使用CFRP网格-PCM加固层对钢筋混凝土梁的受剪加固方法技术

本发明专利技术属于计算机辅助设计技术领域，公开了一种应用CFRP网格‑PCM加固层对钢筋混凝土梁的抗剪加固方法；在原混凝土梁养护28天后，对原混凝土梁外表面进行吸尘喷砂处理；以铆钉作为临时锚具，在原混凝土梁侧面安装固定CFRP网格；在原混凝土梁和CFRP网格外表面上喷射或涂抹聚合物砂浆；最后，在侧表面高压喷涂PCM。本发明专利技术在原混凝土梁经CFRP网格‑PCM复合加固后，抗剪承载力提高了30％‑40％，因此，CFRP网格‑PCM加固钢筋混凝土梁的抗剪承载力提高效果是显著的；并且，为了更加合理且有效的预测CFRP网格‑PCM加固钢筋混凝土梁的抗剪承载力，提出一种基于CFRP网格有效应变的设计计算公式。

【技术实现步骤摘要】
使用CFRP网格-PCM加固层对钢筋混凝土梁的受剪加固方法
本专利技术属于计算机辅助设计
，尤其涉及一种使用CFRP网格-PCM加固层对钢筋混凝土梁的抗剪加固方法。
技术介绍
目前，业内常用的现有技术是这样的：由于发生了不均匀的沉降，2011年日本大地震造成的许多以原有标准设计和建造的钢筋混凝土(RC)结构已经倒塌或损坏，如水闸等。经研究发现，按照原有标准设计的钢筋混凝土结构的配筋不足。而若采用传统混凝土包裹的加固方法，需要在原本钢筋分布密集的拐角处钻孔，用来插入补强钢筋；此外，为了防止补强钢筋发生腐蚀，必要的补强增厚量需要达到250mm。因此，该加固工法的施工难度较大，工期较长，且当作用于横截面积较大的建筑物(如水闸等)时，会导致水流抑制率和结构自重增大。在过去二十年间，国内外开发了多种用于混凝土结构加固和改造的较新材料，包括纤维编织网增强水泥砂浆(TRM)，纤维增强水泥砂浆(FRCM)和纤维增强聚合物(FRP)等。其中，纤维增强聚合物(FRP)由于其具有轻质高强、耐腐蚀性强、耐久性好等特点，近些年来被证明是一种有效的加固方式。CFRP网格是过去十年提出的相对较新的复合材料，其将高性能连续纤维浸渍在耐腐蚀性能良好的树脂中以此形成具有整体性的网格材料，几何形状为垂直交叉的纵向与横向网格筋。由于在安装CFRP网格时采用铆钉临时固定其至原混凝土梁的外表面，因此，与CFRP片材相比，CFRP网格在湿润或低温环境中具有良好的黏结性能。此外，为了防止CFRP网格与环氧树脂界面黏结性能的降低或失效，相关学者提出采用其它黏结材料来代替环氧树脂，如聚对苯撑苯并二噁唑纤维(PBO)、纤维增强无机聚合物(FRIP)以及聚合物水泥砂浆(PCM)等，对其中的无机材料而言，其自身存在延伸率低、与FRP适配性差等缺陷，然而，PCM是一种通过将少量有机聚合物浇注到水泥砂浆中制成的新型复合材料，该材料的应用可以有效改善原无机材料的性能，具有高强度，低渗透率和干裂纹收缩率，并且与原混凝土之间的黏结性能良好等优点。因此，当采用CFRP网格-PCM复合加固混凝土结构时，即将CFRP网格用铆钉固定于混凝土结构表面，再高压喷射PCM使其与混凝土成为一个整体，可有效提高结构的承载能力、刚度和耐久性。此外，铆钉在便于网格施工定位的同时还提高了FRP网格的抗剥离性能。综上所述，现有技术存在的问题是：传统外贴FRP片材加固混凝土结构时，通常使用环氧树脂作为黏结剂，使FRP能与混凝土形成一个复合性整体。但是，环氧树脂在低温和湿润环境下，黏结性能会明显下降甚至失效，从而导致FRP出现界面剥离破坏，无法充分发挥FRP的加固性能。同时，传统FRP片材粘贴在经打磨抛光等处理后的混凝土表面时，由于粘贴面积很大，会导致粘贴不均匀、出现空鼓的缺陷，施工质量不容易得到保证，且对施工人员的要求较高。解决上述技术问题的难度和意义：FRP加固钢筋混凝土梁时，若FRP在达到极限拉应变或上边缘混凝土达到极限压应变之前发生界面剥离破坏，这将导致材料的力学性能无法充分发挥，从而引起材料利用率低、破坏突然等问题。与传统的抗剪加固方法相比，CFRP网格-PCM加固法在提高构件的承载能力、增加延性、抵抗剥离、裂缝控制、施工便捷性等方面都更为显著。目前，国内外对于FRP网格加固钢筋混凝土梁的抗剪承载力的设计计算方法，通常未考虑到FRP网格的有效应变从而低估了其对结构提供的实际抗剪能力，导致在结构设计中过于保守，造成不必要的材料浪费和经济支出。而本专利技术所提出的设计计算方法，充分考虑了CFRP网格的实际抗剪能力，能更为安全和有效的预测FRP网格-PCM加固层对钢筋混凝土构件的抗剪加固效果，为以后的结构加固设计提供参考。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种使用CFRP网格-PCM加固层对钢筋混凝土梁的抗剪加固方法。本专利技术是这样实现的，一种CFRP网格-PCM加固层加固钢筋混凝土梁，所述CFRP网格-PCM加固层加固钢筋混凝土梁的CFRP网格通过铆钉将其临时固定至混凝土梁的侧表面，之后在原混凝土梁和CFRP网格外表面上喷射或涂抹聚合物砂浆，最后高压喷射PCM。本专利技术的另一目的在于提供一种所述CFRP网格-PCM加固层抗剪加固钢筋混凝土梁的制造方法，所述CFRP网格-PCM加固层加固钢筋混凝土梁的制造方法包括：在原混凝土梁养护28天后，对原混凝土梁外表面进行吸尘喷砂处理；以铆钉作为临时锚具，在原混凝土梁侧面安装固定CFRP网格；在原混凝土梁和CFRP网格外表面上喷射或涂抹聚合物砂浆；最后，在侧表面高压喷涂PCM.聚合物水泥砂浆施工工艺：混凝土表面处理——丙乳砂浆拌制——涂刷基液——丙乳砂浆喷射(抹面)——养护；配制聚合物水泥砂浆(PCM)要根据当地材料、气温、施工所要求的和易性，将称好的水与乳液混合，加入已拌匀的水泥和砂中，充分搅拌均匀，PCM通常应在30～40min内用完。本专利技术的另一目的在于提供一种验证CFRP网格-PCM加固层加固钢筋混凝土梁性能的抗剪加固效果，所述CFRP网格-PCM加固层加固钢筋混凝土梁的抗剪加固效果的试验装置包括：荷载传感器、加固试件、分配梁、载荷板、液压千斤顶、液压伺服加载系统、支座、反力架、应变片、位移计。本专利技术的另一目的在于提供一种实施所述CFRP网格-PCM加固层加固钢筋混凝土梁评估系统的CFRP网格-PCM加固层加固钢筋混凝土梁的抗剪加固效果，所述CFRP网格-PCM加固层加固钢筋混凝土梁评估方法包括：步骤一，通过液压千斤顶施加的荷载作用由分配梁和载荷板的传递对加固试件进行两点均匀加载，载荷板和分配梁放置在试件和液压千斤顶之间，施加单调荷载的等级由液压伺服加载系统控制。当试件开裂前，采用5kN/级的速率加载；当试件开裂后，采用10kN/级的速率加载。步骤二，应变片安装在位于试件剪跨范围内部分剪切箍筋及其附近的竖向网格上，以此来揭示CFRP网格的抗剪加固效果及与原混凝土梁之间的协同变形能力；三个位移计被放置在梁跨中截面的下侧，以此测量该加固试件的竖向位移。进一步，所述评估方法的抗剪承载力分析模型表达式：V＝Vcon+Vpcm+Vst+Vg(3)其中，Vcon、Vpcm、Vst和Vg分别定义为混凝土、PCM、箍筋和CFRP网格所承担的剪力，以上具体计算公式如下：其中，γb为构件影响系数通常取值为1.00；而fvcd、βd和βp的计算方法如下：βn＝1+M0/MdinthecasethatN′d≥0Whileβn＞2，βn＝2(5-1)βn＝1+2M0/MdinthecasethatN′d＜0Whileβn＜0，βn＝0(5-2)其中，M0为消除轴向力产生应力对应的弯矩，通常取值为M0＝0N/mm2；Md和N′d分别定义为弯矩设计值和轴向力：pw＝Af/(bw·d)(9)其中，f′c为混凝土的抗压强度；pw是受拉钢筋的配筋率。其中，α为箍筋与构件轴线的夹角；fy为箍筋的屈服强度；z为有效高度d与系数γb的比值。其中，αs为CFRP网格与构件轴线的夹角；εu，Ew分别为CFRP网格的断裂应变和弹性模量；sg为竖向网格的间距。进一步，所述CFRP网格-PCM复合加固钢筋混凝土梁，当采用传统的方法来预测的抗剪承载力的计算方法时，是基于FRP杆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种CFRP网格‑PCM加固层对钢筋混凝土梁的抗剪加固，其特征在于，该CFRP网格先用铆钉临时固定安装至原混凝土梁的侧表面，再喷射或涂抹一层聚合物砂浆，最后高压喷射PCM并养护7天。

【技术特征摘要】
1.一种CFRP网格-PCM加固层对钢筋混凝土梁的抗剪加固，其特征在于，该CFRP网格先用铆钉临时固定安装至原混凝土梁的侧表面，再喷射或涂抹一层聚合物砂浆，最后高压喷射PCM并养护7天。2.一种如权利要求1所述CFRP网格-PCM加固层用以加固钢筋混凝土梁的制造方法，其特征在于，所述CFRP网格-PCM加固层加固钢筋混凝土梁的制造方法包括：在原混凝土梁养护28天后，对原混凝土梁外表面进行吸尘喷砂处理；以铆钉作为临时锚具，在原混凝土梁侧面安装固定CFRP网格；在原混凝土梁和CFRP网格外表面上喷射或涂抹聚合物砂浆，最后对混凝土侧表面高压喷射PCM。3.一种验证权利要求1所述CFRP网格-PCM加固层加固钢筋混凝土梁的抗剪加固效果，其特征在于，所述对抗剪加固效果的试验装置包括：荷载传感器、加固梁试件、载荷板、分配梁、液压千斤顶、液压伺服加载系统、支座、反力架、应变片、位移计。4.一种实施权利要求1所述抗剪加固效果的评价方法，其特征在于，所述评估方法包括：步骤一，通过液压千斤顶施加的荷载作用由分配梁和载荷板的传递对加固试件进行两点均匀加载，载荷板和分配梁放置在试件和液压千斤顶之间，施加单调荷载的等级由液压伺服加载系统控制；当试件开裂前，采用5kN/级的速率加载；当试件开裂后，采用10kN/级的速率加载；步骤二，应变片安装在位于试件剪跨范围内部分剪切箍筋及其附近的竖向网格上，以此来揭示CFRP网格的抗剪加固效果及与原混凝土梁之间的协同变形能力；三个位移计被放置在梁跨中截面的下侧，以此测量该试件的竖向...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭瑞，蔡联亨，胡文豪，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51