附加钢筋-FRP布复合加固的锈蚀混凝土柱及其加固方法

本发明涉及建筑物修复工艺，具体而言，涉及一种附加钢筋-frp布复合加固的锈蚀混凝土柱及其加固方法。

背景技术：

1、在近海地区，受到高温、高盐和高风的海洋环境影响，钢筋锈蚀是导致钢筋混凝土结构出现耐久性损伤的主要原因。混凝土结构中钢筋的锈蚀会导致其本身横截面积和强度降低，混凝土保护层锈胀开裂，钢筋与混凝土之间的粘结退化等问题，进而使得钢筋混凝土构件的力学性能降低，影响钢筋混凝土结构的可靠性。钢筋混凝土柱作为结构中重要的竖向承重构件和抗侧力构件，采用合理有效的方法对锈蚀钢筋混凝土柱进行加固能有效整体结构的承载力和可靠性。

2、传统的锈蚀钢筋混凝土结构加固方法主要包括增大截面法，包钢法，以及粘贴frp等方法。其中增大截面法可以有效提升钢筋混凝土柱的承载力，但同时增大了构件的自重和刚度，将会导致结构遭受的地震作用增大，对抗震不利。包钢法通过外包钢板有效提高钢筋混凝土柱的承载力，但是在不利环境下，外包钢板会发生锈蚀，影响整体结构的耐久性。采用frp包裹可以提高钢筋混凝土结构的耐久性，且能通过对柱截面施加横向约束提高其承载力和变形能力，但是提高幅度有限。

技术实现思路

1、本发明公开了一种附加钢筋-frp布复合加固的锈蚀混凝土柱及其加固方法，旨在至少部分的改善上述提及的问题。

2、本发明采用了如下方案：

3、一种附加钢筋-frp布复合加固的锈蚀混凝土柱，其包括：

4、混凝土柱，其具有待加固部位以及所述待加固部位的混凝土保护层被凿除后露出的锈蚀钢筋；所述待加固部位为平均锈胀裂缝宽度大于等于预设阈值的部位；

5、附加钢筋，通过固定件固定在所述锈蚀钢筋的周围；

6、高强混凝土，填充在所述附加钢筋外侧，以修补被凿除的混凝土柱部分；

7、frp布，缠绕粘贴在高强混凝土外侧，以在待加固部位对内部混凝土提供横向约束；

8、所述预设阈值为1mm；其中，平均锈胀裂缝宽度通过如下方式计算得到：

9、在锈胀裂缝处每隔200mm取一个测点，根据下式计算平均锈胀裂缝宽度：

10、；

11、式中，为平均锈胀裂缝宽度，为第个测点的裂缝宽度，为测点间距，为混凝土柱的高度；

12、优选地，附加钢筋所需的总直径通过如下步骤获得：

13、计算锈蚀钢筋的锈蚀率：

14、；

15、式中，为锈蚀钢筋的锈蚀率，为混凝土柱的保护层厚度，为锈蚀钢筋的直径；其他c/d值对应的锈蚀率的自变量系数通过线性差值的方式计算得到；

16、根据锈蚀钢筋的锈蚀面积损失确定附加钢筋所需的总面积，再选配合理的附加钢筋直径和根数：

17、；

18、；

19、式中，为附加钢筋的总面积；和为附加钢筋的直径和根数；a是锈蚀钢筋未锈蚀前的初始横截面积。

20、优选地，所述frp布采用单向受力型的纤维复合材料，所述纤维复合材料为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或玄武岩纤维复合材料中的任意一种，且所述frp布在混凝土柱的缠绕层数为1～4层，所述frp布的宽度根据待加固的锈蚀凝土柱的高度确定。

21、优选地，每根附加钢筋的直径可以为6mm、8mm或10mm；所需附加钢筋的数目根据总面积和每根附加钢筋的直径确定，每个位置的附加钢筋不超过2根。

22、优选地，所述固定件包括半圆形铆钉，且沿所述附加钢筋的长度方向，所述固定件间距为附加钢筋直径的8倍。

23、优选地，所述高强混凝土的强度超过c80。

24、本发明实施例还提供了一种上述的附加钢筋-frp布复合加固的锈蚀混凝土柱的加固方法，其包括如下步骤：

25、s1、利用钢筋锈蚀在混凝土柱的柱表面形成的锈胀裂缝，确定待加固部分，并凿除待加固部分的混凝土保护层，露出需补强的锈蚀钢筋；

26、s2、在锈蚀钢筋周围放置附加钢筋，并每隔一段距离打入固定件进行固定；

27、s3、利用高强混凝土填补因步骤s1凿除的混凝土保护层，使柱截面恢复至原尺寸；

28、s4、通过环氧树脂粘结剂进行粘贴将frp布缠绕粘贴在待加固部分外侧以与所述附加钢筋配合形成复合加固。

29、优选地，在步骤s1中，所述待加固部为平均锈胀裂缝宽度大于等于1mm的部位；

30、在凿除时，只凿除锈损严重的混凝土保护层，以减少凿除过程中对核心区混凝土的破坏，同时保留一部分没有锈胀裂缝的混凝土保护层，以增加新旧混凝土的粘结界面，保证新旧混凝土的共同受力和变形；

31、在凿除后，对凿除的界面进行清理，并涂刷界面剂。

32、优选地，在步骤s3中，所述高强混凝土的强度等级比原混凝土至少高2个等级，且不低于c80。

33、与现有技术相比，本发明实施例至少具有如下优点：

34、（1）利用锈蚀钢筋混凝土柱的锈胀裂缝判断锈蚀严重部位以选择合适的位置放置附加纵向钢筋，沿锈胀裂缝凿除锈损混凝土保护层可以有效减小施工难度；将附加钢筋设置在锈蚀钢筋周围，补足了钢筋锈蚀引起的强度损失，并打入半圆形铆钉作为固定件进行固定，防止附加钢筋发生侧向屈曲；

35、（2）利用超高强混凝土代替锈损混凝土保护层，由于超高强混凝土优异的韧性，会在接触面形成紧密的粘结，保证其与柱中原混凝土的协同工作受力；

36、（3）将具有优异的耐腐蚀性和高抗拉强度的frp布缠绕在锈蚀钢筋混凝土柱外侧能对内部混凝土提供横向约束，弥补箍筋锈蚀引起横向约束作用减弱，从而提升内部被约束混凝土的强度和变形能力；同时采用frp布缠绕可以有效提高新旧混凝土的协同工作性能，且能隔绝外部的含氧水和氯离子侵入，有效提高钢筋混凝土柱的耐久性。

37、综上，本发明实施例既能补强钢筋锈蚀引起的性能损失，又能补强箍筋锈蚀引起的混凝土性能损失，且采用本方案不改变构件的截面和自重，不影响结构的刚度和动力特性。

技术特征：

1.一种附加钢筋-frp布复合加固的锈蚀混凝土柱，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的附加钢筋-frp布复合加固的锈蚀混凝土柱，其特征在于，所述frp布采用单向受力型的纤维复合材料，所述纤维复合材料为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或玄武岩纤维复合材料中的任意一种，且所述frp布在混凝土柱的缠绕层数为1～4层，所述frp布的宽度根据待加固的锈蚀凝土柱的高度确定。

3.根据权利要求1所述的附加钢筋-frp布复合加固的锈蚀混凝土柱，其特征在于，每根附加钢筋的直径为6mm或8mm或10mm；每个部位所需附加钢筋的数目根据总面积和每根附加钢筋的直径确定，每个位置的附加钢筋不超过2根。

4.根据权利要求1所述的附加钢筋-frp布复合加固的锈蚀混凝土柱，其特征在于，所述固定件为半圆形铆钉，且沿所述附加钢筋的长度方向，所述固定件间距为附加钢筋直径的8倍。

5.根据权利要求1所述的附加钢筋-frp布复合加固的锈蚀混凝土柱，其特征在于，所述高强混凝土的强度超过c80。

6.一种权利要求1-5任意一项所述的附加钢筋-frp布复合加固的锈蚀混凝土柱的加固方法，其特征在于，包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的加固方法，其特征在于，在步骤s1中，所述待加固部为平均锈胀裂缝宽度大于等于1mm的部位；在凿除时，只凿除锈损严重的混凝土保护层，以减少凿除过程中对核心区混凝土的破坏，同时保留一部分没有锈胀裂缝的混凝土保护层，以增加新旧混凝土的粘结界面，保证新旧混凝土的共同受力和变形；在凿除后，对凿除的界面进行清理，并涂刷界面剂。

8.根据权利要求6所述的加固方法，其特征在于，在步骤s3中，所述高强混凝土的强度等级比原混凝土至少高2个等级，且不低于c80。

技术总结
本发明提供了一种附加钢筋‑FRP布复合加固的锈蚀混凝土柱及其加固方法，其包括：混凝土柱，其具有待加固部位以及所述待加固部位的混凝土保护层被凿除后露出的锈蚀钢筋；所述待加固部位为平均锈胀裂缝宽度大于等于预设阈值的部位；附加钢筋，通过固定件固定在所述锈蚀钢筋的周围；高强混凝土，填充在所述附加钢筋外侧，以修补被凿除的混凝土柱部分；FRP布，缠绕粘贴在高强混凝土外侧，以在待加固部位对内部混凝土提供横向约束。通过本加固结构能有效提升钢筋混凝土柱的受力性能和耐久性，且不增大钢筋混凝土柱的截面，不改变原结构的自重和刚度，不会影响结构的动力特性；同时施工方便，造价低，能产生良好的社会经济效益。

技术研发人员：刘小娟,黄哲烜,刘阳,林坤,郭子雄
受保护的技术使用者：华侨大学
技术研发日：
技术公布日：2024/6/5