基于闭合截面预应力FRP的钢柱加固修复结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于闭合截面预应力FRP的钢柱加固修复结构及方法，包括FRP型材套筒，所述FRP型材套筒设置在需加固钢柱的外侧，将所述钢柱环绕在内；所述FRP型材套筒的外表面缠绕有若干层FRP布，若干层所述FRP布和所述FRP型材套筒组合形成FRP圆管套筒；所述FRP圆管套筒与所述钢柱之间填筑有膨胀混凝土，由所述膨胀混凝土产生的内压力对所述FRP圆管套筒施加预应力。通过本实用新型专利技术结构，能够对加固所用的闭合截面FRP施加预应力，实现预应力闭合截面FRP加固钢柱的施工，从而提升FRP加固后型钢柱的承载力，延长加固构件使用寿命，保证加固结构的可靠性，满足更高的加固修复要求。求。求。

【技术实现步骤摘要】
基于闭合截面预应力FRP的钢柱加固修复结构


[0001]本技术涉及建筑结构工程技术，特别涉及一种基于闭合截面预应力FRP的钢柱加固修复结构。

技术介绍

[0002]钢柱作为一种常见且主要的钢结构承重构件，在设计、制造和施工过程中可能伴随着各种缺陷，同时由于使用阶段的超载、疲劳及锈蚀等因素，结构的安全受到这些损伤的影响，最终可能导致结构的破坏乃至造成工程事故，为了延长结构寿命并且保证结构安全，就需要对损伤构件进行更换或加固，但是更换构件耗费相对较大，并且结构的损伤具有多发性和局部性，不可能出现损伤后都进行更换，因此寻求经济高效的钢结构修复加固技术一直是钢结构工程
研究的一项重要内容。
[0003]传统的加固修复方法，一般需要采用焊接或螺栓连接及铆接等手段，而焊接会使得焊接部位的材料性能变差，同时产生较大的残余应力，螺栓连接或铆接则需要在损伤部位附近开孔，削弱了截面，形成应力集中区域，还有一种粘钢加固技术，使用结构胶在钢结构表面粘贴钢板，这种技术虽然避免了前两种手段的缺点，但却极大的增加了结构重量，这些传统方法都具有难以避免的缺点。
[0004]相比而言，纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer，简称为FRP)加固技术是一种具有独特优势的加固方法，其利用粘结剂将已固化的、半固化的或未固化的复合材料粘贴到需要加固修复的钢结构表面，所采用的FRP具有轻质高强、耐腐蚀性强、抗疲劳等优良材料特性，同时其非常灵活，形状多变，对各种外形的工程结构，如矩形柱、圆形柱等都具有很好的适用性，能够较好地贴合在构件表面，且在施工过程中易于操作。采用FRP加固钢柱是一种高效率低成本的加固修复方式，因此近年来FRP加固钢柱已得到了一定程度的应用。
[0005]在加固修复过程中，FRP加固方法仍然存在一些问题：由于钢柱中存在一定的负载，FRP对加固构件的屈服荷载和极限荷载提高不大，实际应用时可能在钢材屈服后FRP的高强作用才得以发挥；FRP的抗拉强度可能由于构件变形限制或出现FRP剥离破坏而不能充分发挥。为了解决这些问题，将预应力技术和FRP加固技术相结合是一种有效的途径，可以借此发挥两种技术各自的优点。国内外的相关理论和实践表明，预应力FRP加固方法可以有效提高构件的承载能力、整体刚度、疲劳寿命等性能，改善构件的力学性能，延长构件的使用寿命。因此，对预应力FRP加固技术进行相关研究是十分有意义的。
[0006]现有预应力施加均是采用“锚固+张拉”的方式，且绝大多数用于FRP片材1加固梁2(如图1所示)，将FRP一端采用锚固装置锚固3在梁一侧，另一侧进行张拉，施加预应力，再采用锚固装置3进行锚固。
[0007]对于FRP加固H型钢柱4来说，一般将FRP管材5内填混凝土6包裹H型钢柱4，此时，将形成闭合截面的FRP(如图2所示)。闭合截面FRP中，无法采用张拉的方式施加预应力，导致加固后钢柱承载力提高不大。因此，技术简便有效的在闭合FRP截面中施加预应力的方
法具有重要意义。

技术实现思路

[0008]本技术的目的是针对闭合截面的FRP加固钢柱，提供一种基于闭合截面预应力FRP的钢柱加固修复结构，通过本技术结构，能够对加固所用的闭合截面FRP施加预应力，实现预应力闭合截面FRP加固钢柱的施工，从而提升FRP加固后型钢柱的承载力，延长加固构件使用寿命，保证加固结构的可靠性，满足更高的加固修复要求。
[0009]本技术所采用的技术方案是：一种基于闭合截面预应力FRP的钢柱加固修复结构，包括FRP型材套筒，所述FRP型材套筒设置在需加固钢柱的外侧，将所述钢柱环绕在内；所述FRP型材套筒的外表面缠绕有若干层FRP布，若干层所述FRP布和所述FRP型材套筒组合形成FRP圆管套筒；所述FRP圆管套筒与所述钢柱之间填筑有膨胀混凝土，由所述膨胀混凝土产生的内压力对所述FRP圆管套筒施加预应力。
[0010]进一步地，所述FRP型材套筒割为两个半圆形型材套筒，两个所述半圆形型材套筒从所述钢柱的两侧将所述钢柱环绕在内，并拼合成FRP型材套筒；两个所述半圆形型材套筒的连接处采用FRP粘结剂粘结。
[0011]本技术的有益效果是：
[0012]1.钢柱加固时，提供了切实可行的为闭合截面FRP施加预应力的方法，改善了加固构件的力学性能，有效提高钢柱的屈服荷载和极限荷载，增强了钢柱的稳定性和抗疲劳性能，延长了其使用寿命。
[0013]2.受力上，构造简单，传力明确；由膨胀混凝土产生内压力从而对FRP圆管套筒施加预应力，避免了传统预应力施加方法较为繁琐的施工工艺，产生的预应力均匀而持久，并且使得FRP圆管套筒由传统的被动约束作用转变为主动约束作用，提前进入受力状态，从而充分发挥了高强FRP材料的受拉性能。
[0014]3.形式上适用性强，适用于常见外形和尺寸的钢柱，且经过加固后柱身整体为圆柱型，柱身上不附加任何锚具夹具等构件，造型相对美观，建筑效果相对较好。
[0015]4.施工时避免了焊接操作、螺栓连接和铆接。避免了焊接残余应力、截面开孔削弱等对钢柱本身的再次损伤，保证了加固过程不会对结构造成二次损害。
[0016]5.降低了施工成本，简化了施工工艺。由于不需要使用夹具锚具等构件，预应力施加的成本相对较小。同传统张拉工艺相比，施工工艺大大简化。
附图说明
[0017]图1：现有FRP预应力加固梁锚固示意图；
[0018]图2：现有FRP加固H型钢柱示意图；
[0019]图3：本技术FRP加固H型钢柱预应力施加示意图；
[0020]图4：H型钢柱剖面图；
[0021]图5a：本技术FRP型材套筒示意图；
[0022]图5b：本技术现场切割FRP型材套筒示意图；
[0023]图6a：本技术FRP型材套筒粘贴示意图；
[0024]图6b：本技术FRP布包裹FRP型材套筒形成FRP圆管套筒示意图；
[0025]图7：本技术在FRP圆管套筒和钢柱之间浇筑膨胀混凝土并养护示意图。
[0026]附图标注：
[0027]1——FRP片材；
[0028]2——梁；
[0029]3——锚固装置；
[0030]4——H型钢柱；
[0031]5——FRP管材；
[0032]6——内填混凝土；
[0033]7——膨胀混凝土；
[0034]8——FRP型材套筒；
[0035]9——FRP圆管套筒；
[0036]F
e
——混凝土膨胀力；
[0037]F
p
——FRP预应力；
具体实施方式
[0038]为能进一步了解本技术的
技术实现思路
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
[0039]本技术是一种基于闭合截面预应力FRP的钢柱加固修复结构，能实现对加固所用的闭合截面FRP施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于闭合截面预应力FRP的钢柱加固修复结构，其特征在于，包括FRP型材套筒(8)，所述FRP型材套筒(8)设置在需加固钢柱的外侧，将所述钢柱环绕在内；所述FRP型材套筒(8)的外表面缠绕有若干层FRP布，若干层所述FRP布和所述FRP型材套筒(8)组合形成FRP圆管套筒(9)；所述FRP圆管套筒(9)与所述钢柱之间填筑有膨胀混凝土(7)，由所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜颜胜，陈志华，董少华，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：新型
国别省市：