本技术涉及一种钢筋混凝土柱加固的FRP套筒预应力装置及施工方法,属于土木建筑、桥梁工程、古建筑、给水排水工程等施工技术领域。采用FRP套筒法加固时,只有施加预应力才能发挥FRP材料高强的特性,提高材料利用效率。本发明采用FRP卷材制作FRP套筒,并通过位于套筒内部的机构,对整个FRP套筒施加周向预应力,FRP套筒内侧浇筑超高性能混凝土。加固后外观简洁,耐久美观,FRP套筒本身没有外置的夹具和锚具等连接件,也没有对接缝,确保内部混凝土的耐久性。施工不需要大型张拉设备,操作简单。本方案制作的FRP套筒为一体的,可大幅度提高加固后的钢筋混凝土柱的承载能力,且不需要特殊技能的工人,节约成本。
背景技术
既有楼房中的框架柱、桥梁中的墩柱、输水渡槽的支撑柱等钢筋混凝土柱,在长期服役过程中,由于受到外部恶劣环境以及人为因素的影响,其承载力和耐久性能将会降低,因此有大量的加固修复需求。传统的加固方式主要有增大截面加固法和外粘型钢加固法。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。
纤维增强聚合物(Fiber Reinforced Polymer,FRP)为新一代的高效节能材料,是我国重点研发的方向。FRP具有轻质、高强、耐腐蚀的优良特性,在土木工程抗震加固、补强领域得到了普遍应用,根据纤维增强体的不同,FRP可分为玻璃纤维增强塑料(GFRP)、碳纤维增强塑料(CFRP)、芳纶纤维增强塑料(AFRP)、玄武岩纤维增强塑料(BFRP)等。近些年兴起的柱子的FRP加固法施工方便,内部混凝土在外部FRP的约束作用下处于三向受力状态,特别是在抗震加固中,可在基本不增加柱子抗弯强度的同时,大幅度地提高柱子的位移延性,提升耗能能力,得到了推广应用。
相比采用多道FRP套筒带或FRP条带,采用整个的FRP套筒更能对内部混凝土提供有效的侧向支承,且能对混凝土提供更好的耐久性保护,应得到优先推广应用。
一般的FRP外包加固方法会使FRP材料的应力滞后于原有结构,只有通过预应力手段才能改变原结构内力分布,消除应力应变滞后现象。通过浇筑微膨胀混凝土的方法在FRP材料中产生的预应力太小;沿缠绕方向纵向张拉的方式,考虑到摩阻力大,所需张拉力较大,对张拉设备和施工要求较高,且采用先张拉后锚固的施工顺序,锚固端设置较繁琐,这使得施工难度大大增加;在竖向接缝处张拉横向预应力的方法,锚固端及锚具均暴露在柱表面,无保护层,既增大了柱的外形,影响了美观,不严密的接缝影响了对内部混凝土的耐久性保护,在自然环境下容易失效,耐久性不强。
因此,寻找对整个FRP套筒施加横向预应力的新方法,有重要的工程应用价值。
实现思路