[发明专利]基于闭合截面预应力FRP的钢柱加固修复结构及方法

说明书

本发明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。通过本发明的结构及方法，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。

技术领域

本发明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及方法。

背景技术

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技术领域研究的一项重要内容。

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。

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。

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。

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。

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，发明简便有效的在闭合FRP截面中施加预应力的方法具有重要意义。

发明内容

本发明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及加固修复方法，通过本发明的结构及方法，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。