筋及箍筋的影响，柱截面的倒角半径往往较小；而改变截面形状，将会影响建筑物的美观或使用功能。因此，如何在不明显改变截面形状的前提下，对混凝土矩形柱进行加固以提高其延性能力，仍是工程实践中需要解决的问题。

针对现有技术中公告号为cn100432356c的“钢筋混凝土矩形柱加固方法”的专利，该现有技术通过采用纤维布加固的方式，存在加固成本高的问题；另外，在施工方面，该现有技术加固工艺采用在钢筋混凝土矩形柱侧面先植入钢筋，在此基础上再缠绕纤维布，由于钢筋植入施工较为复杂，在一定程度上存在造成混凝土柱本身结构缺陷的风险。

技术实现要素：

本发明的目的即在于提供一种钢筋混凝土矩形柱的加固装置及其加固方法，以达到能够提高钢筋混凝土矩形柱的抗弯和抗剪承载力，进而提高对矩形柱内混凝土的约束作用，从而增强抗震延性的目的。

本发明所提供的钢筋混凝土矩形柱的加固装置，其特征在于，包括加固区定位装置，所述的加固区定位装置包括粘贴在钢筋混凝土矩形柱横向加固区的四个侧面上的第一钢板以及与第一钢板平行布设且大小对应的第二钢板，第一钢板上开设有第一安装孔，第二钢板相对于第一安装孔的位置开设有第二安装孔，在第二安装孔中设置有与其相配合的调节螺栓，所述的调节螺栓贯穿第二安装孔并延伸至第一安装孔中，且第一安装孔的孔壁光滑无螺纹，第二安装孔的孔壁有螺纹，其中，在加固区定位装置的第二钢板的外表面自上而下绕钢筋混凝土矩形柱周身缠绕有纤维增强复合材料。

进一步的，上述纤维增强复合材料包括钢纤维丝、钢丝绳。

进一步的，第一钢板、第二钢板的长度是钢筋混凝土矩形柱加固区高度的0.75—1.0倍，第一钢板、第二钢板的宽度是加固区的宽度的1/4，第一钢板、第二钢板的厚度是钢板宽度的0.2—0.3倍。

进一步的，第一安装孔的直径相对于调节螺栓的直径大1—3mm，且第二安装孔的直径为第二钢板宽度的1/4，调节螺栓的直径与第二安装孔的直径相匹配，调节螺栓的长度为第二钢板长度的1/4。

进一步的，第一钢板、第二钢板上的第一安装孔、第二安装孔的取孔位置为钢板中间以及钢板对称的两端，且中间的孔距离钢板端部孔的距离范围在钢板长度的0.08—0.12倍。

进一步的，第一钢板、第二钢板的上下两端距钢筋混凝土矩形柱的两端分别保持有效长度段的距离。

本发明所提供的钢筋混凝土矩形柱的加固装置的加固方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.对钢筋混凝土矩形柱加固区域表面打磨清理平整；

b.在钢筋混凝土矩形柱加固区域按照第一钢板的尺寸，标记出钢板的轮廓并保证使标记区域与加固区域的四边对称；

c.在标记区域内涂上一层粘结树脂，将第一钢板粘贴上，并将第一钢板上的第一安装孔内充填的粘结树脂扣除；

d.在第一钢板的粘结树脂硬化后，将加固区定位装置中的第二钢板上的三个调节螺栓嵌入第一安装孔内，在混凝土矩形柱横向加固区域的四个侧面上完成加固区定位装置的安装；

e.沿安装在钢筋混凝土矩形柱周身的加固区定位装置的外表面缠绕纤维增强复合材料；

f.在钢筋混凝土矩形柱加固区域绕丝完成后，通过扳手调整调节螺栓，扩大加固区域上第一钢板与第二钢板之间的距离来增大纤维增强复合材料对加固区域的约束力，直至调节到纤维增强复合材料的最大约束力。

进一步的，在步骤c中，在标记区域均匀涂一层环氧树脂。

进一步的，在步骤e中，采用钢纤维丝的纤维增强复合材料，在混凝土柱上标记出钢纤维丝缠绕的间距，在开始缠绕时使用钳子在加固的顶部缠绕一圈后打个结，固定之后开始人工缠绕，从顶端缠绕到底端时缠绕最后一圈同样使用钳子打个结固定。

本发明所提供的钢筋混凝土矩形柱的加固装置及其加固方法，针对钢筋混凝土矩形柱，在矩形柱的每个侧面的加固区用结构胶粘贴由两片钢板和三个螺栓铰接成的装置，进而可以通过调节螺栓可以控制第一钢板与第二钢板之间的距离。本发明采用直径为1.0mm的工业废弃的回收钢纤维丝，通过绕丝的方式将其缠绕在矩形柱的侧面加固区的加固区定位装置外表面上，其中钢纤维丝表面用砂纸处理光滑，使钢纤维丝绕混凝土矩形柱缠绕时有良好的接触。通过调节矩形柱侧面上第一钢板与第二钢板的间距，使得钢纤维丝能够最大程度限制混凝土矩形柱侧面加固区的侧向膨胀变形，从而增大对柱内混凝土的约束作用。缠绕的钢纤维丝是具有一定抗拉抗压强度的线材，钢纤维为单向的纤维增强材料，本发明在不破坏原有混凝土柱的结构的基础上，对原有结构施加预应力，钢纤维丝混凝土构件在轴心受压时，钢纤维和核心混凝土都处于三向应力状态下，使其力学性能发生了根本变化，钢纤维丝对混凝土的紧箍作用，使混凝土三向受压，从而延缓了混凝土受压时的纵向开裂，不仅使混凝土的抗压强度大大提高，还使其由脆性材料转变为塑性材料，使得混凝土的抗压强度得到提高，进而提高被加固柱的结构承载力构件的延性性能明显改善，耗能能力大大提高，适于工程上对混凝土构件的补强，此外，钢纤维丝的成本低，具有节约成本的基础上有利于提高结构的抗震性能的积极效果。

附图说明

图1为本发明应用状态示意图；

图2为本发明应用状态下的俯视图；

图3为本发明加固区定位装置的局部结构示意图。

具体实施方式

如图1-3所示，本发明所提供的钢筋混凝土矩形柱的加固装置，包括加固区定位装置，加固区定位装置又包括粘贴在钢筋混凝土矩形柱3横向加固区的四个侧面上的第一钢板1以及与第一钢板平行布设且大小对应的第二钢板2。在具体地，第一钢板、第二钢板的长度是钢筋混凝土矩形柱加固区高度的0.75—1.0倍，第一钢板、第二钢板的宽度是加固区的宽度的1/4，第一钢板、第二钢板的厚度是钢板宽度的0.2—0.3倍。

第一钢板上开设有第一安装孔，第二钢板相对于第一安装孔的位置开设有第二安装孔，在第二安装孔中设置有与其相配合的调节螺栓4，调节螺栓贯穿第二安装孔并延伸至第一安装孔中，且第一安装孔的孔壁光滑无螺纹，第二安装孔的孔壁有螺纹。具体地，第一钢板、第二钢板上的第一安装孔、第二安装孔的取孔位置为钢板中间以及钢板对称的两端，且中间的孔距离钢板端部孔的距离范围在钢板长度的0.08—0.12倍；第一安装孔的直径相对于调节螺栓的直径大1—3mm，且第二安装孔的直径为第二钢板宽度的1/4，调节螺栓的直径与第二安装孔的直径相匹配，调节螺栓的长度为第二钢板长度的1/4。在本发明的一个实施例中，选用尺寸为700mm*50mm*10mm的耐磨、抗腐蚀、强度大的铬钒合金钢的钢板，第一安装孔的直径为12mm，第二安装孔的直径为10mm，调节螺栓采用不锈钢外六角螺杆长度为70mm，直径为10mm，第一钢板或第二钢板两端开设的第一安装孔或第二安装孔与第一钢板或第二钢板的两端部的距离为60mm；第一钢板或第二钢板中间位置开设的第一安装孔或第二安装孔距钢板两端开设的第一安装孔或第二安装孔的距离为290mm，从而有利于加强加固区定位装置整体的稳固性。

此外，在加固区定位装置的第二钢板的外表面绕钢筋混凝土矩形柱周身缠绕有纤维增强复合材料5，在具体实施例中，纤维增强复合材料包括钢纤维丝、钢丝绳。除此以外，第一钢板、第二钢板的上下两端距钢筋混凝土矩形柱的两端分别保持有效长度段的距离。在具体实施例中，有效长度段的距离为50mm，其目的是避免混凝土加固区的第一钢板、第二钢板在轴心受压试验中起到承载作用，通过钢筋混凝土矩形柱加固区的上下端部各留出一段有效长度段并不进行钢纤维丝的缠绕加固工作，可以有效保证第一钢板、第二钢板在竖向不承担承载力的作用。

本发明还提供的钢筋混凝土矩形柱的加固装置的加固方法，具体包括以下步骤：

a.将混凝土矩形柱加固区的表面不平处用砂轮处理光滑平整。

b.用丙酮擦拭清洁，待加固区表面清洁并干燥后，标记出粘贴第一钢板的尺寸区域，使标记区域与加固区域的四边对称；在标记区域内均匀涂上环氧树脂的结构胶，并将第一钢板放置在涂胶处，使用小锤敲打钢板使其与加固区吻合，同时除去第一安装孔内溢满的结构胶。

c.待结构胶完全硬化后，将加固区定位装置中的第二钢板上的三个调节螺栓嵌入第一安装孔内，在混凝土矩形柱横向加固区域的四个侧面上完成加固区定位装置的安装。

e.准备钢纤维丝，首先将钢纤维丝的表面处理光滑，然后在混凝土柱上标记出钢纤维丝缠绕的间距，由于钢纤维的任性很强，，在混凝土柱上标记出钢纤维丝缠绕的间距，在开始缠绕时使用钳子在加固的顶部缠绕一圈后打个结，固定之后开始人工缠绕，从顶端缠绕到底端时缠绕最后一圈同样使用钳子打个结固定。

f.在钢筋混凝土矩形柱加固区域绕丝完成后，通过扳手调整调节螺栓，扩大加固区域上第一钢板与第二钢板之间的距离来增大纤维增强复合材料对加固区域的约束力，直至调节到纤维增强复合材料的最大约束力。

本发明通过将钢纤维丝缠绕在粘有加固区定位装置的混凝土矩形柱上的方方法，有效增加混凝土的强度和有效提高混凝土横向的约束力。简单便利，有效可靠，经济适用性强。本发明的方法有效加固了钢筋混凝土矩形柱的结构强度，经实验数据表明，钢筋混凝土加固柱的抗压强度提高了45﹪，具有实用可靠的积极效果。