[发明专利]一种带角部增强的FRP加固矩形柱及施工方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及到土木工程中的建筑结构领域，特指一种可作结构柱使用的带角部增强的FRP加固矩形柱及施工方法。

背景技术

纤维增强塑料（FRP）加固结构是近年来快速发展加固技术。FRP具有轻质高强、耐腐蚀、易于现场施工等优良特性，采用FRP对结构柱进行加固，在基本不改变结构柱外型和增加结构自重的前提下，大幅度提高结构柱的承载力和延性，因而在即有建筑的加固和改造中得到越来越广泛的应用。FRP加固结构柱的基本原理是约束混凝土理论：结构柱外包FRP加固层后形成组合柱，组合柱在轴向荷载作用下产生横向膨胀，混凝土外包的约束件（FRP加固层）产生拉应力，对核心区混凝土提供侧向约束，使混凝土处于三向受压的应力状态，从而提高核心区混凝土的抗压强度和压缩变形能力，使得组合柱的承载力和延性大大提高。

我国大量已建建筑，特别是上世纪70、80年代建造的大量建筑，按照现行规范要求，其结构柱的承载力和抗震性能达不到要求，急需加固处理。另外，大量建筑由于使用功能改变，加大了结构荷载，结构柱往往也需要进行加固。在这一市场巨大的工程加固与改造领域，采用FRP对结构进行加固往往是首选技术方案。而大量的加固对象为矩形截面柱，这是建筑物中结构柱的主要截面形式。大量研究表面，矩形柱的角部会使得外包的FRP加固层产生显著的应力集中现象，导致FRP加固层在角部区域过早破坏，影响FRP的利用效率和约束效应的发挥，严重影响结构柱的承载力和延性的提高。试验表明，在不对矩形柱角部进行倒角处理，FRP加固几乎不能提高结构柱的承载力，而且FRP加固矩形柱的承载力几乎随倒角曲率半径的增加成线性增长，延性也随之大幅提高，倒角对FRP加固矩形柱的加固效应有决定性影响。因此，对于采用FRP加固的矩形柱，角部的倒角处理必须尽可能与设计要求一致。此外，试验研究的破坏现象还显示，倒角曲率半径的增大可以改善FRP的应力集中，但不能消除，FRP的破坏部位还是主要发生在倒角曲率半径改变的区域，也就是FRP加固层在角部率先出现破坏，导致整个加固层失效。因此，对角部进行局部增强可以有效延迟FRP加固层的破坏，提高FRP的利用效率与约束效应，进而提高加固柱的承载力和延性。

目前，采用FRP加固矩形柱，主要存在的问题是：在加固设计阶段，为了克服FRP加固层在加固柱倒角部位的应力集中造成的加固效应降低问题，往往采用增加FRP加固层层数的办法解决，这样虽然加固柱的承载力和延性可以提高，但实际上并没有改善倒角部位的应力集中现象，FRP的利用效率反而降低了，导致了加固效率/费用比值的降低；在现场施工阶段，在凿除矩形柱角部的混凝土（以混凝土柱为例）后， 必须对角部进行局部修复，按设计曲率半径的要求成型倒角，而这一工作目前都由人工完成，成型的倒角曲率半径往往无法保证沿整个柱高度均满足设计要求，FRP的实际加固效果难以控制，影响结构安全。因此，提出一种新的FRP加固矩形柱技术方案及施工方法已成为迫切要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于： 针对现有技术存在的技术问题，本发明公开了一种带角部增强的FRP加固矩形柱及施工方法，具有FRP用量少、加固效率高、加固成本低、加固柱的承载力和延性好、FRP加固施工准确性高、施工简便等特点。

本发明的解决方案为一种带角部增强的FRP加固矩形柱及施工方法，其特征在于矩形柱的FRP加固层设置有预制倒角和角部增强。

所述的带角部增强的FRP加固矩形柱，其特征在于所述的预制倒角为塑料、纤维增强塑料（FRP）或金属板材制成。

所述的带角部增强的FRP加固矩形柱，其特征在于所述的角部增强为纤维增强塑料（FRP）或金属板材。

所述的带角部增强的FRP加固矩形柱，其特征在于所述的预制倒角由采用纤维增强塑料（FRP）或金属板材制成时，预制倒角可直接作为角部增强。

所述的带角部增强的FRP加固矩形柱，其特征在于所述预制倒角由修补材料粘贴在矩形柱的角部。

所述的带角部增强的FRP加固矩形柱的施工方法，其特征在于：所述施工方法按以下两种方式进行：

方式一：

第一步：按照设计的倒角曲率半径值，凿除待加固的矩形柱的4个角部的混凝土（以混凝土柱为例），凿除混凝土的量要稍多于理论计算值；

第二步：清除凿除部位松散的混凝土，对矩形柱外表面进行必要的清理和打毛处理；

第三步：将修补材料涂抹在矩形柱的角部，然后将预制倒角粘贴在角部；

第四步：将界面处理材料涂抹在待加固柱的外表面；