一种预应力增强竹木受弯构件的方法与流程

本发明涉及一种构件加固方法，尤其是一种预应力增强竹木受弯构件的方法，属于土木工程领域。

背景技术：

作为我国传统建筑的主要结构形式，竹和木结构建筑具有绿色生态、保温节能、抗震性能优异、防火效果好、成本低等方面的优势，使其受到越来越多的应用。由于全球气候变暖的形势越来越严重，低碳环保已经成为整个社会的共识，发展竹和木结构在保护环境这一方面有着无法比拟的优越性。竹木分布范围广，是天然材料，在生长过程中能够固碳，并且在加工、建造和废弃之后不会对环境产生较大的污染。同时，基于现代胶合竹材、胶合木材的现代竹木结构体系也得到了广泛的开发和应用。然而，竹木结构的受弯变形大、承载力低，对于大跨度重荷载的结构不能满足承载力的要求；竹木结构在长期使用过程中，由于受荷时间长久，加之竹木材料老化等原因，会导致结构性能的降低。

因此如何增强竹木构件的受弯承载力，使竹木结构的建筑承载力更高、刚度更大、更加稳固，成为了一个亟待解决的问题。如中国专利授权cn102061812a，公开了一种粘贴钢板加固木梁的方法，其方法是根据简支木梁的受力模式(上部为受压面，下部为受拉面)，将木梁受拉面平整修补后，通过粘贴钢板并用膨胀螺栓锚固提高其承载能力。这种普通非预应力加固木梁的方法，挠度不足、刚度提高不明显，钢板制造成型难且钢板易腐蚀，耐久性差。

再如中国专利cn203668814u，公开了一种内嵌预应力cfrp筋增强胶合木梁的锚固装置，其方法是：在胶合木梁内嵌cfrp筋，胶合木梁锚固端由梁端钢板、梁端垫木及带斜撑的锚固角钢组成，通过专业配套设备对层板胶合木梁梁底嵌入的cfrp筋进行张拉和锚固，再注胶形成整体，共同受力。该发明的不足之处是，只在梁端锚固木梁，端部应力集中，必然发生纵向剪切破坏，且张拉与锚固装置复杂，张拉预应力时必须用专业配套的设备对其张拉，未考虑到木梁截面过小不方便使用大型张拉机械的不便。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种预应力增强竹木受弯构件的方法，提高竹木构件抗弯承载能力、刚度，本发明的创新点在于在竹木构件内嵌预应力筋，通过拧固螺母施加预应力，解决了因为构件截面小而不方便使用大型张拉机械进行张拉的问题；竖直面板和水平面板相互垂直组成的l形锚固垫板，粘贴固定于竹木构件的端面和顶面，形成了自平衡锚固，其构件受拉区的预张力通过l形锚固垫板的构造传递至受压区，防止发生端部应力集中和纵向剪切破坏。本发明具备构造简便有效，加工方便，锚固可靠性好，锚固区应力均匀分散，安全性高，自平衡构造避免纵向剪切破坏等优点，可用于各类竹木构件的加固与增强。

本发明的技术方案为：通过在竹木构件的侧面或底面开设预留槽口、固定锚固垫板、安装预应力筋、拧固端部的螺母、施加预应力、注入填充材料、覆盖竹木板盖，实现对竹木构件的增强，其特征在于包括以下步骤：

1)开槽：将待加固的竹木构件固定，按照预留槽口的设计深度与位置开槽，清理预留槽口中残渣，打磨预留槽口表面，擦拭、去除表面灰尘，同时保证平整度和清洁度；

2)固定锚固垫板：在锚固垫板的内表面涂抹结构胶，锚固垫板由相互垂直的竖直面板和水平面板组成，呈l形形状，将一对即两个锚固垫板的竖直面板和水平面板分别粘贴于竹木构件两端的端面和顶面，锚固垫板各预留一个以上预应力筋预留孔和一个以上直螺栓预留孔，直螺栓穿过锚固垫板的直螺栓预留孔锚固至竹木构件的内部；

3)安装预应力筋：根据竹木构件长度加工预应力筋，预应力筋长度较竹木构件长30mm～400mm，其两端设置螺纹段，将预应力筋穿过两端的锚固垫板的预应力筋预留孔，嵌入至竹木构件的预留槽口的内部，且两端的螺纹段部分外露于锚固垫板之外；

4)施加预应力：将预应力筋安装就位后，在每一根预应力筋两端的螺纹段旋拧配套的螺母，张拉预应力筋并保持相应预应力；

5)重复安装、张拉预应力筋：设置一根以上的预应力筋的预应力增强竹木受弯构件，重复步骤3～4，并保持多根预应力筋的对称、分级张拉；

6)注入填充材料：在嵌入预应力筋的预留槽口中注入预先拌制好的填充材料，填充材料覆盖预应力筋并充满预应力筋与预留槽口之间的空隙；

7)安装竹木板盖：在竹木构件的预留槽口的表面覆盖与预留槽口同宽、同长的竹木板盖，竹木板盖的外表面与竹木构件的表面持平，使整个构件形成一个整体；

8)养护：经室温或加热养护，使填充材料固结达到设计要求；

9)表面处理：将加固完成的预应力增强竹木受弯构件表面打磨平整。

在本发明中，利用预应力筋作为增强材料，利用端部的螺母拧固实现预应力张拉与保持；利用l形锚固垫板与竹木构件锚固融合，实现自平衡传递预张力，避免竹木构件纵向剪切破坏；设置填充材料保证预应力筋与竹木构件间的粘结；设置竹木板盖使结构恢复整体性外观。

所述的竹木构件是竹构件或者木构件。

所述的锚固垫板的材料为金属、竹材或木材制作，其竖直面板和水平面板垂直相连接，预应力筋预留孔设置于锚固垫板的竖直面板，直螺栓预留孔设置于锚固垫板的水平面板。

所述的预留槽口的宽度较预应力筋的直径大2mm～10mm，深度较预应力筋的直径大5mm～40mm。

所述的螺母的直径大于预应力筋预留孔的直径而嵌固于锚固垫板的竖直面板的外侧面。

所述的填充材料是环氧树脂结构胶、砂浆或环氧砂浆材料。

所述的竹木板盖的厚度为2mm～30mm。

本发明的一种增强竹木受弯构件的方法，通过在竹木构件底部开槽嵌入预应力筋，并注入结构胶使其形成一个整体；预应力筋通过拧螺母施加预应力，最大程度的减小了锚具和张拉工具的尺寸；设于竹木构件两端的锚固装置提供了预应力筋张拉的反力装置，减小了锚固空间，锚固垫板位于增强的竹木构件的端面和顶面，可有效防止张拉预应力时竹木构件端部应力集中，同时形成了一种自平衡锚固体系，防止锚固端滑移脱落和竹木构件的纵向剪切破坏；锚固垫板预留直螺栓孔，直螺栓的机械锚固和化学粘结相结合锚固固定锚固垫板，使锚固垫板和竹木构件融合为一体，多个技术措施可有效保障增强材料与原竹木构件共同工作；螺纹段拧紧圈数由预应力的大小确定，其为确定预应力的大小提供了最大的便利。

本发明优点显著，具有以下有益效果：

(1)通过张拉锚固预应力筋对竹木构件施加预应力，可以显著减小竹木构件短期的受弯变形，而且可以使竹木构件由纯弯状态转化为压弯状态，提高了竹木构件的受弯承载力。

(2)构件受拉区的预张力通过l形锚固垫板的构造传递至受压区，防止发生端部应力集中和纵向剪切破坏。

(3)内嵌式的预应力筋布置形式施工方便，工作量小，预应力筋与竹木构件的粘结性能好，端部机械式锚固使得预应力筋强度发挥充分。

(4)锚固垫板锚固装置提供了预应力筋张拉的反力装置，预应力筋螺纹段与螺母的结合，最大程度地减小了张拉空间。

(5)在构件外观设计方面，预留槽口盖上原结构的一层板盖，更具整体美感，不改变原构件的外观。

附图说明

以下所有附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

图1一种预应力增强竹木构件方法的立体示意图；

图2一种预应力增强竹木构件方法的正立面图；

图3一种预应力增强竹木构件方法的1-1剖面图；

图4一种预应力增强竹木构件方法的2-2剖面图；

图5一种预应力增强竹木构件方法的锚固垫板正视图；

图6一种预应力增强竹木构件方法的锚固垫板侧视图；

图7一种预应力增强竹木构件方法的锚固垫板俯视图；

图8一种预应力增强竹木构件方法的工艺流程图；

图9一种预应力增强竹木构件方法的开槽步骤正立面图；

图10一种预应力增强竹木构件方法的固定锚固垫板步骤正立面图；

图11一种预应力增强竹木构件方法的安装预应力筋步骤正立面图；

图12一种预应力增强竹木构件方法的施加预应力步骤正立面图；

图13一种预应力增强竹木构件方法的注入填充材料步骤正立面图；

图14一种预应力增强竹木构件方法的覆盖竹木板盖步骤正立面图。

在所有附图中，1为竹木构件，2为预应力筋，3为锚固垫板，4为螺母，5为竹木板盖，6为预留槽口，7为填充材料，8为直螺栓，30为预应力筋预留孔，31为直螺栓预留孔，20为螺纹段。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如附图所示，本发明提供一种预应力增强竹木受弯构件的方法，通过在竹木构件1的侧面或底面开设预留槽口6、固定锚固垫板3、安装预应力筋2、拧固端部的螺母4、施加预应力、注入填充材料7、覆盖竹木板盖5，实现对竹木构件1的增强，其特征在于包括以下步骤：

1)开槽：将待加固的竹木构件1固定，按照预留槽口6的设计深度与位置开槽，清理预留槽口6中残渣，打磨预留槽口6表面，擦拭、去除表面灰尘，同时保证平整度和清洁度；

2)固定锚固垫板：在锚固垫板3的内表面涂抹结构胶，锚固垫板3由相互垂直的竖直面板和水平面板组成，呈l形形状，将一对即两个锚固垫板3的竖直面板和水平面板分别粘贴于竹木构件1两端的端面和顶面，锚固垫板3各预留一个以上预应力筋预留孔30和一个以上直螺栓预留孔31，直螺栓8穿过锚固垫板3的直螺栓预留孔31锚固至竹木构件1的内部；

3)安装预应力筋：根据竹木构件1长度加工预应力筋2，预应力筋2长度较竹木构件1长30mm～400mm，其两端设置螺纹段20，将预应力筋2穿过两端的锚固垫板3的预应力筋预留孔30，嵌入至竹木构件1的预留槽口6的内部，且两端的螺纹段20部分外露于锚固垫板3之外；

4)施加预应力：将预应力筋2安装就位后，在每一根预应力筋2两端的螺纹段20旋拧配套的螺母4，张拉预应力筋2并保持相应预应力；

5)重复安装、张拉预应力筋：设置一根以上的预应力筋的预应力增强竹木受弯构件，重复步骤3～4，并保持多根预应力筋的对称、分级张拉；

6)注入填充材料：在嵌入预应力筋2的预留槽口6中注入预先拌制好的填充材料7，填充材料7覆盖预应力筋2并充满预应力筋2与预留槽口6之间的空隙；

7)安装竹木板盖：在竹木构件1的预留槽口6的表面覆盖与预留槽口6同宽、同长的竹木板盖5，竹木板盖5的外表面与竹木构件1的表面持平，使整个构件形成一个整体；

8)养护：经室温或加热养护，使填充材料7固结达到设计要求；

9)表面处理：将加固完成的预应力增强竹木受弯构件表面打磨平整。

所述的竹木构件1是竹构件或者木构件。

所述的锚固垫板3的材料为金属、竹材或木材制作，其竖直面板和水平面板垂直相连接，预应力筋预留孔30设置于锚固垫板3的竖直面板，直螺栓预留孔31设置于锚固垫板3的水平面板。

所述的预留槽口6的宽度较预应力筋2的直径大2mm～10mm，深度较预应力筋2的直径大5mm～40mm。

所述的螺母4的直径大于预应力筋预留孔30的直径而嵌固于锚固垫板3的竖直面板的外侧面。

所述的填充材料7是环氧树脂结构胶、砂浆或环氧砂浆材料。

所述的竹木板盖的厚度为2mm～30mm。

本发明增强了竹木构件的抗弯能力与截面刚度，减小了跨中挠度，操作简单，解决了预应力锚具庞大复杂、端面锚固区局部应力集中、局部锚固位置易发生纵向剪切破坏、构件截面小而无法采用大型张拉机械施加预应力的技术难题。