【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種鋼筋混凝土柱的加固施工方法，特別地涉及一種鋼筋混凝土柱加固的frp套筒預應力裝置及施工方法，屬于土木建筑、橋梁工程、古建筑、水利工程領域的給水排水工程等維修加固的施工。
技術介紹
1、既有樓房中的框架柱、橋梁中的墩柱、輸水渡槽的支撐柱等鋼筋混凝土柱，在長期服役過程中，由于受到外部惡劣環境以及人為因素的影響，其承載力和耐久性能將會降低，因此有大量的加固修復需求。傳統的加固方式主要有增大截面加固法和外粘型鋼加固法。增大截面法可以有效提升鋼筋混凝土柱的承載力，但同時增大了構件的自重和剛度，將會導致結構遭受的地震作用增大，對抗震不利。包鋼法通過外包鋼板有效提高鋼筋混凝土柱的承載力，但是在不利環境下，外包鋼板會發生銹蝕，影響整體結構的耐久性。
2、纖維增強聚合物(fiber?reinforced?polymer,frp)為新一代的高效節能材料，是我國重點研發的方向。frp具有輕質、高強、耐腐蝕的優良特性，在土木工程抗震加固、補強領域得到了普遍應用，根據纖維增強體的不同，frp可分為玻璃纖維增強塑料(gfrp)、碳纖維增強塑料(cfrp)、芳綸纖維增強塑料(afrp)、玄武巖纖維增強塑料(bfrp)等。近些年興起的柱子的frp加固法施工方便，內部混凝土在外部frp的約束作用下處于三向受力狀態，特別是在抗震加固中，可在基本不增加柱子抗彎強度的同時，大幅度地提高柱子的位移延性，提升耗能能力，得到了推廣應用。
3、相比采用多道frp套筒帶或frp條帶，采用整個的frp套筒更能對內部混凝土提供有效的側向支承
4、一般的frp外包加固方法會使frp材料的應力滯后于原有結構，只有通過預應力手段才能改變原結構內力分布，消除應力應變滯后現象。通過澆筑微膨脹混凝土的方法在frp材料中產生的預應力太小；沿纏繞方向縱向張拉的方式，考慮到摩阻力大，所需張拉力較大，對張拉設備和施工要求較高，且采用先張拉后錨固的施工順序，錨固端設置較繁瑣，這使得施工難度大大增加；在豎向接縫處張拉橫向預應力的方法，錨固端及錨具均暴露在柱表面，無保護層，既增大了柱的外形，影響了美觀，不嚴密的接縫影響了對內部混凝土的耐久性保護，在自然環境下容易失效，耐久性不強。
5、因此，尋找對整個frp套筒施加橫向預應力的新方法，有重要的工程應用價值。
技術實現思路
1、為了克服現有技術上的不足，本專利技術開發了一種鋼筋混凝土柱加固的frp套筒預應力裝置及施工方法，目的是在不使用吊裝機械，甚至油壓設備的條件下，通過工人現場手工簡單操作，用frp套筒加固鋼筋混凝土柱，且frp套筒內具有通過預應力裝置施加的預應力。
2、本專利技術中的frp套筒預應力裝置圍繞鋼筋混凝土柱，包括加載部和橫向擴張部；所述frp套筒為采用frp布圍繞所述橫向擴張部纏繞制成；所述加載部包括由千斤頂和反力架組成的加載單元，及固定反力架的支撐組件；所述橫向擴張部包括多組橫向擴張單元，并隨加固混凝土永久地澆筑在加固層內；所述橫向擴張單元為可活動的機構，包括沿縱向支撐所述frp套筒的豎桿，及鉸接所述豎桿及鋼筋混凝土柱的至少兩根連桿，數個連桿處于不同高度；千斤頂推動豎桿上下移動，帶動連桿繞內側固定鉸轉動，改變豎桿與鋼筋混凝土柱的距離，從而使frp套筒內產生橫向預應力，對應的應變為，
3、
4、l0為連桿兩個鉸接中心距；
5、h為纏繞frp布前，連桿外側的鉸接中心相對內側鉸接中心的抬高量；
6、r0為連桿內側到鋼筋混凝土柱中心的距離；
7、r0為鉸接中心到相鄰連桿外邊緣的距離；
8、d0為外側連桿分支到豎桿外邊緣的厚度。
9、優選地，所述連桿呈“z”形，兩端的分支相平行，靠近鋼筋混凝土柱的內側分支折向下，外側分支折向上；所述連桿通過兩個轉折處的鉸接銷孔，分別與內側固定在鋼筋混凝土柱上的錨固件，及外側固定在豎桿上的錨固件鉸接；所述連桿的兩個轉折處的外形，為以其鉸接銷孔的孔心為圓心的圓弧，各分支的外邊緣線與該圓弧相切。
10、優選地，所述連桿為板狀，縱斷面的兩端為圓端；相應地，兩端相對應的錨固件上均有相應的水平設置的圓形凹槽；連桿的端部可在錨固件的凹槽內轉動。
11、優選地，所述橫向擴張單元和所述加載單元數量相同，所述橫向擴張單元和對應的所述加載單元在同一豎平面內。所述橫向擴張單元繞鋼筋混凝土柱均勻布置。
12、優選地，全部所述橫向擴張單元的形狀、尺寸、材質均相同，為相同的構件；全部所述反力架為相同的構件。
13、優選地，所述豎桿由超高性能混凝土預制而成，內有縱筋；所述加固層由加膨脹劑的超高性能混凝土或自密實混凝土澆筑而成。
14、優選地，所述加載部位于橫向擴張部上方；所述支撐組件為抱箍，由兩片相同的半圓環組成，兩端通過連接螺栓連接。
15、采用所述的frp套筒預應力裝置的鋼筋混凝土柱加固施工方法，包括以下施工步驟：
16、s1、施工準備：制作各組件，包括連桿、豎桿、反力架等，準備千斤頂；
17、s2、鋼筋混凝土柱表面處理：打磨所述鋼筋混凝土柱的表層，露出內部混凝土，并使表面粗糙；
18、s3、錨固部位的精細處理：在鋼筋混凝土柱的表面，根據各豎桿及其上錨固件的位置，大致確定對應的鋼筋混凝土柱表面上錨固件的位置，打磨，使表面平整或圓順，并具有一定的粗糙度；
19、s4、安裝反力架：安裝環狀抱箍，旋緊連接螺栓，將抱箍牢固地固定在鋼筋混凝土柱上；安裝所述反力架，反力架的頂端頂緊抱箍，并用錨栓固定反力架；
20、s5、安裝橫向擴張機構：在混凝土表面精確標注各橫向擴張單元的豎向中心線；將連桿和豎桿鉸接成豎桿組合體，將豎桿組合體的底端支撐在鋼筋混凝土柱的支承面，調整連桿，使連桿的兩個鉸接中心處于相同高度，以此確定鋼筋混凝土柱表面上錨固件的位置，安裝該錨固件；
21、s6、制作frp套筒：向上推動各豎桿，用楔塊支墊各豎桿下端；在豎桿的遠離鋼筋混凝土柱的外側面涂膠；圍繞所有豎桿，螺旋狀地纏繞frp布，形成首層筒狀的frp層；在已制成的frp層的外表面涂膠，再纏繞一層frp層；重復操作，直到frp層達到規定層數，形成frp套筒；
22、s7、施加預應力：移除楔塊；在所述豎桿頂端安放千斤頂，伸長千斤頂，抵到反力架；分多步使所有千斤頂同步伸長；豎桿向下移動，連桿轉動，frp套筒向外擴張并具有了環向內力；
23、s8、澆筑加固層：向frp套筒內澆筑混凝土，形成加固層；待混凝土強度達到預定要求，卸除千斤頂，拆除反力架和抱箍。
24、優選地，步驟s2做如下替換，并在不致混淆的情況下，仍稱加固段帶修補層的鋼筋混凝土柱為鋼筋混凝土柱：
25、s2、修補層施工：在所述鋼筋混凝土柱的加固段，打磨所述鋼筋混凝土柱的表層，露出內部混凝土，并使表面粗糙；立模澆筑混凝土，形成修補層本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種鋼筋混凝土柱加固的FRP套筒預應力裝置，其特征在于：所述預應力裝置圍繞鋼筋混凝土柱，包括加載部和橫向擴張部；所述FRP套筒為采用FRP布圍繞所述橫向擴張部纏繞制成；所述加載部包括由千斤頂和反力架組成的加載單元，及固定反力架的支撐組件；所述橫向擴張部包括多組橫向擴張單元，并隨加固混凝土永久地澆筑在加固層內；所述橫向擴張單元為可活動的機構，包括沿縱向支撐所述FRP套筒的豎桿，及鉸接所述豎桿及鋼筋混凝土柱的至少兩根連桿，數個連桿處于不同高度；千斤頂推動豎桿上下移動，帶動連桿繞內側固定鉸轉動，改變豎桿與鋼筋混凝土柱的距離，從而使FRP套筒內產生橫向預應力，對應的應變為，
2.根據權利要求1所述的一種鋼筋混凝土柱加固的FRP套筒預應力裝置，其特征在于：所述連桿呈“Z”形，兩端的分支相平行，都與中間段垂直，靠近鋼筋混凝土柱的內側分支折向下，外側分支折向上；所述連桿的鉸接孔位于連桿中心線上，所述連桿通過兩個轉折處的鉸接銷孔，分別與內側固定在鋼筋混凝土柱上的錨固件，及外側固定在豎桿上的錨固件鉸接；所述連桿的兩個轉折處的外形，為以其鉸接銷孔的孔心為圓心的圓弧，各分支的外邊緣線與
3.根據權利要求1所述的一種鋼筋混凝土柱加固的FRP套筒預應力裝置，其特征在于：所述連桿為板狀，縱斷面的兩端為圓端；相應地，兩端相對應的錨固件上均有相應的水平設置的圓形凹槽；連桿的端部可在錨固件的凹槽內轉動。
4.根據權利要求1所述的一種鋼筋混凝土柱加固的FRP套筒預應力裝置，其特征在于：所述橫向擴張單元和所述加載單元數量相同，所述橫向擴張單元和對應的所述加載單元在同一豎平面內，稱為一組加固組件；所述橫向擴張單元繞鋼筋混凝土柱均勻布置。
5.根據權利要求1所述的一種鋼筋混凝土柱加固的FRP套筒預應力裝置，其特征在于：全部所述橫向擴張單元的形狀、尺寸、材質均相同，為相同的構件；全部所述反力架為相同的構件。
6.根據權利要求1所述的一種鋼筋混凝土柱加固的FRP套筒預應力裝置，其特征在于：所述豎桿由超高性能混凝土預制而成，內有縱筋；所述加固層由加膨脹劑的超高性能混凝土或自密實混凝土澆筑而成。
7.根據權利要求1所述的一種鋼筋混凝土柱加固的FRP套筒預應力裝置，其特征在于：所述加載部位于橫向擴張部上方；所述支撐組件為抱箍，由兩片相同的半圓環組成，兩端通過連接螺栓連接。
8.一種采用權利要求1所述的FRP套筒預應力裝置的鋼筋混凝土柱加固施工方法，其特征在于，包括以下施工步驟：
9.根據權利要求8所述的一種鋼筋混凝土柱加固的施工方法，其特征在于，步驟S2做如下替換，并在不致混淆的情況下，仍稱加固段帶修補層的鋼筋混凝土柱為鋼筋混凝土柱：
10.根據權利要求8所述的一種鋼筋混凝土柱加固的施工方法，其特征在于，在步驟S5之后增加步驟：
...【技術特征摘要】
1.一種鋼筋混凝土柱加固的frp套筒預應力裝置，其特征在于：所述預應力裝置圍繞鋼筋混凝土柱，包括加載部和橫向擴張部；所述frp套筒為采用frp布圍繞所述橫向擴張部纏繞制成；所述加載部包括由千斤頂和反力架組成的加載單元，及固定反力架的支撐組件；所述橫向擴張部包括多組橫向擴張單元，并隨加固混凝土永久地澆筑在加固層內；所述橫向擴張單元為可活動的機構，包括沿縱向支撐所述frp套筒的豎桿，及鉸接所述豎桿及鋼筋混凝土柱的至少兩根連桿，數個連桿處于不同高度；千斤頂推動豎桿上下移動，帶動連桿繞內側固定鉸轉動，改變豎桿與鋼筋混凝土柱的距離，從而使frp套筒內產生橫向預應力，對應的應變為，
2.根據權利要求1所述的一種鋼筋混凝土柱加固的frp套筒預應力裝置，其特征在于：所述連桿呈“z”形，兩端的分支相平行，都與中間段垂直，靠近鋼筋混凝土柱的內側分支折向下，外側分支折向上；所述連桿的鉸接孔位于連桿中心線上，所述連桿通過兩個轉折處的鉸接銷孔，分別與內側固定在鋼筋混凝土柱上的錨固件，及外側固定在豎桿上的錨固件鉸接；所述連桿的兩個轉折處的外形，為以其鉸接銷孔的孔心為圓心的圓弧，各分支的外邊緣線與該圓弧相切。
3.根據權利要求1所述的一種鋼筋混凝土柱加固的frp套筒預應力裝置，其特征在于：所述連桿為板狀，縱斷面的兩端為圓端；相應地，兩端相對應的錨固件上均有相應的水平設置的圓形凹槽；連桿的端部可在錨固件的凹槽內...
【專利技術屬性】
技術研發人員：孫麗云，宋玫琳，梁九侖，戚力為，魏保生，魏建東，張天航，張鋼琴，馬清文，
申請(專利權)人：鄭州大學，
類型：發明
國別省市：
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